Проектирование цементных заводов (стр. 9 )

Удельный расход тепла на обжиг составляет 3 8 кгкл.

Циклонные теплообменники с «декарбонизаторами». В цик­лонных теплообменниках с декарбонизаторами (кальцинаторами) процесс декарбонизации материал почти полностью (примерно на 90%) проходит в теплообменнике. Этот процесс во всех конст­рукциях декарбонизаторов протекает практически при постоян­ной температуре газов ~900°С с минимальной разностью темпе­ратур между газом и материалом, равной примерно 50 °С. При этом обеспечивается степень декарбонизации материала, посту­пающего в печь примерно на 90 %. Этот эффект достигается за счет суспендирования частиц материала в газах и сжигания в топке декарбонизатора примерно 60 % топлива. При этом расход топлива в самой печи уменьшается вдвое и составляет примерно 40% от общего расхода топлива. Однако, чтобы печь могла ра­ботать в нормальном тепловом режиме, в ней нужно сжигать такое количество топлива, при котором скорости газов в печи достигнут расчетных величин. В результате производительность печи может быть увеличена вдвое.

На рис. 6.40 представлена схема работы декарбонизатора RSP фирмы «Онода» — (Япония). Как показано на схеме, сырьевая шихта из циклона II ступени при температуре около 700 °С спу­скается в вихревой кальцинатор и равномерно рассеивается по его сечению тангенциально подводимым горячим воздухом с тем­пературой 650 °С из холодильника. При этом достигается интен­сивный теплообмен между материалом и продуктами горения топлива. Декарбонизатор установлен параллельно выходящему от печи газоходу (смесителю), соединяющему загрузочную голо­вку с циклоном I ст.

Декарбонизатор состоит из двух камер (топок): вихревой го­релки — 7 и вихревого кальцинатора — 10. Вихревая камера обо­рудована горелкой — 7, служащей для розжига и поддержания устойчивого и интенсивного горения факелов форсунок (горелок) — 9 вихревого кальцинатора. Более того, вихревая горелка обеспечивает устойчивый процесс горения в RSD даже в период не полностью завершенного розжига печи и в переходные режи­мы работы установки. Вихревой кальцинатор оборудован тремя рядами форсунок, которые установлены перпендикулярно к об­разующей кальцинатора.

Устойчивое горение топлива в форсунках (горелках) вихревой горелки и кальцинатора поддерживается горячим избыточным воздухом от холодильника.

Выходящие из декарбонизатора газы поступают в смеситель­ную камеру, где происходит, их смешение с выходящими из печи газами, а затем смесь газов поступает в нижний циклон.

При применении циклонного теплообменника с декарбониза­тором расход топлива в нем составляет около 55—60% (из них в вихревой горелке 2—5% и вихревом кальцинаторе 98—95%) и в печи 45—40%. В самой печи осуществляется только завер­шение процесса декарбонизации, а также окончание незавершен­ных процессов клинкерообразования. Заданный тепловой режим в кальцинаторе поддерживается регулированием подачи топлива в горелки (форсунки).

При увеличении производительности печи примерно вдвое уменьшаются соответственно и потери тепла корпусом печи и циклонного теплообменника в окружающую среду, в резуль­тате чего удельный расход тепла на обжиг в установке с теплообменником и кальцинатором снижается примерно на 5-6%.

По данным фирмы «Онода» и др. источников, при применении кальцинаторов типа RSP производительность печных установок с циклонными теплообменниками может быть увеличена в 2— 3 раза. Кроме того, исследованиями установлено, что благодаря сжиганию топлива в декарбонизаторах (около 60%) в условиях быстрого перепада температур газов при общем более низком температурном режиме обеспечивается значительное (в 2,5— 3 раза) снижение содержания оксидов азота (КОг) в отходящих от установки газах. Одновременно снижается возгонка и улету­чивание сульфатов с отходящими газами.

В табл. 6.8 приведены характеристики печных установок с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами.

Если сырьё или топливо содержат чрезмерное количество вредных циркулирующих в системе примесей, можно предусмот­реть сброс части газов через байпас. Схема установки циклонного теплообменника RSP с байпасом дана на рис. 6.41.

Многие цементные машиностроительные фирмы за последние 15—20 лет в Японии, ФРГ, Дании и др. разработали и изго­тавливают более десятка различных систем выносных декарбонизаторов, обеспечивающих большую или меньшую степень декарбонизации материала, поступающего в печь. Ниже приведены схемы наиболее распространенных и надежных в работе цик­лонных теплообменников с декарбонизаторами.

На рис. 6.42 приведена схема работы циклонного теплообмен­ника фирмы «Смидт», который может быть рекомендован как при строительстве новых установок, так и для реконструируемых печей с циклонными теплообменниками. В этой установке так же, как и системе RSP, имеется специальный воздуховод, по которому транспортируется горячий воздух от холодильника к кальцинатору. Наличие 2-х независимых ветвей позволяет вы­полнить реконструкцию печной установки в период работы дей­ствующего циклонного теплообменника. При реконструкции по схеме фирмы «Смидт» производительность печи может быть уве­личена в два — четыре раза (в зависимости от размера печи). Система предусматривает возможность выполнять теплообменник с тремя и четырьмя ветвями циклонов при производительности по клинкеру до 10000 т/с.

В кальцинаторе фирмы «Смидт» воздух из холодильника, сырьевая шихта и газы от сжигания топлива взаимодействуют в прямотоке в цилиндре с коническим верхним и нижним кон­цами.

Основная особенность кальцинатора состоит в качестве сме­шения сырьевой шихты и топлива перед встречей с воздухом от холодильника температурой до 900 °С. Система одинаково успешно может применяться практически при любом виде топ­лива.

На рис. 6.43 показана схема работы печи с кальцинатором «Кавасаки Хеви Индастриз» (Япония). Кальцинатор состоит из цилиндрической камеры с коническим днищем, установленной в нижней части циклонного теплообменника, в котором материал сначала попадает в аппарат «кипящего слоя», в котором «кипе­ние» во входной горловине и в нижней части основной камеры поддерживается воздухом из холодильника температурой до 900 °С. В верхней части камеры «кипящего» слоя установлены горелки для сжигания топлива и второй, расположенный танген­циально, ввод воздуха от холодильника.

Верхняя часть цилиндрической камеры — вихревая камера, представляет собой продолжение камеры «кипящего» слоя, в ко­торой имеются тангенциально расположенное впускное отверстие для отходящих газов из печи температурой 1000—1100°С и вы­ходное отверстие, через которое газы и декарбонизированные частицы материала выносятся в газоход 1 ст. По данным фирмы, этот кальцинатор обеспечивает увеличение производительности печи в 2—2,5 раза по сравнению с обычным циклонным тепло­обменником.

На рис. 6.44 приведена схема распределения температурных полей и потоков в реакторе - f «ДД».

Схемой предусматривается дополнительное сжигание топли­ва под течками циклонов II ст. и входным коллектором третичного воздуха (из холодильника). Газы из печи 1000—1050 °С подаются через пережим в нижнюю кони­ческую часть цилиндрического кальцинатора. Предлагаемая схе­ма подвода материала и газов обеспечивают создание интенсив­ных циркуляционных контуров, способствующих увеличению времени пребывания материала в области температур 850—900 °С. Воздух из холодильника температурой около 800 °С подается в нижнюю часть кальцинатора (над приемной конической ча­стью).

В средней части кальцинатора имеется второй пережим, слу­жащий также для создания циркуляционных контуров.

Далее материал подается в разделительный тройник. При этом часть газа с высокой концентрацией взвешенных частиц материала проскакивает вверх и, ударяясь в потолок специаль­ной выгнутой формы, теряет скорость и вовлекается в создаю­щиеся циркуляционные контуры, обеспечивающие увеличение времени пребывания частиц в кальцинаторе. Другая часть газа (с меньшей концентрацией материала) направляется непосредст­венно в циклоны I ст.

Характеристика работы циклонного теплообменника с кальци­натором «ДД» ф. «Кобэ Стил и Нихон Цемент» приведены в табл. 6.9.

Помимо рассмотренных установок существуют так же системы с «внутренними» декарбонизаторами, в которых сжигание топли­ва организовано в нижнем газоходе, соединяющем печь с цикло­ном I ступени.

Таблица 6.9.

Наименование	Размерность	Параметры
Размеры печи	м, DxL	Æ 4,6х76
Размеры кальцинатора	м, dxh	Æ 6,2х18
Габариты циклонного теплообменника	м, DxLxh	22,5х16,5х75
Производительность	т/сутки	3800
Удельный расход на обжиг	Ккал/кг кл.	710
Температура отходящих газов	0С	320
Потеря давления	кгс/м2	600
Количество ступеней циклонов	шт.	5

В качестве агрегата для обжига сухой сырьевой шихты в России приняты печи 0 4,5X80 м с циклонными теплообменни­ками и декарбонизатором системы RSP расчетной производитель­ностью 3500 тонн клинкера в сутки при удельном расходе тепла на обжиг 3480—3640^—^- (830-=-870)^-^ и применении в качестве технологического топлива соответственно мазута и газа. Общий вид такой установки приведен на рис. 6.45, а в таблице приведены характеристики и параметры работы этой печной установки.

Благодаря сравнительно простым и надежным конструктив­ным решениям и высоким технико-экономическим показателям печные установки с циклонными теплообменниками и декар­бонизаторами завоевали за последние два десятилетия призна­ние во всем мире.

Печи с конвейерными кальцинаторами, а также установки с длинными вращающимися печами для обжига сырьевой муки, как менее экономичные и надежные, в последнее десятилетие не проектируются.

Декарбонизаторы для сжигания твердого топлива отечествен­ной промышленностью пока не разработаны. В практике зарубеж­ных заводов декарбонизаторы на твердом топливе уже применяют­ся довольно широко и в том числе в странах, сравнительно недавно вставших на путь индустриализации (Индия, Китай).

Реконструкция длинных вращающихся печей мокрого спо­соба. Реконструкция печей мокрого способа с переводом на обжиг сырьевой муки преимущественно осуществляется по сле­дующей схеме: приготовленный по мокрому способу сырьевой шлам частично обезвоживается в фильтр-прессах до влажно­сти 18—22%, полученный обезвоженный остаток («корж») под­вергается измельчению в дробилках с одновременной сушкой.

В качестве сушильного агента используются отходящие из цик­лонного теплообменника газы с температурой около 600 °С. По­лученная сухая сырьевая шихта подается в двух - или односту­пенчатый циклонный теплообменник, где подвергается термообработке отходящими из печи газами с температурой око­ло 1100°С.

Нагретый в теплообменнике материал поступает во вращаю­щуюся печь для дальнейшей термической обработки. Схема ра­боты печной установки комбинированного обжига с устройством для дополнительной декарбонизации в газоходе I ступени пока­зана на рис. 6.46. Первая установка такого типа с печью 0 5,0X125 м пущена в эксплуатацию на Себряковском цементном заводе. Па­раметры работы комбинированной печной установки приведены в табл. 6.10.

Таблица 6.10.

Сравнительные параметры работы печи Æ 5,0х185 м до и после реконструкции

№ п/п	Наименование параметров	Размерность	Печь Æ 5,0х185 м до реконструкции	Печь Æ 5,0х185 м после реконструкции
1.	Влажность шлама	%	39	-
2.	Влажность коржа	%	-	20
3.	Температура отходящих газов после печи	0С	220
4.	Удельный расход тепла на обжиг		6320	4190
5.	Производительность печи	т/ч	74	95
6.	Температура газов после циклонов II ст.	0С	-	600

6.6 ПОДГОТОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ

Для обжига сырьевой шихты может использоваться твердое, газообразное и жидкое топливо. Выбор вида технологического топлива осуществляется путем составления технико-экономиче­ских обоснований.

При этом учитываются расстояние от завода до магистраль­ных газопроводов или мест добычи твердого топлива, теплота сгорания топлива, количество топлива, потребляемого заводом, стоимость топлива по месту добычи и расходы на его транспор­тировку и подготовку, должен быть также рассмотрен вопрос влияния вида выбранного топлива на качество продукции и про­изводительность печей.

6.6.1. Твердое топливо

В качестве твердого топлива для вращающихся печей при­меняются газовые и тощие каменные и бурые угли и сланцы, в которых содержание летучих веществ, серы, а также теплота сгорания, влажность и зольность регламентируются «Нормами технологического проектирования цементных заводов» и стан­дартами на твердое топливо, поставляемое для цементной промышленности. Применение углей и сланцев с большим содержанием летучих увеличивает опасность самовозгораний и взрывов.

Сжигание во вращающихся печах тощих углей в мировой цементной промышленности до настоящего времени еще не ос­воено.

Наиболее целесообразным по опытным данным и технико-эко­номическим соображениям следует считать применение угольного порошка с содержанием летучих в пределах 18—26%, при тон­кости помола, характеризуемой остатком 10—14% на сите 008. Желательно также, чтобы влажность форсуночного топлива была не выше 4—6%. Сжигание форсуночного топлива, характеризу­емого другими параметрами, приводит к ухудшению теплотехни­ческих и технологических показателей печных установок. Неже­лательно применение угля с повышенным содержанием серы. Взаимодействуя со щелочами сырья, она способствует образова­нию настылей как в самой печи (при обжиге сырьевого шлама), так и в системе запечных теплообменников (при обжиге сырьевой муки.)

Состав топливной шихты	Содержание, %	Содержание летучих веществ, %	Теплота сгорания форсуночного топлива, МДж/кг	Возможная влага форсуночного топлива, %	Максимальная зольность углей, %	Содержание серы, %
Кузнецкий тощий (Т)	50	16	25,01	1,5	до 15	0,7
Кузнецкий газовый (Г)	50	38
Кузнецкий (Т)	70	16	25,56	1,5	до 15	0,7
Кузнецкий газовый (СС)	30	35
Бурый Райчихнинский Б2Р	50	44	23,97	6	до 16	0,5
Кузнецкий (ТОМСШ)	50	16			до 25	0,7

Ниже приведены примерные характеристики топливных шихт, составленных из различных комбинаций углей.

Расчет характеристик двух видов можно производить по следующим формулам:

влажность смеси (6.3)

зольность (6.4)

теплота сгорания qh. cm = У * Рну + Z • qhz (6.5) и т. д. Аналитическая влажность форсуночного топлива, %

(6.6)

где У и Z — содержание в шихтуемой смеси натуральных углей в долях единицы.

Индексы р, а, н и см. относятся к состоянию массы угля: рабочая, аналитическая, натуральная и смесь.

Как местный вид топлива (при условии перевозки от места до­бычи до цемзавода не более 300 км) может использоваться горючий сланец; его применяют как в смеси, с другим топливом (уголь), так и в «чистом» виде. Теплота сгорания сланца составляет 10,94-13,0 МДж/кг (2600—3100 ккал/кг), а тонкость помола не дол­жна превышать 8—9% остатка на сите № 000. На зарубежных заводах сжигают сланец совместно с жидким топливом, а также газом.