RU2487307C2

RU2487307C2 - Furnace to bake fine-grained material in fluidised bed

Info

Publication number: RU2487307C2
Application number: RU2010112123/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Черниченко; Владимир Григорьевич Стогней; Павел Анатольевич Солженикин; Лорианна Павловна Брагина; Виктор Иванович Ряжских; Юрий Николаевич Агапов
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-07-10
Also published as: RU2010112123A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: furnace comprises a heating chamber with an air distributor plate equipped with a feeder and connected with a sanitary cyclone, a baking chamber comprising fuel burners and an overflow device inside a cylindrical cavity, from which a hot cyclone is installed, a guide partition that separates a zone of material arrival from a zone of its discharge, and a circular air distributor plate, a cooling chamber with an air distributor plate, equipped with an air duct. The circular air distributor plate of the baking chamber is made with thin shaped blades. Shaped blades are installed with variable evenly alternating pitches and angles. Fuel burners are installed at different height within thickness of the fluidised bed layer, and their axes are directed at different angles to a longitudinal axis of the furnace, at the same time the burners are made with tangential input of at least one of fuel components. The maximum diameter of burner spray cone corresponds to thickness of the fluidised material layer, and its length - to width of the fluidised bed layer.

EFFECT: higher evenness of baking.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области обжига мелкозернистых материалов, в частности к печам псевдоожиженного слоя.The invention relates to the field of firing of fine-grained materials, in particular to fluidized bed furnaces.

Известна печь для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащая камеру подогрева, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, и камеру охлаждения, снабженную воздуховодом. Камеры охлаждения, обжига и подогрева оборудованы газораспределительными решетками (Авт.св. СССР №469037, МПК: F27B 15/10).Known furnace for firing fine-grained material in a fluidized bed containing a heating chamber, equipped with a feeder and connected to a sanitary cyclone, a firing chamber having fuel burners and a transfer device inside a cylindrical cavity from which a hot cyclone is installed, and a cooling chamber equipped with an air duct. The cooling, firing and heating chambers are equipped with gas distribution grilles (Aut. St. USSR No. 469037, IPC: F27B 15/10).

Недостатками известного устройства являются неравномерный обжиг материала вследствие неупорядоченного его движения в кольцевой камере обжига и значительное гидравлическое сопротивление печи.The disadvantages of the known device are uneven firing of the material due to its disordered movement in the annular firing chamber and significant hydraulic resistance of the furnace.

Известна печь для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащая камеру подогрева с газораспределительной решеткой, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига с газораспределительной решеткой, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, камеру охлаждения с газораспределительной решеткой, снабженную воздуховодом, при этом кольцевая газораспределительная решетка камеры обжига выполнена с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой, отделяющей зону поступления материала от зоны его выгрузки (патент РФ №1145228, МПК: F27В 15/10 - прототип).A known furnace for firing fine-grained material in a fluidized bed, comprising a heating chamber with a gas distribution grid, equipped with a feeder and connected to a sanitary cyclone, a calcination chamber with a gas distribution grid, having fuel burners and a transfer device inside a cylindrical cavity from which a hot cyclone is installed, a cooling chamber with gas distribution grill equipped with an air duct, while the annular gas distribution grill of the firing chamber is made with thin profile blades and a guide wall separating the material receipt zone from the unloading zone (RF patent No. 1145228, IPC: F27В 15/10 - prototype).

Указанная печь работает следующим образом.The specified furnace operates as follows.

Обжигаемый материал через питатель поступает в камеру подогрева, откуда после подогрева и подсушки проходит через переточное устройство в камеру обжига, в зону поступления материала, где псевдоожижается и начинает перемещаться вдоль кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками за счет подачи из камеры охлаждения воздуха, имеющего как вертикальную, так и горизонтальную составляющие скорости. Топливно-воздушная смесь подается в камеру обжига через горелки и сжигается в псевдоожиженном слое обжигаемого материала, который перемещается вдоль решетки по всему кольцевому сечению до направляющей перегородки выгрузки. Так как ввод и вывод обжигаемого материала разнесены, то его частицы имеют одинаковое время пребывания в камере и подвергаются обжигу, последовательно пересекая зоны действия горелок. Выгрузка мелкозернистого материала производится не только из-за свойства текучести псевдоожиженного слоя, но и вынужденно, под действием наклонных струй газов, обеспечивающих направленное перемещение частиц. Такое решение позволяет производить обжиг и при достаточно тонких псевдоожиженных слоях, что также повышает качество тепловой обработки материала и уменьшает гидравлическое сопротивление печи.The calcined material through the feeder enters the heating chamber, from where, after heating and drying, it passes through the transfer device to the calcining chamber, into the material supply zone, where it is fluidized and begins to move along the annular grating with thin profile vanes due to the supply of air from the cooling chamber, which has both vertical and horizontal components of speed. The fuel-air mixture is fed into the firing chamber through the burners and burned in the fluidized bed of the fired material, which moves along the grate along the entire annular section to the discharge guide bar. Since the input and output of the fired material are spaced, its particles have the same residence time in the chamber and are fired, sequentially crossing the zones of action of the burners. Unloading of fine-grained material is carried out not only because of the fluidity of the fluidized bed, but also forcedly, under the influence of inclined jets of gases, providing directional movement of particles. This solution allows firing even with sufficiently thin fluidized beds, which also improves the quality of heat treatment of the material and reduces the hydraulic resistance of the furnace.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание печи, конструкция которой позволяет обеспечить требуемую неравномерность обжига дисперсных материалов при одновременном повышении производительности печи и улучшении условий сжигания топлива.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and create a furnace, the design of which allows you to provide the required unevenness of the firing of dispersed materials while increasing the productivity of the furnace and improving the conditions of combustion of fuel.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной печи для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащей камеру подогрева с газораспределительной решеткой, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига с газораспределительной решеткой, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, камеру охлаждения с газораспределительной решеткой, снабженную воздуховодом, при этом кольцевая газораспределительная решетка камеры обжига выполнена с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой, отделяющей зону поступления материала от зоны его выгрузки, согласно изобретению, профильные лопатки кольцевой газораспределительной решетки камеры установлены с переменными равномерно чередующимися шагами и углами установки.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed furnace for firing fine-grained material in a fluidized bed containing a heating chamber with a gas distribution grid, provided with a feeder and connected to a sanitary cyclone, a calcination chamber with a gas distribution grid having fuel burners and a transfer device inside the cylindrical cavity, from which has a hot cyclone, a cooling chamber with a gas distribution grill, equipped with an air duct, while the annular gas distribution the firing chamber brush is made with thin profile blades and a guide baffle separating the material supply zone from its discharge zone, according to the invention, the profile blades of the annular gas distribution grid of the chamber are installed with alternating evenly alternating steps and installation angles.

В варианте выполнения, топливные горелки расположены на разной высоте в пределах толщины слоя псевдоожиженого материала, а их оси направлены под разными углами к продольной оси печи.In an embodiment, the fuel burners are located at different heights within the thickness of the bed of fluidized material, and their axes are directed at different angles to the longitudinal axis of the furnace.

В варианте выполнения, топливные горелки выполнены с тангенциальным вводом, по крайней мере, одного из компонентов топлива.In an embodiment, the fuel burners are configured with a tangential entry of at least one of the fuel components.

В варианте выполнения, максимальный диаметр факела распыла указанных топливных горелок примерно равен толщине слоя псевдоожиженного материала, а его длина составляет величину, примерно равную ширине слоя псевдоожиженного материала.In an embodiment, the maximum diameter of the spray jet of said fuel burners is approximately equal to the thickness of the bed of fluidized material, and its length is approximately equal to the width of the layer of fluidized material.

Максимальный диаметр факела распыла указанных топливных горелок выбран примерно равным толщине слоя псевдоожиженного материала, исходя из того, что дальнейшее его увеличение приведет к неэффективному перемешиванию слоя мелкозернистого псевдоожиженного материала, т.к. часть факела топливной горелки, в котором продукты сгорания имеют максимальную линейную скорость, будет выступать за пределы слоя псевдоожиженного материала. При уменьшении диаметра факела ниже указанного значения факел продуктов сгорания будет захватывать часть слоя псевдоожиженного материала, что приведет к ухудшению эффективности перемешивания.The maximum diameter of the spray torch of these fuel burners is chosen to be approximately equal to the thickness of the bed of fluidized material, on the assumption that its further increase will lead to ineffective mixing of the layer of fine-grained fluidized material, since the part of the fuel burner flame in which the products of combustion have a maximum linear velocity will extend beyond the bed of the fluidized material. When reducing the diameter of the flame below the specified value, the flame of the combustion products will capture part of the bed of fluidized material, which will lead to a deterioration in the mixing efficiency.

Длина факела распыла указанных топливных горелок выбрана примерно равной ширине слоя псевдоожиженного материала, исходя из того, что при дальнейшем ее увеличении поток продуктов сгорания будет попадать на центральные части печи, что может привести к их прогару и потребует дополнительного их охлаждения, а при уменьшении - факел продуктов сгорания будет захватывать лишь часть слоя псевдоожиженного материала, что приведет к ухудшению эффективности перемешивания.The spray torch length of these fuel burners is chosen to be approximately equal to the width of the bed of fluidized material, on the assumption that with a further increase in it, the flow of combustion products will flow to the central parts of the furnace, which can lead to burnout and require additional cooling, and if it decreases, the torch combustion products will capture only a part of the bed of fluidized material, which will lead to a deterioration in mixing efficiency.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид печи; на фиг.2 - поперечный разрез перегородки; на фиг.3 - вид сверху кольцевой решетки; на фиг.4 - вид сбоку кольцевой решетки, на фиг.5 - общий вид горелки.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the furnace; figure 2 is a transverse section of the septum; figure 3 is a top view of the annular lattice; figure 4 is a side view of the annular lattice, figure 5 is a General view of the burner.

Печь содержит камеру подогрева 1, снабженную питателем 2 и соединенную с санитарным циклоном 3, камеру обжига 4, имеющую топливные горелки 5 и переточное устройство 6, внутри цилиндрической полости 7 которой установлен горячий циклон 8, камеру охлаждения 9, снабженную воздуховодом 10. Камеры подогрева 1 и охлаждения 9 оборудованы газораспределительными решетками 11. Камера обжига 4 оборудована кольцевой решеткой 12 с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой 13. Кольцевая профильная решетка 12 содержит внутренний 14 и наружный 15 бандажные ободы, расположенные между ними профильные лопатки 16. Для исключения провалов материала решетка покрыта сверху металлической термостойкой сеткой 17. В варианте исполнения, в топливной горелке 5 один из компонентов топлива, например, газ, подается в камеру смешения 18 горелки через тангенциальный ввод 19.The furnace contains a heating chamber 1, equipped with a feeder 2 and connected to a sanitary cyclone 3, a firing chamber 4, with fuel burners 5 and a transfer device 6, inside a cylindrical cavity 7 of which a hot cyclone 8 is installed, a cooling chamber 9, equipped with an air duct 10. Heating chambers 1 and cooling 9 are equipped with gas distribution grilles 11. The firing chamber 4 is equipped with an annular grill 12 with thin profile blades and a guide wall 13. The annular profile grill 12 contains an inner 14 and an outer 15 ban sales rims, profile blades located between them 16. To prevent material failures, the grill is covered on top with a metal heat-resistant mesh 17. In the embodiment, in the fuel burner 5, one of the fuel components, for example, gas, is fed into the mixing chamber 18 of the burner through the tangential inlet 19.

Предложенная печь работает следующим образом.The proposed furnace operates as follows.

Обжигаемый материал через питатель 2 поступает в камеру подогрева 1, откуда после подогрева и подсушки проходит через переточное устройство 6 в камеру обжига 4 (в зону поступления материала), где псевдоожижается и начинает перемещаться вдоль кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками за счет подачи из камеры охлаждения 9 воздуха, имеющего как вертикальную, так и горизонтальную составляющие скорости.The material to be calcined through the feeder 2 enters the heating chamber 1, from where, after heating and drying, it passes through the transfer device 6 to the calcination chamber 4 (into the material supply zone), where it is fluidized and begins to move along the annular lattice with thin profile vanes due to the supply from the cooling chamber 9 of air having both vertical and horizontal velocity components.

Топливно-воздушная смесь подается в камеру обжига 4 через горелки 5 и сжигается в псевдоожиженном слое обжигаемого материала, который перемещается вдоль решетки по всему кольцевому сечению до направляющей перегородки 13 (до зоны выгрузки). За счет того, что горелки расположены на разной высоте, а их оси направлены под разными углами к продольной оси печи, происходит дополнительное интенсивное перемещение частиц обжигаемого дисперсного материала по толщине слоя, что приводит к улучшению условий обжига частиц и снижению неравномерности обжига.The air-fuel mixture is fed into the firing chamber 4 through the burners 5 and burned in the fluidized bed of the fired material, which moves along the grate along the entire annular section to the guide wall 13 (to the discharge zone). Due to the fact that the burners are located at different heights, and their axes are directed at different angles to the longitudinal axis of the furnace, there is an additional intensive movement of particles of the calcined dispersed material along the thickness of the layer, which leads to an improvement in the conditions of firing of particles and to reduce the unevenness of firing.

В варианте исполнения, горючее подается в камеру смешения 18 горелки 5 через тангенциальный ввод 19, закручивается в указанной камере и поступает в камеру обжига, в слой псевдоожиженного обжигаемого материала, в виде вращающегося конуса. Вращающийся конус горючего горелки захватывает частицы обжигаемого материала, находящиеся в слое псевдоожиженого материала, сообщает им вертикальную, горизонтальную составляющие скорости и центростремительное ускорение, что приводит к интенсификации движения частиц обжигаемого материала внутри слоя и, следовательно, их более равномерному обжигу. Кроме этого, применение тангенциального ввода одного из компонентов топлива позволит значительно уменьшить длину факела пламени горелки и повысить экономичность ее работы, что, в свою очередь, даст возможность уменьшить радиальные размеры печи.In an embodiment, the fuel is fed into the mixing chamber 18 of the burner 5 through a tangential inlet 19, twisted in the specified chamber and enters the firing chamber, into the bed of fluidized calcined material, in the form of a rotating cone. The rotating cone of the combustible burner captures particles of the calcined material located in the bed of fluidized material, tells them the vertical, horizontal velocity components and centripetal acceleration, which leads to the intensification of the movement of particles of the calcined material inside the layer and, therefore, their more uniform burning. In addition, the use of the tangential input of one of the fuel components will significantly reduce the length of the flame of the burner and increase the efficiency of its operation, which, in turn, will make it possible to reduce the radial dimensions of the furnace.

Так как ввод и вывод обжигаемого материала разнесены, то его частицы имеют одинаковое время пребывания в камере 4 и подвергаются равномерному обжигу, последовательно пересекая зоны действия горелок. Выгрузка мелкозернистого материала производится не только из-за свойства текучести псевдоожиженного слоя, но и вынужденно, под действием наклонных струй газов, обеспечивающих направленное перемещение частиц, что повышает производительность печи, т.е. количество обжигаемого материала в единицу времени. Это позволяет производить обжиг и при достаточно тонких псевдоожиженных слоях, что также повышает качество тепловой обработки материала и уменьшает гидравлическое сопротивление печи, так как, кроме возможности работы печи на тонких слоях, профильная газораспределительная решетка 12 имеет большое живое сечение, а, следовательно, и малое гидравлическое сопротивление.Since the input and output of the fired material are spaced, its particles have the same residence time in the chamber 4 and undergo uniform firing, sequentially crossing the zones of action of the burners. The discharge of fine-grained material is carried out not only because of the fluidity of the fluidized bed, but also forcedly, under the influence of inclined jets of gases, providing directional movement of particles, which increases the productivity of the furnace, i.e. the amount of material burned per unit time. This allows firing even with sufficiently thin fluidized beds, which also improves the quality of heat treatment of the material and reduces the hydraulic resistance of the furnace, since, in addition to the possibility of operating the furnace on thin layers, the profile gas distribution grid 12 has a large live section, and, therefore, a small hydraulic resistance.

Производительность печи может регулироваться за счет изменения скорости дутья.The productivity of the furnace can be adjusted by changing the speed of the blast.

Радиальные плоские струи воздуха, выходящего из кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками под углом относительно горизонтальной ее плоскости, обеспечивают, кроме перемещения мелкого зернистого материала, и более качественное сжигание топливно-воздушной смеси за счет удлинения траектории движения частиц топлива в зоне его горения. Кроме этого, за счет того, что профильные лопатки кольцевой газораспределительной решетки 12 камеры установлены с переменными равномерно чередующимися шагами и углами установки, происходит дополнительная интенсификация процесса перемещения мелкого зернистого материала, что, в свою очередь, снижает неравномерность обжига и повышает качество получаемого продукта.Radial flat jets of air leaving the annular lattice with thin profile vanes at an angle relative to its horizontal plane provide, in addition to moving fine granular material, better combustion of the air-fuel mixture by lengthening the trajectory of the movement of fuel particles in its combustion zone. In addition, due to the fact that the profile blades of the annular gas distribution grill 12 of the chamber are installed with alternating steps and angles of installation, additional intensification of the process of moving fine granular material occurs, which, in turn, reduces the unevenness of firing and improves the quality of the resulting product.

При равномерной подаче горячего газа, обеспечиваемой равными углами и шагом установки лопаток газораспределительной решетки, обжигаемые частицы будут двигаться по всему объему печи по одной траектории и с равной скоростью, что не обеспечит их интенсивное перемешивание между собой и, соответственно, качество обжига.With a uniform supply of hot gas provided by equal angles and the pitch of the gas distribution grid blades, the particles to be fired will move along the entire volume of the furnace along one path and with equal speed, which will not ensure their intensive mixing with each other and, consequently, the quality of firing.

Установка лопаток кольцевой газораспределительной решетки камеры с переменными равномерно чередующимися шагами и углами установки позволит обеспечить движение одной части обжигаемых частиц под углом α1, другой - под углом α2, третьей - под углом α3, причем α1≠α2≠α3, при этом частицы, движущиеся под различными углами, а не под одним, как указано в прототипе, непременно пересекутся между собой и перемешаются, что, в конечном итоге, позволит улучшить качество перемешивания и обжига (фиг.4).The installation of blades of the annular gas distribution lattice of the chamber with alternating steps and angles of installation uniformly will allow one part of the fired particles to move at an angle α1, the other at an angle α2, the third at an angle α3, with α1 ≠ α2 ≠ α3, while particles moving under different angles, and not at one, as indicated in the prototype, will certainly intersect and mix, which, ultimately, will improve the quality of mixing and firing (figure 4).

Затем через переточное устройство 6 обожженный материал подают в камеру охлаждения 9 и после частичного охлаждения удаляют из печи. В камеру охлаждения 9 по воздуховоду 10 подают воздух, который, псевдоожижая охлаждаемый материал, отбирает часть его тепла и в нагретом состоянии, противотоком по отношению твердого материала, поступает через кольцевую решетку 12 в камеру обжига 4, приобретая при обтекании профильных лопаток 16 как горизонтальные, так и вертикальные составляющие своей скорости.Then, through the transfer device 6, the calcined material is fed into the cooling chamber 9 and, after partial cooling, is removed from the furnace. Air is supplied to the cooling chamber 9 through the duct 10, which, by fluidizing the material to be cooled, takes part of its heat and, when heated, flows countercurrently to the solid material through the annular grill 12 into the firing chamber 4, acquiring horizontal blades around the profile blades 16, and vertical components of their speed.

Образующиеся дымовые газы с пылью направляют в горячий циклон 8 и, частично очистив их от пыли, подают через газораспределительную решетку 11 в камеру подогрева 1, где с их помощью подогревают поступающий на обжиг материал. Запыленные дымовые газы из камеры подогрева Г выводят в санитарный циклон 3 и после частичной очистки направляют в систему тонкой очистки (не показана), или выбрасывают в атмосферу, если достигнуты соответствующие санитарные нормы по степени очистки дымовых газов. Пыль из циклонов 8 и 3 выводят из системы или направляют на дообжиг в камеру обжига 4 в зависимости от технологических особенностей обжига конкретных материалов.The resulting flue gases with dust are sent to a hot cyclone 8 and, having partially cleaned them of dust, they are fed through a gas distribution grid 11 to the heating chamber 1, where they are used to heat the material coming to the firing. Dusty flue gases from the heating chamber D are discharged into a sanitary cyclone 3 and, after partial cleaning, are sent to a fine cleaning system (not shown), or emitted into the atmosphere if the relevant sanitary standards for the degree of flue gas treatment are achieved. Dust from cyclones 8 and 3 is removed from the system or sent for additional firing to firing chamber 4, depending on the technological features of firing of specific materials.

Использование изобретения позволит уменьшить неравномерность обжига материала и гидравлическое сопротивление печи, повысить ее производительность и улучшить качество обжига мелкозернистого материала за счет направленного перемещения частиц псевдоожиженного слоя во всех направлениях по всему кольцевому сечению камеры обжига и исключения повторного его обжига.The use of the invention will reduce the unevenness of the firing of the material and the hydraulic resistance of the furnace, increase its productivity and improve the quality of firing of fine-grained material due to the directional movement of particles of the fluidized bed in all directions along the entire annular section of the firing chamber and exclude re-firing.

Claims

1. Furnace for firing fine-grained material in a fluidized bed, containing a heating chamber with a gas distribution grid, equipped with a feeder and connected to a sanitary cyclone, a firing chamber having fuel burners and a transfer device inside a cylindrical cavity from which a hot cyclone is installed, directing the partition that separates the zone the receipt of material from the zone of its discharge, and the annular gas distribution grill, a cooling chamber with a gas distribution grill, equipped with an air duct, while an annular gas distribution grate firing chamber formed with thin profiled blade, wherein the profile of the blade ring of the gas distribution chamber firing lattice installed with variable uniformly alternating steps and corners.

2. The furnace for firing fine-grained material according to claim 1, characterized in that the fuel burners are located at different heights within the thickness of the bed of fluidized material, while their axes are directed at different angles to the longitudinal axis of the furnace.

3. The kiln for firing fine-grained material according to claim 1, characterized in that the fuel burners are made with a tangential entry of at least one of the fuel components.

4. The kiln for firing fine-grained material according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum diameter of the spray torch of said fuel burners is approximately equal to the thickness of the bed of fluidized material, while its length is approximately equal to the width of the layer of fluidized material.