Природный газ как топливо представляет большой интерес для обжига известкового камня. При работе печи на газообразном топливе улучшаются условия труда обслуживающего персонала и процесс обжига легко поддается управлению.
Кроме того, расположение по высоте печи зон подогрева, разложения и охлаждения известкового камня постоянно; температура равномерно распределяется по сечению шахты печи, что предотвращает возможность местного перегрева или недогрева известкового камня и получения из печи перепала или недопала. В результате применения природного газа в качестве топлива в получаемой извести отсутствуют остатки несгоревшего топлива и шлака; отпадает необходимость в перевозках и сортировке топлива; появляется возможность быстрого изменения температурного режима печи.
К существенным недостаткам, ограничивающим в некоторых случаях применение газа для обжига известкового камня, относятся понижение концентрации СО2 в отходящих печных газах, что объясняется появлением водородной составляющей в топливе, трудностями равномерного распределения газа по сечению печи, подсосами воздуха в печь и невозможностью поддержания оптимального коэффициента избытка воздуха при работе печи под разрежением.
Основные факторы, влияющие на сжигание природного газа в печи: тип горелок; их число и способ расположения; скорость движения газа в печи и способ подвода в нее воздуха.
Обжиг мелкозернистого известняка в кипящем слое
В настоящее время известковый камень обжигают преимущественно в шахтных пересыпных печах с применением твердого и газообразного топлива. Они характеризуются низкой производительностью и высокими затратами на сооружение.
За рубежом, главным образом в США, для обжига в кипящем слое мелкозернистых материалов применяют печи диаметром до 20 м. Особенность обжига в псевдокипящем слое заключается в том, что при движении нагретого газа через слой мелкозернистого материала происходит непрерывная циркуляция частиц, позволяющая значительно увеличить поверхность контакта фаз. Это способствует быстрому протеканию физико-химических процессов в установках.
Однокамерная установка для обжига известкового камня в кипящем слое (рис. 8.9) представляет собой металлическую шахту, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом.
Рис. 8.9. Однокамерная установка для обжига известняка в кипящем слое:
1 – бункер; 2 – камера; 3 – диафрагма; 4 – труба питательная; 5, 15 – манометры дифференциальные; 6, 14 – потенциометры; 7 – трубопроводы; 8 – сопло газовок; 9 – горелка туннельная; 10 – корпус воздухораспределительного элемента; 11 – сборник; 12 – дутьевая решетка; 13 – труба; 16 – отвод газа; 17 – колпак; 18 – решетка.
В камере 2 посередине имеется конический уступ, в нижней части которого установлена дутьевая решетка 12, выполненная из огнеупорного бетона, заложенного в металлическую коробку высотой 150мм. В гнезда решетки вставлены воздухораспределительные элементы, состоящие из корпуса 10, колпака 17 и решетки 18. Решетка имеет отверстия диаметром 4 мм и устанавливается на расстоянии 5 мм от нижней плоскости колпака. Назначение решетки – предотвращать ссыпание материала в нижнюю камеру печи.
Воздух подается в печь вентилятором высокого давления и через распределительные элементы поступает в камеру обжига. Природный газ поступает в печь через туннельную горелку 9 и сопла 8. Через туннельную горелку вместе с воздухом подводится 1/4расхода газа, остальной газ – через сопла 8.
В печи обжигается измельченный известняк и частицами размером 0,1…3мм, который поступает в печь из бункера 1 по трубе 4. Его расход регулируют при помощи диафрагмы 3. Скорость истечения газа из сопел находится в пределах 300…350м/с, а скорость воздуха на выходе из отверстий воздухоразделительных элементов дутьевой решетки – 18…20м/с.
Частицы известняка, попадая в поток газов по трубе 4, быстро нагреваются и прокаливаются. Температура в печи при этом сначала понижается, а затем выравнивается и поддерживается на уровне около 1000°С при постоянном расходе материала и газа. При установившемся режиме обжига обожженный материал непрерывно отводится в сборник через трубу 13.
Основной критерий, определяющий процесс обжига известняка в печи с кипящим слоем, - степень его обжига, которая зависит от температуры и времени пребывания частиц в печи.
Многочисленные опыты по обжигу известняка в однокамерной установке показали, что при среднем размере частиц 1,8 мм максимальной степени обжига соответствует температура 980…1100°С и продолжительность обжига 8…9 мин. Полный обжиг известняка в однокамерной печи с кипящим слоем материала невозможен, так как степень обжига материала зависит от температуры, продолжительности процесса и других факторов, обусловленных гидравлическим режимом псевдоожижения. Обжиг частиц, размер которых превышает 4…5 мм, приводит к увеличению расхода энергии, продолжительности обжига и снижению производительности печи, поэтому в печах для обжига известняка в кипящем слое частицы больших размеров использовать нецелесообразно.
При больших масштабах производства однокамерные печи нерентабельны. Расчеты показывают, что при применении многокамерной печи удельный расход топлива сокращается на 15…20%, а выход извести возрастает на 10…12% по сравнению с однокамерной печью.
Многокамерная печь (рис. 8.10) состоит из четырех камер. Две верхние камеры служат для подогрева материала и охлаждения отходящего газа, средняя камера – для обжига материала, нижняя – для хранения обожженного известняка. Решетки 12, разделяющие печь на отдельные камеры, состоят из отдельных частей и имеют отверстия для прохода пылегазового потока. Живое сечение решеток 1,20…2,45%.
Техническая характеристика многокамерной печи для обжига известкового камня
| Производительность, т/сут | 12 |
| Размер частиц известкового камня мм | 0,3…0,5 |
|
Расход, м3/ч: |
|
| природного газа | 90 |
| воздуха |
1100…1200 |
| воздуха для пневмотранспорта | 50 |
| Давление, Мпа: | |
| газа | 0,1 |
| воздуха для пневмотранспорта | 0,2…0,3 |
| Расход известняка на 1 т извести, т | 2 |
В качестве устройств для перемещения материала применены конусообразные керамические трубы 15, прикрепленные к решеткам. В верхней части каждой трубы установлено воздушное сопло для создания противодавления газовому потоку и способствующее перемещению частиц в нижние камеры. Камера обжига обогревается продуктами сгорания природного газа, образующимися в трех туннельных горелках 7, а также посредством сжигания в кипящем слое газа, поступающего в печь через 12 сопел.
Рис. 8.10 Многокамерная печь для обжига известняка в кипящем слое:
1 – вытяжная труба; 2 – фильтры рукавные; 3, 6 – бункера; 4 – шнековый питатель; 5 – площадка; 7 – горелка туннельная; 8 – шнек для удаления обожженного материала; 9 – воздуходувка; 10 – труба для подвода воздуха; 11 – труба для подвода газа; 12 – решетка дутьевая; 13 – камеры печи; 14 – окно смотровое; 15 – труба пересыпная; 16 – люки; 17 – труба отводящая
Воздух, который подводится воздуходувкой 9 под нижнюю решетку, приводит в псевдоожиженное состояние частицы обожженного известняка, охлаждает их и сам подогревается за счет их теплоты. К туннельным горелкам воздух подводится другой воздуходувкой. Для удаления обожженного материала установлены трубопроход и герметически закрытый шнек 8.
Материал, поступающий в питатель из бункера 3, загружается в печь шнековым питателем 4. Измельченный материал подается в бункер пневмотранспортом из бункера 6.
Отходящие газы отводятся из печи в атмосферу через батарею мультициклонов, в которых осаждаются пылевидные частицы, выносимые из печи газовым потоком.