Способ термической обработки сыпучих материалов и устройство для его осуществления

Способ термической обработки сыпучих материалов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ термической обработки сыпучих материалов, включающий подэму материала, топлива, окислителя, сжигание топлива и транспортировку шихты Во взвешенном состоянии при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффекТив-: ности процесса путем разделения функций транспортирования, нагрева и создания оптимального газового потенциала и исключения забивания подовых сопел, в них подают топлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигание с частотой 0,20 ,5 Гц, а 90-95 топлива сжигают в горелках в зоне боковых стенок /или в своде печи. DO CD СО Ф Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зсю С 2181 00

I ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(21) 3378825/22-02 (22) 07,01.82 (46) 07.09.83. Бюл. 11 33 (72) А.А. Винтовкин, Я.М. Щелоков, С.М. Суслов, В.Т. Рязанов, Б.А. Боковиков, В.А. Чистополов, В.А. Твери- тин, Л.С. Грабко, В.А. Найденов и В.А. Халда (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической тепло-.. техники и Уральское производственнотехническое предприятие "Уралэнерго-чермет" (53) 666,421 181(088,8) (5G) 1. Справочник гю обогащению руд.

М., Недра, т. 2, ч. 2, I974.

i. Авторское свидетельство СССР

Ю 531009, кл. F 27 В 15/10, 1970.

„„SU„„103996 (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ,ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ термической обработки сыпучих материалов, включающий подачу материала, топлива, окислителя, сжигание топлива и трансгюртировку ших" ты во взвешенном состоянии при гюмощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку. готового продукта, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью гювышения эффектив-; ности процесса путем разделения функ" ций транспортирования, нагрева и создания оптимального газового потенциала и исключения забивания подовых сопел, в них гюдают 5- 103 топлива от общего расхода и осуществляют пуль. сирующее сжигание с частотой 0,2"

0,5 Гц, а 90-951 топлива сжигают, в горелках в зоне боковых стенок .и/или в своде печи.

1039966

2, Устройство для термической об- лами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, работки сыпучих материалов по и. l, что рабочая камера снабжена поперечсодержащее печь со ступенчатым гюдом ной разделительной стенкой с переточя и расположенные в нем гаэотопливные ным окном, а гаэотоппивные подводы подводы, камеры сжигания с соплами снабжены узлом пульсирующей подачи и рабочую камеру с горелочными уз- газа.

Изобретение относится к металлургии, а конкретно к процессам восстановительного обжига железорудных ма" териалов, и может быть исгюльзовано в других отраслях техники при обработке сыпучих сред.

Известны способы термической обработки железорудных материалов (1 1.

Эти способы включают в себя пода" чу материала через загрузочное уст- : 1п ройство, транспортировку его в агрегате, нагрев в газовой среде заданного состава и выгрузку 1 1 1.

Однако эти способы имеют недостаточную эффективность и качество готового продукта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ включающий гюдачу материала и топлива, сжигание газообразного топлива и транспортировку шихты во взвешенном состоянии при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта C2).

Известно устройство для термической обработки сыпучих материалов, содержа.щее печь со ступенчатым подом и расположенными в нем газотопливными подводами, камерами сжигания с соплами, 1) рабочую камеру с горелочными узлами.

В печь загружают сыпучий матери-ал, который падает на подину, выполненную в виде ступеней, во впадинах которых установлены сопла для подачи воздуха и топлива. Скатываясь по наклонным плоскостям ступеней, материал попадает к устью сопел, подхватывает-. ся высокоскоростным потоком воздуха или газовоздушной смеси и подбрасыва" 4О ется к своду. Сопла в печи устанавливают под углом к вертикали. Это обеспечивает переброс материала от одного ряда сопел к другому и постепенное

2 продвижение его по печи от загрузочного к разгрузочному устройству. В соп, ла первых рядов по ходу материала подают только горячий воздух,в сопла последних рядов вместе с воздухом подают гаэ и они работают как горелочные устройства. Продвигаясь по печи, материал должен гюследовательно пройти зону действия воздушных сопел и зону действия горелок. При этом должна удалиться внешняя и гидратная вла" га, а также пройти процессы восстановления. Для обеспечения перебрасы" вания сыпучего материала, сопла работают с высокими скоростями истечения воздуха и газовоэдушных смесей.

Для руд Лисаковского месторождения зти скорости достигают 100-120 м/с.

В ступенях подины выгюлнены дополнительные, камеры сгорания, соединенные каналами с рабочей камерой. Продукты сгорания из камер подводятся к устью ,основных сопел 52 ).

Существующий способ и устройство для его осуществления имеют ряд не- . достатков, главным иэ которых является необходимость выполнения подовыми соплами двух несовместимых функций: транспортировки материала и топливосжигающего устройства. Подовые сопла для трансгюртировки материала должны обеспечивать истечение в рабочий объем высокоскоростных струй с возможно равномерным гюлем скоростей по сечению. При таких условиях на;блюдается плохое перемешивание газа с воздухом на начальном участке факела. Фронт воспламенения отрывается от устья горелки и при скоростях истечения около 100 мlс воспламенение смеси осуществляется на своде печи.

Для промышленной печи такой конструкции Лисаковского горно-обогатительного комбината отрыв факела составлял

3 . 1039 до 10 м. Такой отрыв факела недопус"

THM по условию безопасной работы горелки. По существу, все горение со-. средоточено под сводом, а в объеме печи существуют участки с гаэовоэдушной несгоревшей смесью, воспламенение которой может привести к взрыву, что и имело место. Для обеспечения устойчивого горения необходимо иметь более низкие скорости истечения, что проти- 30 воречит требованиям гю транспортировке материала. Трудность заключается также в том, что необходимо регулиро-! вать производительность печи по ма- ! териалу и регулировать тепловой режим 15 одним и тем же инструментом - расхо-. дом газовой. среды из подовых сопел.;

При этом могут быть такие ситуации;-когда необходимо увеличить производительность печи, оставив без изменения 2О или даже уменьшить уровень температур в рабочем объеме. Для этого необходи" мо увеличить скорости истечения- rasa и воздуха из сопел, чтобы увеличить транспортную способност.ь печи, и в .. 25 то же время уменьшить их, или оставитЬ беэ изменения для регулирования уроа,ня температур.

Недостатком способа и конструкции является невозможность обеспечения

30 восстановительной атмосферы в печи.- ..

Это обусловлено тем, что, хотя и предусмотрено разделение объема печи на. технологические зоны за счет подачй в первой половине печи через сопла только воздуха, а во второй .половийе: печи топливовоздушной смеси, в дейст" вительности такого разделения нет.

В объеме печи происходит интенсивное.— перемешивание всех подаваемых в нее газовых компонентов. В объеме печи, - где через подовые сопла вдувается газовоэдушная смесь с коэффициентом расхода воздуха 0,6-0,7, действитель". ный коэффициент расхода воздуха, прй: котором происходит горение, как уста-: новлено на опыте, около 2,0. Это пРо-, исходит эа счет прникновения в пред-:, .полагаемую зону восстановления кисло- .

:рода из эоны, где установлены воздуш ные фурмы. .;--50

Недостатком способа и конструкцйМ является возможность попадания сыпу" чего материала в сопла. Это приводит . к забиванию сопел и вынужденной оста". новке печи, 55

Целью способа является повышение . эффективности процесса путем разделе-.: ния функций транспортирования, нагре966 4

1 ва и создания оптимального газового потенциала, а также исключения забивания подовых сопел.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки сыпучих материалов, включающему подачу материала и топлива, сжи гание газообразного топлива и транспор тировку шихты во взвешенном состоянии, при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта, в подовые сопла подают 5- 101 толлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигание с частотой 0,2-0,5 Гц а 90- 953 топлива сжигают в горелках в зоне боковых.стенок и/или на своде печи.

В устройстве для термической обработки сыпучих материалов, содержащем печь со ступенчатым подом и расположенными в нем гаэотопливными подвода- . ми, камерами сжигания с соплами и рабочую камеру, с горелочными устройствами, рабочая камера снабжена поперечной разделительной стенкой с переточным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа.

При расходах топлива на подовые сопла менее 53, последние не обеспе-. чивают метание сыпучего материала, на высоту, достаточную, чтобы время полета частиц соответствовало времени протекания процессов нагрева и восстановления. При расходах газа более

104 метаемый материал достигает свода, что может способствовать абразивному износу последнего.

При работе устройства выстреливаемый материал вылетает иэ рабочего конца камеры в виде плотного пакета, сопровождаемого потоком продуктов сгорания. При движении вверх происходит постепенное торможение и рассеивание частиц. После достижения частицами высоты 7-9 м происходит свободное падение их на под. Период полета частиц составляет около 2,5 с. Затем частицы снова попадают в импульсную камеру и процесс повторяется. Таким образом импульсные камеры не создают взвешенный слой материала на опреде" ленной высоте, а только осуществляют его переброс.

При частоте импульсов менее g,2 Гц не обеспечивается взвешенное состояние материала. Часть его задерживается на плоскостях гребней, образуется плотный слой, что затрудняет npo"

66 б чего материала; работающие импульсные камеры переводят его во взвешенное со. стояние и транспортируют к разгрузоч" ному устройству, расходуя при этом 5104 подводимого в печь топлива. Оставшуюся асть топлива (90"954) подводят и сжигают в горелках и/или в радиа" ционных нагревателях 8, установленных в рабочем объеме печи. Продукты сгорания топлива при определенных режимах работы могут быть экранированы стенками нагревателей от рабочего пространства печи, в которое может подводиться контролируемая атмосфера.

Сыпучий материал, находясь во взвешенном состоянии, нагревается продуктами сгорания .и/или от радиационных поверхностей нагрева. Часть тепла подводится к материалу при импульсном выбросе продуктов сгорания из подо" вых сопел, Продвигаясь по new, сыпучий материал последовательно проходит две камеры, на которые делит рабочий .объем поперечная стенка. В камере, прилегающей к загрузочному отверстию, топливосжигающие устройства обеспечивают интенсивное горение и интенсивную сушку с удалением гидратной влаги. При этом состав атмосферы и температуры в камере могут быть выбраны только иэ условий сушки и нагре" ва материала. Высушенный материал через переточное окно 15 попадает во вторую камеру, в которой горелочные устройства обеспечивают получение вос становительных газов с необходимой

- концентрацией СО и Н2. Дымовые газы иэ второй камеры могут удаляться по каналу 13 или через переточное окно 15 проникать в первую камеру, из которой после дожигания горючих компонентов удаляются по самостоятельному каналу (не показан).

Нижней частью окна 15 является покатый гребень пода 4. Причем верхняя и нижняя части плоскости гребня находится в разных зонах печи.

Материал, падая вдол стенки 14 в начальной зоне печи, попадает на покатый гребень и скатывается по нему в приемную воронку метательной камеры уже эа стенкой в другой зоне печи.

5 10399 цесс термообработки, При частоте импульсов более 0,5 Ги сыпучий материал

s необходимом количестве не успевает проникнуть в подовое сопло и при импульсном истечении газов йз него пров рходит разброс материала, а.не направленный выброс его в сторону свода., ... На фиг. 1 изображена печь, продольный разрез; на фиг. 2 " разрез А-А 10 на фиг. 1; на фиг. 3 " импульсная камера.

Печь имеет камеру 1, загрузочное 2 и разгрузочное устройство 3, под 4, выполненный в виде ступеней, во впади-1 нах 5 которых установлены сопла 6, соединенные с импульсными камерами пульсирующего горения 7, и горелки и/или радиационнне нагреватели 8, установленные на боковых стенках или на своде.

Печь имеет подводы 9 топливоокислительной смеси в импульсные камеры и подвод (каналы} 10 к горелочным устройствам. Возможное положение обрабатываемого материала 11 в импульсной камере обозначено заштрихованной областью. Печь имеет каналы 12 и 13 для подвода и отвода газовой атмосферы и поперечную разделительную стенку 14 с переточным окном 15.

В качестве боковых или сводовых горелок могут быть использованы любые известные устройства, обеспечивающие получение теплоносителя с регу35 лируемой температурой и составом или при необходимости муфелировать факел (например радиационные трубы).

Способ термической обработки сыпучих материалов и работа устройства о осуществляется следующим образом. Материал засыпается в печь через загрузочное устройство 2 и падает на ступенчатый под 4, во впадину 5, при этом, проникая в сопло 6, Одновремен45 но в импульсную камеру по каналу 9. .подводят топливоокислительную смесь.

После эаполнеййя всей. камеры смесью производят зажигание ее от электрического или иного запального устройства. Распространяясь в камере с высо- о кой скоростью фронт горения генерирует ударную волну, которая„воздейст вуя на находящийся в вопле сыпучий материал и, выбрасывает его в рабочий объем печи 1. При этом происходит также истечение продуктов горения из импульсной камеры. Импульсное пуль-.

:сирующее сжигание осуществляют одно.временно во всех подовых соплах. Изменяя частоту импульсов в интервале

0,2-0,5 Гц, регулируют время пребыва-, ния сыпучего материала во взвешенном состоянии. Таким образом, в печь осуществляют непрерывную загрузку сыпу966

7 " 1039

Угол наклона гребня к горизонту вы» бирается больше, чем угол естествен-. ного откоса для данного материала.:

Часть печной контролируемой атмосферы отводится для очистки от прод к- 5 тов горения и реакции восстановления.

Ъ

Для уменьшения загрязнения печной ат. ,мосферы в импульсных камерах в, ка-:., честве топлива может использоваться водород, а в качестве окислителя 10 кислород.

В печи могут осуществлятьсй раз- . личные технологические процессы.

При сушке материала или окислительном обжиге в импульсных камерах осуществляют пульсирующее горение. при коэффициенте расхода воздуха больше. единицы. Допустима также. установкабоковых и сводовых горелок с открытым пламенем. 20

При восстановительном обжиге железных руд режим работы печи зависит. от требуемой степени восстановления.

Например, .при магнетиэирующем обжиге импульсные камеры работают при коэф". 25 фи циен те расхода воздуха О, 8-0, 9. Об-: разующиеся продукты сгорания содержат . до 53 СО и Í . Основной нагрев железной руды осуществляется за счет сжи! гания газа в боковых горелочных уст-,. З0 ройствах, которые обеспечивают регулируемый состав и температуру продуктов сгорания. Для этой цели могут быть использованы устройства для сжигания. .

При более высокой степени восстановления, например при металлизации, могут использоваться радиационные трубчатые нагреватели. Возможна одйовременная работа .и горелок с открытым низкотемпературным. Факелом, и радиа" ционных нагревателеи при установке:.их м

40 в соответствующей зоне печи.

В отличие от базового варианта в рабочем объеме печи обеспечивается контролируемая атмосфера с необходимыми параметрами по составу газов и температуре. Обеспечивается надежное дожигание горючих компонентов. Это позволяет обеспечивать протекание заданного технологического процесса и исключает опасность взрыва.

Попадание сыпучего материала а сопла перестает быть недостатком, что, имеет место в базовом варианте, и становится, наоборот, желательным и даже необходимым условием работы.

Забивание сопел исключается. Более того, как гюкаэали исследования, пол" ностью засыпаниа входного участка сопла 6 и впадины 5 не является аварийной ситуацией, так как импульсные камеры сгюсобны поднять материал и перевести его во взвешенное состояние.

Перечисленные преимущества гюзволяют ожидать существенный техникоэкономический эффект от внедрения предложения по сравнению с базовым вариантом.

Сокращение уноса пыли из печи за счет сокращения расхода газов на транспортирование материала,так как Й отличие от базового варианта в пред- лагаемом способе и конструкции расход .газов на транспортирование состав. ляет лишь 5-10Ф от общего их расхода на печь; увеличение производитель- ности печи, так как в базовом варианте увеличение производительности печи лимитируется, главным образом, резким увеличением пылевыноса при увеличении расхода газов на транспортирование материала; улучшение качества готового продукта за счет создания в печи атмосферы, регламентированной по составу, температуре и соответствующей

Функции нагрева и транспортирования материала выполняются различнымИ .4 45 элементами печи. Это, в отличие от базового варианта, позволяет регули". ровать температурный режим и произво-. дительность печи независимо друг от, друга.

Транспортирующие устройства не требуют для нормальной работы строгой классификации материала по крупности.: требованиям технологии.

Экономический эффект в денежном выражении может быть гюдсчитан после реализации предложения для конкретного технологического процесса термообработки.

Работоспособность отдельных элементов конструкции, например, импульсной . метательной камеры проверена в стен" довых условиях.

1039966

1039966

Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6820/26

Ю Ю

Филиал ППП "Патент". г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. Папников

Редактор А. Шандор Техред р,далекорей Корректор А. SHNQKocoB