SU1039966A1 - Способ термической обработки сыпучих материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ термической обработки сыпучих материалов, включающий подэму материала, топлива, окислител , сжигание топлива и транспортировку шихты Во взвешенном состо нии при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффекТив-: ности процесса путем разделени  функций транспортировани , нагрева и создани  оптимального газового потенциала и исключени  забивани  подовых сопел, в них подают топлива от общего расхода и осуществл ют пульсирующее сжигание с частотой 0,20 ,5 Гц, а 90-95 топлива сжигают в горелках в зоне боковых стенок /или в своде печи. DO CD СО Ф Од

Description

2, Устройство дл  термической об работки сыпучих материалов по п. 1, содержащее печь со ступенчатым подом и расположенные а нем гаэотопливны подводы, камеры сжигани  с соплами и рабочую камеру с горелочными узлами , отличающеес  тем, что рабоча  камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточ  ным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.

Изобретение относитс  к металлургии , а конкретно к процессам восстановительного обжига железорудных материалов , и может быть использовано в других отрасл х техники при обра7 ботке сыпучих сред. Известны способы термической обра ботки железорудных материалов ОЭти способы включают в себ  подачу материала через загрузочное устройство , транспортировку его в агрегате , нагрев в газовой среде заданного состава и выгрузку СО Однако эти способы имеют недостаточную эффективность и качество готового продукта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ включающий подачу материала и топлива, сжигание газообразного toпливa и транспортиров ку шихты во взвешенном состо нии при помощи газовых струй через ступенчаты под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта С 2 3. Известно устройство дл  термическо обработки сыпучих материалов, содержа , щее печь со ступенчатым подом и рас;пОложенными в нем газотопливными под;водами , камерами сжигани  с соплами, рабочую камеру с горелочными узлами. В печь загружают сыпучий матери- ал , который падает на подину, выполненную в виде ступеней, во впадинах которых установлены сопла дл  подачи воздуха и топлива. Скатыва сь по наклонным плоскост м ступеней, материал попадает к устью сопел, подхватываетс  высокоскоростным noTjOKOM воздуха или газовоздушной смеси и подбрасываетс  к своду. Сопла в печи устанавливают под углом к вертикали. Это обеспечивает переброс материала от одного р да сопел к другому и постепенное продвижение его по печи от загрузочного к разгрузочному устройству. В соп|ла первых р дов по ходу материала подают только гор чий воздух,в сопла последних р дов вместе с воздухом подают газ и они работают как горелочные устройства. Продвига сь по печи, материал должен последовательно пройти зону действи  воздушных сопел и зону действи  горелок. При этом должна удалитьс  внешн   и гидратна  влага , а также пройти процессы восстановлени . Дл  обеспечени  перебрасывани  сыпучего материала, сопла работают с высокими скорост ми истечени  воздуха и газовоздушных смесей. Дл  руд Лисаковского месторождени  .эти скорости достигают 100-120 м/с. В ступен х подины выполнены дополнительные камеры сгорани , соединенные каналами с рабочей камерой. Продукты сгорани  из камер подвод тс  к устью основных сопел С2 } Существующий способ и устройство дл  его осуществлени  имеют р д недостатков , главным из которых  вл етс  необходимость выполнени  подовыми соплами двух несовместимых функций: транспортировки материала и топливосжигающего устройства. Подовые сопла дл  транспортировки материала должны обеспечивать истечение в рабочий объем высокоскоростных струй с возможно равномерным полем скоростей по сечению. При таких услови х наблюдаетс  плохое перемешивание газа с воздухом на начальном участке факела . Фронт воспламенени  отрываетс  от усть  горелки и при скорост х истечени  около 100 м/с воспламенение смеси осуществл етс  на своде печи. Дл  промышленной печи такой конструкции Лисаковского горно-обогатительного комбината отрыв факела составл л до 10 м. Такой отрыв факела недопустим по условию безопасной работы горелки . По существу, все горение с6средоточено под сводом, а в объеме печи существуют участки с газовоэдушной несгоревшей смесью, воспламенение которой может привести к взрыву, что и имело место. Дл  обеспечени  устойчивого горени  необходимо иметь более низкие скорости истечени , что противоречит требовани м по транспортировке материала. Трудность заключаетс  также в том, что необходимо регулиро|вать производительность печи по ма- |Териалу и регулировать тепловой режим

|одним и тем ж€ инструментом - расходом газовой,среды из подовых сопел,При этом могут быть такие ситуации; когда необходимо увеличить производительность печи, оставив без изменени  20 или даже уменьшить уровень температур в рабочем объеме. Дл  этого необходимо увеличить скорости истечени  газа и воздуха из сопел, чтобы увеличить транспортную способность печи, ив то же врем  уменьшить их,или оставить без изменени  дл  регулировани  уровн  температур. Недостатком способа и конструкции  вл етс  невозможность обеспечени  восстановительной атмосферы в печи. Это обусловлено тем, что, хот  и предусмотрено разделение объема печи .на технологические зоны за счет подачи в первой половине печи через сопла только воздуха, а во второй .половине печи топливовоздушной смеси, в действительности такого разделени  нет. В объеме печи происходит интенсивное, перемешивание всех подаваемых в нее газовых компонентов. В объеме печи, где через подовые сопла вдуваетс  , газовоздушна  смесь с коэффициентом , расхода воздуха 0,6-0,7, дёйствительг ный коэффициент расхода воздуха, при котором происходит горение, как усТЭ ,новлено на опыте, около 2,0. Это про исходит за счет прникновени  в пред полагаемую зону восстановлени  кис о|рода из зоны, где установлены воздушные фурмы.. Недостатком способа и конструкций  вл етс  возможность попадани  сЫпу чего материала в сопла. Это приводитк забиванию сопеЛ И вынужденной остановке печи. Целью способа  вл етс  повышение эффективности процесса путем разделени  функций транспортировани , нагретоплива сжигают в горелках в зоне боковых стенок и/или на своде печи.

В устройстве дл  термической обработки сыпучих материалов, содержащем ва и создани  оптимального газового потенциала, а также исключени  забива ни  подовых сопел. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу термической обработки сыпучих материалов, включающему подачу материала и топлива, сжигание газообразного топлива и транспортировку шихты во взвешенном Ьбсто н и при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, в подовые сопла подают 5-10% толлива от общего расхода и осуществл ют пульсирующее сжигачие с частотой 0,2-0,5 Гц а 90-95 печь со ступенчатым подом и расположенными в нем газотопливными подвода-., ми, камерами сжигани  с соплами и рабочую камеру, с горелочными устройствами , рабоча  камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.При расходах топлива на подовые сопла менее 5, последниене обеспечивают метание сыпучего материала, на высоту, достаточную, чтобы врем  полета частиц соответствовало времени протекани  процессов нагрева и восстановлени . При расходах газа более 10 метаемый материал достигает свода , что может способство,вать абразивному износу последнего. При работе устройства выстреливаемый материал вылетает из рабочего конца камеры в виде плотного пакета, сопровождаемого потоком продуктов сгорани . При движении вверх происхо- . дит постепенное торможение и рассеивание частиц. После достижени  частицами высоты 7-9 м происходит свободное падение их на под. Период полета частиц составл ет около 2,5с. Затем частицы снова попадают в импульсную камеру и процесс повтор етс . Таким образом импульсные камеры не создают взвешеннь|й слой материала на определенной вьГсбте, а только осуществл ют его переброс. При частоте импульсов менее р,2 Гц не обеспечиваетс  взвешенное состо ние материала. Часть его задерживаетс  на плоскост х гребней, образуетс  плотный слой, что затрудн ет процесс термообработки« При частоте импульсов более 0,5 Гц сыпумий материал в необ;(ддимом количестве не успевает проникнуть в подовое сопло и при импульсном истечении газов из него про- j Исходит разброс материала, а.не направленный выброс его в сторону свода ..

.На-фиг. 1 изображена печь, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А to |на фиг. 1; на фиг. 3 - импульсна  камера.

Печь имеет камеру 1, загрузочное 2 и разгрузочное устройство 3, под , выполненный в виде ступеней, во впади-15 нах 5 которых установлены сопла 6, соединенные с импульсныь камерами . . пульсирующего горени  7, и горелки и/или радиационнае нагреватели 8, установленные на боковых стенках или 20 на своде.

Печь имеет подводы 9 топливоокислительной смеси в импульсные камеры и подвод (каналы) 10 к горелочным устройствам. Возможное сюложение об- 25 рабатываемого материала Л в импульсной камере обозначено заштрихованной областью. Печь имеет каналы 12 и 13 дл  подвода и отвода газовой атмосферы и поперечную разделительную стенку И с переточным окном 15.

В качестве боковых или сводовых горелок могут быть использованы любые известные устройства, обеспечивающие получение теплоносител  с регу лируемой температурой и составом или при необходимости муфелировать факел (например радиационные трубы).

Способ термической обработки сыпучих материалов и работа устройства осуществл етс  следующим образом.

Материал засыпаетс  в печь через загрузочное устройство 2 и падает на ступенчатый под Л, во впадину 5, при этом, проника  в сопло 6. Одновремен но в импульсную камеру по каналу Э подвод т то пли воо ки слител ьную смес ь. После заполнени  всей камеры смесью производ т зажигание ее от электрического или иного запального устройства . Распростран  сь в камере с высокой скоростью фронт горени  генериует ударную волну, котора ;,воздейст ву  на наход щийс  в вопле сыпучий материал 11, выбрасывает его в рабочий объем печи 1. При этом происхо- 55 ит также истечение продуктов горени  з импульсной камеры. Импульсное пульирующее сжигание осуществл ют одно .временно во всех подовых соплах. Измен   частоту импульсов в интервале 0,2-0,5 Гц, регулируют врем  пребыва-. ни  сыпучего материала во взвешенном состо нии. Таким образом, в печь осуществл ют непрерывную загрузку сыпучего материала; работающие импульсные камеры пере.вод т его во взвешенное состо ние и транспортируют к разгрузочному ycTpojiCTBy, расходу  при этом 5 10% подводимого в печь топлива. Оставшуюс  часть топлива (90-35) подвод т и сжигают в горелках и/или в радиационных нагревател х 8, установленных в рабочем объеме печи. Продукты сгорани  топлива при определенных режимах работы могут быть экранированы стенками нагревателей от рабочего пространства печи, в которое может подводитьс  контролируема  атмосфера.

Сыпучий материал, наход сь во взве шенном состо нии, нагреваетс  продуктами сгорани  .и/или от радиационных поверхностей нагрева. Часть тепла подводитс  к материалу при импульсном выбросе продуктов сгорани  из подовых сопел.

Продвига сь по Печи, сыпучий материал последовательно проходит две камеры, на которые делит рабочий объем поперечна  стенка. В камере, прилегающей к загрузочному отверстию, топливосжигающие устройства обеспечивают интенсивное горение и интенсивную сушку с удалением гидратной влаги. При этом состав атмосферы и температуры в камере могут быть выбраны только из условий сушки и нагрева материала. Высушенный материал через переточное окно 15 попадает во вторую камеру, в которой горелочныё устройства обеспечивают получение вое становительных газов с необходимой концентрацией СО и Н2. Дымовые газы из второй камеры могут удал тьс  по каналу 13 или через переточное окно 15 проникать в первую камеру, из которой после дожигани  горючих компонентов удал ютс  по самосто тельному каналу (не показан).

Нижней частью окна 15  вл етс  покатый гребень пода «. Причем верхн   и нижн   части плоскости гребн  находитс  в разных зонах печи.

Материал, пада  вдол стенки Ц в начальной зоне печи, попадает на покатый гребень и скатываетс  по нему в приемную воронку метательной камеры уже за стенкой в другой зоне печи. 710 Угол наклона гребн  к горизонту выбираетс  больше, чем угол естественного откоса дл  данного материала. Часть печной контролируемой атмосферы отводитс  дл  очистки от продуктов горени  и реакции восстановлени  Дл  уменьшени  загр знени  печной ат ,мрсферы а импульсных камерах в, качёстве топлива может использоватьс  водород, а в качестве окислител  кислород. В печи могут осуществл тьс  различные технологические процессы. При сушке материала или окислительном обжиге в импульсных камерах осуществл ют пульсирующее горение, при коэффициенте расхода воздуха больше единицы. Допустима также установкабоковых и сводовых горелок с открытым пламенем,. При восстановительном обжиге железных руд режим работы печи зависит от требуемой степени восстановлени . Например, при магнетизирующем обжиге импульсные камеры работают при коэффициенте расхода воздуха 0,8-0,9. 06ра ующиес  продукты сгорани  содержат до 5% СО и Н2. Основной нагрев железной руды осуществл етс  за счет сжигани  газа в боковых горелочных устройствах , которые обеспечивают регули руемый состав и температуру продуктов сгорани . Дл  этой цели могут быть использованы устройства дл  сжигани . При более высокой степени восстановлени , например при металлизации, могут использоватьс  радиационные трубчатые нагреватели. Возможна одновременна  работа и горелок с открытым низкотемпературным факелом, и радиационных нагревателей при установке их в соответствующей зоне печи. Функции нагрева и транспортировани  материала выполн ютс  разлИ14ныни элементами печио Это, в отличие от базового варианта, позвол ет регулировать температурный, режим и производительность печи независимо друг от. друга. Транспортирующие устройства не тре буют дл  нормальной работы строгой классификации материала по крупности 6 В отличие от базового варианта в рабочем объеме печи обеспечиваетс  контролируема  атмосфера с необходимыми параметрами по составу газов и температуре. Обеспечиваетс  надежное дожигание горючих компонентов. Это позвол ет обеспечивать протекание заданного технологического процесса и исключает опасность взрыва. Попадание сыпучего материала в сопла перестает быть недостатком, что. имеет место в базовом варианте, и становитс , наоборот, желательным и Даже необходимым условием работы. Забивание сопел исключаетс . Более того, как показали исследовани , полностью засыпаниз входного участка сопла 6 и вп.адйны 5. не  вл етс  аварийной ситуацией. Так как импульсные камеры способны подн ть материал и пере вести его во взвешенное состо ние. Перечисленные преимущества позвол ют ожидать существенный техникоэкономический эффект от внедрени  предложени  по сравнению с базовым вариантом. Сокращение уноса пыли из печи за счет сокращени  расхода газов на /,Л, транспортирование мат.ериала,так в отличие от базового варианта в предлагаемом способе и конструкции расход газов на транспортирование составл ет лишь от общего их расхода на печь; увеличение производительности печи, так как в базовом варианте увеличение производительности печи лимитируетс , главным образом, резким увеличением пылевыноса при увеличении расхода тазов на транспортирование материала; улучшение качества готового продукта за счет создани  в печи , атмосферы, регламентированной по составу , температуре и соответствующей требовани м технологии. Экономический эффект в денежном выражении может быть подсчитан после реализации предложени  дл  конкретного технологического процесса термообработки . Работоспособность отдельных элементов конструкции,например}, импульсной . метательной камеры проверена в стендовых услови х.

70 ff

Фиг. Г

А-А

ff

.2

Claims (2)

1. Способ термической обработки сыпучих материалов, включающий подачу материала, топлива, окислителя, сжигание топлива и транспортировку шихты Во взвешенном состоянии при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекТив-_: ности процесса путем разделения функций транспортирования, нагрева и создания оптимального газового потенциала и исключения забивания подовых € сопел, 8 них подают 5“10% топлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигание с частотой 0,20,5 Гц, а 90-95% топлива сжигают в горелках в зоне боковых стенок л/или в своде печи.

SU ,1039966

2, Устройство для термической обработки сыпучих материалов по π. 1, содержащее печь со ступенчатым подом и расположенные в нем гаэотопливные подводы, камеры сжигания с соплами и рабочую камеру с горелочными уз лами, отличающееся тем, что рабочая камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточи ным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.