Способ термической обработки сыпучих материалов и устройство для его осуществления

,103996 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) зсю С 2 00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Справочник по обогащению руд,М Недра, т. 2, ч. 2, 1974.2. Авторское свидетельство СССРН 531009, кл. Г 27 В 1 У 10, 1970 е(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫ- ПУЧИХ 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 помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузку. готового продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффектив-, ности процесса путем разделения функ" ций транспортирования, нагрева и со" здания оптимального газового потенциала и исключения забивания подовых сопел, в них подают 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.10399662, Устройство для термической об- лами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, работки сыпучих материалов по и. 1, 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 металлур"гии, а конкретно к процессам восстановительного обжига железорудных ма"териалов, и может быть исгюльзованов других отраслях техники при обра"ботке сыпучих сред.Известны способы термической обработки железорудных материалов1 1.Эти способы включают в себя пода"чу материала через загрузочное уст"10ройство, транспортировку его в агрегате, нагрев в газовой среде заданного состава и выгрузку 1.1 1.Однако эти способы имеют недоста"точную эффективность и качество готового продукта.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ включающийподачу материала и топлива, сжиганиегазообразного топлива и транспортировку шихты во взвешенном состоянии припомощи газовых струй через ступенчатыйпод, нагрев, обжиг и выгрузку готового продукта Г 2 1,25Известно устройство для термическойобработки сыпучих материалов, содержа.щее печь со ступенчатым подом и расположенными в нем газотопливными подводами, камерами сжигания с соплами,рабочую камеру с горелочными узлами.В печь загружают сыпучий матери ал, который падает на подину, выпол" ненную 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" 4 О ется к своду. Сопла в печи устанавливают под углом к вертикали. Это обеспечивает переброс материала от одного ряда сопел к другому и постепенное 2продвижение 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 последовательно 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 2 1. Существующий способ и устройство для его осуществления имеют ряд не- . достатков, главным иэ которых явля" ется необходимость выполнения подовыми соплами двух несовместимых функций: транспортировки материала и топ-ливосжигающего устройства. Подовые сопла для трансгюртировки материала должны обеспечивать истечение в рабо. чий 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 м/с воспламенение смеси осуществляется на своде печи, Для промышленной печи такой конструкции Лисаковского горно-обогатительного комбината отрыв факела составлял3 . 1039 до 10 м. Такой отрыв Факела недопус"тим по условию безопасной работы горелки, По существу, все горение сосредоточено под сводом, а в объемепечи 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 О воречит требованиям по транспортиров- ке материала. Трудность заключается также в том, что необходимо регулиро 1 вать производительность печи по ма- териалу и регулировать тепловой режим 15 одним и тем же инструментом - расхо". дом газовой. среды из подовых сопелПри этом могут быть такие ситуации,- когда необходимо увеличить производительность печи, оставив без изменения 2 О или даже уменьшить уровень температур в рабочем объеме. Для этого необходи" мо увеличить скорости истечения газа и воздуха из сопел, чтобы увеличить транспортную способност.ь печи, и в ., 2 то же время уменьшить их, или оставитЬ беэ изменения для регулирования уров,ня температур.Недостатком способа и конструкции является невозможность обеспечения30 восстановительной атмосферы в печи Это обусловлено тем, что, хотя и пре". дусмотрено разделение объема печи на. технологические зоны за счет подачйв 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 воздуа" ные фурмы..; 50Недостатком способа и конструкцйМ является возможность попадания сыпу" чего материала в сопла. Это приводйт. к забиванию сопел и вынужденной оста". новке печи, 55Целью способа является повышение . эффективности процесса. путем разделе-.ния функций транспортирования, нагре 966 41ва 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, сжигание газообразного топлива и транспортировку шихты во взвешенном состоянии,при помощи газовых струй через ступенчатый под, нагрев, обжиг и выгрузкуготового продукта, в подовые соплаподают 5- 10 толлива от общего расхода и осуществляют пульсирующее сжигание с частотой 0,2"0,5 Гц а 90-953топлива сжигают в горелках в зоне боковых.стенок и/или на своде печи.В устройстве для термической обработки сыпучих материалов, содержащемпечь со ступенчатым подом и расположенными в нем гаэотопливными подвода" .ми, камерами сжигания с соплами ирабочую камеру, с горелочными устройствами, рабочая камера снабженапоперечной разделительной стенкой спереточным окном, а газотопливные подводы снабжены узлом пульсирующей подачи газа,При расходах топлива на подовыесопла менее 5 Ф, последниене обеспе-.чивают метание сыпучего материала,на высоту, достаточную, чтобы времяполета частиц соответствовало временипротекания процессов нагрева и восстановления, При расходах газа более104 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 полетачастиц составляет около 2,5 с. Затемчастицы снова попадают в импульснуюкамеру и процесс повторяется, Таким образом импульсные камеры не создаютвзвешенный слой материала на опреде"ленной высоте, а только осуществляютего переброс,При частоте импульсов менее ,2 Гцне обеспечивается взвешенное состояние материала. Часть его задерживается на плоскостях гребней, образуется плотный слой, что затрудняет про"чего материала; работающие импульсныекамеры переводят его во взвешенное со". стояние и транспортируют к разгрузоч"ному устройству, расходуя при этом 5"10 подводимого в печь топлива, Остав"шуюся часть топлива (90"954) подводяти сжигают в горелках и/или в радиа"ционных нагревателях 8, установленныхв рабочем объеме печи. Продукты сгорания топлива при определенных режимах работы могут быть экранированыстенками нагревателей от рабочего пространства печи, в которое может подводиться контролируемая атмосфера.Сыпучий материал, находясь во взвещенном состоянии, нагревается продуктами сгорания .и/или от радиационныхповерхностей нагрева. Часть теплаподводится к материалу при импульсномвыбросе продуктов сгорания из подо"вых сопел,Продвигаясь по печи, сыпучий материал последовательно проходит двекамеры, на которые делит рабочийобъем поперечная стенка. В камере,прилегающей к загрузочному отверстию,топливосжигающие устройства обеспечивают интенсивное горение и интенсивную сушку с удалением гидратнойвлаги. При этом состав атмосферы итемпературы в камере могут быть вы"браны только иэ условий сушки и нагре"ва материала. Высушенный материал через переточное окно 15 попадает вовторую камеру, в которой горелочныеустройства обеспечивают получение восстановительных газов с необходимой- концентрацией СО и Н 2, Дымовые газыиэ второй камеры ьюгут удаляться поканалу 13 или через переточное окно15 проникать в первую камеру, из которой после дожигания горючих компонентов удаляются по самостоятельномуканалу (не показан),Нижней частью окна 15 является покатый гребень пода 4. Причем верхняяи нижняя части плоскости гребня находится в разных зонах печи,Материал, падая вдол стенки 14 вначальной зоне печи, попадает на по"катый гребень и скатывается по немув приемную воронку метательной камерыуже эа стенкой в другой зоне печи,3 10399цесс термообработки, При частоте им"пульсов более 0,5 Гц сыпучий материалв необходимом количестве не успеваетпроникнуть в подовое сопло и при импульсном истечении газов йз него про"исходит разброс материала, а.не направленный выброс его в сторону сво"дае,На фиг. 1 изображена печь, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А 10на фиг. 1; на фиг, 3 " импульснаякамера.Печь имеет камеру 1, загрузочное 2и разгрузочное устройство 3, под 4,выполненный в виде ступеней, во впади нах 5 которых установлены сопла 6,соединенные с импульсными камерамипульсирующего горения 7, и горелкии/или радиационнне нагреватели 8, установленные на боковых стенках илина своде,Печь имеет подводы 9 топливоокислительной смеси в импульсные камерыи подвод (каналы) 10 к горелочнымустройствам. Возможное йоложение обрабатываемого материала 11 в импульсной камере обозначено заштрихованнойобластью. Печь имеет каналы 12 и 13для подвода и отвода газовой атмосфе"ры и поперечную разделительную стенку 14 с переточным окном 15,В качестве боковых или сводовыхгорелок могут быть использованы лю"бые известные устройства, обеспечи"вающие получение теплоносителя с регу.35лируемой температурой и составом илипри необходимости муфелировать факел(например радиационные трубы),Способ термической обработки сыпучих материалов и работа устройствааоосуществляется следующим образом,Материал засыпается в печь череззагрузочное устройство 2 и падает наступенчатый под 4, во впадину 5, приэтом, проникая в сопло б, Одновремен.45но в импульсную камеру по каналу 9.подводят топливоокислительную смесь.После эаполнеййя всей камеры смесьюпроизводят зажигание ее от электрического или иного запального устройства. Распространяясь в камере с высо- окой скоростью фронт горения генери"рует ударную волну, котораявоздействуя на находящийся в вопле сыпучийматериал и, выбрасывает его в рабо"чий объем печи 1, При этом происходит также истечение продуктов горенияиз импульсной камеры. Импульсное пуль-.сирующее сжигание осуществляют одно.временно во всех подовых соплах, Изменяя частоту импульсов в интервале0,2-0,5 Гц, регулируют время пребывания сыпучего материала во взвешенномсостоянии. Таким образом, в печь осуществляют непрерывную загрузку сыпу9668 7 1039 Угол наклона гребня к горизонту выбирается больше, чем угол естествен-. ного откоса для данного материала.:Часть печной контролируемой атмосФеры отводится для очистки от продк тов горения и реакции восстановления.м ф Для уменьшения загрязнения печной ат ,мосферы в импульсных камерах в, ка-., честве топлива может использоваться водород, а в качестве окислителя1 О кислород.В печи могут осуществляться раз- . личные технологические процессы.При сушке материала или окисли" тельном обжиге в импульсных камерах 15 осуществляют пульсирующее горение. прикоэффициенте расхода воздуха больше. единицы. Допустима также. установка- боковых и сводовых горелок с открытым пламенем. 20При восстановительном обжиге же" лезных руд режим работы печи зависит. от требуемой степени восстановления. Например, при магнетиэирующем обжиге импульсные камеры работают при коэф". 5 фициенте расхода воздуха 0,8-0,9. Образующиеся продукты сгорания содержат . до 53 СО и Н, Основной нагрев железной руды осуществляется за счет сжи"гания газа в боковых горелочных уст",. 0ройствах, которые обеспечивают регулируемый состав и температуру продуктов сгорания. Для этой цели могут бытьиспользованы устройства для сжиганияПри более высокой степени восста-"новления, например при металлизации, могут использоваться радиационные трубчатые нагреватели. Возможна одновременная работа .и горелок с открытым низкотемпературным. Факелом, и радиа" ционных нагревателеи при установке:.ихм40в 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 в 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 В отличие от базового варианта в пред" лагаемом способе и конструкции расход газов на транспортирование состав. ляет лишь 5-10 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 транспортированиематериала; улучшение качества готового продукта за счет создания в печиатмосферы, регламентированной по составу, температуре и соответствующейФункции нагрева и транспортирова-: ния материала выгюлняются разлячныМИ .445 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 оставитель Л, Папниковехред: В.Далекорей. Корректор А. Зимокосов ктор А. Шандо Заказ 6820/26 ое СР т", г, Ужгород, ул, Проектная ал ППП "Пат Тираж 568 ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва, Ж"3Подпи вен но го комитет а етений и открытииРаушская наб.,