SU971898A1 - Способ нагрева спекаемого материала и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

f54) СПОСОБ НАГРЕВА СПЕКАЕМОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относитс  к предварительной обработке руд, а именно к спеканию руд, и может быть использовано в металлургической, химической и промышленности строительных материалов .

В св зи с прогрессирующим дефицитом углеводородных топлив (продукт переработки нефти - мазут и природный газ), что вызвано истощением их естественных запасов, целесообразной  вл етс  их замена другими видами топлива и, в частности, твердым топливом . В насто щее врем  природный газ и мазут используютс  в области подготовки рудных материалов дл  внешнего нагрева сло  шихты на агломерационных машинах и окатышей на обжиговых машинах.

Замена мазута твердым топливом сдерживаетс  несовершенством известных способов сжигани  топлива и конструкций зажигательных горнов, работающих с использованием твердого топлива .

Параметрами, характеризующими внешний нагрев агломерационной шихты,  вл етс  интенсивность внешнего нагрева G (количество тепла,передаваемого шихте единицей гшощади зеркала нагрева

горна в единицу времени), удельный расход тепла внешнего источника q (количество тепла, получаемого участком сло  шихты площсщью 1 м за врем  прохождени  под зажигательным горном), температура и продолжительность нагрева .

Дл  получени  качественного по механической прочности агломерата удельный расход тепла внешнего источника необходимо поддерживать в пределах 60000-90000 кДж/м.

Экспериментально установлено, что продолжительность внешнего нагрева

5 tb должна составл ть 2,3-2,8 мин.

При увеличении t выше 2,8 мин уменьшаетс  вертикальна  скорость спекани  шихты, а при уменьшении t ниже 2,3 МИН увеличиваетс  удельный расход технологического топлива и ухудшаетс  качество агломерата.

Поскольку Л, q и t св заны зависимостью q d t, то интенсивность внешнего нагрева, обеспечивающа 

5 получение качественного агломерата при пониженных расходах технологического топлива, следует измен ть в пределах 21000-39000 кДж/м. мин.

Известен способ зажигани  шихты

па агломерационной машине с использованием твердого топлива, в которой твердое топливо (коксовый орешек кокс фракции 10-40 мм) сжигаетс  в сплошном слое тол1циной 30-92 мм Ell. Однако периодичность загрузки кок са и неравномерность его распределеНИЛ по площади решетки обуславливает изменений во времени расхода вентил торного воздуха, к.оличества горных газов, их температуры и химического состава. Топливо сжигаетс  с переменным во коэффициентом расхода воздуха (измен етс  от 1,3 до 2,5). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  спо- . соб внешнего нагрева агломерационной шихты, в котором твердое топливо (коксовый орешек фракции 10-40 мм) сжигают с коэффициентом расхода воздуха d si,58 в сплошном слое. Кокс загружают в топку пневматически.Под стационарную колосниковую решетку вдувают воздух. При прохождении через слой топлива кислород воздуха взаимодействует с углеродом, в резул тате образуетс  топочный газ, содержащий значительное количество окиси углерода. Топливо в топку загружаетс  непрерывно, однако удаление зоны производитс  периодически 2. Недостатками известного способа  вл ютс  значительный недожёг топли ва и, как следствие,высокий удельный расход твердого топлива на внешний нагрев спекаемого материала, невозможность поддержани  требуемого тем пературно-теплового и газового режи ма нагрева и др. Цель изобретени  - уменьшение удельного расхода топлива. Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе нагрева спекаемого ма териала путем сжигани  твердого топ лива с образованием топочных газов, используемых дл  нагрева материала, твердое топливо крупностью 8 мм сжи гают в кип щем слое с коэффициентом расхода первичного окислител  0,60 ,8, а образовавшиес  при этом продукты неполного сгорани  смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислител . Твердое топливо крупностью 8 мм . (в смеси с зернистым инертным матеРиалом ) и первичный окислитель (воз ) ввод т в реакционную камеру и сжигают в псевдоожиженном (кип щем) слое при 750-950 С, .т.е. ниже темпе туры начала разм гчени  (плавлени ) золы топлива (Тр 1050-1100с) с коэффициентом расхода окислител  ,6-0,8 при теплонапр женности топочной камеры 0,6-3,7 МВт/м. Получаемый приЭТОМ газ, содержа щий окись углерода и другие горючие компоненты (Н,, СН4) , подают в зону нагрева спекаемого (обжигаемого) материала, где смешивают с вторичным окислителем и сжигают с избытком окис-, лител  над слоем спекаемого материала. Горючие компоненты сгорают, что обеспечивает получение заданного температурного режима внешнего нагрева. Добавление в отдельные зоны нагрева разных количеств вторичного окислител  обеспечивает возможность организовать дифференцированный по зонам температурно-тепловой и газовый режимы нагрева материала. Пример 1 (по прототипу). КЬксовый орешек фракции 10-40 мм сжигаетс  в зажигательном горне агломашины в плотном слое на стационарной колосниковой решетке с коэффициентом расхода окислител  1,58. При этомна каждый квадратный метр площади поперечного сечени  топочной камеры загружают 155,1 кг коксового орешка и вдувают 2180 нм воздуха. Продукты сгорани  (топочные газы) поступают в камеру нагрева и просасываютс  через слой агломерационной шихты. Пример 2. Смесь коксика и антрацитового штыба фракции 0-8 мм сжигают в кип щем слое с коэффициентом расхода окислител  (воздуха) oi 0,55 в реакционной камере зажигательного горна агломерационной машины. Дл  этого в реакционную камеру кип щего сло  на каждый квадратный метр площади ее поперечного в горизонтальной плоскости сечени  ввод т 119,8 кг топлива и 410 нм первичного окислител  (воздуха). При неполном сгорании углерода топлива образуетс  480 нм продуктов горени  топлива (топочные газы), которые поступают в камеру нагрева зажигательного горна, куда вдувают 800 нм вторичного окислител  (воздуха), при этом коэффициент расхода окислител  (воздуха) 2,37. Смесь топочного газа и окислител  сгорает над слоем спекаемого материала. Образующиес , при этом горновые газы просасываютс  через слой спекаемого материала . Примеры 3, 4и5. Процесс ведут аналогично примеру 2, но в камеру кип щего сло  вдувают соответственно 450, 600 и 670 нм первичного воздуха, а в камеру нагрева 760, 610 и 540 нм вторичного воздуха. В табл. 1 сопоставлены составы топочных и горновых газов и удельные расходы твердого топлива на внешний нагрев спекаемого материала, а также дана качественна  характеристика процесса горени  топлива в топочной (реакционной) камере зажигательного горна. Из табл. 1 следует, что сжигание твердого топлива в зажигательном горне в кип щем слое  вл етс  более экокомичным по сравнению со сжиганием топлива в зажигательном горне в сплошном слое; при интенсивности вн него нагрева 39000 кДж/м мин удельн расход топлива составл ет соответст венно 119,8 и 155,1 кг/ч на 1 м пл щади поперечного сечени  камеры нагрева . Известен зажигательный горн, сос то щий из топки с неподвижной волос никовой решеткой, факельной и подто почной камер. Горн имеет металличес кий каркас, выложенный из огнеупорного кирпича боковые и торцовые сте ны и свод, вентил тор и воздухопровод . Твердое топливо (коксовый орешек ) загружают на колосниковую решетку вручную периодически. Периодически также вручную производит-, с  выгрузка золы из топки горна t . Недостатком горна  вл етс  цикли ческий характер его работы, мала  теплонапр женность топочной камеры, трудность осуществлени  механизации и автоматизации теплового режима внешнего нагрева, т желые услови  труда и др.. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству  вл етс  зажигательный горн, содержащий футерованные огнеупорные материал (рм свод, торцовые и боковые стенки, образующие топку, подпоточную камеру и камеру нагрева, трубопроводы дл  подвода топлива и окислител , топливный бункер с дозирующим устройством, причем топк снабжена стационарной колосниковой решеткой. В этом горне коксовый орешек в топку подаетс  из бункера через барабанный питатель по топливопроводу на полку окна в боковой стенке топочной камеры горна, откуд сдуваетс  потоком воздуха, подаваемого от вентил тора высокого давлени , и укладываетс  на колосниковую решетку. Укладка топлива неравномерна . Под колосниковую решетку по воздухопроводу подводитс  воздухf топочные газы, образующиес  при горении топлива, поступают в нагревательную камеру и затем просасываютс  через слой спекаемого материал уложенного на колосниковую решетку паллет, в вакуум-камеры агломашины. Интенсивность внешнего нагрева мате риала в горне известной конструкции пропорциональна площади поперечного сечени  (в горизонтальной плоскости топочной камеры, вследствие чего в этих горнах топочные камеры имеют большие относительные габариты, причем соотношение площадей поперечного сечени  топочной и нагревательной камер S больше единицы 2}. Недостатками известного горна  вл ютс  низка  теплонапр женность топочной камеры (менее 0,6 МВт/м), сложность управлени  температурнотепловым и газовым режимами внешнего шихты, значительный недожог твердого топлива, а следовательно , высокий его удельный расход и необходимость применени  дефицитного кЬкса узкой фракции (10-40 мм). Кокс более мелки1с фракций выноситс  из топки, быстро сгорает} кокс крупностью более 40 NIM плохо горит; и в том и в другом случае невозможно развить требуемую температуру внешнего нагрева (зажигани ), обеспечить равномерность нагрева по ширине агломашины, в результате чего получаетс  продукт ухудшенного качества. Зажигательные горны со стационарной колосниковой решеткой дл  сжигани  топлива в сплошном слое очень громоздки; дл  их изготовлени  расходуетс  значительное количество металла и огнеупорных материалов. Эти горны имеют очень низкий тепловой КПД (не более 70%). Цель изобретени  - повышение теплонапр женности топочной камеры и снижение удельного расхода твердого топлива на внешний нагрев. Поставленна  цель достигаетс  тем, что зажигательный горн, содержащий свод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом, трубопроводы дл  подвода топлива и окислител , топливный бункер с дози-, рующим устройством, снабжен герметизированной реакционной камерой щего сло  с газораспределительным и запально-розжиговым устройством, соединенной трубопроводами с топливным и золонакопительным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой , причем в боковых и/или торцовых стенках ее расположены фурмы дл  ввода вторичного окислител , а соотношение площади поперечного в горизонтальной плоскости сечени  реакционной камеры кип щего сло  к площади поперечного сечени  камеры нагрева равно 0,1-0,35. Зажигательный горн может быть выполнен многосекционным. Горн такой конструкции обеспечивает практически полное сжигание углерода твердого топлива, поскольку образующиес  в реакционной камере кип щего сло  продукты неполного сгорани  топлива дожигают над слоем спекаемого материала в камере нагрева, предварительно смещива  их со вторичным окислителем; позвол ет использовать дл  внешнего нагрева мелкое не классифицированное топливо, в том числе топливо, примен емое дл  спекани  шихты (коксик, антрацитовый штыб, тощий каменный- уголь), в результате чего уменьшаетс  удельный расход топлива на внешний нагрев шихты при одновременном улучшении качества агломерата и повышении его однородности, что благопри тно сказываетс  на работе доменных печей.

На чертеже изображен зажигательны горн, обишй вид.

Зажигательный горн содержит футерованные огнеупорные материалом переднюю 1 и заднюю 2 торцовые стенки, боковые стенки 3 и свод 4, которые, образуют Нагревательную камеру 5. Камера 5 каналом 6 соединена с реакционной камерой 7 кип щего сло , днище 8 которой выполнено с герметизированным люком. Реакционна  камера 7 и канал 6 футерованы изнутри огнеупорным материалом.

Камеры 5 и 7 трубопроводами 9 и 10 еоединены с коллектором 11, который подсоединен к дутьевому устройству 12 (вентил тор, компрессор, газдувка ). К реакционной- камере 7 присоединен топливный бункер 13 через дозирующее устройство 14, топливопровод 15 и патрубок 16, который соединен трубопроводом 17 с. коллектором 11. Патрубок 16 выполнен со смотровым окном 18. В нижней части реакционной камеры 7 расположено газораспределительное устройство 19, а в средней части ее боковой или торцово стенки выполнено сливное отверстие 20. Р дом с реакционной камерой 7 ниже сливного отверсти  20 расположен золонакопительный бункер 21, который соединен с ней через сливное отверстие 20 трубой 22, на ко горой установлено запорнорегулирующеё.и дозирующе устройство 23. В верхней части нагревательной камеры 5 и ее торцовых, и/или боковых стенках установлены фурмы 24, которые трубопроводами 9 соединены с коллектором 11. Внутри нагревательной камеры 5 уставнолены спекательные тележки (паллеты) 25 j агломерационной (обжиговой машины, днище 26 которых выполнено в виде колосниковой решетки; под тележки 25 установлены вакуумкамеры 27, подсоединенные к эксгаустеру . Реакционна  камера кип щего сло  7 снабжена запально-розжиг говым устройством 28 (горелка или форсунка),. к которому подсоединен трубопровод 29 дл  подвода резервного топлива (пропан-бутанова  смесь Д1 зельное топливо и др.) и; которое тд1|убопроводом 30 соединено с коллектором 11. Трубопроводы 9, 10, 17, 29 и 30 имеет запорна-регулирующую арматуру 31.

Зажигательный горн работает следующим образом.1

Включают дутьевое-устррйство 12 и нагнетают окислитель (воздух) в коллектор 11. Из топливного бункера ДЗ дозирующим устройством 14 через

топливопровод 15 в патрубок 16 подают смесь измельченного твердого топлива крупностью 0-8 мм (каменный уголь, бурый уголь, коксик) и инертного материала крупностью 0,5 до 5 мм, а через трубопровод 17. подвод т окислитель (воздух) от коллектора 11. Частицы топлива и инертного материала увлекаютс  потоком окислител  и транспортируютс  в реакционную камеру кип щего сло  7. По трубопроводу 10 под газораспределительное устройство 19 реакционной камеры кип щего СЛОЯ 7 из коллектора 11 подвод т первичный окислитель (воздух); при помощи газораспределительного устройства 19 окислитель равномерно распредел етс  по сечению реакционной камеры кип щего сло  7 и приводит в состо ние псевдоожижени  .(кипени ) смесь топлива и инертного материала. Суммарный расход- окислител  (воздуха), подаваемого в камеру кип щего сло , устанавливают в количестве , обеспечивающем поддержание в реакционной камере скорости газового потока, несколько превышеоощей первую критическую скорость псевдоожиж .ени  смеси инертного материала и топлива. При указанных вьлле размерах частиц скорость потока воздухапохщерживают в пределах 1,0-1,4 нм/м Расход топлива устанавливают в таком количестве, чтобы обеспечить заданное (в пределех 0,6-0,8) значени коэффициента расхода окислител  и подерживают требуемое значение теплонапр женности в реакционной камере кип щего сло  (0,6-3,7 МВт/м) .

. По трубопроводам 29 и 30 к запально-разжиговому устройству 28 реакционной камеры кип щего сло  подвод т резервное топливо о окислитель.Образовавша с  горюча  смесь поджигаетс  и сгорает. За счет выдел ющегос  при этом тепла смесь твердого топлива и инертного материала нагреваетс  до температуры воспламенени  топлива. В реакционной камере кип щего сло  происходит неполное сгорание твердого топлива при 750-950 С. Продукты неполного сгорани  топлива (топочный газ) по каналу 6 поступают в нагревательную камеру 5, куда через фурмы 24 вдувают вторичный окислитель (воздух ) . Содержащиес  в топочном газе горючие компоненты (окись углерода и др.) окисл ютс  кислородом вдуваемого окислител ; за счет выдел ющегос  при этом тепла температура повышаетс  до заданной температуры внешнего нагрева спекаемого (обжигаемого) материала (1100-1275с Регулирование температуры горнового газа (продукты дожигани  топочного газа) производитс  посредством изменени  коэффициента расхода вторичного окислител  (воздуха). Горновой газ с заданной температурой просасываетс  через слой нагреваемого материала , загружаемого на колосниковую решетку 26 паллет 25, за счет разрежени , создаваемого эксгаустером в вакумм-камерах 27. Соотношение площадей поперечного сечени  (в горизонтальной плоскости реакционной камеры кип щего сло  (Sitjc.) и камеры нагрева (S) выбрано равным SH 0,140,35. В табл. 2 сопоставлены показатели внешнего нагрева и удельные расходы твердого топлива, сжигаемого в горнах известной и предлагаемой конструкци . При 5ц 0,05 (опыт 2),вслед ствие малой интенсивности внешнего нагрева материала I 10600 кДж/м ш недостаточен удельный расход тепла внешнего источника (q 19680 кДж/м В результате получаетс  непрочный агломерат. При 5.: 5ц 0,1 (опы 3) интенсивность внешнего нагрева достаточна дл  получени  агломерата с удовлетворительной механической прочностью при низком удельном расходе твердого топлива (66 ). Высока  прочность агломерата достигаетс  при соотношении ,: S, 0,20 и 0,35. При SH..C. SH 0,40 (опыт 6) возможно образование большого количества жидКоэффициент расхода окислител :

при сжигании топлива в топочной камере (реакционной камере кип щего сло )

при дожигании продуктов горени  в нагревательной камере

Температура горени  топлива в топочной камере (реакционной камере псёвдоожиженного сло ),с

Температура горнового газа,С

Содержание, %:

в топочном газе

в горновом газе

.

0,8

0,9

0,6

0,55

7,15

4,08

2,54

2,37

1160 725 750 950 1150 1140±40 1250+20 1250+20 1250±20 1350+20

18,2

12,5

О

О

4,6

10,0

13,0

13,0

8,0

8,0

О

О кой фазы при спекании материала верхнего пласта сло , и, как следствие , уменьшение вертикальной скорости спекани  шихты и ухудшение прочностных характеристик агломерата. В табл. 3 сопоставлены значени  теплонапр женностги реакционной камеры псёвдоожиженного сло , параметры внешнего нагрева (интенсивность и удельный расход тепла), а также удельные расходы, твердого топлива при величинах соотношени  З,.: 5ц , равных 0,1 и 0,35, Теплонапр женности, при которых достигаетс  интенсивность внешнего нагрева в пределах 21000 39000 кДж/м- мин, измен ютс  от 0,6 до Зд7 МВт/м . Внешний нагрев агломерационной шихты зажигательнымгорном предлагаемой конструкции по сравнению с внешним нагревом известным зажигательным горном обеспечивает сокращение удельного расхода твердого топлива, позвол ет использовать не дефицитные виды твердого топлива, резко уменьшить габариты гррна, сократить выбросы токсичной окиси углерода в окружающую среду с отход щими агломерационным газами и улучшить прочностные характеристики получаемого продукта. ;Т а б л и ц а 1 Показатели Коэффициент использовани  зшмической (тепловой) энергии углерода топлива в 3 гики га.т ель ном горйе 0,775 Расход твердого топлива при интенсивности внешнего нагреаа I 39000 кДж/м мин, кг/ч на 1, м площади поперечного сечени  камеры нагрева Суха  проба. В пределах одного цикла. Без учета механического недожега твердого

Теплонапр женность

топочной камеры

(реакционной каме1«л -j

кип щего сло ), МВт/м

Соотношение площадей поперечного сечени  топочной камеры .S-y или реакционной камеры кип щего сло  5, нагревательной камеры 5ц

Интенсивность внешнего

нагрева, кДж/м мин

Удельный расход тепла

внешнего источника,

кДж/м

Удельный расход твердого топлива на внга ний нагрев,, кг/ч на 1 м площади поперечного сечени  камеры нагрева При коэффициенте расхода окислител  сло  oL 0,7.

Продолжение табл. 1

2,0 2,0 1,0б 1,06

0,10 0,20 0,35 0,40 21500 42400 39050 44600

60200 97500 89800 102600

66,0 130,3 120,0 155,3 Пример :i:; ::z:r:r r 1,00 1,00 1,00 1,00 119,8 119,8 . 119,8 топлива. Таблица 2 ( воздуха) в камере кип щего

Теплонапр женность топочной камеры (камеры кип щего сло ),МВт/м

Интенсивность внешнего нагрева, кДж/м. мин Удельный расход тепла внешнего источника, кДж/м 47400 52600

Расход твердого топлива на внешний нагрев, кг/ч на 1 м площади поперечного сечени  камеры нагрева

Примечание, При тепловом КПД горна Т О,.85.

Claims (2)

1.Способ нагрева спекаемого материала путем сжигани  твердого топлива с образованием топочных газов, используемых дл  нагрева материала, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  удельного расхода топлива, топливо крупностью 8 мм сжигают в кип щем слоем с коэффициентом расхода первичного окислител  0,6-0,8, а продукты неполного сгорани  смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислител .

2.Устройство дл  внешнего нагрева спекаемого материала, содержащее свод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом , трубопроводом дл  подвода топлива и окислител , топливный бункер

с дозирующим устройством, о т л и чающеес  тем, что, с целью повышени  теплонапр женности топочно

Таблица 3

2,0 3,7 3,9 0,55 0,60 1,06 1,1

21050 38950 41050 20260 22160 39050 40520

i64,9 110,7 126,2 62,3 68,2 120,0 124,5

камеры и снижени  удельного расхода твердого топлива на внешний нагрев, оно снабжено герметизированной реакционной камерой кип щего сло  с газораспределительным и запально-розжиговым устройствами, соединенной трубопроводами с топливны1-1 и золонакопительным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой, причем в стенках ее расположены фурмы дл 

ввода вторичного окислител , а соотношение площади поперечного в горизонтальной плоскости сечени  реакционной кгииерьз кип щего сло  к площади поперечного сечени  нагревательной камеры равно 0,1-0,35.

3, Устройство ПОП.2, отлич ающе е с  тем, что он выполнен многосекционным. Источники информации,

прин тые во внимание при экспертизе 1. Р занцев А.П., Антошечкин Н.П. Нагрев агломерационной шихты. М., Металлурги , 1968, с. 27-31. 2. Металлурги , 1964, I 6, с. 4-5. 97370 102600 50660 53400 97600 101300 I Ton/ruffo f« г 2it к зксгау. стеру