RUSENG || ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Сисоєв Павло Валерійович

Сисоєв Павло Валерійович

Факультет фізико-металургійний

Кафедра технічна теплофізика


Спеціальність: промислова теплотехніка


Науковий Керівник:Туяхов Анатолій Іванович

Матеріали до теми випускної роботи: Про автора

Реферат з теми випускної роботи

Дослідження тепломасообмінних процесів в барабанній печі
для виплавки синтетичних шлаків

Обертові печі широко поширені на самих різних підприємствах в усіх промислово розвинених країнах світу.

Найбільш широке технологічне застосування цей вид устаткування отримав у кольоровій металургії.

У цій галузі обертові печі застосовують для спікання бокситовий і нефелиновой пульп, прожарювання гідрату окису алюмінію, випалу цементного клінкера (при комплексній переробці нефеліну на глинозем, цемент, соду, поташ), випалювання бокситовий руди, вилуговування спека (трубчастий вищелачіватель), а також в якості реакційних агрегатів у виробництві фторалюмінія і для інших цілей.

У назві печі зазвичай відображено назву реалізованого в ній технологічного процесу. Так, наприклад, розрізняють Вальц-печі, застосовувані для вальцювання Кекова цинкового виробництва, печі для спікання бокситів, кальцинації глинозему, випалу ртутьвмісних матеріалів, а також печі для сушіння різних проміжних продуктів металургійного виробництва.

В інших галузях промисловості (хімія, чорна металургія, будівельні та вогнетривкі матеріали тощо) обертові печі - один з основних видів пічного обладнання у великомасштабних виробництвах для термічної обробки сипучих, рідше кускових, матеріалів. Якщо продуктивність перший печей в 1932 р. - рік випуску першого вітчизняного алюмінію - становила 6-9 т / год, то в даний час продуктивність окремих екземплярів печей становить близько 100 т / год за клінкером та інших матеріалів.

Широке застосування обертових печей пояснюється низькою чутливістю до розмірів частинок оброблюваного сировини, можливістю нагрівання матеріалу без контакту з теплоносієм, хоча витрата палива в них на одиницю готового продукту зазвичай вище, ніж в шахтних і багатокамерних печах з псевдозрідженим шаром. Наблизити питомі витрати палива до витрат шахтної печі можна за рахунок зниження температури відпрацьованих димових газів, що досягається подовженням корпусу печі і установкою в ньому пристроїв для інтенсифікації теплообміну в зоні помірних температур, а також поверненням в піч тепла вивантажується обробленого матеріалу з повітрям, що подається на спалювання палива . З метою підвищення теплового ККД печі поряд з розробкою нових вбудованих теплообмінних пристроїв в останні роки велика увага в печестроеніі приділяється виносним запечним теплообмінникам для утилізації тепла відхідних димових газів та підігріву завантаження в піч сировини. Як запечних теплообмінників в деяких країнах застосовують багатоступінчасті системи з пиловловлюючих циклонів і протиточних труб, а також шарові теплообмінники.

Чутливі до гранулометричному складу матеріалу виносні теплообмінники значно ускладнюють доведення й обслуговування пічних установок, тому вони широко поширені поки в основному при випалюванні будівельних матеріалів (цементу, вапняку), тобто у великомасштабних виробництвах, в яких виправдані значні доводочні роботи за такими теплообмінникам. У цих виробництвах виправдане також удосконалення у вигляді додаткової подачі палива в один з виносних теплообмінників (для збільшення ступеня попереднього випалу сировини). Таке рішення дозволяє значно підняти продуктивність пічної установки. Роль обертової печі в цьому випадку зводиться до виконання функцій пристрої для генерування високотемпературних димових газів і витримки оброблюваного матеріалу при високій температурі.

Для хімічних та інших виробництв, де найчастіше застосовуються печі довжиною до 20-40 м, в якості виносного теплообмінника доцільніше використання обертається сушарки, яка по універсальності не поступається обертової печі. Поряд із застосуванням в пічних установках обертових сушарок поширення набули установки, що включають у себе кілька обертових печей. Так, Східним НДІ вогнетривкої промисловості була запропонована установка для термообробки гранульованого матеріалу у вигляді трьох послідовно розташованих обертових барабанів. Перший по ходу руху матеріалу барабан використовується для попереднього нагріву відходять димовими газами, другий - для випалу і третій - як теплообмінник для підігріву повітря перед подачею його на спалювання палива теплом обпаленої матеріалу.

За енергетичним ознакою трубчасті обертові печі відносяться до печей-теплообмінникам зі змінним по довжині режимом теплової роботи. На ділянці, де відбувається горіння палива і температура продуктів згоряння досягає 1550-1650 ° С, здійснюється радіаційний режим роботи печі. У міру просування продуктів згоряння палива по довжині печі вони охолоджуються до декількох сотень градусів і режим теплової роботи печі поступово стає конвективним. Конкретний розподіл по печі зон з конвективним та радіаційним режимами роботи залежить від виду і параметрів технологічного процесу.

Трубчасті печі, крім отримали невелике поширення печей для сушки сульфідної сировини, працюють в режимі протитечії. Завантажувана в піч шихта може мати різну ступінь вологості, аж до пульпи, яка містить до 40% води. Вона подається у верхню (хвостову) частину печі і повільно рухається назустріч газам, що утворюється в результаті згорання палива в головній частині агрегату. З барабана переробляються продукти у вигляді спека чи розпеченого порошкоподібного матеріалу надходять до спеціального холодильник, а газоподібні продукти спалювання палива разом з технологічними газами направляються в систему пилогазоочистки. Залежно від виду матеріалу, що переробляється для опалення трубчастих обертових печей можуть бути використані: природний газ, мазут і тверде паливо у вигляді коксової дрібниці або вугільного пилу. Для спалювання палива зазвичай використовують пальники типу "труба в трубі", форсунки або спеціальні пиловугільні пальника.

  Рух шару шихти в обертових печах

Під обертової печі потрібно розрізняти внутрішнє і зовнішнє рух шару шихти. Внутрішнє рух шару шихти визначають наступні параметри: час перебування матеріалу в зоні (швидкість поступального руху); дисперсію цього часу для різних частин шихти; внутрішній теплообмін, включаючи однорідність температурного поля по перерізу шару; сегрегацію матеріалу за розмірами, формою і щільності частинок. Ці параметри важливі як для технології, так і для теплообміну, який лімітується внутрішнім теплообміном.

Незважаючи на велику кількість експериментальних і теоретичних робіт, багато питань внутрішнього руху шару залишаються нез'ясованими і тому не мають математичного опису. З низки питань дослідники дотримуються різних думок, зокрема, і з приводу пересипним механізму руху шару, здавалося б, найбільш вивченого.

ТИПИ І ПРИЗНАЧЕННЯ обертових печей

 Піч з обертовим барабаном загального призначення

Піч призначена для проведення різних термотехнологіческіх процесів з сипучими та рідкими матеріалами, що допускають контакт з димовими газами. Кожен конкретний процес здійснюється в печі з певними діаметром і довжиною, футеровкой, швидкістю обертання і температурою.

У пічної комплекс входять: піч з відкатної головкою, завантажувальної та розвантажувальної камерами і механізмом приводу обертання барабана; вентилятор; система пилеочистки; димосос; повітро-газо-та димопроводи; димова труба.

Піч з обертовим барабаном безперервної дії являє собою циліндричний зварний корпус, на якому за допомогою черевиків закріплені бандажі. Корпус (барабан) печі спирається бандажами на опорні ролики відповідних станцій (опорної, опорної з упором, наполегливо-опорною).

Усередині барабан футерують вогне-або кислототривкою цеглою, марка якого вибирається залежно від теплового режиму печі і технологічних процесів.

Для переміщення матеріалу в бік вивантаження піч встановлюється під невеликим кутом до горизонту.

 Піч з муфельним обертовим барабаном

Піч призначена для отримання напівфабрикату зеленого ультрамарину прокаливанием каоліну.

У пічної комплекс входять: піч з муфельним обертовим барабаном, завантажувальної та розвантажувальними камерами, і обидві топки для отримання теплоносія; вентилятори для подачі повітря; димосос; димова труба.

Піч складається з наступних основних вузлів: циліндричного барабана; механізму завантаження печі; камери для відводу димових газів; камер для подачі теплоносія; топок; розвантажувальної упорних пристроїв; механізму приводу.

Реакційної камерою, де здійснюється випал шихти, є циліндричний барабан з зовнішнім діаметром 2500 мм, виконаний звареним з сталевого листа товщиною 22 мм. В кінці барабан звужується до діаметра 1450 мм, товщина його стінок доходить до 28 мм. Загальна довжина барабана - 48 м. На кінці барабана є внутрішній виступ 50 мм, який предотврашает горизонтальне зміщення футеровки в бік розвантаження. Барабан встановлюється з ухилом 64:1000 у бік розвантаження. Для того щоб випал шихти відбувався без контакту з теплоносієм і щоб барабан не коробиться під дією високих температур, футеровка виконана з фасонних вогнетривких блоків.

Внутрішній муфель, в якому відбувається випал і переміщення шихти, утворюється 12 карборундовим блоками, що мають трапецієподібну форму з внутрішніми димовими каналами такої ж форми. Зовнішня стінка карборундових блоків перекривається 12 суцільними трапецієвидними блоками з легковагої шамоту. У проміжку між цими блоками встановлюються шамотні замкові блоки. Вогнетривка футеровка укладається на азбестові листи товщиною 10 мм, виконують роль теплової ізоляції барабана.

Кінець барабана футерують легковажним шамотом товщиною 113 мм на азбестовому аркуші товщиною 6 мм.

 Печі для виробництва мінеральних солей

У хімічній промисловості обертові печі застосовують для теплової, хімічної та комбінованої обробки різних сипучих і комкової матеріалів. За конструкцією вони поділяються на полум'яні і муфельні. В якості палива для них використовують природний, газ і мазут.

Печі муфельні двухопорний з довжиною барабана до 22 м і діаметром барабана до 2,2 м (Бердичівський завод "Прогрес"), розраховані на потокове і противоточной рух теплоносія і оброблюваного матеріалу.

Печі двох-, трьох-і чотириколісні розраховані на противоточной рух теплоносія і оброблюваного матеріалу.

Піч з обертовим барабаном безперервної дії являє собою циліндричний зварний корпус, на якому за допомогою черевиків закріплені бандажі; корпус (барабан) печі спирається бандажами на опорні ролики відповідних станцій.
 

Обертової печі КОЛЬОРОВИЙ І ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

 Застосування обертових печей в кольоровій металургії

Трубчасті (барабанні) обертові печі мають широке застосування в кольоровій металургії. На збагачувальних фабриках вони застосовуються для сушіння концентратів. У металургії легких металів вони служать для сушіння та зневоднення алюмінієвих руд, для спікання бокситових шихт і для кальцинації глинозему. У металургії нікелю ці печі застосовуються для сушіння нікелевої руди і для випалу руд і файнштейна, а в металургії цинку і свинцю - для переробки різного роду напівпродуктів і відходів (вальцювання). Трубчасті печі застосовуються також у металургії олова, в металургії вторинних кольорових металів для процесів сушіння, випалу і сублімації. Короткі трубчасті печі застосовуються для плавки і рафінування металів, наприклад, вторинної міді.

Трубчасті печі можуть бути розділені на кілька груп. До першої групи належать печі для спікання, кальцинації, випалу і сублімації. Це печі з найбільшим відношенням довжини до діаметра (від 20 до 30). За температурним режимом до цієї групи належать печі, що працюють при середніх і високих температурах в гарячій зоні (до 1600 ° С).

До другої групи можуть бути віднесені печі для зневоднення матеріалів, що містять гідрати, і для сушіння. За співвідношенням довжини та діаметру ці печі займають середнє положення (від 5 до 15). Температура в гарячій зоні цих печей не перевищує 500-900 ° С.

У печах цих двох груп має місце як прямоточне, так і противоточной рух газів і нагріваються матеріалів.

До третьої групи належать печі для плавки і сублімації. Це короткі печі з відношенням довжини до діаметра від 1 до 3. За температурним режимом вони відповідають печей першої групи, але характеризуються рівномірної температурою в робочому просторі.

До четвертої групи належать нагрівальні печі.

 Обертова піч для спікання алюмінієвих руд

Основним елементом печі є сталевий барабан довжиною від 5 до 100 м і діаметром від 2,0 до 3,8 м, футеровані високо глиноземистий шамотним цеглою і спирається на ролики. Для просування матеріалу барабан має ухил до горизонту 4-6%. Барабан обертається зі швидкістю близько 1 об. / хв. Піч працює за принципом протитечії. Шихта суха або мокра у вигляді пульпи з вмістом вологи 40-42% надходить у барабан через його кінцеву частину (холодний кінець) і повільно переміщається до головної частини (гарячий кінець) назустріч газам. З барабана продукт спікання - спек - зсипається в холодильник, розташований під піччю і представляє собою також барабан довжиною до 30 м і діаметром до 2,5 м, охолоджуваний рухомими назустріч повітрям або водою, яка зрошує холодильник зверху. При охолодженні спека повітрям, останній просмоктується через холодильник вентилятором, що подає далі гаряче повітря до пальників.

Для нагрівання печі застосовують газ, мазут, вугільний пил. Форсунки або пальники розташовуються в головній частині барабана. Димові гази з барабана надходять в пилову камеру і електрофільтри для уловлювання що буря з печі пиловидних частинок шихти і через димосос направляються або в димову трубу, або до скрубера відділення карбонізації.

Внаслідок того, що вага барабана є дуже значним (при довжині 70 м він разом з футерівкою становить близько 400 т), опорні пристрою становлять відповідальний вузол в конструкції печі. Вони складаються з роликів, на яких барабан спирається за допомогою бандажів. Бандажі насаджуються на барабан, утворюючи в місцях опори нерозривне кільце. Ширина бандажа - від 400 до 600 мм. Кожен бандаж спирається на два ролики. При обертанні барабана ролики унаслідок тертя об бандажі обертаються разом з ним.

Гарячий кінець печі входить в паливну або розвантажувальну голівку, що звичайно встановлюється відкочується. У передній стінці паливної головки є отвори для пальників або форсунок. До голівці примикає гирлі каналу, через який спек пересипається в холодильник.

Холодний кінець печі входить в завантажувальну коробку. Завантаження сухої шихти проводиться за допомогою патрубка, що проходить через завантажувальну коробку печі. Харчування печі пульпою може здійснюватися або шляхом наливу, або за методом розпилювання, за допомогою спеціальних форсунок, яких на кожну піч встановлюється 3-4 штуки. Пульпа подається до форсунок насосами під тиском 5-6 атм.

 Обертова плавильна піч

Для розплавлення великих кількостей металу (10-12 т) у кольоровій металургії іноді застосовують обертові печі, що представляють собою барабан з котельні сталі, футеровані набивний вогнетривкої масою з меленого кварцу з глиною. У торцевих стінках печі зроблені отвори: в одній стінці отвори для пальника, з протилежного боку - отвір для відводу продуктів горіння. Піч лежить на чотирьох роликах і за допомогою приводного механізму під час плавки повільно обертається навколо поздовжньої осі (0,5 об. / хв).

Обертання може проводитися в обидві сторони, що дає можливість, крім обертання, проводити також і погойдування металу. Крім механізму для обертання навколо поздовжньої осі піч має механізм для обертання навколо поперечної осі. Це дозволяє надавати печі похиле положення для завантаження її через пальниковий отвір. Випуск металу і шлаку проводиться через отвори в бічній стінці. Печі з обертовим плавильним простором забезпечують гарне перемішування металу під час його виплавки і, крім того, дозволяють використовувати для нагріву металу тепло, що акумулюється верхніми частинами кладки. Однак ці печі у нас не набули поширення через складність і громіздкість конструкцiї.

 Обертової печі ІНШИХ ВИДІВ

До інших, менш поширеним, але становлять інтерес за своєю конструкцією видів обертових печей відносяться: печі з вакуум-фільтрами, печі з установками для розбризкування шламу, малогабаритні печі з пересипним шахтними кальцинаторів і печі з реакторами шахтного типу для підготовки сировинної суміші до спікання у зваженому стані.

Вакуум-фільтри встановлюються над завантажувальними кінцями печей для часткового зневоднення шламу перед його введенням в печі.

Частіше для зневоднення шламу використовуються безперервно діючі дискові і рідше барабанні вакуум-фільтри. За дослідженнями, які були проведені Південдіпроцемент, фільтрації можна піддавати майже всі шлами, домагаючись зниження їх вологості з 35-45% до 15-20%.


Важливе зауваження
При написанні даного автореферату, магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січень 2012р. Повний текст і матеріали по темі можуть бути отримані в автора та його керівника після зазначеної дати.



Про автора