1, Оптимизация работы цементных вращающихся печей, основной критерий отимизации. Связь между производительностью, стойкостью футеровки, качеством клинкера, пылеуносом из печи и удельным расходом топлива
 Скачать 39.66 Mb.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  |
| Диаметр клинкера, мм | t-ра охлаждения, ºС | Время, минут |
| 10 | с 1200 до 50ºС | 8 |
| 20 | 32 | |
| 30 | 64 |
Повышение слоя более чем на 400 – 450 мм приводит к разделению клинкерной фракции по высоте. Внизу проваливается мелкий клинкер, а вверху остаётся крупный. В связи с тем, что колосники расположены в нижней части слоя, то при этом обеспечивается интенсивное продвижение мелкого клинкера и задерживается скорость крупного. В результате чего мелкий клинкер находится на решётке не более 20 мин, а крупный более 1 часа, что обеспечивает полное охлаждение.
Эпюры скорости клинкер
Для того чтобы не выбрасывать избыточный воздух из холодильника необходимо подавать в холодильник на охлаждение около 1,8 нм3/кг который весь пойдёт в печь на сжигание топлива.
П
ри этом согласно расчетам, время пребывания клинкера при размере гранул 15мм, д. составлять около 30 мин. Если размер гранул увеличивается до 30 – 45мм, то требуется на охлаждение соответственно 75 и 130 мин, что достигается увеличением слоя клинкера на решётках с 280 до 700 и 1200 мм.Зависимость сопротивления слою от t-ры
При оптимизации работы холодильника, необходимо учитывать, что сопротивление слоя
В горячей части холодильника t-ра воздуха 8000 С, в холодной1000С
Согласно уравнению сопротивления слоя пропорционально скорости газа в квадрате и плотности. С повышением t-ры объём воздуха увеличивается => растёт скорость (пропорционально) Но в то же время уменьшается плотность воздуха ρв. Поэтому (υ 2/2·ρв) будет увеличиваться пропорционально t-ре по шкале кельвина. Коэф-т сопротивления ξ учитывает форезность слоя и вязкость воздуха. А вязкость увеличив с увеличением t-ры даже больше чем объём. И поэтому при равной высоте слоя, сопротивление в начале горячей части холодильника будет в 4 раза выше чем в холодной части. А для эффективности работы холодильника следует напротив обеспечить больше воздуха в горячей части и меньше в холодной. Для этого рекомендуется слой в горячей части поддерживать меньше, чем в холодном.
Для того, чтобы при одинаковой частоте колебания решёток изменить слой клинкера можно изменять соотношение высоты подвижных и неподвижных колосников. При увеличении высоты подвижных колосников, скорость продвижения клинкера увеличивается, а при увеличении высоты неподвижных – уменьшает.
Для того, чтобы изменить высоту подвижного или неподвижного колосника на них можно приварить спец. элементы:
| | |
Т
радиционно рекуператорные (планетарные) висят консольно в конце печи. Вес рекуператора 100 т
При работе рекуператорных холодильников самое важное обеспечить пересыпку по всему сечению рекуператора.
Пересыпка
Равномерная пересыпка по всему сечению обеспечивается формой полок и ковшей. Самый лучший ковш №5.
3. Футеровка вращающейся печи, назначение футеровки.
Футеровка вращающихся печей
По футеровке вращающуюся печь мокрого способа целесообразно разделить на 5 участков, каждый из которых требует свой огнеупор. В тех случаях когда используется гирляндная цепная завеса и температура материала на выходе из цепей 90ºС, то второй участок отсутствует. На первом участке целесообразно в качестве футеровки использовать высокопрочный бетон на основе п/ц, который армируется при помощи Ме спиралей, кот привариваются к корпусу. Для увеличения износостойкости бетона от воздействия цепей в качестве наполнителя используют гранитный щебень и Ме стружку. На втором участке в качестве наполнителя также можно использовать гранит, цементную крошку и Ме стружку. В качестве связки используют жидкое стекло, а лучше всего глиноземистый цемент. Для того, чтобы ускорить процесс твердения бетона, его рекомендуется посыпать сверху негашеной извести, которая выполняет 2 функции: 1) известь отсасывает воду, => увеличивается жесткость бетона и его прочность, и плотность; 2) при гашении извести выделяется большое количество тепла, которое разогревает бетон и => ускоряется его твердение.На втором участке для предохранения кирпича от воздействия цепей рекомендуется футеровку покрывать жаропрочными плитами. На третьем участке используется огнеупорный кирпич из шамота, который в основном состоит из SiO2 и Al2O3. Этот кирпич обладает высокой огнеупорностью, прочностью и укладывается насухо или на жидкие цементоводные суспензии, которые служат только для выравнивания поверхности кирпича.
Шамотный огнеупор можно укладывать до t=1000…1100ºС, т.к. м-ал в основном состоит из CaO, который в смеси с SiO2 и Al2O3 огнеупора дает расплав при t=1163ºС. И если увеличить температуру выше, то получившийся расплав перейдет в клинкер и буквально за несколько часов можно полностью растворить шамотный огнеупор. В зоне спекания, где образуется клинкерный расплав, устанавливается основной огнеупор, содержащий в основном (MgO) периклаз, т.к. клинкер является тоже основным, модуль основности 2, то естественно он не будет вступать в реакцию с основным огнеупором и => разрушать его. Поэтому чем>MgO в огнеупоре, тем он более стоек по отношению к клинкеру.
Есть два участка печи, футеровка на которых достаточно часто разрушается. Это переходный участок после цепей и выходная или пороговая часть печи.
Разрушение футеровки переходного участка.
П
ерегрев и расширение корпуса.Почему выпадает кирпич?
При разрушении футеровки цепями t корпуса может разогреться до 500 и выше ºС. Коэффициент расширения: стали ∆δст=1мм/1м·100; шамота ∆δш=0,3мм/1м·100ºС.
Dп=5м, Sп=15м , t=500ºС; ∆Sк=1·15·5=75мм; ∆Sш=0,3·15·5=25мм.
За счет расширения корпуса, кирпич расслабляется и выпадает.
Рекомендуется 2 мероприятия:
1) По окружности, через каждые 3-5 кирпичей на глубину до 3 кирпичей приваривается пластина к корпусу. Т.о. вся футеровка по длине печи на 600 мм заключаются в кассеты.
Разрушение футеровки в пороговой части печи:
| В горячей части печи причина выпадения кирпича на пороге | Предотвращение выпада кирпича на пороге |
 |  |
Причина выпадения кирпича на пороге, заключается в том, что если кольцевая обечайка не охлаждается воздухом, то она может разогреться до t=700-800ºС. В результате этого, а также давления кирпича, кольцевая обечайка развальцовывается и расширяется, в результате этого расслабляется кирпич и он выпадает. Для того, чтобы предотвратить это необходимо установить ложную обечайку на поверхности основной, которая должна быть уплотнена с торца пороговыми плитами и между основной плотной обечайкой нагнетается воздух, количество которого должно быть 3000 м3/1м Ø печи (1000м3 на 1 м окружности печи). Этот холодный воздух, выбрасывается в атмосферу не попадая, в печь. В этом случае основная обечайка защищена от воздействия высокой t-ры и футеровка не выпадает.
Пути повышения стойкости футеровки.
Стойкость футеровки зависит от вида огнеупора, качества кладки, свойств сырья и режима обжига. Стойкость футеровки обычно определяется по времени службы футеровки в зоне спекания.
Два способа укладки: с поворотом и без поворота печи.
С поворотом печи сначала укладывается чуть больше половины, затем закрепляется один конец кирпича и печь поворачивается на 60º.
Чтобы предотвратить выпадение кирпича, между ними забивают по 1-2 пластины, чтобы расширить всю футеровку. (В перевязку)
Ме пластины выполняют 2 функции: 1)они частично плавятся и образуют связку; 2) они являются термокомпенсаторами, потому что при нагреве кирпич расширяется, пластины расплавляются следовательно компенсация расширения.
| Кольцевая кладка | Бесповоротная кладка |
 |  |
Свойства сырья: 1) важнейшим показателем является содержание Al2O3 высокая стойкость футеровок обеспечивается за счет создания обмазки на поверхности кирпича Al2O3 обеспечивает получение вязкой жидкой фазы, которая легко прилипает к футеровке (Al2O3 = 3,6 - 3,9%); 2) Fe2O3 = 2.9 – 2.6 %
3) SiO2 – в виде кварца (песка). Если SiO2 в глине, то это не опасно, т. к. при t500ºС происходит разложение глины с образованием аморфных оксидов и аморфный SiO2, легко вступает в реакцию. Если же имеется кварц (крупнокристаллический) тогда SiO2 плохо вступает в реакцию, поэтому требуется повышенная t-ра обжига и снижается стойкость футеровки.
4) КН0,91 (и выше плохо и ниже плохо). При увеличении КН спекание сырья затрудняется и требуется более высокая t-ра. При понижении КН образуется легкоспекаемая сырьевая смесь, поэтому уменьшается длина зоны спекания и возникает избыточная жидкая фаза, что требует более стабильного режима обжига. Перегрев приводит к тому, что расплавляется обмазка, а небольшое снижение t-ры может привести к выпуску брака. Поэтому в этих условиях часто возникает колебание t-ры футеровки, что приводит к сколу кирпича и его разрушению.
5) n2,3 – характеризует количество жидкой фазы. Чем выше n, тем больше расплава.
6) Примеси Na2O, K2O=1%, MgO=2,5% Повышение стойкости футеровки.
Решающее значение – стойкость футеровки зависит от режима обжига.
Задача машиниста – обеспечить относительно удлиненный факел, который бы предотвращал перегрев корпуса печи.
4. Теплообменные устройства во вращающихся печах мокрого способа производства.
При мокром способе производства больше всего тепла расходуется на испарение воды.
Расход тепла на испарение 1 кг клинкера:
1) ТЭК ≈ 1700 кДж (400 ккал);
2) расход тепла на испарение воды – qw ≈ 2500кДж (600 ккал);
3) потери тепла с отходящими газами qо.г.≈1000кДж (250 ккал)
4) потери тепла ч/з корпус qч.к. ≈ 600кДж (150 ккал);
5) потери тепла с клинкером qкл ≈ 300кДж (70 ккал);
Итого: расход тепла qΣ ≈ 6100 кДж (1470 ккал).
Комплекс теплообменных устройств печей мокрого способа производства.
1-подпорное кольцо; 2-шламовая труба; 3-печь; 4-форсунка; 5-холодильник.Назначение теплообменных устройств:
Снижение расхода топлива за счет интенсивного теплообмена и следовательно понижение температуры и потери тепла с отходящими газами.
Кроме того, теплообменные устройства должны обеспечивать:
1) Интенсивный теплообмен; 2) рациональное продвижение м-ла на различных участках; 3) предотвращение образования колец; 4) повышенное сопротивление газовому потоку; 5) низкий пылеунос; 6) предотвращение быстрого износа (сгорания) цепей; 7) образование и сохранение гранул для отделения шлама.
Цепные завесы бывают свободновисящие и гирляндные. Свободновисящие, когда цепь подвешена за один конец, гирляндная – за два. Гирляндные обеспечивают образование и сохранение гранул, а свободновисящие разрушают м-л до пылевидного состояния. В свободном пространстве печи теплообмен м/у газовым потоком и гранулами на 25% интенсивнее чем м/у газовым потоком и пылью. Поэтому на участке он от цепной завесы до начала зоны спекания гранулированный м-л нагревается на 1200°С, а при пылевидном состоянии он может нагреться всего на 900°. В связи с этим параметры работы печи следующие:
В связи с этим цепную завесу нужно подбирать от свойств шлама. Есть шлам который при высушивании обеспечивает образование хороших, прочных гранул. Такой шлам имеет определенные пластические связующие свойства (1-й вид). Сырье большинства заводов (80%) не пластичное, которое плохо гранулируется и создает не прочные гранулы (2-й вид). Поэтому на заводах, работающих на 1-м виде сырья целесообразно установить гирляндную, а на 2-м свободновисящую.
Свойства различного шлама:
На специальной установке можно исследовать свойства шлама при сушке и по характеру перехода шлама на цепи и сброса м-лас них можно установить способность шлама к образованию гранул или пыли. Если шлам на цепи переходит постепенно и на достаточно длительном участке, а сбрасывается быстро, то такой
м-л способен образовывать прочные гранулы и в этом случае на печах предпочтительней навешивать гирляндные цепные завесы. Если же м-л набирается на цепи быстро, а сходит постепенно, отшелушиваясь с поверхности, то будет получаться пылевидный м-л, следовательно рекомендуется навешивать свободновисящие цепные завесы. Участок от Wисх до Wкритич является зоной пылеулавливания (ЗПУ), а участок от Wкритич до Wсбрасыв является зоной пылеобразования (ЗПО).
Способы характеристики цепных завес:
1)способ навески: гирляндная; свободновисящая; комбинированный; коврик; 2) длина цепной завесы – Lц, м; 3) масса цепной завесы – Мц; 4) удельная масса цепной завесы – отношение массы цепей к массе выпускаемого клинкера за час (Gкл) – Шц=Мц/Gкл; 5) поверхность цепной завесы – Fц, м2; 6) уд. поверхность цепной завесы – отношение поверхности цепей к массе выпускаемого клинкера за час (Gкл) – fц= Fц/ Gкл; 7) коэф-т плотности цепной завесы – отношение поверхности цепей к поверхности футеровки – КF= Fц/ Fф; 8) длина цепи – lц, м; 9) просвет под цепями - hц, м; 10) вид цепей: круглозвенный, овальные; 11) диаметр звена цепи – Dц, мм; 12) диаметр прутка цепи – dц, мм.
Цепи гирляндные:
Комплекс теплообменных устройств при использовании гирляндных цепных завес:
Масса цепей с ковриком 2т/т кл. в час (печь 5х185, 72 т/ч, Мц=150 т). Пов-ть цепей с ковриком fц<38 м2 на тонну кл-ра в час (печь 5х185, 72 т/ч, Fц=3000 м2).
| Коэф-т плотности участков (м2 цепей на м2 футеровки), КF | |||
| I – 3,7 | II – 2-3 | III – 3,76 | IV – 3-4 |
| Линия навески: 3-х заходный винт. | |||
| Состояние материала: | |||
| текучий, пластичный | сыпучий | ||
| Требования к продвижению материала: | |||
| продвигать | задерживать | ||
Любая цепная завеса по свойствам м-ла делится на 3 участка: (фильтр-подогреватель): 1) текучего шлама (мокрый фильтр); 2) вязко-пластичный шлам; 3) сыпучий шлам.
Раньше на 1-м участке устанавливались различные конструкции с различными теплообменниками. Однако в настоящее время они не используются. На 1-м участке улавливается часть пыли, поэтому он делается более плотным (КF не более 3,8 м2/м2). На 2-м участке цепная завеса делается менее плотной (КF=2-3). Чем > м-ла налипает на цепи, тем < КF надо делать. На первых двух участках осуществляется прямой конвективный теплообмен от газа к материалу. На 3-м участке после Wкр происходит регенеративный теплообмен, т.е. от газового потока цепь нагревается конвекцией, а затем опускается в м-л; передает тепло теплопроводностью.
3-х заходный винт цепной завесы навешивается т.о., чтобы цепи только опускались на футеровку, но не скользили по ней, т.о. не разрушали гранулы и не истирали футеровку. В связи с тем, что теплообмен от газового потока к цепи в 3-4 раза ниже, чем от цепи к м-лу, то желательно, чтобы цепь дольше находилась в газовом потоке, как показывает рисунок, время нахождения гирляндной цепи в газовом потоке 1,5 раза больше, чем свободновисящая.
Нахождение цепи в газовом потоке: В результате этого пов-ть и масса гирляндной цепной завесы1,5 раза меньше, чем свободновисящий. С другой стороны гирляндная цепная завеса имеет большое сопротивление
Цепи свободновисящие:
Масса цепей с ковриком 3т/т кл. в час (печь 5х185, 72 т/ч, Мц=216 т). Пов-ть цепей с ковриком fц<60 м2 на тонну кл-ра в час (печь 5х185, 72 т/ч, Fц=4300 м2).
| Коэф-т плотности участков (м2 цепей на м2 футеровки), КF | |||
| I – 4 | II – 2-3 | III – 6-12 | IV – 3-4 |
| Состояние материала: | |||
| текучий, пластичный | сыпучий | ||
| Требования к продвижению материала: | |||
| продвигать | задерживать | ||
Линия навески 4-х заходный винт:
При свободновисящей завесе можно менять угол навески. Учитывая, что на 1-м участке следует обеспечить хорошее осаждение пыли, то линию навески рекомендуется делать под углом 70° и создавать КF=4. На 2-м участке пластичного м-ла, где следует интенсивно транспортировать м-л, линию навески нужно производить под углом 45-50°, а в последнем, в область сыпучего м-ла, где необходимо снизить скорость продвижения м-ла, угол навески надо увеличить до 60-70°, кроме того, для повышения слоя м-лы в горячей части цепной завесы и на коврике следует установить шторки.
Рациональное число заходов и длина цепей при свободновисящей цепной навески.
| 4 захода Lц=πD/4 | 6 заходов Lц=πD/6 |
 |  |
Поверхностный коэф-т плотности навески КF=Sобщ/πDпLуч.
Объемный коэф-т плотности навески Кv= Sобщ·4/πDп2Lуч.
Перемешивающие теплообменники
П
еремешивающие элементы улучшают теплообмен в 2 раза и в тоже время не увеличивает пылеунос. Кроме того, в настоящее время на кафедре разработаны пересыпные элементы для зоны декарбонизации. Они устанавливаются на небольшой длине5-6 м и служат для того, чтобы часть м-ла пересыпать в газовый поток, т.е. в какой то степени выполняют функцию декарбонизатора в печах мокрого способа.Р
ассчитывается так, чтобы 20% м-ла поступало в газовый поток. При этом обеспечивается интенсификация теплообмена и ↑ производительность печи на 15-20%. Одновременно увеличивается пылеунос. Это связано с тем, что теплообменники находятся на большом расстоянии от холодного обреза печи и переведенная в газовый поток пыль успевает осадиться на м-л. Кроме того, при частичной предварительной декарбонизации СаСО3 изменяется последовательность процессов клинкерообразования и повышается качество клинкера.Помимо перечисленных основных способов навески существует много других схем. В частности не перекрещивающаяся гирлянды, которых можно увеличить до 6 и более. Свободновисящая – распространена навеска в шахматном порядке, которые имеют достаточно большое расстояние м/у собой и вследствие этого уменьшается КF в сечении, следовательно уменьшается сопротивление движению газа.
В горячей части цепной завесы необходимо увеличить КF не только для интенсификации теплообмена, но и для сохранения цепей от сгорания. При плотной навески каждая цепь экранирует рядом расположенную, и поэтому она перегревается в газовом потоке меньше, чем при редкой навески. QКF0,6. Величина теплообмена пропорциональна КF в степени 0,6.
Цепи характеризуются по виду: кольцевые и овальные. Кольцевые необходимо вешать там, где пластичный м-л, т.к. такие цепи сами себя очищают (кольцо цепи проворачивается, цепь не зарастает). Для гирляндной цепной завесы рекомендуется овальные, т.к. они меньше защемляются. В области вязкого шлама рекомендуется навешивать тяжелые цепи с dпрутка до 30-32 мм, а в области текучего шлама мелкозвенные цепи с меньшим диаметром прутка, для увеличения уд. поверхности и следовательно интенсификации теплообмена. третью часть горячей части цепной завесы и коврик рекомендуется навешивать из жаропрочных литых цепей, которые выдерживают устойчивую t-ру до 1100°С. При свободновисящей навески в горячей части следует футеровку защищать от износа жаропрочными плитами и специальным жаропрочным бетоном.
Достоинства и недостатки гирлянды и свободновисящей:
Гирляндная «+»: 1) более высокая интенсивность теплообмена; 2) возможность образования и сохранения гранул; 3) меньшая масса и поверхность цепной завесы. «-»: 1) сложность навески; 2) более высокое сопротивление газовому потоку; 3) надежность цепей.
Учитывая что цепь эффективно работает только в том случае, когда поочередно поступает в газовый поток и м-л, то при обрыве нескольких концов создается клубок в центре гирлянды, тогда эта часть цепей не опускается в м-л, не участвует в теплообмене. При обрыве даже 100 свободновисящих концов особого изменения в теплообмене не происходит; 4) ограниченная возможность по плотности.
Свободновисящие «+»: 1) простота навески; 2) возможность создания высокой плотности (12); 3) возможность создания различного угла навески; 4) пониженное сопротивление.
«-»: 1) разрушает гранулы; 2) истирает футеровку; 3) пониженный коэф-т теплообмена; 4) перерасход цепей.