RU2488761C2

RU2488761C2 - Furnace for burning of small-grain material in fluidised bed

Info

Publication number: RU2488761C2
Application number: RU2010112116/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Черниченко; Владимир Григорьевич Стогней; Павел Анатольевич Солженикин; Лорианна Павловна Брагина; Геннадий Николаевич Петраков
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-07-27
Also published as: RU2010112116A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: furnace includes a heating chamber with a gas distributing grid, which is equipped with a feeder and connected to a sanitary cyclone, a burning chamber having fuel burners and an overflow device inside cylindrical cavity, from which a hot cyclone is installed, a guide partition wall separating the material feed zone from its unloading zone, and an annular gas distributing grid with thin shaped blades, a cooling chamber with a gas distributing grid, which is equipped with an air duct. Burners have tangential inlet at least of one of the fuel components and angles of atomisation flames at one part of burners, which are not equal to angles of atomisation flames of the other part of burners. Burners are installed with uniform alternation of burners with different angles of atomisation flames.

EFFECT: higher burning uniformity.

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:F27B 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: F27B 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 material to be calcined through the feeder enters the heating chamber, from where, after heating and drying, it passes through the transfer device to the burning 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 having 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, топливные горелки выполнены с тангенциальным вводом, по крайней мере, одного из компонентов топлива, причем углы распыливания у одной части горелок не равны углам распыливания другой их части, при этом горелки установлены с равномерным чередованием горелок с различными углами распыливания.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 wall separating the material entry zone from its discharge zone, according to the invention, the fuel burners are made with the tangential entry of at least one of the fuel components, and the spray angles at one part of the burners are not equal to the angles spraying the other part, while the burners are installed with a uniform alternation of burners with different spray angles.

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 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 avoid material failures, the grill is covered on top with a metal heat-resistant mesh 17. 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 feed from the chamber cooling 9 air having both vertical and horizontal velocity components.

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. За счет того, что углы распыливания у одной части горелок не равны углам распыливания другой их части, а сами горелки при этом установлены с равномерным чередованием горелок с различными углами распыливания, происходит более интенсивное перемешивание частиц обжигаемого материала по толщине слоя, что также способствует их более равномерному обжигу.Fuel is supplied to the mixing chamber 18 of the burner 5 through a tangential inlet 19, is twisted in the specified chamber and enters the firing chamber, in the layer of fluidized calcined material, in the form of a rotating cone. The rotating cone of the fuel 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. Due to the fact that the spraying angles at one part of the burners are not equal to the spraying angles of the other part, and the burners themselves are installed with uniform rotation of the burners with different spraying angles, the particles of the calcined material are mixed more intensively along the layer thickness, which also contributes to their more uniform firing.

Кроме этого, применение тангенциального ввода одного из компонентов топлива, позволит значительно уменьшить длину факела пламени горелки, и улучшить условия смесеобразования, что, в свою очередь, даст возможность уменьшить радиальные размеры печи.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 improve the conditions of mixture formation, 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.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.

Одним из основных параметров горелки/форсунки являются характеристики факела распыла, которые определяются его углом распыливания/раскрытия и длиной, при этом чем больше угол распыливания/раскрытия, тем меньше длина факела, и наоборот, при равном расходе компонентов топлива через горелку.One of the main parameters of the burner / nozzle is the characteristics of the spray pattern, which are determined by its spraying / opening angle and length, the larger the spraying / opening angle, the smaller the length of the flame, and vice versa, with equal flow of fuel components through the burner.

При равномерной подаче продуктов сгорания, обеспечиваемой равными углами и длиной факелов распыливания горелок, обжигаемые частицы будут двигаться по всему объему печи по одной траектории и с равной скоростью в любом месте объема печи, что не обеспечит их интенсивное перемешивание между собой и, соответственно, качество обжига.With a uniform supply of combustion products provided by equal angles and the length of the spray torches of the burners, the fired particles will move along the entire volume of the furnace along one path and with equal speed anywhere in the volume of the furnace, which will not ensure their intensive mixing with each other and, consequently, the quality of firing .

Выполнение горелок с разными факелами распыливания, причем чередующимися, позволит изменять длину перемешивания и объем перемешиваемого материала, что, в конечном итоге, позволит улучшить условия перемешивания и обжига частиц обжигаемого материала. Равномерно чередующийся шаг принят исходя из того, что выполнение горелок со своими углами распыливания приведет к удорожанию печи, т.к. каждая горелка будет выполняться индивидуально. В варианте исполнения необходимо изготовить несколько групп форсунок с разными углами, и установить их с равномерным чередованием, т.е. с равномерно чередующимся шагом, что приведет к удешевлению печи.The implementation of burners with different spray torches, and alternating, will allow you to change the mixing length and volume of the mixed material, which, ultimately, will improve the conditions of mixing and firing of particles of the fired material. A uniformly alternating step was adopted based on the fact that the implementation of burners with their spray angles will lead to an increase in the cost of the furnace, because each burner will be executed individually. In the embodiment, it is necessary to manufacture several groups of nozzles with different angles, and install them with uniform alternation, i.e. with a uniformly alternating step, which will reduce the cost of the furnace.

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.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, low 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.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.

Затем через переточное устройство 6 обожженный материал поступает в камеру охлаждения 9 и после частичного охлаждения удаляется из печи. В камеру охлаждения 9 по воздуховоду 10 подается 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 enters 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, countercurrently with respect to the solid material, enters through the annular grill 12 into the firing chamber 4, acquiring horizontal ones around the profile blades 16, and vertical components of their speed.

Образующиеся дымовые газы с пылью поступают в горячий циклон 8 и, частично освобождаясь в нем от пыли, подаются через газораспределительную решетку 11 в камеру подогрева 1, где подогревают, поступающий на обжиг материал. Запыленные дымовые газы из камеры подогрева Г выходят в санитарный циклон 3 и после частичной очистки направляются в систему тонкой очистки (не показана), или выбрасываются в атмосферу, если достигнуты соответствующие санитарные нормы по степени очистки дымовых газов. Пыль из циклонов 8 и 3 выводится из системы или направляется на дообжиг в камеру обжига 4 в зависимости от технологических особенностей обжига конкретных материалов.The resulting flue gas with dust enters the hot cyclone 8 and, partially freed of dust in it, is fed through the gas distribution grid 11 to the heating chamber 1, where the material supplied to the firing is heated. Dusty flue gases from the heating chamber D go to the 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

A 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, guiding a partition separating the material intake zone from the discharge zone, and an annular gas distribution grill with thin profile vanes, a cooling chamber with a gas distribution grill, sn argent duct, characterized in that the fuel burners are made with the tangential entry of at least one of the fuel components and the angles of the spray nozzles at one part of the burners, not equal to the angles of the spray nozzles of the other part of the burners, while they are installed with a uniform alternation of burners with different corners of spraying torches.