Характеристика вращающейся печи

ВВЕДЕНИЕ

Вращающиеся печи применяются для обжига дунита. По конструкции эти печи схожи с печами, используемыми для получения цемента. Главными параметрами, определяющими производительность печи, являются внутренний диаметр корпуса и его длина: диаметр 3,5 м., длина 90 м.

В химической промышленности для обжига, прокалки или разложения исходных и промежуточных продуктов широко применяются печи различных конструкций и размеров. Наибольшее распространение из них получили вращающиеся печи.

Вращающаяся трубная печь, применяемая в огнеупорной промышленности, работает по сухому способу. Вращающаяся печь работает по принципу противотока, т.е. материал, подвергающийся обжигу, и горячий дымовые газы движутся навстречу друг другу.

Вращающаяся печь состоит из корпуса с надетыми на него бандажами, роликовых опор, привода, холодной головки с пылевой камерой с загрузочным устройством, горячей головки и холодильника.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Характеристика вращающейся печи

Печи с вращающимися барабанами общего назначения предназначены для прокалки сыпучих материалов, являются аппаратами непрерывного действию. Печи изготавливаются в прямоточном и противоточном исполнении. Прямоточному исполнению соответствует правое расположение привода, противоточному левое, со стороны загрузки.

Вращающая печь для обжига огнеупорного сырья представлена на рисунке 1.1(а, б).

Вращающая печь состоит из: 1.1(а, б)

1.1(а)

1 – электродвигатель, 2 – фильтр – подогреватель, 3 - цепная завеса,

4 – теплообменник, 5 – корпус, 6 – бандаж, 7 - зубчатый венец, 8 – привод,

9 - кольцо жесткости

1.1 (б) работа главного электродвигателя

1 – электродвигатель, 2 – редуктор, 3 - подвенцовая шестерня, 4 - венцовоя шестерня, 10 – главный электродвигатель, 11- вспомогательный электродвигатель

Рисунок 1.1(а, б)- Вращающейся печи

Вращающаяся печь применяется в огнеупорной промышленности для обжига дунита. Вращающаяся трубная печь, применяемая в огнеупорной промышленности, работает по сухому способу. Вращающаяся печь работает по принципу противотока, т.е. материал подвергающийся обжигу движется из холодного конца, а горячий дымовые газы движутся навстречу обжигаемому материалу.

Вращающаяся печь, предназначенная для обжига дунита, показана на рисунке 1.1 и состоит из следующих основных узлов: корпуса 5 (рисунок 1.1 а)с надетыми на него бандажами 6, роликовых опор, предохранительных упоров и контрольных роликов, установленных на опорах, и привода 8. Корпус представляет собой трубу с внутренним диаметром от 3 до 5 м и длиной от 90 до 185 м, уложенную на опоры. Труба сварена из стальных кольцевых обечаек и имеет внутри футеровку из огнеупорного кирпича. В пролетах между опорами для повышения поперечной жесткости корпуса установлены кольца жесткости 9. Бандажи, имеющие прямоугольную форму, устанавливают на корпусе печи свободно. Корпус печи опирается на роликоопоры и имеет уклон 3,5%. Каждая опора состоит из двух роликов, монтируемых на станине.

На корпусе печи крепится на шарнирах (или рессорных подвесках) зубчатый венец 7. Привод состоит из главных 10и вспомогательных 11 электродвигателей и системы редукторов (рисунок 1.1 б).

Главные электродвигатели предназначены для вращения печи во время работы с частотой вращения корпуса 0,01-0,20 об/с. Вспомогательный привод предназначен для проворачивания корпуса печи во время ремонтных, футеровочных и аварийных работ. Частота вращения корпуса печи при этом составляет 0,0012 об/с.

Главный привод состоит из двух электродвигателей 1 (рисунок 1.1 б), двух редукторов 2, двух подвенцовых шестерен 3 и венцовой шестерни 4. Между редукторами главного привода и вспомогательными электродвигателями 6 установлены двухступенчатые редукторы 7. Для контроля частоты вращения корпуса печи на приводе имеется тахогенератор 5.

Печь может быть оборудована фильтром-подогревателем 2 (рисунок 1.1 а), установленным внутри печи на расстоянии 2 м от холодного конца. В фильтре - подогревателе происходят предварительная подсушка шлама и частичное улавливание пыли содержащейся в отходящих газах. Цепная завеса 3повышает теплообмен между шламом и отходящими газами. За цепной завесой, внутри корпуса печи, встроено теплообменное устройство ячейкового типа, которое обеспечивает подогрев материала. Теплообменник 4 состоит из жаростойких полок, одни концы которых крепятся к корпусу печи, а вторые соединяются между собой попарно. Полки обеспечивают подъем материала, который затем свободно ссыпается с них.

Отходящие из печи газы поступают в пылеосадительные устройства, где происходит их очистка от пыли. Печь оборудована устройством для возврата пыли (за цепную завесу), уловленной пылеосадительными устройствами.

Для фиксирования печи в продольном направлении на одной из опор устанавливаются контрольные ролики, а на другой - предохранительный упор, который удерживает печь от продольного перемещения в случае среза контрольных роликов.

Подача шихты во вращающуюся печь показана на рисунке 1.2

1 - металлический барабан, 2 – опорные ролики, 3 – электродвигатель,

4 – головка, 5 – форсунки, 6 – горелки, 7 – горячая головка, 8 – система,

9 - теплообменные устройства

Рисунок 1.2- Подача шихты во вращающуюся печь

Шихта подается со стороны верхнего («холодного» конца печи, а топливно-воздушная смесь со стороны нижнего «горячего») конца. Греющие газы движутся навстречу обрабатываемому материалу Рисунок 1.2. Металлический барабан 1, футерованный огнеупорным кирпичом, устанавливают под небольшим углом к горизонту на опорные ролики 2. В ряде случаев диаметр барабана делают переменным по длине. Барабан приводят во вращение (1—2 об/мин) электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу 3. Шихту загружают со стороны головки 4. Сухую шихту подают механическими питателями, а шихту в виде пульпы — наливом или через форсунки 5. Топливо (10—30% от массы шихты) вводят через горелки (форсунки) 6, помещённые в горячей головке 7. Здесь же выгружают готовый продукт, направляемый в холодильник. Газы из вращающейся печи очищают от пыли (возгонов) в системе 8. Для улучшения условий теплопередачи во вращающейся печи встраивают различные теплообменные устройства 9 — перегребающие лопасти, полки, цепные завесы, насадки и т.д.

Печь имеет следующие технологические зоны: подсушки, подогрева, декарбонизации, спекания и предварительного охлаждения. В зоне подсушки из шихты испаряется влага и при 150-200⁰С он превращается в гранулы, которые в зоне подогрева нагреваются до 700-800⁰С. В зоне декарбонизации при 1000-1100⁰С из гранул вьщеляется углекислый газ и образуется свободная шихта. В зоне спекания при 1350 – 1450⁰С происходит ряд химических реакций. В зоне предварительного охлаждения, а затем в холодильнике материал охлаждается.

Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены. Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными в печь или отдельно установленными теплообменными устройствами. Для охлаждения обожженного материала предусматривают установку отдельно стоящих или укрепленных на корпусе печи холодильников.

Холодильник вращающейся печи показан на рисунке 1.3 со всеми составляющими

Холодильник состоит из:

1 – колосниковой решетки, 2 – металлического корпуса, 3 – горячей зоны, 4 – перегородки, 5 – горячей зоны, 6 – разгрузочной решетки, 7 – дробилки,

8 – индивидуального привода, 9 – шлюзовых затвор, 10 – скребковых конвейеров,

11 – шести тележек, 12 – колосников подвижных, 13 колосников неподвижных,

14 – металлических блоков

Рисунок 1.3 –Холодильник вращающейся печи

Холодильник состоит из следующих основных узлов: колосниковой решетки 1, металлического корпуса 2 с футеровкой из огнеупорного материала, скребковых конвейеров 10 и дробилки 7. Несущим элементом холодильника является основание, которое состоит из металлических блоков 14, связанных, между собой поперечными стенками, которые разделяют основание на четыре камеры. Верхнее пространство над колосниковой решеткой перегородкой 4 разделено на две зоны: холодную 5 и горячую 3. Колосниковая решетка состоит из чередующихся между собой колосников: подвижных 12 и неподвижных 13, изготовленных из жаростойкой износостойкой стали. Подвижная часть колосниковой решетки состоит из шести тележек 11, связанных продольными балками в две секции. Секция опирается на восемь опорных катков. На тележках закреплены подвижные балки с колосниками. Неподвижные колосники смонтированы на неподвижных балках, опирающихся на поперечные балки, которые крепятся к блокам основания. Каждая секция имеет индивидуальные приводы 8 и 15, состоящие из электродвигателя, редуктора, кривошипно-шатунного механизма и приводного вала. Привод обеспечивает 7-20 двоичных ходов в минуту (ход - 150 мм). Плавность возвратно-поступательного движения обеспечивается маховиками и мембранными муфтами.

При работе холодильника шихта из разгрузочного конца вращающейся печи поступает в головную часть холодильника на дробящую решетку 16 и равномерно распределяется в ширине колосниковой решетки. Передвигаясь по колосниковой решетке, шихта охлаждается воздухом, проходит разгрузочную решетку 6. Крупные куски дунита измельчаются дробилкой 7, затем шихта через шлюзовые затворы 9 выходит из холодильника. Мелкие частицы шихты, провалившиеся вниз через щели колосников, убираются скребковыми транспортерами. Перемещение дунита по колосниковой решетке производится следующим образом. Подвижные колосники при движении вперед своими торцами проталкивают шихту, находящийся на неподвижных колосниках. При движении подвижных колосников в обратную сторону слои шихты, находящийся на них, упирается в торец неподвижных колосников, что и обеспечивает перемещение шихты вперед на подвижных колосниках. При движении шихты происходит также и его перемешивание, что способствует лучшему охлаждению. Толщина слоя шихты на колосниковой решетке 150 - 350 мм.

Устройство

Корпус печивыполнен из последовательно соединенных встык сваркой металлических обечаек - колец, изготовленных из листовой стали толщиной 30-50 мм. В местах расположения опор на барабане укреплены специальными башмаками массивные литые стальные кольца шириной 800-1300 мм и толщиной 350-400 мм, называемые бандажами. Бандажи опираются на пару опорных роликов, воспринимающих давление массы барабана.

Опоры барабанаОси опорных роликов установлены в подшипниках, смонтированных на раме, закрепленной на бетонном фундаменте. В комплект роликов кроме пары опорных, воспринимающих через бандаж массу барабана, входит пара упорных роликов, ограничивающих продольное передвижение барабана. В печах длиной 150-1'85 м диаметр опорных роликов 1400-1700 мм, число опор 7-8.

Привод. Вращение барабана осуществляется при помощи венцовой шестерни, соединенной через редуктор с электродвигателем.

На корпусе барабана при помощи пружин укреплена большая венцовая шестерня. Пружины представляют собой стальные пластины, расположенные тангенциально относительно корпуса печи, допускающие свободное расширение барабана от нагревания. Привод печи представлен на рисунке 1

Привод вращающейся печи показан на рисунке 1

1 – пластины крепления шестерни, 2 – ведущая (малая венцовая) шестерня, 3 – редуктор, 4 – электродвигатель, 5 – большая венцовая шестерня

Рисунок 1.3 – Привод вращающейся печи

Холодильник . Однобарабанный холодильник состоит из полого барабана, установленного на опорах с уклоном в сторону, противоположную уклону печи. В печах для обжига керамзита барабан футерован шамотным огнеупором на 1/3 длины, в цементных печах - наполовину. Барабан имеет индивидуальный привод. Верхний конец его соединен течкой С откатной головкой печи для приема -горячего материала, нижний открыт для сообщения с атмосферой. Материал при входе в барабан движется навстречу холодному воздуху и охлаждается.

Принцип действия

Вращающиеся печи различают: по принципу теплообмена — с противотоком и с параллельным током газов и материала. По назначению вращающиеся печи различают для спекания шихты в производстве глинозёма, обжига огнеупорного сырья и др.

Для движения пылегазового потока устанавливают мощный дымосос, с помощью которого отработанные газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Пыль, уловленная в электрофильтре, пневмонасосами по трубе подается в печь с загрузочной стороны за цепную завесу.

Охлаждение клинкера происходит в колосниковом холодильнике, обеспечиваемом холодным воздухом. Так как количество воздуха, идущего на охлаждение клинкера, превышет количество воздуха, необходимого на горение, то часть воздуха из холодильника выбрасывается в атмосферу после предварительной очистки в пылеулавнивающем устройстве.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• надежность в работе;

• простота конструкции;

• высокая удельная производительность;

• прямоточное и противоточное движение теплоносителя;

• легкость регулирования процессов задаваемых режимов;

• хороший, равномерный обжиг сырья;

• возможность получения шамота с заданным водопоглащением;

Недостатки

• высокий удельный расход топлива;

• большой унос сырья полупродукции;

• высокая температура отходящих газов;

• загрязнение шамота золой топлива;

• образование намазов на футеровку печи.

Футеровочный материал его выбор и обоснование

Футеровка печи: один из наиболее ответственных ее элементов. Она служит для защиты корпуса печи от разрушения. Условия работы футеровки особенно тяжелы, где в зоне спекания происходит частичное плавление материала. Футеровка печи подвержена воздействию высоких температур, достигающих 1673-1773⁰С (1400-1500⁰ С) и выше. Она противостоит механическим усилиям от трения движущегося печи материала и от удара по ней цепей. При вращении печи футеровка то попадает под слой материала, то оказывается в потоке горячих газов, претерпевая при этом резкие колебания температуры.