Печи для обжига клинкера
Для получения клинкера сырьевую смесь (в виде шлама муки или гранул) обжигают во вращающихся печах.
Вращающаяся печь — пустотелый, открытый с торцов, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, установленный с наклоном 3—4° к горизонту и вращающийся со скоростью 1—1,5 об/мин в зависимости от диаметра и производительности печи. Печь работает по принципу противотока. Сырьевую смесь подают со стороны верхнего «холодного» конца печи, а со стороны нижнего «горячего» конца непрерывно загружают топливо— воздушную смесь Благодаря вращению и наклону барабана сырьевая смесь движется к разгрузочной части печи. Обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через пылеуловители.
Вращающуюся печь по характеру процессов, происходящих во время обжига, разделяют на шесть температурных зон — испарения (или подсушки), подогрева, декарбонизации, экзотермии, спекания и охлаждения (см. гл. 4, § 17). Зоны испарения и подогрева занимают обычно 50—60 % длины печи, декарбонизации и экзотермии— 25—30 %, спекания — 10—15% и охлаждения — 2—4%. В печах сухого способа производства портландцемента зоны испарения, подогрева и частично декарбонизации выносят из корпуса в отдельно установленные агрегаты. Сырьевая смесь, проходя последовательно все зоны в печи, превращается в клинкер.
Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены.
Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными или отдельно установленными теплообменными устройствами; для охлаждения клинкера предусматривают отдельно стоящие или укрепленные на корпусе печи холодильники.
Вращающиеся печи классифицируют: по конструкции корпуса — печи с корпусом, имеющим одинаковый диаметр по всей длине; печи с корпусом, расширенным в зоне спекания; печи с корпусом, расширенным в зоне подсушки; печи с корпусом, расширенным в зонах спекания и подсушки:
конструкции устройства для снижения расхода топлива — печи со встроенными теплообменниками, печи с кальпинаторами, печи с концентраторами шлама, печи с* циклонными теплообменниками;
конструкции привода — печи с приводом от одного или двух электродвигателей, печи с гидравлическим приводом,
конструкции холодильника — печи с холодильниками барабанного типа, печи с рекуператорными холодильник ками, печи с колосниковыми холодильниками.
Главные параметры вращающейся печи — диаметр и длина. На цементных заводах эксплуатируются вращаюЛ щиеся печи длиной от 36 до 230 м, диаметром от 2,1 до 7 м. Отношение длины к среднему диаметру для печей мокрого способа 27—41, сухого— 15—17.
Если вращающаяся печь имеет одинаковый диаметр по всей длине, то размеры ее, например диаметр 7 м и длину 230 м, обозначают так: «печь вращающаяся 7х Х230» Если вращающаяся печь имеет расширенную по сравнению с зонах спекания зону подсушки, то диамет-1 ры их указывают в виде дроби. Например, печь длиной 150 м и диаметром барабана в зоне спекания 4 м, в зоне подсушки 3,6 м обозначают: «печь вращающаяся 4/3,6x150»; при наличии в печи двух расширенных зон (спекания и подсушки) — «печь вращающаяся 4/3, 6/4 X X150» и т. д.
В цементной промышленности постоянно ведутся работы по созданию новых конструкций печных агрегатов большой производитель-! ности и с высокими удельными съемами клинкера сім8 печи, пониженным расходом топлива и высоким качеством получаемой продукции. При этом имеется тенденция к созданию малогабаритных агрегатов — реакторов с интенсивным обменом между материалом и теплоносителем, отличающихся значительно большей скоростью процесса обжига клинкера
Разрабатываются и совершенствую іся способы получения клиі- кера во взвешенном состоянии, в кипящем слое, во взвешешю-фсн- танирующем состоянии, путем плавления, в вакуумной камере и др.
Принцип обжига во взвешенном состоянии заключается в том, что материалы движутся прямотоком или противотоком с горячими газами и равномерно распределяются в них.
В качестве печного агрегата для производства клинкера используется циклонная топка, применяющаяся в металлургии. Это цилиид-J рический барабан диаметром 0,5 м и длиной 1,5 м, отфутерованный хромомагнезитом. Тонкоизмельченная сырьевая смесь подхватывается в печи тангентально вводимым потоком воздуха и жидкого топлива и рассредотачивается в печном пространстве. Время обжига материала во взвешенном состоянии от долей секунды до нескольких секунд. Температура обжига достигает 2000 СС. Обожженный материал выносится из печи потоком дымовых газов и осаждается в пи- леосадительных устройствах.
В Японии созданы установки для высокоскоростного обжига цементного клинкера во взвешенном состоянии. Кроме того, предложена однореактивная печь, представляющая собой цилиндрическую или коническую камеру, в которую из бункера по загрузочному верхнему патрубку поступает тонкомолотая сырьевая смесь. В верхней части камеры тангентально вводится поток воздуха и жидкого топлива. Воспламенение топлива происходит в самой камере. Скорость теплоносителя регулируется путем изменения давления и скорости подачи воздушно-топливной смеси. У стенок камеры поток теплоносителя, закручиваясь по спирали, спускается вниз, а в центре камеры движется по спирали снизу вверх. Попадающие в центр камеры через загрузочный патрубок часгицы сырьевой смеси подхватываются поднимающимся потоком и движутся по спирали вверх, постепенно перемещаясь от центра камеры к ее стенкам. Для предотвращения уиоса материала скорость его не должна быть слишком большой. Подходя к стенкам камеры, частицы сырьевой смеси вместе с подогретыми частицами, подаваемыми через нижний патрубок, опускаются вниз, а газы через нейтральное отверстие в торцовой стенке удаляются из камеры. Затем обожженный материал поступает в холодильник, а из него в выгрузочное отверстие.
Подъем и опускание взвешенных частиц обеспечивают интенсивный теплообмен и высокую скорость реакции клинкерообразования.
Способ обжига материала в кипящем слое заключается в том, что через слой гранулированного материала пропускают снизу вверх поток горячих газов с такой скоростью, чтобы гранулы находились в непрерывном движении. Материал в таком состоянии имеет сходство с кипящей жидкостью
Обжиг клинкера в кипящем слое осуществлен в опытно-промыш- леиной печи НИИЦемента — цилиндрической шахте переменного диаметра. Гранулированная сырьевая смесь поступает сверху, а топливо и воздух снизу. Материал последовательно проходит через все зоны шахты. В сечении зоны наименьшего диаметра при движении газового потока образуется кипящий слой с интенсивным перемешиванием материала. Интенсивный теплообмен между материалом и газами позволяет ускорить процесс клинкерообразования и улучшить теплотехнические показатели работы печного агрегата.
Фирмой «Пайзел» (США) предложена установка для обжига цементного клинкера в кипящем слое, представляющая собой печь- реактор диаметром 2,5 и высотой 5 м. Сырьевая мука пневмовин- товым насосом подается в реактор через донную колосниковую решетку. Обожженный клинкер по трубе поступает в холодильник. Затем клинкер рассеивается на грохоте, в результате чего гранулы размером менее 2,5 мм возвращаются в реактор в качестве затравки. Съем готовой продукции в несколько раз превышает съем с вращающейся печи.
НИИЦементом совместно с Институтом тепломассообмена АН БССР разработана конструкция многореакториой шахтной безрешеточной печи для обжига клинкера во взвешенно-фонтанирующем состоянии. Печь состоит из конических реторт-реакторов. По высоте она делится на зоны подогрева, обжига и охлаждения. Сырьевая смесь поступает сверху в виде гранул, а в самый нижний реактор подается воздушное дутье и обожженный материал, который здесь и охлаждается. Клинкер образуется в вышерасположенном реакторе, где происходит сжигание топлива. В каждом реакторе материал находится в пульсирующем взвешенно-фонтанирующем состоянии.
Частота пульсации определяет производительность установки, коте,, рая в свою очередь должна быть строго согласована с необходимы» временем термообработки материала.
Способ плавления клинкера, предложенный В. В. Серовым, зц. ключается в получении портландцемента путем обогащения извесТняком огненно-жидких шлаков. В конвертор диаметром 3, высотой 8 м и вместимостью 10 т расплава загружают жидкий шллк, и* вестняк и железную руду. СНизу конвертера через две фурмы жидкий шлак под давлением вдувают топливо вместе С воздухе; обогащенным кислородом. Температура расплава в конрерюре по?, тигает 1900—2000 °С. Расплавленный клинкер, выпущенный из ков- вертера, охлаждается на грануляционном барабане. Клинкер можно плавить и в энергетических котельных топках, получаемый при этоц в виде отхода шлак близок по составу к портландцементу.
Принцип обжига цементной сырьевой муки в вакуумной камер» батарейного типа при помощи электронного пучка разработан в ГДР. Дне обжиговой камеры имеет конфигурацию переменного сечения, профиль которого определяется углом естественного откоса сыры, вой муки и цементного клинкера. Для создания глубокого вакуума вся система помещена под колокол, в верхней и нижней частях которого имеются шлюзовые затворы для загрузки сырьевой муки к иыгрузки цементного клинкера. Вакуум в системе создается при помощи вакуумных насосов, которые отсасывают воздух из системы. Готовый клинкер выгружают из камеры, дробят в клинкерной дробилке и охлаждают в холодильнике. Нагретый в холодильнике воздух используется для подогрева сырьевой муки в бункере загрузочного устройства. Подогрев производится без смешивания материала с теплоносителем. Установка оборудована системой автоматического регулирования
