Способ двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов

 

Изобретение относится к технике термообработки различных минеральных материалов с применением подогревателя и короткой вращающейся печи, а более точно к способу двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов, и может быть использовано в различных областях промышленности, например в металлургии для спекания руд, в промышленности строительных материалов для производства цементного клинкера, извести, керамзитового гравия и других материалов. Способ двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов включает приготовление сырьевой смеси, ее обжиг с последующим спеканием во вращающейся печи и охлаждение полученного продукта. Обжиг осуществляют в гравитационно нисходящем слое при перекрестноточной фильтрации отходящих из зоны охлаждения газов. При обжиге дополнительно используют отходящие газы вращающейся печи и на первой стадии обжига производят комбинированную фильтрацию газов: совместно с перекрестноточной прямоточную и противоточную при отношении высоты слоя с комбинированной фильтрацией газов к общей высоте фильтрующего слоя, равном 0,1-0,5. Решается техническая задача: усовершенствование способа двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов путем развития площади фильтрации газов в слое материала, равномерности его нагрева и стабилизации процесса термообработки с увеличением производительности и коэффициента полезного действия процесса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике термообработки различных минеральных материалов с применением подогревателя и короткой вращающейся печи, а более точно к способу двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов.

Настоящее изобретение может быть использовано в различных областях промышленности, например в металлургии для спекания руд, в промышленности строительных материалов для производства цементного клинкера, извести, керамзитового гравия и других материалов.

Известен способ двухстадийного обжига цементной гранулированной сырьевой смеси путем подогрева материала на колосниковой решетке в перекрестном токе с газами из вращающейся печи и дальнейшим спеканием материала во вращающейся печи. Отходящие из вращающейся печи газы с температурой 1000°С фильтруются в слое толщиной 15-20 см. После прохождения через слой сырья температура отходящих газов снижается до 100°С. Благодаря фильтрующему действию слоя гранул в газах остается незначительное количество пыли. Преимуществом способа является низкий расход тепла на обжиг клинкера (800 ккал/кг) и универсальность. Способ можно применять для обжига горных пород, например известняка, доломита, железорудных и никелевых окатышей (Дуда В. Цемент. - М.: Стройиздат, 1981, с.565-558).

Недостатком способа является принудительный транспорт слоя материала на колосниковой решетке и низкая газопроницаемость слоя материала, ограничивающая производительность (до 3000 тонн клинкера в сутки).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов, включающий приготовление сырьевой смеси, ее обжиг с последующим спеканием во вращающейся печи и охлаждение полученного продукта, причем обжиг осуществляют в гравитационно нисходящем слое при перекрестноточной фильтрации отходящих из зоны охлаждения газов (Авторское свидетельство СССР №1790141, М.Кл. С 04 В 7/44, 1986).

Недостатком способа является неравномерный нагрев, низкая газопроницаемость и производительность при сушке материала с перекрестноточной фильтрацией в слое газов.

В силу указанных недостатков, присущих перечисленным способам, дальнейшая интенсификация двухстадийного обжига минеральных материалов и снижение капитальных и эксплуатационных затрат становятся затруднительными, а для ряда материалов - невозможными.

В основу изобретения положена задача усовершенствования способа двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов путем развития площади фильтрации газов в слое материала, равномерности его нагрева и стабилизации процесса термообработки с увеличением производительности и коэффициента полезного действия процесса.

Эта задача решается посредством способа двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов, включающего приготовление сырьевой смеси, ее обжиг с последующим спеканием во вращающейся печи и охлаждение продукта, причем обжиг осуществляют в гравитационно нисходящем слое при перекрестноточной фильтрации отходящих из зоны охлаждения газов, согласно изобретению при обжиге дополнительно используют отходящие газы вращающейся печи и на первой стадии обжига производят комбинированную фильтрацию газов: совместно с перекрестноточной прямоточную и противоточную при отношении высоты слоя с комбинированной фильтрацией газов к общей высоте фильтрующего слоя, равном 0,1-0,5.

Рационально в способе ширину потоков материала с прямоточной, противоточной и перекрестноточной фильтрацией газов сохранять равной ширине потоков с перекрестноточной фильтрацией газов.

Возможен вариант, когда прямоточную, противоточную и перекрестно-точную фильтрацию в слое производят газами, выходящими из потоков материала с перекрестноточной фильтрацией газов.

Целесообразно в способе воздух с температурой 120-250°С от охлаждения продукта подавать в зону с фильтрацией газов в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях.

Ввод газов, отходящих из зоны спекания вращающейся печи, в слой обжигаемого материала обеспечивает снижение расхода горючего и повышение термического кпд.

Применение при обжиге фильтрации теплоносителя в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях создает равномерный нагрев материала во всем объеме слоя и обеспечивает вывод насыщенных влагой газов практически от каждого зерна в слое материала. Это исключает конденсацию влаги на поверхности материала и предотвращает комообразование, что повышает производительность. Осуществление такой фильтрации газов на первой стадии обжига выбрано с учетом начальной влажности материала и при максимальной его влажности порядка 30% зона фильтрации газов в прямотоке, противотоке и перекрестном токе достигает верхнего граничного значения (0,5 от всей высоты фильтрующие слоя), а при минимальной влажности материала порядка 10% эта зона принимает нижнее граничное значение (0,1). В промежуточных значениях влажности материала в интервале 10-30% принимают промежуточное в интервале 0,1-0,5 граничное соотношение высоты фильтрации газов по трем направлениям по отношению к общей высоте фильтрующего слоя на первой стадии процесса обжига материала.

Обжиг в нисходящем слое при равенстве ширины потоков материала с прямоточной, противоточной и перекрестноточной фильтрацией газов и ширины потоков материала с перекрестноточной фильтрацией газов обеспечивает равномерное движение гравитационно нисходящего материала, что стабилизирует процесс термообработки и равномерность нагрева материала.

Применение двухступенчатой фильтрации с подачей газов, выходящих из потоков материала с перекрестноточной фильтрацией, в потоки материала с прямоточной, противоточной и перекрестноточной фильтрацией газов позволяет снизить температуру отходящих газов и увеличить производительность.

Подача воздуха с температурой 120-250°С из зоны охлаждения продукта в зону с фильтрацией газов в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлении упрощает способ, снижает теплозатраты и обеспечивает пылеочиотку воздуха с температурой 120-250°С без специальных пылеочистных систем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема материальных потоков при двухстадийном обжиге материала с комбинированной одноступенчатой фильтрацией газов в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях в сочетании с фильтрацией газов в перекрестноточном направлении, на фиг.2 представлен другой вариант осуществления способа при двухступенчатой фильтрации газов в нисходящем потоке материала, причем на первой ступени производят фильтрацию в слое газов в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях.

Способ осуществляют следующим образом.

Готовят гранулы, например, из компонентов цементной сырьевой смеси с твердым топливом, которые по стрелке А подают в зону первостадийного обжига в нисходящем слое, где материал движется под действием гравитации вниз, обжигается до спекания за счет подачи в слой воздуха из зоны охлаждения и отходящих из вращающейся печи 1 газов при слоевом сжигании горючего. Затем по стрелке В раскаленный материал поступает на спекание в короткую вращающуюся печь, где спекается при сжигании в горелке 2 горючего, необходимого для спекания, и далее по стрелке G обожженный продукт поступает в зону охлаждения, например в колосниковый холодильник 3, и охлажденный продукт по стрелке Н направляется на дальнейшую переработку.

Отходящие газы из вращающейся печи 1 по стрелке F и нагретый в зоне охлаждения 3 воздух по стрелке О подают в зону обжига. Эта смесь газов вместе с газообразными продуктами, выделившимися при обжиге в слое из материала, фильтруются в слое на высоте КМ, равной 0,1-0,5 от высоты КР слоя в прямоточном по стрелке D, в противоточном по стрелке Е и в перекрестноточном по стрелке С направлениях, и на высоте МР, равной 0,5-0,9 от всей высоты КР, смесь газов фильтруется по стрелкам С в перекрестном токе с материалом. Движение газов в слое осуществляется за счет градиента давления между потоками ввода в слой по каналам со знаком (+) и потоками вывода из слоя по каналам со знаком (-) газов, создаваемого дымососом (на фиг.1 и 2 дымосос не показан). На высоте КМ в слой подают по стрелке Т воздух с температурой 120-250°С.

На фиг.2 показан другой вариант осуществления способа, когда весь поток газов фильтруют в слое на высоте МР в перекрестном токе с материалом и повторно весь поток газов, выходящих из слоя на высоте МР в смеси с воздухом с температурой 120-250°С, фильтруют в слое прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях на высоте КМ.

Пример выполнения

Изготавливают установку по схеме фиг.2, содержащую вращающуюся печь диаметром 2,6 м и длиной 20 м, оснащенную шахтным подогревателем с двухступенчатой фильтрацией газов на высоте 1,5 м в прямотоке, противотоке и перекрестном токе и на высоте 1,5 м в перекрестном токе с материалом. При помощи дырчатых вальцов готовят гранулы из глины для производства керамзита и подают гранулы в установку. В нижнюю cтyпeнь фильтрации газов подают воздух и отходящие газы из вращающейся печи. В верхнюю ступень фильтрации газов в слое подают газы из нижней ступени фильтрации газов в слое и воздух из холодильника с температурой 150°С. Температура отходящих из установки газов - 60-80°С, содержание СО в отходящих газах - 0%, производительность установки - 8-9 т/ч.

В условиях равномерного нагрева материала в объеме всего слоя не наблюдается агломерация материала. Это стабилизирует газодинамимику в слое, исключает химический недожог горючего и обеспечивает повышение производительности.

Формула изобретения

1. Способ двухстадийного обжига зернистых и гранулированных материалов, включающий приготовление сырьевой смеси, ее обжиг с последующим спеканием во вращающейся печи и охлаждение полученного продукта, причем обжиг осуществляют в гравитационно нисходящем слое при перекрестноточной фильтрации отходящих из зоны охлаждения газов, отличающийся тем, что при обжиге дополнительно используют отходящие газы вращающейся печи и на первой стадии обжига производят комбинированную фильтрацию газов: совместно с перекрестноточной прямоточную и противоточную, при отношении высоты слоя с комбинированной фильтрацией газов к общей высоте фильтрующего слоя, равном 0,1-0,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ширину потоков материала с прямоточной, противоточной и перекрестноточной фильтрацией газов сохраняют равной ширине потоков с перекрестноточной фильтрацией газов.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что прямоточную, противоточную и перекрестноточную фильтрацию в слое производят газами, выходящими из потоков материала с перекрестноточной фильтрацией газов.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что воздух с температурой 120-250°С от охлаждения продукта подают в зону с фильтрацией газов в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2