Способ и шахтная печь для обжига в ней углеродсодержащего материала
Изобретение относится к шахтной печи для обжига углеродсодержащего материала. Печь содержит в направлении потока материала зону подогрева, по меньшей мере, одну зону обжига, зону охлаждения и выпускное отверстие для выпуска материала из шахтной печи, несколько топливных фурм, которые направлены в зону обжига, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма имеет первую глубину вставки в зону обжига, а, по меньшей мере, одна другая топливная фурма – вторую глубину вставки в зону обжига, которая больше первой глубины вставки, по меньшей мере, один воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой, и кислородопровод для подачи кислорода в зону обжига, размещенный с обеспечением подачи кислорода, по меньшей мере, к одной топливной фурме второй глубины вставки, причем воздухопровод первичного воздуха содержит первый воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный с топливной фурмой первой глубины вставки, и второй воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный с топливной фурмой второй глубины вставки, причем кислородопровод соединен исключительно со вторым воздухопроводом первичного воздуха с возможностью течения кислорода из кислородопровода во второй воздухопровод первичного воздуха. Второй воздухопровод первичного воздуха может проходить, по меньшей мере, частично через устройство подогрева воздуха в воздухопроводе первичного воздуха. Раскрыт способ обжига углеродсодержащего материала в упомянутой шахтной печи. Обеспечивается возможность упростить достижение равномерного распределения температуры по сечению шахты. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к шахтной печи и способу обжига углеродсодержащего материала.
При обжиге кускового материала возникает проблема с равномерным подводом к нему требуемого количества тепла так, чтобы каждое зерно прожигалось вплоть до своей сердцевины без спекания зерен в результате локального перегрева и без образования в печи прочных мостиков. Эта проблема особенно велика, когда требуются выходящие за пределы мягкого обжига более высокие степени обжига.
Для мелкозернистого обжигаемого материала и равномерного качества обжига и, тем самым, продукта лучше всего подходят вращающиеся трубчатые печи, т.к. интенсивная циркуляция материала обеспечивает хороший и равномерный теплопереход к каждому зерну. Однако недостаток заключается в том, что их конструкция очень сложна и к соответственно высоким инвестиционным расходам прибавляются высокие эксплуатационные расходы, обусловленные высокими потерями на износ и высокими тепловыми потерями за счет излучения и отходящих газов, особенно сильно сказывающимися при использовании более высоких температур, как они требуются для более высоких степеней обжига или иного качества продукта, таких как средний обжиг, сильный обжиг и обжиг до спекания. Вращающиеся трубчатые печи подходят обычно только для обжига материала с размером зерен 10-50 мм, а еще меньшие и, прежде всего, более крупные зерна нельзя обжечь во вращающихся трубчатых печах.
Другой метод равномерного подвода требуемого для обжига количества энергии к обжигаемому материалу состоит в подмешивании топлива, т.е. доменного кокса, к обжигаемому материалу в смесительных пламенных печах. Однако последние не подходят для мелкозернистого обжигаемого материала. Кроме того, они имеют тот значительный недостаток, что в готовом обожженном продукте остается зола от сжигания кокса, которая вызывает, тем самым, связанное с окрашиванием в серый цвет, более низкое качество продукта. Также недостаток смесительных пламенных печей в том, что они имеют очень высокие вредные выбросы. Будучи обусловлено процессом, в смесительных пламенных печах происходит образование значительного количества монооксида углерода. Смесительные пламенные печи имеют нередко очень высокие концентрации органических углеводородов (ТОС), а также сероводород (Н2S).
Другую возможность обжига материала представляют собой шахтные печи. У них топливо подается через погруженные в обжигаемый материал топливные фурмы, которые распределены по сечению шахты. До сих пор у таких печей существует непреодолимая трудность, заключающаяся в том, чтобы достичь равномерного распределения температуры по сечению шахты и, в частности, избежать спекания обжигаемого материала за счет локальных перегревов.
Из ЕР 1148311 В1 известен способ обжига углеродсодержащего материала, при котором топливные фурмы расположены с возможностью перемещения, чтобы достичь равномерной температуры обжига в соответствующей плоскости шахты. Практические опыты показали, однако, что этот способ не приводит к цели. На близких к стенкам участках шахтной печи обычно образуются зоны очень высоких температур, причем зоны внутри шахтной печи имеют заметно меньшую температуру. За счет этого эффекта не достигается однородного качества продукта, т.к. материал обжигается по сечению шахты с разными температурами. Нередко происходит так, что требуемого качества продукта достичь нельзя. Кроме того, опыты по достижению качества продукта в центре шахты могут привести к перегревам на внешней стороне сечения шахты. При этом образуются, например, отложения материала в результате спекания пыли или топливной золы или даже жидкие фазы. Отложения негативно влияют на поток материала, причем он происходит за счет силы тяжести. Нередко за счет отложений образуются также мостики материала, которые блокируют прохождение через печь. Кроме того, высокие температуры на внешней стороне сечения шахты могут повредить огнеупорную футеровку.
Задачей изобретения является создание шахтной печи и способа обжига углеродсодержащего материала, причем максимально простым образом должно достигаться равномерное распределение температуры по сечению шахты.
Эта задача решается, согласно изобретению, посредством технических решений, охарактеризованных признаками независимых пунктов формулы Предпочтительные варианты выполнения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Шахтная печь для обжига, в частности, углеродсодержащего материала включает в себя, согласно первому аспекту, в направлении потока материала зону подогрева, по меньшей мере, одну зону обжига, зону охлаждения и выпускное отверстие для выпуска материала из шахтной печи. Шахтная печь содержит также несколько топливных фурм, которые направлены в зону обжига, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма имеет первую глубину вставки в зону обжига, а, по меньшей мере, одна другая топливная фурма – вторую глубину вставки в зону обжига, которая больше первой глубины вставки. Шахтная печь содержит также, по меньшей мере, один воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой. Кроме того, шахтная печь содержит кислородопровод для подачи кислорода в зону обжига, причем кислородопровод расположен таким образом, что кислород течет из него, по меньшей мере, к одной топливной фурме второй глубины вставки.
У обжигаемого материала речь идет, например, о зернистом материале с размером зерен 10-50 мм, преимущественно 40-80 мм, в частности 30-60 мм.
Зона подогрева примыкает преимущественно непосредственно к загрузочному отверстию для загрузки материала в шахтную печь и служит для подогрева материала до температуры 600-800°С. Зона обжига примыкает преимущественно непосредственно к зоне подогрева и служит для обжига материала, причем он нагревается до температуры 1200-1800°С. Зона охлаждения примыкает преимущественно непосредственно к зоне обжига и служит для охлаждения обожженного материала до температуры, например, 100°С. Выпускное отверстие для материала расположено, например, в примыкающей к зоне охлаждения выпускной воронке, причем выпускное отверстие для материала содержит, например, вращающуюся тарелку или передвижной стол для выгрузки материала из зоны охлаждения в выпускную воронку. Топливные фурмы выполнены преимущественно трубчатыми и служат для подачи топлива в зону обжига.
Кислородопровод содержит, например, кислородную фурму, которая проходит в зону обжига шахтной печи и имеет выпускное отверстие для выпуска кислорода в зону обжига. Преимущественно кислородная фурма размещена на топливной фурме второй глубины вставки или непосредственно под топливной фурмой. Также возможно, чтобы кислородная фурма проходила через топливную фурму. Последняя имеет, в частности, также выпускное отверстие для впуска топлива в зону обжига. Преимущественно, однако, топливная фурма выполнена так, что кислород вместе с воздухом для горения и топливом течет через нее.
Кислородопровод для подачи кислорода в зону горения обеспечивает преимущество улучшенного сгорания топлива из топливных фурм второй глубины вставки, причем гарантировано, что в зоне обжига, преимущественно на расположенном в зоне обжига выпускном конце топливных фурм, имеется достаточное количество кислорода, чтобы гарантировать сгорание топлива. Кроме того, за счет подачи кислорода к топливной фурме второй глубины вставки улучшается сгорание топлива из топливной фурмы второй, большей глубины вставки. Это приводит к целенаправленному повышению температуры в средней части шахтной печи, что противодействует перепаду температур между зоной стенок шахтной печи и серединой последней. Такая шахтная печь обеспечивает, в основном, постоянное по ее сечению распределение температуры, чем достигается равномерный обжиг материала в шахтной печи.
Согласно первому варианту, кислородопровод, преимущественно непосредственно, соединен, по меньшей мере, с одной топливной фурмой второй глубины вставки, так что для сгорания топлива кислород течет в топливную фурму. В частности, кислородопровод соединен со всеми топливными фурмами второй глубины вставки. Преимущественно кислородопровод не соединен с топливными фурмами первой глубины вставки. Согласному другому варианту, кислородопровод соединен исключительно с топливными фурмами второй глубины вставки. Топливная фурма имеет, например, впускное отверстие для впуска кислорода, в котором расположен кислородопровод. Это гарантирует, что кислород будет подаваться к топливной фурме и преимущественно исключительно к топливной фурме второй глубины вставки.
Согласному другому варианту, кислородопровод содержит средство для регулирования количества протекающего через кислородопровод кислорода. У средства речь идет, например, о регулируемом, в частности, клапане. Это обеспечивает целенаправленное регулирование количества кислорода в зоне обжига шахтной печи.
Согласному другому варианту, воздухопровод первичного воздуха содержит первый воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, который соединен с топливной фурмой первой глубины вставки, и второй воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения, который соединен с топливной фурмой второй глубины вставки, причем кислородопровод соединен исключительно со вторым воздухопроводом первичного воздуха, так что кислород течет из кислородопровода во второй воздухопровод первичного воздуха. Первый воздухопровод первичного воздуха соединен преимущественно исключительно с топливными фурмами первой глубины вставки, причем второй воздухопровод первичного воздуха соединен исключительно с топливными фурмами второй глубины вставки. Это обеспечивает подачу к топливным фурмам первой и второй глубин вставки разного количества кислорода.
Согласно другому варианту, предусмотрена дополнительная топливная фурма, имеющая третью глубину вставки в зону обжига, которая больше первой и меньше второй глубины вставки, причем кислородопровод соединен, по меньшей мере, с одной топливной фурмой третьей глубины вставки, так что кислород течет в топливную фурму. Преимущественно кислородопровод соединен исключительно с топливными фурмами второй и третьей глубин вставки и не соединен с топливными фурмами первой глубины вставки.
Согласно другому варианту, средство выбрано таким образом, что количество кислорода, по меньшей мере, к одной топливной фурме второй глубины вставки больше количества кислорода, по меньшей мере, к одной топливной фурме третьей глубины вставки. Преимущественно к топливной фурме с наибольшей глубиной вставки подается наибольшее количество кислорода.
Изобретение включает в себя также шахтную печь для обжига, в частности, углеродсодержащего материала, содержащей в направлении потока материала зону подогрева, по меньшей мере, одну зону обжига, зону охлаждения и выпускное отверстие для выпуска материала из шахтной печи, несколько топливных фурм, которые направлены в зону обжига, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма имеет первую глубину вставки в зону обжига, а, по меньшей мере, одна другая топливная фурма – вторую глубину вставки в зону обжига, которая больше первой глубины вставки. Шахтная печь содержит также первый воздухопровод первичного воздуха для подачи первичного воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой первой глубины вставки, и второй воздухопровод первичного воздуха для подачи первичного воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой второй глубины вставки. Второй воздухопровод первичного воздуха проходит, по меньшей мере, частично через устройство подогрева воздуха в воздухопроводе первичного воздуха.
Шахтная печь имеет, например, объем шахты, включающий в себя зону подогрева, зону обжига и зону охлаждения. У устройства подогрева речь идет, например, о расположенном вне объема шахты агрегате, например, теплообменнике, для нагрева первичного воздуха. Приведенные выше в связи с шахтной печью варианты и преимущества относятся также к шахтной печи с устройством подогрева. Шахтная печь с устройством подогрева содержит, например, описанный выше кислородопровод.
Подогрев первичного воздуха второго воздухопровода первичного воздуха дает преимущество улучшенного сгорания топлива из топливных фурм второй глубины вставки, причем гарантировано, что в зоне обжига, преимущественно на расположенном в зоне обжига выпускном отверстии топливных фурм, будет господствовать оптимальная температура, чтобы гарантировать сгорание топлива. Кроме того, за счет подогрева первичного воздуха для топливной фурмы второй глубины вставки улучшается сгорание топлива из топливной фурмы со второй, большей глубиной вставки. Это приводит к целенаправленному повышению температуры в средней части шахтной печи, что противодействует перепаду температур между зоной стенок шахтной печи и серединой последней. Такая шахтная печь обеспечивает, в основном, постоянное по ее сечению распределение температуры, чем достигается равномерный обжиг материала в шахтной печи.
Согласно другому варианту, устройство подогрева включает в себя зону подогрева внутри шахтной печи, причем воздухопровод первичного воздуха проходит, по меньшей мере, частично через зону подогрева. За счет этого реализуется особенно компактная и энергоэффективная конструкция шахтной печи, причем зона подогрева служит в качестве теплообменника с воздухопроводом первичного воздуха.
Согласно другому варианту, второй воздухопровод первичного воздуха соединен исключительно, по меньшей мере, с одной топливной фурмой второй глубины вставки, так что подогретый первичный воздух для горения подается исключительно к топливным фурмам второй глубины вставки.
Согласно другому варианту, второй воздухопровод первичного воздуха содержит несколько погружных линий, проходящих, по меньшей мере, частично или полностью через зону подогрева. У погружных линий речь идет, например, о нескольких размещенных концентрично друг другу трубопроводах разного диметра, в который течет первичный воздух. Погружная линия имеет, например, U-образную форму.
Согласно другому варианту, первая глубина вставки составляет максимум треть радиуса зоны обжига, в частности 5-20 см, преимущественно 10-15 см. Согласно другому варианту, вторая глубина вставки составляет примерно треть радиуса зоны обжига, в частности 40-80 см, преимущественно 50-70 см, в частности 60 см. Такая глубина вставки представляет собой оптимальную глубину, чтобы обеспечить, в основном, равномерное распределение температуры по сечению шахтной печи.
Изобретение относится также к способу обжига, в частности, углеродсодержащего материала в шахтной печи с самотечным транспортированием через зону подогрева, по меньшей мере, одну зону обжига и зону охлаждения к выпускному отверстию, причем подача топлива в зоне обжига или смежно с ней происходит через несколько топливных фурм, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма имеет первую глубину вставки, а другая топливная фурма – вторую глубину вставки, которая больше первой глубины вставки, причем к топливным фурмам подается первичный воздух для горения. Способ включает в себя также то, что дополнительно к первичному воздуху для горения и/или в воздухопровод первичного воздуха для подачи воздуха для горения к топливным фурмам второй глубины вставки подается кислород.
Приведенные выше в связи с шахтной печью для обжига, в частности, углеродсодержащего материала варианты и преимущества относятся также к способу обжига, в частности, углеродсодержащего материала в шахтной печи.
Согласно другому варианту, первичный воздух для горения обогащается кислородом таким образом, что его содержание составляет 40-90%.
Изобретение относится также к способу обжига, в частности, углеродсодержащего материала в шахтной печи с самотечным транспортированием через зону подогрева, по меньшей мере, одну зону обжига и зону охлаждения, причем подача топлива в зоне обжига или смежно с ней происходит через несколько топливных фурм, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма имеет первую глубину вставки, а другая топливная фурма – вторую глубину вставки, которая больше первой глубины вставки, причем к топливным фурмам подается первичный воздух для горения, причем первичный воздух для горения подогревается. Подогретый первичный воздух для горения подается исключительно к топливным фурмам второй глубины вставки. Преимущественно первичный воздух подается для подогрева через зону подогрева.
Приведенные выше в связи с шахтной печью для обжига, в частности, углеродсодержащего материала варианты и преимущества относятся также к способу обжига, в частности, углеродсодержащего материала в шахтной печи.
Согласно одному варианту, первичный воздух для горения подогревается таким образом, что его температура составляет 250-500°С.
Изобретение более подробно поясняется ниже на нескольких примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - схематично в разрезе шахтная печь с кислородопроводом согласно примеру выполнения;
фиг. 2, 3 - схематично в сечении шахтная печь согласно различным вариантам;
фиг. 4 - схематично в разрезе шахтная печь с подогревом первичного воздуха согласно примеру выполнения.
На фиг. 1 изображена шахтная печь 10 для обжига, например, углеродсодержащего материала с размером зерен 10-50 мм, преимущественно 40-80 мм, в частности 30-60 мм. Шахтная печь 10 имеет объем 12 шахты, который проходит преимущественно в вертикальном направлении и имеет, например, постоянное сечение или сечение, расширяющееся в направлении потока обжигаемого материала. Например, объем 12 шахты имеет круглое, в частности круговое, или угловатое, в частности четырехугольное, сечение. Объем 12 шахты окружен стенкой 14 шахты, которая выполнена, например, из стали с примыкающей к ней футерованной огнеупорной внутренней стенкой. Объем 12 шахты выполнен открытым вверху и внизу, причем шахтная печь 10 имеет загрузочное отверстие 16 для материала, которое выполнено в виде верхнего отверстия объема 12 шахты и проходит преимущественно по всему сечению объема 12 шахты. Загрузочное отверстие 16 для материала служит для загрузки обжигаемого материала в шахтную печь 10. В другом варианте вместо изображенного на фиг. 1 открытого загрузочного отверстия 16 для материала предусмотрен материальный шлюз, который позволяет загружать обжигаемый материал из устройства его подачи в шахту печи, причем задача материального шлюза заключается в том, чтобы в значительной степени препятствовать проникновению окружающего воздуха в головную часть печи. Этот вариант используется преимущественно тогда, когда отходящие из печи газы должны иметь высокую концентрацию диоксида углерода и низкую концентрацию кислорода, как это требуется для последующих процессов, например, размола и сушки угля, производства сахара из сахарной свеклы, производства соды или для получения осажденного карбоната кальция. Направление потока материала обозначено на фиг. 1 стрелкой и проходит через шахтную печь 10 вертикально сверху вниз.
В направлении потока материала шахтная печь 10 содержит примыкающую к загрузочному отверстию 16 для материала зону 18 подогрева, зону 20 обжига и зону 22 охлаждения. К зоне 22 охлаждения примыкает выпускная воронка 24, которая впадает в выпускное отверстие 26 для выпуска материала из шахтной печи 10. В выпускной воронке 24 расположено, например, разгрузочное устройство 23, которое служит для выпуска материала из зоны 22 охлаждения шахтной печи 10 в выпускную воронку 24. У разгрузочного устройства 23 речь идет, например, о вращающейся тарелке или передвижном столе. Под выпускным отверстием 26 находится, например, либо плотно закрывающаяся разгрузочная заслонка для материала, либо, при необходимости, плотно закрывающийся материальный шлюз. Материал течет, в основном, самотеком через шахтную печь 10 и термически обрабатывается в потоке. Высота объема 12 шахты определяется преимущественно временем пребывания обжигаемого материала, которое определяется посредством разгрузочного устройства 23 в связи с настройкой скорости транспортировки. Это временя пребывания распределяется по верхней, примыкающей к загрузочному отверстию 16 для материала зоне 18 подогрева, следующей вниз зоне 20 обжига и проходящей до разгрузочного устройства 23 зоне 22 охлаждения. Преимущественно в зоне 18 подогрева обжигаемый материал подогревается до температуры до примерно 800°С, причем зона 20 обжига имеет, например, температуру 800-1800°С, и охлаждается в зоне охлаждения примерно до 100°С.
Шахтная печь 10 имеет один или несколько впускных отверстий 28, 30 для подачи воздуха в нее. Например, в шахтной печи 10 на фиг. 1 расположены два впускных отверстия 28, 30, которые подают воздух в выпускную воронку 24 и вытеснитель 23а. преимущественно воздух вдувается в выпускную воронку 24, например, в вытеснитель 23а, под избыточным давлением до 500 мбар. Воздух называется далее вторичным воздухом. Он протекает через шахтную печь 10, в частности ее объем 12, снизу вверх в вертикальном направлении в противотоке материалу. Загрузочное отверстие 16 представляет собой, например, одновременно выпускное отверстие для воздуха, точнее, выпускное отверстие для всего отходящего газа шахтной печи 10.
Шахтная печь 10 содержит далее несколько топливных фурм 32, 34, которые проходят через стенку 14 печи в зону 20 обжига объема 12 печи. Например, топливные фурмы 32, 34 расположены на фиг. 1 в двух уровнях, причем топливные фурмы 32 верхнего уровня имеют первую глубину вставки в объем 12 печи, а топливные фурмы нижнего уровня – вторую глубину вставки в объем 12 печи. Преимущественно первая глубина вставки топливных фурм 32 меньше второй глубины вставки топливных фурм 34 нижнего уровня. Также возможно, чтобы нижние топливные фурмы 34 имели меньшую глубину вставки, чем расположенные над ними верхние топливные фурмы 32. Топливные фурмы 34 второй глубины вставки расположены, например, полностью под топливными фурмами 32 первой глубины вставки. Топливные фурмы 32, 34 проходят соответственно в радиальном направлении объема 12 шахты в нее, причем глубже вставленные топливные фурмы 24 проходят, например, приблизительно по двум третям радиуса объема 12 шахты. Через топливные фурмы 32, 34 в зону 20 обжига вместе с первичным воздухом подается газообразное, порошкообразное или жидкое топливо. Разные глубины вставки топливных фурм 32, 34 приводят к разной глубине выходящего из них пламени внутри зоны 20 обжига, обеспечивая, тем самым, равномерный нагрев материала. Преимущественно по сечению объема 12 шахты расположены несколько измерительных зондов для измерения температуры (не показаны). Посредством измеренных на одном уровне зоны 20 обжига значений температуры можно проверить равномерное распределение температуры по сечению зоны 20 обжига. Проверка распределения температуры возможна также путем целенаправленного отбора проб материала на разгрузочном устройстве 23, причем проверяются пробы материала из внутренней и внешней областей объема 12 шахты.
Топливные фурмы 32, 34 содержат, например, охлаждающую рубашку (не показана) для охлаждения расположенной внутри нее топливной трубы. Преимущественно охлаждающая рубашка обтекается охлаждающей жидкостью. Также возможно, чтобы охлаждающая рубашка эксплуатировалась без охлаждающей жидкости и была выполнена из жаростойкого материала.
Шахтная печь 10 содержит также, например, два воздухопровода 36, 38 первичного воздуха для подачи воздуха к топливным фурмам 32, 34. Воздухопроводы 36, 38 первичного воздуха соединены соответственно с вентилятором 40, 42, преимущественно компрессором, так что воздух подается через воздухопроводы 36, 38 первичного воздуха в направлении топливных фурм. Каждый воздухопровод 36, 38 первичного воздуха соединен соответственно с кольцевой линией 44, 46, проходящей соответственно вокруг периферии стенки 14 шахты. Кольцевые линии 44, 46 расположены, например, над топливными фурмами 32, 34. Каждая кольцевая линия 44, 46 соединена с несколькими топливными фурмами 32, 34, причем на фиг. 1, например, кольцевая линия 46, расположенная над кольцевой линией 44, соединена с топливными фурмами 34 большей глубины вставки. Например, шахтная печь содержит первый воздухопровод 36 первичного воздуха, соединенный с первой кольцевой линией 44. Нижняя первая кольцевая линия 44 соединена, например, исключительно с топливными фурмами 32 первой глубины вставки, так что воздух течет через первый воздухопровод 36 первичного воздуха в первую кольцевую линию 44 и к топливным фурмам 32 первой меньшей глубины вставки. Шахтная печь содержит также второй воздухопровод 38 первичного воздуха, соединенный со второй кольцевой линией 46. Верхняя вторая кольцевая линия 46 соединена, например, исключительно с топливными фурмами 34 второй глубины вставки, так что воздух течет через второй воздухопровод 38 первичного воздуха во вторую кольцевую линию 46 и к топливным фурмам 34 второй большей глубины вставки. Ко второму воздухопроводу 38 первичного воздуха присоединен кислородопровод 52 с впускным отверстием 48 для кислорода. Кислородопровод 52 содержит клапан 50 для регулирования количества кислорода. Кислородопровод 52 соединен со вторым воздухопроводом 38 первичного воздуха, так что кислород течет во второй воздухопровод 38 первичного воздуха. Обогащенный кислородом первичный воздух течет через второй воздухопровод 38 первичного воздуха в верхнюю вторую кольцевую линию 46, а затем – в топливные фурмы 34 второй большей глубины вставки. Количество затекающего во второй воздухопровод 38 первичного воздуха кислорода регулируется клапаном 50. Исключительно к топливным фурмам 34 второй глубины вставки подается первичный воздух, обогащенный кислородом. Топливные фурмы 32 первой глубины вставки не соединены с впускным отверстием 48 для кислорода. Преимущественно протекающий через второй воздухопровод первичного воздуха воздух для горения обогащен кислородом таким образом, что содержание кислорода в смеси воздуха и кислорода составляет 40-90%.
Также возможно, чтобы топливные фурмы 32, 34 были расположены более чем на двух уровнях или на одном уровне, причем, например, топливные фурмы 32 первой глубины вставки и топливные фурмы 34 второй глубины вставки расположены сообща на одном уровне. Например, шахтная печь имеет три, четыре или пять уровней топливных фурм 32, 34, причем с кислородопроводом 52 соединены исключительно топливные фурмы 34 большей глубины вставки.
При работе шахтной печи 10 обжигаемый материал загружается в нее сверху через загрузочное отверстие 16 и движется самотеком в вертикальном направлении вниз через объем 12 шахты в направлении разгрузочного устройства 23. При этом через материал в противотоке протекает вторичный воздух или отходящие газы. Подаваемый снизу через воздуховпускные отверстия 28, 30 вторичный воздух используется в зоне обжига в качестве воздуха для горения и служит для сжигания загруженного через топливные фурмы 32, 34 в зону 20 обжига топлива, например, природного газа, мазута или угольной пыли. Отходящие газы от сгорания служат для подогрева материала в зоне 18 подогрева объема 12 печи. Вслед за зоной 18 подогрева материал поступает в зону 20 обжига и обжигается там, например, кальцинируется и/или спекается. После этого он охлаждается в зоне 22 охлаждения вторичным воздухом, причем вторичный воздух одновременно нагревается.
На фиг. 2 и 3 изображены сечения шахтной печи 10 из фиг. 1, причем показано разное расположение топливных фурм 32, 34. На фиг. 2 изображены несколько топливных фурм 32 первой глубины вставки и несколько топливных фурм 34 второй глубины вставки, которая больше первой глубины вставки. На фиг. 2 изображены еще несколько топливных фурм 54 третьей глубины вставки, которая меньше второй и больше первой глубин вставки. Топливные фурмы 32, 34, 54 расположены, например, на одном уровне со смещением по отношению друг к другу. Например, разные глубины вставки топливных фурм 32, 34, 54 равномерно чередуются по периферии зоны 20 обжига.
Например, с кислородопроводом 52 соединены исключительно топливные фурмы 34, причем кислород, в частности обогащенный кислородом первичный воздух, подается исключительно к топливным фурмам 34. Кроме того, возможно, чтобы кислород подавался также к топливным фурмам 54 третьей средней глубины вставки, причем количество кислорода, подаваемое к топливным фурмам 54 третьей глубины вставки, было меньше количества кислорода, подаваемого к топливным фурмам 34 второй глубины вставки. Преимущественно наибольшее количество кислорода подается к топливным фурмам наибольшей глубины вставки. Например, шахтная печь 10 в изображенной на фиг. 1 плоскости сечения содержит двенадцать топливных фурм 32 первой глубины вставки, четыре топливные фурмы 34 второй глубины вставки и восемь топливных фурм 54 третьей глубины вставки. Это лишь пример, причем возможно любое количество топливных фурм 32, 34, 54 разных глубин вставки. Например, топливные фурмы шахтной печи 10 имеют три, четыре или более разных глубин вставки, причем наибольшее количество кислорода подается к топливным фурмам с наибольшей глубиной вставки. Например, шахтная печь содержит третий воздухопровод первичного воздуха, соединенный с дополнительным кислородопроводом. Третий воздухопровод первичного воздуха соединен преимущественно с третьей кольцевой линией, причем третья кольцевая линия соединена с топливными фурмами 54 третьей глубины вставки, так что обогащенный кислородом первичный воздух течет через третий воздухопровод первичного воздуха к топливным фурмам третьей глубины вставки.
На фиг. 3 изображен другой пример расположения топливных фурм 32, 34 первой и второй глубин вставки. Например, расположены двенадцать топливных фурм 32 первой глубины вставки и четыре топливные фурмы 34 второй глубины вставки. Преимущественно обогащенный кислородом первичный воздух подается к топливным фурмам 34 второй глубины вставки, причем к топливным фурмам 32 первой глубины вставки первичный воздух подается без обогащения кислородом, так что подаваемый к топливным фурмам 32 первой глубины вставки первичный воздух имеет меньшую долю кислорода, чем первичный воздух, подаваемый к топливным фурмам 34 второй глубины вставки.
На фиг. 4 изображена шахтная печь 10, которая, по меньшей мере, большей частью соответствует шахтной печи 10 на фиг. 1, причем одинаковые элементы обозначены теми же ссылочными позициями. Шахтная печь 10 имеет дополнительно газовыпускное отверстие 56 для выпуска отходящего газа из нее. Такое газовыпускное отверстие 56 имеется, например, также в шахтной печи 10 на фиг. 1. В отличие от нее, шахтная печь на фиг. 4 содержит второй воздухопровод 38 первичного воздуха, который частично проходит через зону подогрева объема 12 шахты. Преимущественно второй воздухопровод 38 первичного воздуха содержит первую кольцевую линию 58 и вторую, расположенную под первой кольцевой линией 58 кольцевую линию 60. Кольцевые линии 58, 60 расположены вокруг внешней периферии объема 12 шахты. Второй воздухопровод первичного воздуха содержит, например, несколько погружных линий 62, которые выполнены, например, либо U-образными, либо в виде сдвоенной трубы и проходят от первой кольцевой линии 58 через зону 18 подогрева к второй кольцевой линии 60. Преимущественно погружные линии 62 проходят по части или по всей зоне 18 подогрева. Вторая кольцевая линия 60 второго воздухопровода 38 первичного воздуха соединена с кольцевой линией 46, так что подогретый первичный воздух течет к топливным фурмам 34 второй глубины вставки. Преимущественно подогретый первичный воздух подается исключительно к топливным фурмам 34 второй глубины вставки.
При работе шахтной печи 10 часть содержащейся в горючих газах тепловой энергии используется для подогрева первичного воздуха, так что подогретый первичный воздух подается исключительно к топливным фурмам 34 второй глубины вставки. Этот подогрев первичного воздуха происходит внутри объема 12 шахты за счет направления первичного воздуха через погружные трубы 62, которые, будучи распределены, например, в направлении периферии преимущественно равномерно по сечению объема шахты, погружены в обжигаемый материал зоны 18 подогрева. Преимущественно погружные трубы 62 выполнены идентичными и расположены преимущественно с равными промежутками по отношению друг к другу. Преимущественно погружные трубы 62 содержат материал с высокой теплопроводностью. Расположение погружных труб 62 в объеме 12 шахты в непосредственном контакте с обжигаемым материалом и горючими газами приводит к особенно хорошей теплопередаче за счет теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Кроме того, теплообменные поверхности погружных труб 62 самопроизвольно очищаются протекающим по ним под действием силы тяжести обжигаемым материалом.
Также возможна комбинация примеров выполнения на фиг. 1-4. Например, второй воздухопровод 38 первичного воздуха на фиг. 4 имеет впускное отверстие для впуска кислорода во второй воздухопровод 38 первичного воздуха, так что к топливным фурмам 34 второй глубины вставки подается обогащенный кислородом и подогретый первичный воздух для горения.
Изображенные на фиг. 2 и 3 сечения шахтной печи 10 применимы также к изображенному на фиг. 4 примеру ее выполнения, причем, например, к топливным фурмам 54 третьей глубины вставки подается первичный воздух меньшей температуры по сравнению с подаваемым к топливным фурмам 34 второй глубины вставки первичным воздухом. Например, к топливным фурмам 54 третьей глубины вставки подается первичный воздух более низкой температуры по сравнению с подаваемым к топливным фурмам 34 второй глубины вставки первичным воздухом.
Перечень ссылочных позиций
10 - шахтная печь
12- объем шахты
14 - стенка шахты
16 - загрузочное отверстие для материала
18 - зона подогрева
20 - зона обжига
22 - зона охлаждения
23 - разгрузочное устройство
23а - вытеснитель
24 - выпускная воронка
26 - выпускное отверстие для материала
28 - воздуховпускное отверстие
30 - воздуховпускное отверстие
32 - топливная фурма первой глубины вставки
34 - топливная фурма второй глубины вставки
36 - первый воздухопровод первичного воздуха
38 - второй воздухопровод первичного воздуха
40 - вентилятор
42 - вентилятор
44 - кольцевая линия
46 - кольцевая линия
48 - впускное отверстие для кислорода
50 - клапан
52 - кислородопровод
54 - топливная фурма третьей глубины вставки
56 - газовыпускное отверстие
58 - кольцевая линия
60 - кольцевая линия
62 - погружные линии
1. Шахтная печь (10) для обжига материала, содержащая в направлении потока материала зону (18) подогрева, по меньшей мере, одну зону (20) обжига, зону (22) охлаждения и выпускное отверстие (26) для выпуска материала из шахтной печи (10), множество топливных фурм (32, 34; 54), которые направлены в зону (20) обжига, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма (32) имеет первую глубину вставки в зону (20) обжига, а, по меньшей мере, одна другая топливная фурма (34) - вторую глубину вставки в зону (20) обжига, которая больше первой глубины вставки, по меньшей мере, один воздухопровод (36, 38) первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (32, 34; 54), отличающаяся тем, что шахтная печь (10) содержит кислородопровод (52) для подачи кислорода в зону (20) обжига, причем кислородопровод (52) расположен с возможностью течения кислорода из него, по меньшей мере, к одной топливной фурме (34) второй глубины вставки, причем воздухопровод (36, 38) первичного воздуха содержит первый воздухопровод (36) первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный с топливной фурмой (32) первой глубины вставки, и второй воздухопровод (38) первичного воздуха для подачи воздуха для горения, соединенный с топливной фурмой (34) второй глубины вставки, причем кислородопровод (52) соединен исключительно со вторым воздухопроводом (38) первичного воздуха с возможностью течения кислорода из кислородопровода (52) во второй воздухопровод (38) первичного воздуха.
2. Шахтная печь (10) по п. 1, причем кислородопровод (52) соединен, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (34) второй глубины вставки с возможностью течения кислорода в топливную фурму (34) для сгорания топлива.
3. Шахтная печь (10) по п. 1 или 2, причем кислородопровод (52) соединен исключительно с топливными фурмами (34) второй глубины вставки.
4. Шахтная печь (10) по любому из пп. 1-3, причем кислородопровод (52) содержит средство (50) для регулирования количества протекающего через кислородопровод (52) кислорода.
5. Шахтная печь (10) по любому из пп. 1-4, причем дополнительная топливная фурма (54) имеет третью глубину вставки в зону (20) обжига, которая больше первой и меньше второй глубин вставки, причем кислородопровод (52) соединен, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (54) третьей глубины вставки с возможностью течения кислорода в зону (20) обжига.
6. Шахтная печь (10) по п. 5, причем средство (50) выполнено таким образом, что количество кислорода, по меньшей мере, к одной топливной фурме (34) второй глубины вставки больше количества кислорода, по меньшей мере, к одной топливной фурме (54) третьей глубины вставки.
7. Шахтная печь (10) по любому из пп. 1-6, причем материалом для обжига является углеродсодержащий материал.
8. Шахтная печь (10) для обжига материала, содержащая в направлении потока материала зону (18) подогрева, по меньшей мере, одну зону (20) обжига, зону (22) охлаждения и выпускное отверстие (26) для выпуска материала из шахтной печи (10), множество топливных фурм (32, 34; 54), которые направлены в зону (20) обжига, причем, по меньшей мере, одна топливная фурма (32) имеет первую глубину вставки в зону (20) обжига, а, по меньшей мере, одна другая топливная фурма (34) - вторую глубину вставки в зону (20) обжига, которая больше первой глубины вставки, первый воздухопровод (36) первичного воздуха для подачи первичного воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (32) первой глубины вставки, и второй воздухопровод (38) первичного воздуха для подачи первичного воздуха для горения, соединенный, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (34) второй глубины вставки, отличающаяся тем, что второй воздухопровод (38) первичного воздуха проходит, по меньшей мере, частично через устройство подогрева воздуха в воздухопроводе (38) первичного воздуха.
9. Шахтная печь (10) по п. 8, причем устройство подогрева включает в себя зону (18) подогрева внутри шахтной печи (10), а воздухопровод (38) первичного воздуха проходит, по меньшей мере, частично через зону (18) подогрева.
10. Шахтная печь (10) по п. 8 или 9, причем второй воздухопровод (38) первичного воздуха соединен исключительно, по меньшей мере, с одной топливной фурмой (34) второй глубины вставки с возможностью подачи подогретого первичного воздуха для горения исключительно к топливным фурмам (34) второй глубины вставки.
11. Шахтная печь (10) по любому из пп. 8-10, причем второй воздухопровод (38) первичного воздуха содержит несколько погружных линий (62), проходящих, по меньшей мере, частично или полностью через зону (18) подогрева.
12. Шахтная печь (10) по любому из пп. 8-11, причем первая глубина вставки составляет максимум треть радиуса зоны (20) обжига, в частности 5-20 см, преимущественно 10-15 см, и/или причем вторая глубина вставки составляет примерно треть радиуса зоны (20) обжига, в частности 40-80 см, преимущественно 50-70 см, в частности 60 см.
13. Шахтная печь (10) по любому из пп. 8-12, причем материалом для обжига является углеродсодержащий материал.
14. Способ обжига материала в шахтной печи (10), причем материал пропускают через зону (18) подогрева, по меньшей мере, одну зону (20) обжига и зону (22) охлаждения к выпускному отверстию (26), причем подачу топлива в зону (20) обжига или смежно с ней осуществляют через множество топливных фурм (32, 34; 54), причем, по меньшей мере, одна топливная фурма (32) имеет первую глубину вставки, а другая топливная фурма (34) - вторую глубину вставки, которая больше первой глубины вставки, причем к топливным фурмам (32, 34; 54) подают первичный воздух для горения, отличающийся тем, что дополнительно к первичному воздуху для горения и/или в воздухопровод (38) первичного воздуха для подачи воздуха для горения к топливным фурмам (34; 54) второй глубины вставки подают кислород.
15. Способ по п. 14, при котором первичный воздух для горения обогащают кислородом таким образом, что доля кислорода составляет 40-90%.
16. Способ по п. 14 или 15, причем материалом для обжига является углеродсодержащий материал.
17. Способ обжига материала в шахтной печи (10), причем материал пропускают через зону (18) подогрева, по меньшей мере, одну зону (20) обжига и зону (22) охлаждения к выпускному отверстию (26), причем подачу топлива в зону (20) обжига или смежно с ней осуществляют через множество топливных фурм (32, 34; 54), причем, по меньшей мере, одна топливная фурма (32) имеет первую глубину вставки, а другая топливная фурма (34) - вторую глубину вставки, которая больше первой глубины вставки, причем к топливным фурмам (32, 34; 54) подают первичный воздух для горения, причем первичный воздух для горения подогревают, отличающийся тем, что подогретый первичный воздух для горения подают исключительно к топливным фурмам (34) второй глубины вставки.
18. Способ по п. 17, причем первичный воздух для горения подогревают таким образом, что он имеет температуру 250-500°С.
19. Способ по п. 17 или 18, причем материалом для обжига является углеродсодержащий материал.
