RU2652608C1

RU2652608C1 - Shaft furnace for burning lump material

Info

Publication number: RU2652608C1
Application number: RU2016150291A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Конев; Виктор Александрович Конев; Игорь Николаевич Чмырёв; Владимир Дмитриевич Коршиков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Липецкметаллургпроект"
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-04-27

Abstract

FIELD: furnaces.

SUBSTANCE: invention relates to shaft furnaces and can be used in metallurgy, chemical, sugar industry, building materials industry. Shaft furnace for burning lump materials comprises a metal casing, refractory-lined shaft with heating, burning and cooling zones, gas-distributing ceramic core, peripheral burners, loading and unloading devices. It is equipped with a central burner located on the furnace cover, gas-distributing ceramic core is made in the form of a cylindrical column located along the vertical axis of the furnace passing through the heating and burning zones and resting on the air-cooled beams in the cooling zone. Core has an internal heat channel with holes in the burning zone for the exit of combustion products into the furnace, is connected to the central burner and is equipped with arched piers, which are located crosswise above the upper heating tier in the furnace shaft and one wing of which rests on the shaft lining, and the other one – on the gas-distribution core.

EFFECT: higher quality of burning of lump material due to more even distribution of combustion products in the furnace.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к шахтным печам для обжига кусковых материалов (например, карбонатных пород) и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической, сахарной промышленности, промышленности строительных материалов.The invention relates to shaft furnaces for firing lumpy materials (for example, carbonate rocks) and can be used in ferrous and non-ferrous metallurgy, chemical, sugar, building materials industries.

Известна шахтная печь для обжига кусковых материалов (патент на полезную модель №129614, МПК F27B 1/00, 12.02.2013). Данная печь включает зону подогрева, обжига и охлаждения, футерованную шахту, заключенную в металлический кожух, и крестообразный газораспределительный керн с простенками в виде арок, с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами для выхода газов в слой материала. Керн, выполненный из огнеупорного материала, расположен в зоне обжига печи, а вершина его находится выше уровня верхнего яруса топливо сжигающих устройств. Кусковой материал, поступающий из зоны подогрева печи, распределяется керном на четыре сектора, где обжигается продуктами сгорания топлива, выходящими в рабочее пространство печи через отверстия жаровых каналов керна. В результате, в сочетании с теплоносителем, поступающим от периферийных топок, достигается достаточная равномерность распределения температур по сечению шахты печи и, соответственно, высокая степень обжига материала.Known shaft furnace for firing lump materials (utility model patent No. 129614, IPC F27B 1/00, 02/12/2013). This furnace includes a heating, firing and cooling zone, a lined shaft enclosed in a metal casing, and a cross-shaped gas distribution core with piers in the form of arches, with fire channels made inside each of them to allow gases to escape into the material layer. A core made of refractory material is located in the kiln firing zone, and its top is above the level of the upper tier of fuel burning devices. Lump material coming from the furnace heating zone is distributed by core into four sectors, where it is burned with fuel combustion products that enter the furnace’s working space through the openings of the core’s fire channels. As a result, in combination with the coolant coming from the peripheral furnaces, a sufficient uniformity of the temperature distribution over the cross section of the furnace shaft is achieved and, accordingly, a high degree of firing of the material.

Однако в известной конструкции выполненные внутри простенков жаровые каналы приводят к увеличению массы и габаритов арочных простенков. Арочные простенки занимают значительную часть полезного объема печи и перекрывают до 35% площади сечения зоны обжига. Что существенно увеличивает гидравлическое сопротивление слоя и затрудняет выравнивание потоков теплоносителя по сечению шахты печи, в особенности при обжиге склонного к разрушению в печи сырья мелких фракций. Кроме того, в связи с развитой поверхностью огнеупорной кладки керна, при зависании слоя и сводообразовании существует повышенная вероятность протекания химических реакций в зоне обжига между обжигаемой породой и материалом футеровки (так называемый эффект «приваривания» слоя к футеровке печи), что способствует образованию сваров.However, in the known construction, the flame channels made inside the walls lead to an increase in the mass and dimensions of the arched walls. Arched piers occupy a significant part of the useful volume of the furnace and cover up to 35% of the cross-sectional area of the firing zone. This significantly increases the hydraulic resistance of the layer and makes it difficult to align the coolant flows over the cross section of the furnace shaft, in particular during firing of small fractions prone to destruction in the furnace. In addition, due to the developed surface of the core refractory masonry, when the layer hangs and arches form, there is an increased likelihood of chemical reactions in the burning zone between the calcined rock and the lining material (the so-called effect of “welding” the layer to the furnace lining), which contributes to the formation of welds.

Известна шахтная печь для обжига кусковых материалов (патент на полезную модель №91754, МПК F27B 1/08, 05.11.2009), содержащая футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения готового продукта, периферийные горелки, установленные на верхнем и нижнем ярусах в зоне обжига, и центральную горелку с охлаждаемым кожухом расположенную вертикально по оси печи с выходным устьем снизу и подводом в ее верхнюю часть топлива и кислородсодержащих газов, а также загрузочное и разгрузочное устройства. Применение центральной горелки с жидкостно-охлаждаемым кожухом и с расположением выходного устья непосредственно в зоне обжига позволяет обеспечить равномерное температурное поле по сечению печи в зоне обжига, что повышает степень обжига и качество получаемого продукта. Применение подвесной центральной горелки практически не препятствует движению материала в печи, в отличии от приведенной выше конструкции печи с крестообразным керном.Known shaft furnace for firing lump materials (patent for utility model No. 91754, IPC F27B 1/08, 11/05/2009), containing a lined shaft with zones for heating, firing and cooling of the finished product, peripheral burners installed on the upper and lower tiers in the zone firing, and a central burner with a cooled casing located vertically along the axis of the furnace with an outlet mouth from below and supplying fuel and oxygen-containing gases to its upper part, as well as loading and unloading devices. The use of a central burner with a liquid-cooled casing and with the location of the outlet mouth directly in the firing zone allows for a uniform temperature field along the cross section of the furnace in the firing zone, which increases the degree of firing and the quality of the resulting product. The use of a suspended central burner practically does not impede the movement of material in the furnace, in contrast to the above design of the cruciform core furnace.

Недостатком известной печи являются потери тепла с охлаждающей жидкостью в контуре охлаждения центральной горелки, что ведет к перерасходу топлива на печь. Кроме того, применение жидкостного охлаждения увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты на печь, в связи с наличием дополнительного оборудования: насосы, градирни, баки, трубопроводы и арматура, что вызывает необходимость в резервной системе электроснабжения с применением дизельгенератора или газопоршневой электростанции для предотвращения перегрева жидкости в контуре охлаждения центральной горелки при отключении электроэнергии.A disadvantage of the known furnace is the loss of heat with coolant in the cooling circuit of the central burner, which leads to excessive consumption of fuel in the furnace. In addition, the use of liquid cooling increases the capital and operating costs of the furnace, due to the availability of additional equipment: pumps, cooling towers, tanks, pipelines and valves, which necessitates a backup power supply system using a diesel generator or gas piston power plant to prevent overheating of the liquid in the circuit cooling the central burner during a power outage.

Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является противоточная шахтная печь для обжига карбонатных материалов, отапливаемая газообразным топливом (патент на изобретение №2587115, МПК F27B 1/00, 25.12.2014). Данная печь содержит корпус с рабочим пространством, образованным огнеупорной радиальной кладкой, по высоте которого последовательно по направлению движения материала расположены зоны подогрева, обжига и охлаждения, периферийные выносные топки, расположенные в два яруса, устройство для подачи продуктов сгорания в рабочее пространство печи, выполненное в виде расположенного по оси печи газораспределительного керамического цилиндрического керна, имеющего внутренний жаровой канал и 2-3 яруса радиальных отверстий для выхода продуктов сгорания в рабочее пространство печи. В нижней части жарового канала керна установлена выносная топка, а верхний торец жарового канала закрыт керамической заглушкой в форме конуса-рассекателя с углом 35-45°.The closest analogue of the claimed invention is a countercurrent shaft furnace for burning carbonate materials, heated with gaseous fuel (patent for invention No. 2587115, IPC F27B 1/00, 12/25/2014). This furnace contains a housing with a working space formed by radial refractory masonry, along the height of which the heating, firing and cooling zones, peripheral external furnaces located in two tiers, a device for supplying combustion products to the working space of the furnace, made in the form of a gas-distributing ceramic cylindrical core located along the axis of the furnace, having an internal flame channel and 2-3 tiers of radial openings for the exit of products with burning out into the working space of the furnace. An external firebox is installed in the lower part of the core heat channel, and the upper end of the heat channel is closed with a ceramic plug in the shape of a cone-divider with an angle of 35-45 °.

Данное устройство принято за прототип.This device is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является низкая устойчивость газораспределительного керамического цилиндрического керна. Керн высотой порядка 7-10 м, находясь в напряженных температурных условиях (температура в зоне обжига достигает 1250°С), испытывает давление столба обжигаемого материала высотой 5-10 м. При этом керн не имеет опорных конструкций, кроме расположенных в основании. При возможном нарушении схода материала (подвисаниие, сводообразование) и последующем обрушении подвисшего слоя керн кратковременно будет испытывать значительные нагрузки, способные вызвать его повреждение или заваливание.The disadvantage of the prototype is the low stability of the gas distribution ceramic cylindrical core. A core with a height of about 7-10 m, under intense temperature conditions (the temperature in the firing zone reaches 1250 ° C), experiences a pressure of a column of fired material with a height of 5-10 m. In this case, the core does not have supporting structures other than those located in the base. In case of a possible violation of the material gathering (suspension, arch formation) and the subsequent collapse of the suspended layer, the core will undergo significant loads for a short time that can cause its damage or blockage.

Установка выносной топки в нижней части жарового канала керна, проходящего через зону охлаждения извести, приведет к тому, что около выносной топки в жаровом канале будет создаваться максимальная температура по высоте керна. Данное решение противоречит принципу теплообмена противоточной шахтной печи, так как получаемый продукт в зоне охлаждения будет частично нагреваться непосредственно перед выгрузкой от разогретой футеровки керна, что увеличит потери тепла с готовым продуктом и, соответственно, приведет к повышению удельного расхода условного топлива.The installation of a remote furnace in the lower part of the core fire channel passing through the lime cooling zone will cause a maximum temperature along the core height to be created near the external furnace in the heat channel. This decision contradicts the principle of heat exchange of a counterflow shaft furnace, since the resulting product in the cooling zone will partially heat up immediately before unloading from the heated core lining, which will increase heat loss with the finished product and, accordingly, will lead to an increase in specific fuel consumption.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является улучшение технико-экономических показателей, а также эффективности и надежности работы шахтных печей для обжига кускового материала.The problem solved by the claimed technical solution is to improve technical and economic indicators, as well as the efficiency and reliability of shaft furnaces for firing bulk material.

Технический результат заключается в повышении качества обжига кускового материала за счет сглаживания температурного поля по сечению печи путем более равномерного распределения продуктов горения в пристеночной и центральной области поперечного сечения шахты печи, а также в обеспечении надежной работы и высокой производительности шахтной печи при удельном расходе условного топлива 140-150 кг/т извести.The technical result consists in improving the quality of firing of bulk material by smoothing the temperature field over the cross section of the furnace by more evenly distributing the combustion products in the wall and central region of the cross section of the furnace shaft, as well as in ensuring reliable operation and high productivity of the shaft furnace with a specific consumption of equivalent fuel 140 -150 kg / t lime.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the proposed device is illustrated by drawings, which depict:

Фиг. 1 - профильный разрез шахтной печи;FIG. 1 - profile section of a shaft furnace;

Фиг. 2 - горизонтальное сечение шахты печи А-А на фиг. 1.FIG. 2 is a horizontal section of the shaft of the furnace AA in FIG. one.

Сущность изобретения заключается в том, что в шахтной печи (Фиг. 1, 2) для обжига кусковых материалов, включающей металлический кожух 4, футерованную шахту 3 с зонами подогрева, обжига и охлаждения, газораспределительный керамический керн 8, периферийные горелочные устройства 5, центральную сводовую горелку 6, а также устройства загрузки 2 и выгрузки 12 - газораспределительный керамический керн 8 выполнен в виде цилиндрического столба, расположенного по оси печи. Керн начинается непосредственно от крышки печи, проходит через зону подогрева, зону обжига и в зоне охлаждения опирается на воздухоохлаждаемые балки 11. В верхней части зоны обжига над верхним ярусом отопления в шахте печи крестообразно выполнены простенки в форме арок 10, опирающихся (с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки) одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральный столб газораспределительного керна 8. Высота простенка определяется таким образом, чтобы основание простенка находилось в зоне обжига над верхним ярусом отопления, а верхняя часть - в нижней части зоны подогрева. Внутри керна в зонах подогрева и обжига выполнен внутренний жаровой канал 7 с отверстиями 9 для выхода продуктов сгорания в печь в зоне обжига. Окна 9 для выхода продуктов сгорания в печь выполнены на одном уровне с периферийными горелочными устройствами 5 верхнего и нижнего яруса отопления, а также между ярусами. В верхней части жарового канала керна установлено центральное горелочное устройство 6, монтируемое непосредственно на крышке печи. Для удаления продуктов сгорания из печи в верхней части зоны подогрева смонтировано дымозаборное устройство 13.The essence of the invention lies in the fact that in a shaft furnace (Fig. 1, 2) for firing bulk materials, including a metal casing 4, a lined shaft 3 with heating, firing and cooling zones, a gas distribution ceramic core 8, peripheral burners 5, a central vault burner 6, as well as loading device 2 and discharge 12 - gas distribution ceramic core 8 is made in the form of a cylindrical column located along the axis of the furnace. The core starts directly from the furnace lid, passes through the heating zone, the firing zone and in the cooling zone relies on air-cooled beams 11. In the upper part of the firing zone above the upper tier of heating in the furnace shaft, cross-shaped walls are made in the form of arches 10, supported (with a gap for possible temperature deformation at the joints) with one wing on the lining of the shaft, with the other on the central pillar of the gas distribution core 8. The height of the wall is determined so that the base of the wall is in the firing zone heating above the upper tier and the upper part - the bottom of the heating zone. Inside the core in the heating and firing zones, an internal flame channel 7 with openings 9 is made for the exit of combustion products into the furnace in the firing zone. Windows 9 for the exit of combustion products into the furnace are made on the same level with peripheral burner devices 5 of the upper and lower heating levels, as well as between the tiers. In the upper part of the core fire channel, a central burner device 6 is mounted directly on the furnace lid. To remove combustion products from the furnace in the upper part of the heating zone mounted smoke intake device 13.

Установка центрального горелочного устройства на крышке печи и сооружение газораспределительного керна, проходящего через зону подогрева и зону обжига, позволяет более полно использовать тепло продуктов сгорания, идущее на нагрев кладки керна. Простенки керна, выполненные в форме арок, обеспечивают дополнительную устойчивость цилиндрического столба керна. Кроме того, под простенками керна достигает эффект разубоживания слоя, что позволяет обеспечить равномерное распределение продуктов сгорания по сечению печи.The installation of a central burner device on the furnace lid and the construction of a gas distribution core passing through the heating zone and the firing zone makes it possible to more fully utilize the heat of the combustion products used to heat the core masonry. The core walls made in the form of arches provide additional stability to the cylindrical core column. In addition, under the piers of the core reaches the effect of dilution of the layer, which allows for uniform distribution of combustion products over the cross section of the furnace.

Печь работает следующим образом. Обжигаемое кусковое сырье (например, известняк) загружается скиповым ковшом 1 через загрузочное устройство 2 в шахту печи 3, заключенную в металлический кожух 4. В периферийные горелочные устройства 5 подается топливо (например, природный газ) и воздух горения. Продукты сгорания от периферийных горелочных устройств 5 и несгоревший топливный газ (при осуществлении неполного сгорания топлива в периферийных горелочных устройствах) просасываются через слой обжигаемой породы. Несгоревший топливный газ, смешиваясь с воздухом, поступающим из зоны охлаждения, догорает в слое обжигаемой породы. В центральное горелочное устройство 6, установленное на крышке печи, подается топливный газ и воздух горения с коэффициентом избытка 1,2-2,1 для осуществления полного сгорания топлива. Продукты сгорания от центрального горелочного устройства 6 движутся вниз по жаровому каналу 7 керна 8 и в зоне обжига через окна 9 выходят в печь. Под арочными простенками 10, расположенными над верхним ярусом отопления, создается пространство, незаполненное обжигаемым материалом, что улучшает распределение продуктов сгорания по сечению печи. Обожженный материал из зоны обжига поступает в зону охлаждения, где охлаждается просасываемым воздухом, который поступает через воздухоохлаждаемые балки 11, и выгружается из печи выгрузным устройством 12. Продукты сгорания удаляются из печи через дымозаборное устройство 13.The furnace operates as follows. The calcined lump raw materials (for example, limestone) are loaded with a skip bucket 1 through the loading device 2 into the shaft of the furnace 3, enclosed in a metal casing 4. Fuel (for example, natural gas) and combustion air are supplied to the peripheral burner devices 5. Combustion products from peripheral burner devices 5 and unburned fuel gas (during incomplete combustion of fuel in peripheral burner devices) are sucked through the calcined rock layer. Unburned fuel gas, mixed with air coming from the cooling zone, burns out in the layer of fired rock. In the central burner device 6, mounted on the lid of the furnace, fuel gas and combustion air are supplied with an excess coefficient of 1.2-2.1 for complete combustion of the fuel. The combustion products from the central burner device 6 move down the fire channel 7 of the core 8 and in the firing zone through the windows 9 go into the furnace. Under the arched piers 10 located above the upper tier of heating, a space is created that is not filled with the material to be burned, which improves the distribution of combustion products over the cross section of the furnace. The calcined material from the calcination zone enters the cooling zone, where it is cooled by suction air, which enters through the air-cooled beams 11, and is discharged from the furnace by an unloading device 12. The combustion products are removed from the furnace through the smoke intake device 13.

Claims

A shaft furnace for calcining bulk materials, comprising a metal casing, a lined shaft with heating, burning and cooling zones, a gas distribution ceramic core, peripheral burners, loading and unloading devices, characterized in that it is equipped with a central burner located on the furnace lid, a gas distribution ceramic core is made in the form of a cylindrical column located on the vertical axis of the furnace, passing through the heating and firing zones and resting in the cooling zone air-cooled beams, the core has an internal flame channel with holes in the firing zone for the exit of combustion products into the furnace, connected to the central burner device and equipped with arched walls that are located crosswise over the upper tier of heating in the furnace shaft and are supported with a gap for possible temperature deformations in the places of docking by one wing to the lining of the mine, and by the other to the gas distribution core.