RU2376539C2

RU2376539C2 - Method of heat treatment of loose materials in shaft-type furnace

Info

Publication number: RU2376539C2
Application number: RU2008101200/02A
Authority: RU
Inventors: Лик Анварович Зайнуллин (RU); Лик Анварович Зайнуллин; Геннадий Михайлович Дружинин (RU); Геннадий Михайлович Дружинин; Алексей Викторович Бычков (RU); Алексей Викторович Бычков; Геннадий Иванович Чеченин (RU); Геннадий Иванович Чеченин; Александр Михайлович Спирин (RU); Александр Михайлович Спирин; Владислав Георгиевич Карелин (RU); Владислав Георгиевич Карелин; Людмила Петровна Прокофьева (RU); Людмила Петровна Прокофьева; Дмитрий Анатольевич Артов (RU); Дмитрий Анатольевич Артов
Original assignee: Лик Анварович Зайнуллин
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-12-20
Also published as: RU2008101200A

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: invention can be used in production of lime from low-grade limestone, and besides in metallurgy for reducing firing of iron-ore concentrates and other materials, for calcinating and drying loose building materials, for drying loose food materials, for drying various crops, for coal drying, including in coke-chemical branch, etc. Method involves heat treatment in conditions of continuous zigzag-shaped pouring of flow of treated material, which is provided with inclined flanges mounted in shaft on two opposite walls alternating as to height in staggered order at an angle of natural slope of treated loose material. Heat treatment is performed with gaseous products directed to material flow surface located under the pouring flange and formed due to its natural slope angle. Material which passed through heat treatment and is available on the pouring flange is subject to air jet cooling.

EFFECT: providing uniform heat treatment and controllability of heat treatment process at any stage, decreasing specific fuel rate.

3 dwg

Description

Изобретение относится к производству извести в печах шахтного типа из известняка низкого качества, а также может быть использовано в металлургии для восстановительного обжига железорудных концентратов и других материалов, в строительной области для обжига и сушки сыпучих строительных материалов, в пищевой промышленности для сушки сыпучих материалов, в сельском хозяйстве для сушки различных зерновых культур, в угольной и коксохимической отрасли для сушки угля и т.д.The invention relates to the production of lime in shaft kilns of low quality limestone, and can also be used in metallurgy for the re-firing of iron ore concentrates and other materials, in the construction industry for firing and drying bulk building materials, in the food industry for drying bulk materials, agriculture for drying various crops, in the coal and coke and chemical industries for drying coal, etc.

Существующие способы обжига известняка, восстановительного и (или) окислительного обжига железорудного концентрата, сушки тех или иных сыпучих материалов в печах шахтного типа включают процессы термообработки вертикально движущегося вниз под действием собственного веса потока материала газовым потоком, как правило, в противотоке. Аэродинамический режим в таких печах оказывает существенное влияние на процессы термохимической обработки, такие как нагрев, сушка, обжиг, восстановление.Existing methods of calcining limestone, reducing and (or) oxidizing calcining iron ore concentrate, drying certain bulk materials in shaft-type furnaces include processes for heat treatment of a material flowing vertically downward under the influence of its own weight by a gas stream, usually in counterflow. The aerodynamic regime in such furnaces has a significant effect on the processes of thermochemical processing, such as heating, drying, firing, and recovery.

При заполнении шахты известняком объем межкускового пространства у стен всегда больше, чем в центральной части, что является причиной разности гидравлических сопротивлений между периферией и центром шахты. Это, в свою очередь, приводит к неравномерности по скоростям газового потока по поперечному сечению шахты. При разных способах ввода воздуха в печь протяженность области неустановившегося поля скоростей по высоте печи может достигать четырех диаметров шахты.When the mine is filled with limestone, the volume of the inter-chamber space near the walls is always greater than in the central part, which is the reason for the difference in hydraulic resistance between the periphery and the center of the mine. This, in turn, leads to unevenness in the velocities of the gas flow over the cross section of the shaft. With different methods of introducing air into the furnace, the length of the transient velocity field along the height of the furnace can reach four shaft diameters.

Известен способ, реализованный в шахтной печи для обжига сидеритов, а также печь, имеющая в своей конструкции поперечные стенки (керны), предназначенные для обеспечения равномерности обжига (В.А.Кривандин, А.Е.Егоров. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии. М.: Металлургия, 1989 г.).A known method implemented in a shaft furnace for roasting siderite, as well as a furnace having transverse walls (cores) in its design, designed to ensure uniform burning (V.A. Krivandin, A.E. Egorov. Thermal work and designs of ferrous metallurgy furnaces M.: Metallurgy, 1989).

Основной недостаток способа обжига сыпучих материалов и в этом случае остался нетронутым, а именно в любом вертикальном потоке сыпучих материалов сохраняется неравномерность гидравлического сопротивления по поперечному сечению, что является основной причиной нарушения процесса равномерной термообработки по всему объему печи и в дополнение к этому невозможность измерения и регулирования температуры в зоне обжига. Известная печь с поперечными стенками (кернами) не позволит достичь равномерности обжига, необходимой для качественной термообработки, т.к несмотря на распределяющие газовый поток по всему сечению шахты керны, при вертикальном перемещении газового потока эффект неравномерности термообработки восстанавливается через некоторое время и соответственно распространяется по высоте печи.The main disadvantage of the method of firing bulk materials, and in this case remained untouched, namely, in any vertical flow of bulk materials, the unevenness of the hydraulic resistance across the cross section remains, which is the main reason for the violation of the process of uniform heat treatment throughout the volume of the furnace and, in addition, the inability to measure and control temperature in the firing zone. The known furnace with transverse walls (cores) will not allow achieving the uniformity of firing necessary for high-quality heat treatment, because despite the distribution of the gas stream over the entire cross section of the core shaft, with the vertical movement of the gas stream, the effect of uneven heat treatment is restored after some time and, accordingly, spreads in height ovens.

Изобретение направлено на обеспечение равномерности термообработки, в частности, обжига сыпучих материалов независимо от их дисперсности и от того, сохраняется ли исходная форма и размеры кусков и частиц или нет, а также обеспечение регулируемости процесса термообработки на любой стадии. Изобретение позволит снизить удельный расход топлива до минимально возможных пределов благодаря контролируемости и регулируемости процесса термообработки при максимальной ее эффективности. Например, при обжиге разрушающегося известняка возможно увеличить содержание (СаО+MgO)_акт в извести до 95-97%, а при металлизации железорудного концентрата приблизиться к стехиометрическому расходу восстановительного газа.The invention is aimed at ensuring uniformity of heat treatment, in particular, firing of bulk materials regardless of their dispersion and whether the original shape and size of the pieces and particles are preserved or not, as well as ensuring the adjustable heat treatment process at any stage. The invention will reduce the specific fuel consumption to the minimum possible limits due to the controllability and controllability of the heat treatment process at its maximum efficiency. For example, when firing limestone that collapses, it is possible to increase the content of (CaO + MgO) _act in lime to 95-97%, and when metallizing iron ore concentrate, it approaches the stoichiometric flow rate of the reducing gas.

Указанный результат достигается тем, что термическая обработка сыпучих материалов в печи шахтного типа включает предварительный нагрев и собственно термообработку, которую осуществляют в условиях непрерывного зигзагообразного пересыпания потока обрабатываемого материала, организованного пересыпными наклонными полками, смонтированными внутри шахты на двух противоположных стенках чередующимися по высоте в шахматном порядке под углом, величина которого не превышает угол естественного откоса обрабатываемого сыпучего материала.This result is achieved by the fact that the heat treatment of bulk materials in a shaft-type furnace includes preheating and heat treatment itself, which is carried out under continuous zigzag pouring of the processed material stream, organized by loose inclined shelves mounted inside the shaft on two opposite walls alternating in staggered height at an angle whose value does not exceed the angle of repose of the processed bulk material.

При этом собственно термообработка представляет собой обжиг или сушку, или восстановление. В частных случаях использования способа собственно термообработку осуществляют газообразными продуктами, которые направляют на находящуюся под пересыпной полкой поверхность потока материала, образованную за счет угла его естественного откоса. Способ может включать охлаждение термообработанного материала. Для этого охлаждающий воздух в виде струй направляют на находящуюся на пересыпной полке поверхность материала, образованную за счет угла его естественного откоса. Охлаждающий воздух после его прогрева перед зоной обжига отбирают и отводят для очистки от пыли. Нагретый воздух охлаждения после очистки от пыли направляют в устройства для сжигания топлива в качестве воздуха для горения.In this case, the actual heat treatment is firing or drying, or recovery. In particular cases of using the method, the actual heat treatment is carried out by gaseous products, which are directed to the surface of the material flow, which is located under the overflow shelf, formed due to the angle of its natural slope. The method may include cooling the heat-treated material. For this, cooling air in the form of jets is directed to the surface of the material located on the overflow shelf, formed due to the angle of its natural slope. Cooling air after it is heated in front of the firing zone is taken off and removed to clean it from dust. Heated cooling air after cleaning from dust is sent to the device for burning fuel as combustion air.

Сущность заявленного способа заключается в том, что термообработку сыпучего материала осуществляют в условиях непрерывного зигзагообразного равномерного пересыпания потока обрабатываемого материала с сохранением сплошности без обратного движения. При этом пересыпание потока организовано пересыпными наклонными полками, смонтированными внутри шахты на двух противоположных стенках в шахматном порядке под углом, величина которого выбирается не более угла естественного откоса обрабатываемого материала.The essence of the claimed method lies in the fact that the heat treatment of bulk material is carried out in a continuous zigzag uniform pouring of the flow of the processed material while maintaining continuity without reverse movement. In this case, the pouring of the flow is organized by loose inclined shelves mounted inside the shaft on two opposite walls in a checkerboard pattern at an angle whose value is selected no more than the angle of repose of the processed material.

Печь для термической обработки сыпучих материалов содержит шахту, имеющую зоны предварительного нагрева и собственно термообработки, а также горелочные устройства, притом, что внутри шахты на двух противоположных стенках смонтированы пересыпные наклонные полки, чередующиеся по высоте в шахматном порядке под углом, величина которого не превышает угол естественного откоса обрабатываемого сыпучего материала.The furnace for the thermal processing of bulk materials contains a shaft having pre-heating and heat-treating zones, as well as burners, despite the fact that in the shaft on two opposite walls there are mounted inclined shelves, alternating in staggered height at an angle whose magnitude does not exceed the angle natural slope of the processed bulk material.

В частных случаях исполнения изобретения в полках выполнены сквозные каналы для прохода газов снизу вверх из под полочного пространства в надполочное пространство. Полки могут быть снабжены механизированными шуровками, выполненными с возможностью продольного перемещения вдоль поверхности полки.In particular cases of the invention in the shelves are made through channels for the passage of gases from the bottom up from under the shelf space to the above-shelf space. The shelves can be equipped with mechanized shurov, made with the possibility of longitudinal movement along the surface of the shelf.

По крайней мере под одной из полок может быть смонтирован коллектор отбора и отвода охлаждающего воздуха и газов в циклонный аппарат очистки. Тракт очищенного горячего воздуха может быть соединен с воздуховодом горения. Полки могут быть снабжены охлаждающими металлическими конструкциями, которые в зоне обжига закрыты огнеупорным и теплоизоляционным материалом. Полки и шахта в зоне охлаждения могут быть выполнены с охлаждаемыми стенками.At least one of the shelves can be mounted collector for selection and removal of cooling air and gases in a cyclone cleaning device. The purified hot air duct may be connected to the combustion duct. The shelves can be equipped with cooling metal structures, which are closed in the firing zone with refractory and heat-insulating material. Shelves and a shaft in the cooling zone can be made with cooled walls.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена печь для обжига известняка, на фиг.2 - поперечное сечение печи в зоне обжига, на фиг.3 - поперечное сечение печи в зоне охлаждения.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a furnace for calcining limestone, Fig.2 is a cross section of the furnace in the firing zone, Fig.3 is a cross section of the furnace in the cooling zone.

Печь имеет кожух 1, футеровку шахты 2, горелочные устройства 3, бункер загрузки 4, устройство выгрузки 5, расположенные на двух противоположных стенках с чередованием в шахматном порядке под углом естественного откоса обрабатываемого материала полки 6, в которых при необходимости могут быть выполнены сквозные каналы 7 для прохода газов снизу вверх. Полки 6 могут быть снабжены механизированными шуровками 8. В конце зоны охлаждения по крайней мере под одной полкой 6 смонтирован коллектор 9 отбора и отвода воздуха и газов для их очистки. Тракт 10 очищенного от пыли горячего воздуха соединен с воздуховодом горения 11. Полки 6 в зоне обжига сыпучего материала снабжены охлаждаемыми металлическими конструкциями 12, закрытыми сверху огнеупорным и снизу теплоизоляционным материалом. В зоне охлаждения сыпучего материала кожух шахты 1 и полки 6 выполнены с охлаждаемыми стенками (не показано).The furnace has a casing 1, a lining of the shaft 2, burner 3, a hopper 4, a discharge device 5 located on two opposite walls alternating in a checkerboard pattern at an angle of repose of the processed material of the shelf 6, in which through channels 7 can be made if necessary for the passage of gases from the bottom up. Shelves 6 can be equipped with mechanized shurov 8. At the end of the cooling zone, at least one shelf 6 is mounted to the collector 9 of the selection and removal of air and gases for cleaning them. The duct 10 cleaned from dust of hot air is connected to the combustion duct 11. The shelves 6 in the firing zone of the bulk material are equipped with cooled metal structures 12, closed on top with refractory and bottom heat-insulating material. In the cooling zone of bulk material, the casing of the shaft 1 and the shelf 6 are made with cooled walls (not shown).

Печь шахтного типа с пересыпными полками работает следующим образом. Сыпучий материал, предназначенный для термообработки, загружается в бункер 4 и по его наклонной стенке поступает на первую наклонную полку 6 шахты, откуда ссыпается на вторую полку 6, где изменив направление, под углом естественного откоса пересыпается дальше до выгрузочного устройства 5.The shaft type furnace with overflow shelves works as follows. Bulk material intended for heat treatment is loaded into the hopper 4 and enters the first inclined shelf 6 of the shaft along its inclined wall, from where it is poured onto the second shelf 6, where, changing direction, it is poured further to the unloading device 5 at an angle of repose.

После заполнения шахты печи включается в работу дымосос (не показан), система охлаждения полок 6, запускаются горелочные устройства 3, устройства воздушного охлаждения материала и выгрузки 5. При этом до выхода на стационарный режим из печи будет выдаваться некондиционная продукция, которую можно обратно загрузить в бункер 4. После включения горелочных устройств 3 температура материала постепенно начинает подниматься и к моменту достижения материала из бункера 4 до устройства выгрузки 5 при работающих системах в расчетном режиме качество материала достигает кондиции.After filling the shaft of the furnace, a smoke exhauster (not shown), a cooling system for the shelves 6 are started, burner devices 3, air cooling devices for material and unloading 5 are started. In this case, substandard products will be discharged from the furnace to the stationary mode, which can be loaded back into hopper 4. After turning on the burner devices 3, the temperature of the material gradually begins to rise and by the time the material reaches from the hopper 4 to the unloading device 5, when the systems are operating in the calculated mode, the quality Container material reaches condition.

Наклонные полки 6 обеспечивают зигзагообразное перемещение материала, при котором верхний слой материала на предыдущей полке попадает в нижний и средний слои на следующей полке, за счет чего материал по ходу движения вниз интенсивно перемешивается, что является гарантией равномерности процесса термообработки всего объема материала в зонах обжига и охлаждения. Наклон полок 6 под углом естественного откоса материала позволяет обеспечить непрерывность потока и равную порозность движущегося материала по всему объему. Термообработка материала путем направления газообразных продуктов горения на свободную поверхность материала, образованную за счет угла его естественного откоса, позволяет повысить интенсивность теплообмена за счет струйного воздействия на материал, при котором коэффициент теплоотдачи в несколько раз выше, чем при смывании частиц материала в задавленном слое.Inclined shelves 6 provide a zigzag movement of the material, in which the upper layer of material on the previous shelf falls into the lower and middle layers on the next shelf, due to which the material is intensively mixed along the downward direction, which guarantees the uniformity of the heat treatment of the entire volume of material in the firing zones and cooling. The slope of the shelves 6 at an angle of repose of the material allows for continuity of flow and equal porosity of the moving material throughout the volume. Heat treatment of the material by sending gaseous combustion products to the free surface of the material formed due to the angle of its natural slope allows increasing the heat transfer intensity due to the jet action on the material, at which the heat transfer coefficient is several times higher than when washing particles of the material in the crushed layer.

Забор воздуха после охлаждения материала, не прерывая обработку движущегося материала, используя пространство под полками, позволяет максимально повысить тепловой КПД печи за счет использования нагретого воздуха в качестве воздуха горения.Air intake after cooling the material, without interrupting the processing of moving material, using the space under the shelves, allows you to maximize the thermal efficiency of the furnace due to the use of heated air as combustion air.

Печь с наклонными полками 6 позволяет ликвидировать основной недостаток шахтных печей - каналообразование и неравномерность термообработки по сечению печи и, как следствие этого, спекание материала в зонах каналообразования из-за местного перегрева. Пересыпание с полки на полку обеспечивает активное перемешивание материала и тем самым равномерность обработки. Сквозные каналы 7 на полках обеспечивают частичную продувку движущегося слоя и этим самым повышают интенсивность процесса теплообмена.The furnace with inclined shelves 6 allows you to eliminate the main disadvantage of shaft furnaces - channel formation and uneven heat treatment over the furnace section and, as a result, sintering of material in the channel formation zones due to local overheating. Pouring from shelf to shelf provides active mixing of the material and thereby uniform processing. Through channels 7 on the shelves provide a partial purge of the moving layer and thereby increase the intensity of the heat transfer process.

Механизированные шуровки 8 на полках 6 позволяют при каких-либо нарушениях схода материала легко восстановить работоспособность печи. Коллектор 9 отбора и отвода нагретого охлаждающего воздуха в воздухоочиститель и тракт 10, подсоединенный к воздуховоду 11 горелочного устройства 3, позволяет использовать вторичное тепло в процессе и тем самым поднять тепловой КПД в печи.Mechanized skids 8 on the shelves 6 make it possible to easily restore the efficiency of the furnace for any violations of material gathering. The collector 9 for the selection and removal of heated cooling air into the air cleaner and duct 10, connected to the duct 11 of the burner device 3, allows the use of secondary heat in the process and thereby increase the thermal efficiency in the furnace.

Выполнение полок 6 и кожуха 1 шахты в зоне охлаждения термообработанного материала из металла и охлаждаемыми позволяет обеспечить уменьшение габаритов печи за счет сокращения длины зоны охлаждения.The implementation of the shelves 6 and the casing 1 of the mine in the cooling zone of the heat-treated material of metal and cooled can reduce the size of the furnace by reducing the length of the cooling zone.

Изобретение в целом позволяет улучшить термообработку сыпучих продуктов независимо от их крупности, особенно мелкодисперсных при сохранении всех преимуществ, присущих шахтным печам, можно сказать, что изобретение позволяет объединить в одном агрегате лучшие свойства шахтных и барабанных печей.The invention as a whole allows improving the heat treatment of bulk products regardless of their size, especially finely dispersed ones, while retaining all the advantages inherent in shaft furnaces, it can be said that the invention allows combining the best properties of shaft and drum furnaces in one unit.

Например, при обжиге известняка низкого качества, т.е. разрушающегося в процессе обжига, в шахтной печи известной конструкции практически не удается обеспечить содержание (СаО+MgO)_акт более 30-60%, как правило, из-за нарушения продуваемости слоя. Изобретение позволит поднять этот показатель до 92-95% за счет устранения указанного недостатка благодаря тонкому слою, воздействию, в основном, на свободную поверхность материала и его непрерывному перемешиванию, практически как в барабанных печах, но в отличие от них с высоком тепловым КПД. На фиг.1 значками «плюс» и «минус» в кружочке показан вариант распределения положительных и отрицательных значений давления по зонам для случая обжига известняка.For example, when firing limestone of low quality, i.e. collapsing during the firing process, in a shaft furnace of a known design, it is practically impossible to provide a content of (CaO + MgO) _{act of} more than 30-60%, as a rule, due to a violation of the blown layer. The invention will allow to raise this indicator to 92-95% by eliminating this drawback due to the thin layer, the effect mainly on the free surface of the material and its continuous mixing, almost like in drum furnaces, but unlike them with high thermal efficiency. In Fig. 1, the plus and minus signs in the circle show the distribution of positive and negative pressure values over the zones for the case of calcining limestone.

В случае восстановительного обжига (металлизации) железорудных и других концентратов, как известно, скорость восстановления сильно зависит от крупности материала и температуры газа. При наличии высокой неравномерности обжига невозможно исключить местные перегревы и, как следствие, спекание материала. Изобретение, благодаря высокой равномерности термообработки, позволяет поднять температуру восстановительного обжига до максимально допустимых величин и тем самым обеспечить высокую производительность агрегата, а самое главное позволяет обрабатывать мелкодисперсный концентрат без предварительной агломерации, что позволит снизить удельные энергозатраты на металлизацию.In the case of reduction firing (metallization) of iron ore and other concentrates, as you know, the recovery rate strongly depends on the size of the material and the temperature of the gas. If there is a high unevenness of firing, it is impossible to exclude local overheating and, as a consequence, sintering of the material. The invention, due to the high uniformity of heat treatment, makes it possible to raise the temperature of reduction firing to the maximum permissible values and thereby ensure high unit productivity, and most importantly, it allows to process finely dispersed concentrate without preliminary agglomeration, which will reduce specific energy consumption for metallization.

Изобретение позволяет проводить термообработку высокодисперсных материалов, которые получаются при гидрообогащении рудного сырья. В данном случае отпадает необходимость операции агломерации. В настоящее время такие процессы проводятся либо в печи кипящего слоя, либо во вращающейся печи, в обоих случаях с очень низким тепловым КПД и большим выносом пыли. Данный способ и агрегат позволят интенсифицировать процесс восстановления (металлизации), поднять тепловой КПД и снизить вынос пыли. Вынос пыли снижается благодаря тому, что при поступательном движении мелкодисперсного материала в потоке пылевидные фракции запутываются и налипают к более крупным фракциям, что обеспечивает их непрерывный снос вниз и вывод из зоны обработки к зоне выгрузки.EFFECT: invention allows heat treatment of finely dispersed materials, which are obtained by hydro-enrichment of ore raw materials. In this case, there is no need for an agglomeration operation. Currently, such processes are carried out either in a fluidized bed furnace or in a rotary kiln, in both cases with very low thermal efficiency and high dust removal. This method and the unit will allow to intensify the recovery process (metallization), increase thermal efficiency and reduce dust removal. Dust removal is reduced due to the fact that during the progressive movement of finely dispersed material in the stream, the dusty fractions become entangled and adhere to larger fractions, which ensures their continuous drift down and removal from the treatment zone to the discharge zone.

В качестве сушильного агрегата изобретение может обеспечить высокую производительность, компактность, высокий тепловой КПД, контролируемость процесса, равномерность обработки, универсальность по дисперсному составу материала, а также возможность применения циклической сушки методом попеременного нагрева и охлаждения при недопустимости нагрева до высоких температур, например, зерновых культур.As a drying unit, the invention can provide high productivity, compactness, high thermal efficiency, process control, uniformity of processing, universality in the dispersed composition of the material, as well as the possibility of using cyclic drying by alternating heating and cooling when heating to high temperatures, for example, cereals, is unacceptable .

Claims

A method of heat treatment of bulk materials in a shaft-type furnace, including heat treatment under continuous zigzag pouring of the processed material stream, organized by inclined shelves mounted in the shaft on two opposite walls alternating in staggered height at an angle of repose of the processed bulk material, characterized in that heat treatment is carried out with gaseous products directed to the surface of the stream located under the overflow shelf material formed due to the angle of its natural slope, while the heat-treated material on the overflow shelf is subjected to jet air cooling.