|
Рус | Укр| Eng || ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ Магистерская работа |
Библиотека | Ссылки |
Реферат Магистерская работа ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭНДОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД НА ИЗВЕСТЬ В МНОГОЗОННЫХ ПЕЧАХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ Полезная модель относится к технике эндотермического обжига полидисперсных карбонатных материалов в кипящем слое и может быть использована в металлургической, химической и строительной отраслях промышленности. Известна печь кипящего слоя для обжига сыпучего материала (SU, № 924488, кл. F 27 В 15/00, опубл. 30.04.1982г.), включающая зоны обжига известняка и охлаждения извести, горячий циклон, взаимосвязанный с зоной обжига и, расположенной над ней, зоной подогрева, глухую перегородку между зоной обжига и зоной подогрева, размещенную с образованием камеры, изолированной снизу от зоны обжига, и взаимосвязанной с зоной подогрева через газораспределительную решётку, при этом на поверхности глухой перегородки, обращённой вверх, установлен трубчатый газораспределитель с отверстиями, выполненными в верхней части труб и ориентированными вертикально вверх, причём конфигурация труб газораспределителя может быть выполнена в виде змеевика с параллельными участками, коллектора с отводами или спирали Архимеда. К недостаткам известной печи кипящего слоя для обжига сыпучего материала, следует отнести её низкую эксплуатационную надёжность и недостаточную тепловую эффективность, поскольку на горизонтальном срезе отверстий трубчатого газораспределителя, ориентированных вертикально вверх, при флуктуациях в кипящем слое, возникают резкие колебаниями давления, что приводит к просыпанию материала во внутрь трубчатого газораспределителя. Это приводит к нарушению равномерного распределения воздуха по отверстиям трубчатого газораспределителя и - нарушению газодинамического режима, что приводит к выходу из строя печи при критическом накоплении материала в камере. Указанные обстоятельства ведут к простоям печи для чистки труб газораспределителя и камеры, перерасходу топлива и к потерям готовой продукции. Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой печи кипящего слоя для обжига известняка (RU № 2224196 C2, кл. F 27 В 15/00, С 04 В 2/10, опубл. 20.02.2004г.), содержащая зону обжига с газораспределительным устройством и подрешёточной камерой и зону охлаждения с трубчатым газораспределителем, подключённым к воздуходувному средству, выполненным в виде труб с отверстиями в нижней части их боковых поверхностей (нижняя перфорация), установленных горизонтально с зазором в 4 - 12 максимальных размеров частиц обрабатываемой извести между собой и с корпусом зоны охлаждения, переточное устройство для выгрузки извести из зоны охлаждения, причём подрешёточная камера зоны обжига соединёна с надслоевым пространством зоны охлаждения воздуховодом, а вход переточного устройства для выгрузки извести из зоны охлаждения расположен в нижнем основании конической подрешёточной камеры зоны охлаждения. К недостаткам наиболее близкого аналога относится следующие. В зоне охлаждения кипящий слой извести образуется выше горизонтального среза отверстий выполненных в нижней части боковых поверхностей труб газораспределителя, следовательно отверстия и воздушный поток из них ориентированы вниз, значит известь не может проникнуть во внутрь трубчатого газораспределителя при работе печи и при её остановке. В данном случае, ниже среза отверстий трубчатого газораспределителя, материал находится в состоянии плотного слоя, при этом воздушные струи из отверстий трубчатого газораспределителя направленные вертикально вниз, отражаются от поверхности плотного слоя частиц извести для разворота вертикально вверх. Поскольку, поверхность плотного слоя частиц извести находится на расстоянии около 0,5 внешнего диаметра труб газораспределителя, то воздушная струя попадает в ограниченное, практически замкнутое пространство, что резко увеличивает аэродинамическое сопротивление трубчатого газораспределителя (от 1500 – 2500 Па, до 5000 – 7500 Па). Так, при увеличении сопротивления трубчатого газороспеделителя в 1,5 - 2,5 раза приходится уменьшать высоту кипящего слоя в зоне охлаждения, а значит – ухудшать условия теплообмена и тепловой к.п.д. печи кипящего слоя в целом, снижать её производительность. При этом уменьшение кипящего слоя зоны охлаждения может оказаться недостаточно (по условиям существовании кипящего слоя зоны охлаждения требуется необходимая минимальная его высота), тогда приходится сокращать высоту кипящего слоя зоны обжига, а это может привести к снижению качества обжига и качества продукции – извести. В основу данной полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции печи с кипящим слоем для эндотермического обжига полидисперсных карбонатных материалов, в которой за счёт конструктивных особенностей трубчатого газораспределителя зоны охлаждения извести, изменяется схема распределения воздуха, и ориентация отверстий трубчатого газораспределителя, что приводит к снижению расхода топлива на процесс, повышению качества и выхода материала. Поставленная задача достигается тем, что в печи с кипящим слоем для эндотермическогообжига полидисперсных карбонатных материалов:
Результатом использования предлагаемой конструкции печи с кипящим слоем для эндотермического обжига полидисперсных карбонатных материалов является повышение её эксплуатационных характеристик, выражающееся в обеспечении устойчивого технологического процесса, при снижении аэродинамического сопротивления трубчатого газораспределителя в 1,5 – 2,5 раза и соответствующем увеличении полезной массы кипящего слоя. При этом проникновение частиц извести вовнутрь труб газораспределителя, происходящее в результате флуктуации кипящего слоя частиц извести в зоне охлаждения, в данном случае не является лимитирующей стадией процесса, поскольку частицы транзитом выходят через отверстия нижней перфорации в подрещёточное пространство зоны охлаждения. Также отверстия в боковых стенках труб трубчатого газораспределителя нижней перфорации выполнены с профилем в виде усечённого конуса, а отверстия верхней перфорации – в виде боковой поверхности перевёрнутого усечённого конуса, что, в соответствии с направлением возможного проникновения частиц вовнутрь трубчатого газораспределителя, исключает накопление частиц на срезе отверстий верхней перфорации и, наоборот, способствует сбору проникших частиц в конусной образующей отверстий нижней перфорации. Для известняка и извести крупностью от 0,003 до 0,020м живое сечение (отношение суммарной площади отверстий к площади зоны в этом сечении, %) газораспределительной решётки в кипящем слое составляет 2,5 – 4, 0÷6,0 – 8,0 (Гельперин Н.И. и др. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия. 1967, 664с.), соответствующим образом и соотношение площади отверстий нижней и верхней перфорации составит, по меньшей мере, с точки зрения аэродинамических условий существования кипящего слоя, 1,5 – 3,0 (6,0/4,0 ÷ 8,0/2,5). С другой стороны, размер частиц, которые проникают вовнутрь трубчатого газораспределителя, не превышает диаметра отверстий верхней перфорации, однако эти частицы могут иметь форму цилиндра с соотношением наименьшего и наибольшего размера до 2,0 (Люйкен В. Подготовка сырых материалов к доменной плавке. – М: Государственное научно – техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии. 1959. – 412с.), и они могут перекрывать отверстия нижней перфорации. Одновременно допустима возможность заклинивания отверстий нижней перфорации двумя частицами с максимальным и минимальным линейным размером, что составит 3,0 (1,0 - минимальный + 2,0 - максимальный размер частиц). Поэтому площадь отверстий нижней перфорации следует предусмотреть в 4,0 – 9,0 (πd2н/πd2в= π22/ π12 - π32/ π12 = 4,0 – 9,0, где dн и dв, соответственно, диаметры отверстий нижней и верхней перфорации) большей, чем площадь отверстий верхней перфорации. Т.о., площади отверстий трубчатого газораспределителя верхней и нижней перфорации должны соотноситься как 1,5 – 3,9 ÷ 4,0 – 9,0, что позволит проникновения и накопления с забиванием и выходом их строя трубчатого газораспределителя и печи в целом. Для уменьшения вероятности заклинивания крупных частиц выполнена острая кромка входа (верхняя) и выхода (нижняя перфорация) отверстий. Результатом перечисленных мероприятий является снижение расхода топлива, повышение качества и выхода извести. На рис.1 представлен общий вид предлагаемой конструкции печи с кипящим слоем для эндотермическогообжига полидисперсных карбонатных материалов. Печь имеет зону обжига 1 – газогорелочное устройство зоны обжига 1 с газовыми горелками 2 и воздушными отверстиями 3, зону охлаждения 4, расположенную в отдельном корпусе, воздуховод 5, установленный между зоной обжига 1 и зоной охлаждения 4, подрешеточную камеру 6 зоны охлаждения 4, трубчатый газораспределитель 7 зоны охлаждения 4, с отверстиями 8 (верхняя перфорация) и 9 (нижняя перфорация), воздуховод 10, подключенный к подаче воздуха, переточное устройство 11 из зоны обжига 1 в зону охлаждения 4, переточное устройство 12 из зоны охлаждения 4 для выгрузки готовой продукции, вход которого расположен в нижнем основании подрешеточной камеры 6 зоны охлаждения 4, регулятор подачи воздуха 13, подрешеточную камеру 14 зоны обжига 1. Предлагаемая печь работает следующим образом. Известняк крупностью 0,003 - 0,012, 0,0015м загружается в зону обжига 1, обожжённая известь переточным устройством 11 перегружается в зону охлаждения 4 и, после охлаждения, переточным устройством 12 выгружается из зоны охлаждения 4 – из печи. Воздух на охлаждение извести а кипящем слое подается в воздухов 10 и воздушные отверстия 8 нижней и отверстия 9 верхней перфорации, далее нагретый воздух поступает в подрешёточную камеру 14 зоны обжига 1 и через газовыми горелками 2 и воздушными отверстиями 3 в зону обжига 1 на горение природного газа. Полученная газо - воздушная смесь сгорает в кипящем слое зоны обжига 1. Сопротивление трубчатый газораспределитель при этом уменьшится 3750 – 6350 до 1000 – 1500Па за счёт совмещения верхней и нижней перфорации, т.е. станет ниже, чем у известных печи. Кипящий слой зоны охлаждения 4 соответственно увеличится по сравнению с известными печами с 10000Па до 11000 – 11500Па. При этом, отверстия верхней перфорации трубчатый газораспределитель 7 в меньшей степени подвержены забивания из – за конусности и острой кромки на выходе воздушных струй потока (и входе частиц во внутрь), а, при проникновении частиц извести вовнутрь трубчатыго газораспределителя 7, они удаляются через отверстия нижней перфорации с большим диамертом и острой кромкой на выходе воздушного потока (и выходе проникших частиц наружу). Устранение недостатков, присущих режима псевдоожижения зоны охлаждения 4 и трубчатым газораспределителем по прототипу, позволяет снизить незавершённость теплообмена между воздухом и поступающей на охлаждение известью таким образом, что разность температур кипящего слоя зоны охлаждения 4 и воздуха, идущего на горение в зону обжига 1 из надслоевого пространства зоны охлаждения 4, снизится со 50-100 до 40-95°С. Кроме того, увеличится температура воздуха, поступающего на горение топлива с 360 - 280 до 370 - 4000С, что также сокращает потери топлива на процесс обжига и тепловые потери печи в целом. Предлагаемое изобретение применительно к условиям ОАО «Мотор Сичь» позволит обеспечить технологические показатели, представленные в таблице.
Качество извести, оцениваемое по суммарной доле оксидов кальция и магния, соответственно, увеличится на 2,0-2,5%. Также на 5-7% возрастёт межремонтный период эксплуатации печи. Применительно к условиям печи ОАО «Мотор Сичь» выполнение отверстия верхней перфорации с диаметром 10,0 мм определяет необходимость выбора диаметра отверстия нижней перфорации равного 12,2 - 17,3 ÷ 20,0 - 30,0, в зависимости от выбранных условий псевдоожижения и физико – химических свойств обрабатываемых известняка и извести. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
|
