Совершенное сосояние теплового оборудования

                                          Введение

Современное состояние теплового оборудования;

 

Современный цементный завод — это высокомеханизированное и автоматизированное предприятие, на котором основные технологические процессы (обжиг и помол) ведутся в автоматическом режиме с использованием управляющих вычислительных машин. На заводах также действуют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП). 
Опыт внедрения АСУ в цементной промышленности свидетельствует о том, что применение современных технических средств позволяет достигать высоких тех- никои-экономических показателей на предприятиях с различными технологическими схемами и масштабами производства. Особую роль приобретает АСУ при вводе мощных технологических линий на предприятиях, работающих по сухому способу производства цемента. 
Производство цемента относится к категории непрерывных технологических процессов с постоянной нагрузкой. Задача такого рода процессов заключается в получении в единицу времени заданного количества продукта определенного качества. В связи с этим все отдельные технологические агрегаты и связывающие их вспомогательное оборудование и транспортные средства должны быть подобраны и скомпонованы таким образом, чтобы их производительность соответствовала заданной производческого процесса (дробление, помол, обжиг и т. д.) предъявляются соответствующие технические требования: получение клинкера заданного химико-минералогического состава при минимальном расходе топлива и мак- симальной производительности печного агрегата.

 

1. Технико-экономическое обоснование вращающийся печи;

Вращающиеся печи уступают по экономическим показателям шахтным печам (капитальные и эксплуатационные затраты в 1,5…2 раза выше, чем в шахтных печах). Их применяют в тех случаях, когда для переработки используется мелкое (крупность 10…60 мм), загрязненное, неоднородное по свойствам и малопрочное сырье (мел, известняк, доломит и др.), а также когда требуется высокая единичная мощность обжигового агрегата (производительность 250…600 т/сут). Вращающиеся печи уступают по экономическим показателям шахтным печам (капитальные и эксплуатационные затраты в 1,5…2 раза выше, чем в шахтных печах). Их применяют в тех случаях, когда для переработки используется мелкое (крупность 10…60 мм), загрязненное, неоднородное по свойствам и малопрочное сырье (мел, известняк, доломит и др.), а также когда требуется высокая единичная мощность обжигового агрегата (производительность 250…600 т/сут).

 

Бесспорным преимуществом вращающихся печей является возможность получения извести со стабильным и высоким качеством (остаточный СО2 в извести – менее 2 %).

 

В зависимости от свойств исходного сырья используются длинные и короткие вращающиеся печи.

 

В длинных печах (длина 75…150 м) обжигают малопрочное и влажное карбонатное сырье, содержащее большое количество мелких фракций (10…60 мм). В коротких печах обжигают фракционированное сырье (крупность 15…50 мм). Короткие печи оборудуются выносными шахтными теплообменниками и имеют значительно меньший по сравнению с длинными печами расход топлива – 180…200 кг усл./т извести, против 250…320  кг усл./т извести.

 

Показатели вращающейся печи во многом зависят от конструкций, оборудованных ею теплообменников и вспомогательных устройств (горелки, уплотнения, подогреватель известняка, охладитель извести и пр.). В СНГ наиболее распространены печи диаметром 3,6 м и длиной 75 м. Корпусы самих печей изготовляются на специализированных механических заводах.

 

Для очистки газов из вращающейся печи, как правило, применяются электрофильтры, которые обеспечивают остаточную запыленность 50...100 мг/м3. В последнее время вместо электрофильтров все чаще стали применять рукавные фильтры, обеспечивающие остаточную запыленностью  менее 20 мг/м3.

 

В качестве топлива для шахтных печей применяются: пылевидный уголь, природный газ и различные виды жидкого топлива.

Бесспорным преимуществом вращающихся печей является возможность получения извести со стабильным и высоким качеством (остаточный СО2 в извести – менее 2 %).

В зависимости от свойств исходного сырья используются длинные и короткие вращающиеся печи.

В длинных печах (длина 75…150 м) обжигают мало прочное и влажное карбонатное сырье, содержащее большое количество мелких фракций (10…60 мм). В коротких печах обжигают фракционированное сырье (крупность 15…50 мм). Короткие печи оборудуются выносными шахтными теплообменниками и имеют значительно меньший по сравнению с длинными печами расход топлива – 180…200 кг усл./т извести, против 250…320  кг усл./т извести.

Показатели вращающейся печи во многом зависят от конструкций, оборудованных ею теплообменников и вспомогательных устройств (горелки, уплотнения, подогреватель известняка, охладитель извести и пр.). В СНГ наиболее распространены печи диаметром 3,6 м и длиной 75 м. Корпусы самих печей изготовляются на специализированных механических заводах.

Для очистки газов из вращающейся печи, как правило, применяются электрофильтры, которые обеспечивают остаточную запыленность 50...100 мг/м3. В последнее время вместо электрофильтров все чаще стали применять рукавные фильтры, обеспечивающие остаточную запыленностью  менее 20 мг/м3.

В качестве топлива для шахтных печей применяются: пылевидный уголь, природный газ и различные виды жидкого топлива. 

 

1.2   Описание работы и конструкции вращающейся печи;

Трубчатыми вращающимися печами принято называть технологические агрегаты непрерывного действия с рабочим пространством в виде полого цилиндра, котором вследствие небольшого наклона (~3°) печи и вращения, перерабатываемые сыпучие материалы перемещаются вдоль печи, нагреваясь за счет тепла, выделившегося при сжигании топлива. В конструктивном отношении они отличаются друг от друга только размерами корпуса и устройством систем загрузки и выгрузки материала. В названии печи обычно отражено ее назначение. Так, например, различают вельцпечи, применяемые для вальцевания в цинковом производстве, печи для спекания бокситов, кальцинации глинозема, обжига ртутьсодержащих материалов, а также печи для сушки различных промежуточных продуктов металлургического производства и хорошо известные нам клинкер обжигающие.

По энергетическому признаку трубчатые вращающиеся печи относятся к печам-теплообменникам с переменным по длине режимом тепловой работы. На участке печи, где происходит горение топлива и температура продуктов сгорания достигает 1550 1650 СС, осуществляется радиационный режим работы печи. По мере продвижения продуктов сгорания топлива по длине печи они охлаждаются до нескольких сот градусов и режим тепловой работы печи постепенно становится конвективным. Конкретное распределение по печи зон с конвективным и радиационным режимом работы зависит от вида и параметров технологического процесса.

За исключением получивших небольшое распространение печей для сушки сульфидного сырья, трубчатые печи работают в режиме противотока. Загружаемая в печь шихта может иметь различную степень влажности, вплоть до пульпы, содержащей до 40 % воды. Она подается в верхнюю (хвостовую) часть печи и медленно движется навстречу газам, образующимся в результате сгорания топлива в головной части агрегата. Из барабана перерабатываемые продукты в виде спека или раскаленного порошкообразного материала поступают в специальный холодильник, а газообразные продукты сгорания топлива вместе с технологическими газами направляются в систему пыле газоочистки. В зависимости от вида технологического процесса для отопления трубчатых вращающихся печей могут быть использованы: природный газ, мазут и твердое топливо и в виде коксовой мелочи или угольной ныли. В качестве сжигающих устройств и трубчатых печах обычно применяют газовые горелки типа «труба в трубе», форсунки для сжигания малосернистого мазута или специальные пылеугольные горелки.

Основными элементами вращающихся печей являются корпус (барабан), приводной механизм(винтовая, подвенцовая шестерни, редуктор, двигатель), опорные бандажи с роликами, а также загрузочная и разгрузочная камеры.

 

Корпус печи представляет собой сварную металлическую трубу диаметром до 5м и длиной до 185м, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом. Он опирается на специальные ролики, ширина пролета между которыми составляет для больших печей 20 28 м. Для перемещения материала корпус наклонен к горизонту под углом в 2,5 3°. Привод печи, с помощью которого она вращается с частотой около 1 об/мин, состоит из электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи.

 

Опорные бандажи кольцевой формы воспринимают на себя всю нагрузку от веса барабана, достигающую 7080 т. Для больших печей применяют кованые бандажи прямоугольного сечения, которые надевают на корпус свободно, с небольшим зазором, учитывая последующее тепловое расширение барабана. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся вместе с бандажом во время работы печи.

 

Верхний торец печи входит в загрузочную камеру. Сухую шихту загружают в печь с помощью шнекового питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Пульпа подается в печь через пульповую трубу ковшом дозатором или с помощью специальной форсунки. Улавливаемая пыль возвращается в барабан печи так же, как сухая шихта.

 

Нижний торец печи входит в разгрузочную камеру. Между ней и барабаном ставится специальное кольцевое уплотнение. В передней стенке камеры имеются отверстия для установки горелочных устройств. К ней также примыкают устье канала, по которому готовый продукт пересыпается в холодильник.

 

Для предотвращения налипания влажной шихты на стенки барабана в холодном конце печи устанавливают цепные завесы. Их прикрепляют к барабану одним концом по всему сечению печи, выбирая длину зоны таким образом, чтобы температура газов в ней не превышала 700°. При отсутствии завес может быть использовано отбойное устройство, представляющее собой связки рельсов длиной до 12 м, прикрепленные цепью к торцевой головке печи.

 

Футеровка вращающихся печей работает в весьма тяжелых условиях, что связано с периодическим колебанием температур на поверхности кладки, обусловленным вращением печи и перемещением находящегося в ней материала. Перепады температур на внутренней поверхности барабана при входе и выходе из-под слоя шихты составляют 150200 °С. В зоне спекания па футеровку сильное химическое и абразивное воздействие оказывает материал. В зоне сушки кладка подвергается значительному истиранию цепями. Основным материалом для футеровки печей глиноземных заводов служит шамот. Высокотемпературные зоны печи выкладывают из хромомагнезитового, магнезитового и периклазошпинелидного огнеупорного кирпича. Для сохранения футеровки при остановках печи барабан должен вращаться до ее полного охлаждения. Продолжительность работы печи обычно составляет 24 года.

 

Переработка мелкого сыпучего материала без его расплавления с успехом производится также в трубчатых вращающихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и продукты горения топлива. Движение материала происходит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший теплообмен с горячими газами все время обновляющейся поверхности материала. Теплообмену способствует также то, что материал, пересыпаясь, попадает на нагретую поверхность кладки за тот период, когда она свободна от слоя материала.

 

Все это определило высокую интенсивность теплообмена в рабочем пространстве печи.

 

Трубчатые вращающиеся печи используются также для сушки различных материалов, удаления химически связанной влаги при высоких температурах обжига и для спекания материала с образованием новых соединений. Это определило их применение при производстве глинозема в алюминиевой промышленности (спекание и кальцинация). Они нашли применение и при переработки материалов, содержащих свинец и цинк. При этом цинк отгоняется и виде окисла и улавливается из отходящих газов. Барабанные печи используются для обжига сульфидных материалов.

 

Основной элемент печи железный барабан 3 длиной до 150 м и диаметром 2,03,8 м. Барабан футеруется высокоглиноземистым или шамотным кирпичом. Печь работает по принципу противотока. Шихта сухая или мокрая в виде пульпы с содержанием влаги 40 42% поступает в барабан через торец 6 (холодным конец) и медленно перемещается к головной части 2 (горячий конец) навстречу газам. Из барабана продукт спекания спек ссыпается в холодильник, расположенный под печью и представляющий собой также барабан длиной до 30 м и диаметром до 2,5 м. В барабане спек охлаждается движущимся навстречу воздухом или водой, орошающей холодильник сверху. При охлаждении спека воздухом последний просасывается через холодильник вентилятором (на рисунке не показан) и используется при сжигании топлива. Для нагрева печи применяют мазут, газ или угольную пыль. Форсунки или горелки располагают в головной части барабана. Дымовые газы, содержащие значительное количество пыли, через дымоход 8 направляются на очистку в пылевые камеры, в электрофильтры и даже иногда в скрубберы. Только после этого дымовые газы с помощью дымососа отводятся в дымовую трубу. Футерованный и загруженный шихтой барабан имеет большую массу (масса печи длиной 70 м около 400 т). С помощью специальных бандажей 4, закрепленных снаружи кожуха, печь опирается на вращающиеся ролики 11 с бронзовыми подшипниками. Вращение производится от мотора 10 через редуктор и венцовую шестерню 5, укрепленную с помощью пружин на кожухе печи. Барабан вращается обычно с частотой 0,02 оборота в минуту. Частоту вращения можно изменять, регулируя контроллером число оборотов мотора.