Спосіб відпалу карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії

1. Спосіб відпалу карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії, що включає відділення від вихідної сировини дрібної фракції, завантаження очищеного від дрібної фракції матеріалу у відпалювальну піч, підігрів завантаженого матеріалу, зневоднення підігрітого матеріалу, нагрівання зневодненого матеріалу до початку його декарбонізації, декарбонізацію нагрітого матеріалу в одну стадію при 950-1200 °С, охолодження відпаленого матеріалу, вивантаження охолодженого матеріалу, подачу повітря й подачу газоподібного палива, який відрізняється тим, що відділення від вихідної сировини дрібної фракції здійснюють після його завантаження у вертикальну відпалювальну піч безперервної дії під час підігріву завантаженого матеріалу, при цьому підігрів, зневоднення, нагрівання й декарбонізацію здійснюють у безперервному режимі зі зростанням швидкості віднесення U 2 (19) 1 3 отриманої суміші до досягнення щільності брикетів 2,1-2,6 г/см з реакційною здатністю 28-33 сек. Відомий також спосіб відпалу вапняку [див., наприклад, патент РФ № 2101243 СІ від 31.07.1996 р., МПК С04В2/10. Заявка № 96116001. Заявник: АООТ «Магнітогорський ІПРО-МЕЗ». Автори: Шубін А.Ф., Іванов Р.Г., Овчинников А.А.], Даний спосіб включає відділення від вихідної сировини дрібної фракції, завантаження очищеного від дрібної фракції матеріалу у відпалювальну піч, підігрів завантаженого матеріалу, зневоднення підігрітого матеріалу, нагрівання зневодненого матеріалу до початку його декарбонізації, декарбонізацію нагрітого матеріалу в одну стадію при 950-1200 °С, охолодження відпаленого матеріалу, вивантаження охолодженого матеріалу, подачу повітря на охолодження відпаленого матеріалу й у зону спалювання газоподібного палива. Даний спосіб відпалу вапняку по технічній сутності й досягає ефекту, що, є найбільш близьким до способу, що заявляється, відпалу карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії. Недоліком відомих способів (аналога й найближчого аналогу) є низька ефективність відпалу матеріалу. Низька ефективність відпалу матеріалу обумовлена малою продуктивністю й низькою якістю продукту, що виробляється, внаслідок нерівномірності розподілу потоків охолодного повітря й топкових газів по перетині зон охолодження, декарбонізації, нагрівання, зневоднення й підігріву вихідного й відпаленого матеріалів, результатом чого є сегрегація завантаженого матеріалу з утворенням локальних зон з різною газопроникністю, що веде до розвитку канального ходу охолодного повітря й топкових газів, наслідком яких є втрати тепла з охолодженим вапном, недопал із крупношматкової фракції й «пережиг» дрібнодисперсної складової з низькою хімічною активністю. Загальними ознаками найближчого аналога і способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії є: - відділення від вихідної сировини дрібної фракції, - завантаження очищеного від дрібної фракції матеріалу у відпалювальну піч, - підігрів завантаженого матеріалу, - зневоднення підігрітого матеріалу, - нагрівання зневодненого матеріалу до початку його декарбонізації, - декарбонізація нагрітого матеріалу в одну стадію при 950-1200 °С, - охолодження відпаленого матеріалу, - вивантаження охолодженого матеріалу, - подача повітря й газоподібного палива. В основу корисної моделі поставлене завдання підвищити продуктивність процесу відпалу матеріалу й поліпшити якість виробленого продукту за рахунок скорочення втрат тепла в навколишнє середовище, усунення із крупношматкової фракції й «пережигу» дрібнодисперсної складової відпалюваного 55615 4 матеріалу, а також запобігання забивання робочих зон відпалювальної печі, дрібнодисперсної фракцією, що утворюється, відпалюваного й відпаленого матеріалу шляхом рівномірного розподілу потоку охолодного повітря й топкових газів по всьому перерізу зон охолодження, декарбонізації, нагрівання, зневоднення й підігріву вихідного й відпаленого матеріалів, уловлювання тепла зовнішньої поверхні відпалювальної печі, а також поліпшення газодинаміки процесу відпалу матеріалу. Очікуваним технічним результатом корисної моделі, що заявляється, (способу відпалу карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії) є підвищення ефективності відпалу матеріалу за рахунок поліпшення якості продукту, що виробляється, й підвищення продуктивності процесу відпалу. Зазначений технічний результат досягається завдяки тому, що в способі відпалу карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії, що включає відділення від вихідної сировини дрібної фракції, завантаження очищеного від дрібної фракції матеріалу у відпалювальну піч, підігрів завантаженого матеріалу, зневоднення підігрітого матеріалу, нагрівання зневодненого матеріалу до початку його декарбонізації, декарбонізацію нагрітого матеріалу в одну стадію при 950-1200 °С, охолодження відпаленого матеріалу, вигризку охолодженого матеріалу, подачу повітря й газоподібного палива, відповідно до технічного рішення, що заявляється, відділення від вихідної сировини дрібної фракції виробляють після його завантаження у вертикальну відпалювальну піч безперервної дії під час підігріву завантаженого матеріалу, при цьому підігрів, зневоднення, нагрівання й декарбонізацію здійснюють у безперервному режимі зі зростанням швидкості віднесення часток у порах відпалюваного матеріалу від зони охолодження відпаленого матеріалу, через зони декарбонізації, нагрівання й зневоднення, до зони підігріву відпалюваного матеріалу при протитечійному русі повітря, що вводиться, і утворених топкових газів знизу вверх, а відпалюваного й відпаленого матеріалів зверху вниз, при цьому декарбонізацію нагрітого матеріалу й підігрів вихідного матеріалу здійснюють у режимі псевдозрідження спадного потоку відпалюваного матеріалу висхідним потоком топкових газів, а повітря на охолодження відпаленого матеріалу й у зону спалювання газоподібного палива подають роздільними потоками з можливістю незалежного регулювання їхніх витрат і тиску, причому подаване у зону спалювання газоподібного палива повітря попередньо підігрівають теплом зовнішньої поверхні відпалювальної печі, крім того відділену від вихідної сировини дрібну фракцію розділяють на знепилений продукт й тонкодисперсний пил з їх наступним накопиченням. При цьому накопичений знепилений продукт піддають відпалу з виділенням дрібнозернистої фракції й тонкодисперсного матеріалу, і наступним підігрівом, зне 5 водненням, нагріванням, декарбонізацією відпалюваного матеріалу й охолодженням відпаленого матеріалу відповідно до вищеописаного. Сутність технічного рішення, що заявляється, полягає в наступному. При відділенні від вихідної сировини дрібної фракції після його завантаження у вертикальну відпалювальну піч безперервної дії, під час підігріву завантаженого матеріалу, при підігріві, зневоднюванні, нагріванні й декарбонізації в безперервному режимі зі зростанням швидкості віднесення часток у порах відпалюваного матеріалу від зони охолодження відпаленого матеріалу, через зони декарбонізації, підігріву й зневоднення, до зони підігріву відпалюваного матеріалу при протитечійному русі повітря, що вводиться, і утворених топкових газів знизу вверх, а відпалюваного й відпаленого матеріалів зверху вниз, при декарбонізації нагрітого матеріалу й підігріву вихідного матеріалу у режимі псевдозрідження спадного потоку відпалюваного матеріалу висхідним потоком топкових газів, при подачі повітря на охолодження відпаленого матеріалу й у зону спалювання газоподібного палива роздільними потоками з можливістю незалежного регулювання їх витрат і тиску, при попередньому підігріві подаваного в зону спалювання газоподібного палива повітря теплом зовнішньої поверхні відпалювальної печі, а також при поділі відділеної від вихідної сировини дрібної фракції на знепилений продукт і тонкодисперсний пил з їх наступним накопиченням, відбувається рівномірний розподіл потоку повітря, що охолоджується й топкових газів по всьому перерізу зон охолодження, декарбонізації, нагрівання, зневоднення й підігріву вихідного й відпаленого матеріалів, уловлювання тепла зовнішньої поверхні відпалювальної печі, а також поліпшення газодинаміки процесу відпалу матеріалу. У результаті цього скорочуються втрати тепла в навколишнє середовище, усувається недопал крупношматкової фракції й «пережиг» дрібнозернистої складової відпалюваного матеріалу, а також запобігається забивання робочих зон відпалювальної печі дрібнодисперсною фракцією, що утворюється відпалюваного й відпаленого матеріалу. Наслідком усього цього є підвищення продуктивності процесу відпалу матеріалу й поліпшення якості продукту, що виробляється, тобто підвищення ефективності відпалу матеріалу. Таким чином, сукупність відмітних ознак способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії веде до досягнення зазначеного у винаході, що заявляється, технічного результату. Сутність технічного рішення, що заявляється, ілюструється також кресленнями, яки зображені на фіг. 1-3. На фіг. 1 зображена принципова схема ланцюгу апаратів установки для здійснення способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії. На фіг. 1 позиціями позначено: поз. 1 - вертикальна відпалювальна піч 55615 6 безперервної дії; поз. 2 - повітродувка подачі повітря-1 для охолодження відпаленого матеріалу; поз. З - пристрій регулювання витрати повітря-1 на охолодження відпаленого матеріалу; поз. 4 - тягодуттьовий вентилятор для відсмоктування повітря - 2 з кожуха зовнішньої поверхні відпалювальної печі й нагнітання його у відділення спалювання газоподібного палива; поз. 5 - пристрій регулювання витрати повітря - 2 через кожух зовнішньої поверхні відпалювальної печі; поз. 6 - пристрій регулювання витрати газоподібного палива; поз. 7 пристрій уловлювання дрібної фракції відпалюваного матеріалу; поз. 8 - накопичувальний бункер для дрібної фракції відпалюваного матеріалу; поз. 9 - пристрій очищення топкових газів від дрібнодисперсного пилу; поз. 10 пристрій створення розрідження у відділенні підігріву вихідного матеріалу у відпалювальній печі. На фіг. 2 зображена принципова конструкція вертикальної відпалювальної печі безперервної дії для здійснення способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів. На фіг. 2 позиціями позначено: поз. 11 - вузол завантаження вихідного матеріалу; поз. 12 - відділення видалення дрібної фракції й підігріву завантаженого вихідного матеріалу; поз. 13 - відділення зневоднення підігрітого матеріалу; поз. 14 - відділення нагріву зневодненого матеріалу; поз. 15 відділення декарбонізації нагрітого матеріалу; поз. 16 - відділення охолодження відпаленого матеріалу; поз. 17 - вузол вивантаження відпаленого матеріалу. До складу вузла завантаження вихідного матеріалу входять: поз. 18 прийомний бункер вихідного матеріалу; поз. 19 механізм періодичного вивантаження вихідного матеріалу із прийомного бункера; поз. 20 - камера накопичення періодично вихідного матеріалу, що вивантажується; поз. 21 - механізм періодичного вивантаження вихідного матеріалу з камери накопичення; поз. 22 - бункер безперервного завантаження вихідного матеріалу; поз. 23 - плоска решітка саморегулювання витрати матеріалу, що завантажується, із широкими отворами для проходження зверху вниз вихідного матеріалу. До складу відділення видалення дрібної фракції й підігріву завантаженого вихідного матеріалу входять: поз. 24 - зона видалення дрібної фракції; поз. 25 -зона підігріву очищеного від дрібної фракції завантаженого матеріалу; поз. 26 - система відводу охолоджених топкових газів і дрібної фракції. До складу відділення зневолення підігрітого матеріалу входить поз. 27 - плоска рештка саморегулювання витрати зневодненого матеріалу із широкими отворами для проходження зверху вниз зневодненого матеріалу й вузьких отворів для проходження знизу вверх топкових газів. До складу відділення нагріву зневодненого матеріалу входять: поз. 28 -плоска решітка саморегулювання витрати нагрітого матеріалу із широкими отворами для проходження зверху вниз нагрітого матеріалу й вузьких отворів для проходження знизу вверх топкових газів; поз. 29 зовнішня теплозахисна футеровка, виготовлена з торкретмаси. До складу відділення декарбонізації 7 нагрітого матеріалу входять: поз. 30 - система подачі газоподібного палива; поз. 31 - пальники для спалювання газоподібного палива; поз. 32 внутрішня теплозахисна футеровка, виготовлена з нітриду бору; поз. 33 - виконана з півциліндрів спеціальна решітка саморегулювання витрати гарячого відпаленого матеріалу із широкими прямокутними каналами між півциліндрами для проходження зверху вниз гарячого відпаленого матеріалу й вузьких отворів у півциліндрах для проходження знизу вверх підігрітого зовнішньою поверхнею відпалювальної печі повітря - 2; поз. 34 - форсунки подачі підігрітого зовнішньою поверхнею відпалювальної печі повітря - 2. До складу відділення охолодження відпаленого матеріалу входять: поз. 35 - форсунки подачі холодного повітря-1; поз. 36 - виконана з півциліндрів спеціальна решітка саморегулювання витрати холодного відпаленого матеріалу із широкими прямокутними каналами між півциліндрами для проходження зверху вниз холодного відпаленого матеріалу й вузьких отворів у півциліндрах для проходження знизу вверх охолодного повітря - 1. До складу вузла вивантаження відпаленого матеріалу входять: поз. 37 - прийомний бункер охолодженого відпаленого матеріалу; поз. 38 механізм періодичного вивантаження відпаленого матеріалу із прийомного бункера охолодженого відпаленого матеріалу; поз. 39 - камера накопичення періодично відпаленого матеріалу, що вивантажується; поз. 40 - механізм періодичного вивантаження відпаленого матеріалу з камери накопичення відпаленого матеріалу, що періодично вивантажується; поз. 41 - система скидання тиску в камері накопичення відпаленого матеріалу, що періодично вивантажується. Крім цього вертикальна відпалювальна піч безперервної дії оснащена: поз. 42 -кожухом забору тепла зовнішньої поверхні відпалювальної печі; поз. 43 - системою відсмоктування нагрітого зовнішньою поверхнею відпалювальної печі повітря-2 і подачі його в зону спалювання газоподібного палива. На фіг. З зображені розрахункові лінійні розміри робочих просторів відділень вертикальної відпалювальної печі безперервної дії для здійснення способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів. Застосування способу відпалу, що заявляється, карбонатних сипучих матеріалів у вертикальній відпалювальній печі безперервної дії ілюструється наступним прикладом конкретного здійснення Приклад. Вихідний вапняк крупністю 40 мм із вологістю 1,5 % і зі вмістом карбонату кальцію 91 %, карбонату магнію 6 % і домішок 1,5 % у вигляді глини й піску при температурі 25 °С доставляють у кількості 7000 т/год в зону завантаження вертикальної відпалювальної печі безперервної дії. Із зони завантаження доставлений вапняк безупинно із заданою витратою, обумовленою швидкістю вивантаження готового продукту, подають у зону підігріву вихідного вапняку. У зоні підігріву вихідний вапняк висхідним потоком топко 55615 8 вих газів, що містять 34,9 % вуглекислого газу, 51,2 % азоту, 7,1% водяних парів та 6,8 % кисню, з витратою 7603,8 кг/год (12045,9 м^год при 165,6 °С й тиску 69443 Па) здійснюють підігрів завантаженого матеріалу від температури 25 °С до температури 100 °С. Підігрів вихідного вапняку виробляють у протитоці з топковими газами при псевдорозрідженні спадного потоку вапняку, що підігрівається, зі швидкістю псев-дозрідження (швидкістю висхідного потоку топкових газів) 0,471 м/сек. При цьому топкові гази від початкової температури 165 °С охолоджують до температури 35 °С. Відносна вологість охолоджених до 35 °С топкових газів становить 57,7 %. Із зони підігріву підігрітий до 100 °С вапняк з витратою 7000 кг/год подають у зону зневоднення підігрітого вапняку. У зоні зневоднення підігрітий вапняк висхідним потоком топкових газів, що містять наприкінці зони зневоднення 35,4% вуглекислого газу, 51,9 % азоту, 5,8 % водяних парів і 6,9% кисню, з витратою 7498,8 кг/год (12776,8 м3/год при 202 °С й тиску 69455 Па) здійснюють зневоднення (сушіння) при температурі 100 °С матеріалу, що надійшов. Зневоднення підігрітого вапняку виробляють у протитоці з топковими газами без псевдозрідження спадного потоку підігрітого вапняку, подаючи топкові гази зі швидкістю 0,403 м/сек (наприкінці зони зневоднення) і зі швидкістю 0,409 м/сек (на початку зони зневоднення). При цьому топкові гази від початкової температури 202 °С охолоджують до температури 166 °С. На початку зони зневоднення охолоджені після випару вологи з підігрітого вапняку топкові гази містять 34,9 % вуглекислого газу, 51,2 % азоту, 7,1 % водяних парів і 6,8 % кисню й витрата їх становить 7603,8 кг/год (12045,9 м3/год при 166 °С й тиску 69443 Па). Із зони зневоднення зневоднений вапняк при температурі 120 °С з витратою 6895 кг/год подають у зону нагрівання зневодненого вапняку. У зоні нагрівання зневоднений вапняк висхідним потоком топкових газів, що містять 35,4 % вуглекислого газу, 51,9 % азоту, 5,8 % водяних парів і 6,9 % кисню, з витратою 7498,8 кг/год (15036,0 м3/год при 781 °С й тиску 130977 Па наприкінці нагрівання й 12776,8 м^год при 202 °С й тиску 69455 Па на початку нагрівання) здійснюють нагрівання зневодненого матеріалу від температури 120 °С до температури 750 °С. Нагрівання зневодненого вапняку роблять у протитоці з топковими газами без псевдозрідження спадного потоку зневодненого вапняку, подаючи топкові гази зі швидкістю 0,395 м/сек (наприкінці зони нагрівання) і зі швидкістю 0,403 м/сек (на початку зони нагрівання). При цьому топкові гази від початкової температури 781 °С охолоджують до температури 202 °С. Із зони нагрівання нагрітий до 738 °С вапняк з витратою 6895 кг/год подають у зону декарбонізації нагрітого вапняку. В зоні декарбонізації нагрітий вапняк висхідним потоком топкових газів, що містять наприкінці зони декарбонізації 8,9% вуглекислого газу, 73,2 % азоту, 8,2 % водяних парів і 9,7 % кисню, з витратою 5318,0 кг/год (12428,5 м3/год при 1557 °С й тиску 9 245476 Па) здійснюють декарбонізацію (видалення вуглекислого газу) при температурі 738 °С нагрітого матеріалу, що надійшов. Декарбонізацію нагрітого вапняку виробляють у протитоці з топковими газами при псевдорозрідженні спадного потоку вапняку, що декарбонизують, зі швидкістю псевдозрідження (швидкістю висхідного потоку топкових газів) 0,384 м/сек. При цьому топкові гази від початкової температури 1557 °С охолоджують до температури 780 °С. На початку зони декарбонізації охолоджені після видалення вуглекислого газу з нагрітого вапняку топкові гази містять 35,4 % вуглекислого газу, 51,9 % азоту, 5,8 % водяних парів і 6,9% кисню й витрата їх становить 7498,8 кг/год (15036,0 м3/год при 781 °С й тиску 130977 Па). Для утворення гарячих топкових газів, використовуваних на декарбонізацію нагрітого вапняку, у зону спалювання газоподібного палива подають природний газ із витратою 161,5 кг/год (226 м^год при температурі 25 °С й тиску 245476 Па), попередньо підігрітий зовнішньою поверхнею відпалювальної печі повітря, з витратою 856,5 кг/год (1713,0 м^год при температурі 293 °С й тиску 245476 Па) і нагрітий гарячим відпаленим вапном повітря з витратою 4270,3 кг/год (5355,8 м3/год при температурі 786 °С й тиску 245476 Па). 55615 10 Із зони декарбонізації гаряче відпалене вапно при температурі 1200 °С з витратою 2857,2 кг/год подають у зону охолодження. У зоні охолодження гаряче відпалене вапно висхідним потоком холодного повітря з витратою 4282,7 кг/год (1486,5 м3/год при 25 °С й тиску 250000 Па на початку охолодження та 5355,8 м3/год при 786 °С й тиску 245476 Па наприкінці охолодження) здійснюють охолодження гарячого відпаленого вапна від температури 1200 °С до температури 35 °С. Охолодження гарячого відпаленого вапна виробляють у протитоці з холодним повітрям без псевдозрідження спадного потоку відпаленого вапна, подаючи холодне повітря, з витратою 4282,7 кг/год (1486 м3/год при температурі 25 °С й тиску 250000 Па) зі швидкістю 0,145 м/сек (наприкінці зони охолодження) і зі швидкістю 0,041 м/сек (на початку зони охолодження). При цьому холодне повітря від початкової температури 25 °С нагрівають до температури 786 °С. Другий потік повітря попередньо підігрівають від 25 °С до 293 °С й подають у зону спалювання природного газу з витратою 1713,1 кг/год (1149 м3/год при температурі 293° С та тиску 245476 Па). Питома витрата тепла на виробництво 1 т відпаленого вапна становить 3128 кДж/кг відпаленого вапна (78,8 нм3/т готового продукту). 11 55615 12 13 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 55615 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601