Способ нагрева спекаемого материала и устройство для его осуществления

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03,04, 81 (21) 3270701/22-02с присоединением заявки Мо.Опубликовано 071182. Бюллетень Мо 41Дата опубликования описания 07, 11. 82 151) М.Кл з С 22 В 1/16 27 В 21/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт газа АН Украинской ССР есщм 54) СПОСОВ НАГРЕВА СПЕКАЕЮГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к предварительной обработке руд, а именно к спеканию руд, и может быть использовано в металлургической, химической и промышленности строительных материалов.В связи с прогрессирующим дефицитом углеводородных топлив (продукт переработки неФти - мазут и природный газ), что вызвано истощением их естественных запасов, целесообразной является их замена другими видами топлива и, в частности, твердым топливом. В настоящее время природный гаэ и мазут используются в области подготовки рудных материалов для внешнего нагрева слоя шихты на агломерационных машинах и окатышей на обжиговых машинах.Замена мазута твердым топливом сдерживается несовершенством известных способов с кигания топлива и конструкций зажигательных горнов, работающих с использованием твердого топлива.Параметрами, характеризующими внешний нагрев агломерационной шихты, является инт .неявность внешнего нагрева Д количество тепла, передаваемого шихте единицей площади зеркала нагрева горна в единицу времени), удельныйрасход тепла внешнего источника с 1(количество тепла, получаемого участ ком слоя шихты площадью 1 м за времяпрохождения под зажигательным горном,температура и продолжительность нагрева.Для получения качественного по механической прочности агломерата удель.ный расход тепла внешнего источниканеобходимо поддерживать в пределах60000-90000 кДж/м-.Экспериментально установлено, чтопродолжительность внешнего нагреваС должна составлять 2,3-2,8 мин,ИПри увеличении т. выше 2,8 мин уменьшается вертикальная скорость спекания шихты, а при уменьшении т.и ниже2,3 мйн увеличивается удельный расходтехнологического топлива и ухудшается качесгво агломерата.Поскольку Д, о и йн связаны зависимостью с 1 = 0 й, то интенсивностьвнешнего нагрева, обеспечивающаяполучение качественного агломератапри пониженных расходах технологического топлива, следует изменять в пределах 21000-39000 кДж/м мин.Известен способ зажигания шихтына агломерационной машине с исполь971898 каждый квадратный метр площади поперечного сечения топочной камерызагружают 155,1 кг коксового орешкаи вдувают 2180 нм воздуха. Продуктысгорания (топочные газы) поступают вкамеРу нагРева и просасынаются черезь- слой агломерационной шихты.П р и м е р 2. Смесь коксика иантрацитового штыба фракции 0-8 ммсжигают в кипящем слое с коэффициентом расхода окислителя (воздуха)с: 0,55 н реакционной камере зажигательного горна агломерационной машины,Для этого в реакционную камеру кипящего слоя на каждый квадратный метрплощади ее поперечного в горизонтальЗ 5 ной плоскости сечения вводят 119,8 кгтоплива и 410 нм первичного окисли 3теля (воздуха) . При неполном сгоранииуглерода топлива образуется 480 нмпродуктов горения топлива (топочные40 газы), которые поступают н камеру нагрева зажигательного горна, куда вдувают 800 нмвторичного окислителя(воздуха), при этом коэффициент расхода окислителя (воздуха) 2,37, Смесь45 топочного газа и окислителя сгораетнад слоем спекаемого материала. Образующиеся при этом горновые газы просасываются через слой спекаемого материалаа.Примеры 3, 4 и 5. Процессведут аналогично примеру 2, но н камеру кипящего слоя вдувают соответственно 450, 600 и 670 нмпервичноговоздуха, а в камеру нагрева 760, 610и 540 нмэ вторичного воздуха,В табл. 1 сопоставлены состаны топочных и горновых газов и удельныерасходы твердого топлива на внешнийа- нагрев спекаемого материала, а такжедана качественная характеристика процесса горения топлива в топочной(реакционной) камере зажигательногогорна,Иэ табл. 1 следует, что сжиганиетвердого топлива в зажигательном гор 65 не в кипящем слое является более экозованием твердого топлива, в которои твердое топливо (коксовый орешек кокс фракции 10-40 мм) сжигается в сплошном слое толщиной 30-92 мм 1),Однако периодичность загрузки кокса и неравномерность его распределения по площади решетки обуславливает изменение во времени расхода вентиляторного воздуха, количества горных газов, их температуры и химического состава. Топливо сжигается с переменным но времени коэффициентом Расхода воздуха (изменяется от 1,3 до 2,5)Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ внешнего нагрева агломерационной шихты, в котором твердое топливо (коксовы 1 л орешек фракции 10-40 мм) сжигают с коэффициентом расхоца воздуха е с 1,58 н сплошном слое. Кокс загружают в топку пневматически.Под стационарную колосниконую решетку вдувают:воздух. При прохождении через слой топлива кислород воздуха взаимодействует с углеродом, в резул тате образуется топочный газ, содержащий значительное количество окиси углерода. Топлино в топку загружается непрерывно, однако удаление эоны производится нериодически 2.Недостатками известного способа являются значительный нецожег топлива и, как следствие, высокий удельный расход твердого топлина на внешний нагрев спекаемого материала, невозможность поддержания требуемого температурно-теплового и газового режима нагрева и др.Цель лзобретения - уменьшение удельного расхода топлива.Указанная цель достигается тем, что в способе нагрева спекаемого материала путем сжигания твердого топлина с образованием топочных газов, используемых для нагрева материала, твердое топливо крупностью 8 мм сжигают в кипящем слое с коэффициентом расхода первичного окислителя 0,6- 0,8, а образовавшиеся при этом продукты неполного сгорания смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислителя.Твердое топливо крупностью 8 мм (в смеси с зернистым инертным материалом) л первичный окислитель (возЬх) вводят в реакционную камеру и сжигают в псевдоожиженном (кипящем) слое при 750-950 С, т.е, ниже темпер туры начала размягчения (плавления) золы топлива (Тр = 1050-1100 С) с коэффициентом, расхода окислителя с=0,6-0,8 при теплонапряженности топочной камеры 0,6-3,7 МВт/м.Получаемый при этом гаэ, содержащий окись углерода и другие горючие компоненты (Н, СП 4), подают в зонунагрева спекаемого (обжигаемого)материала, где смешивают с вторичнымокислителем и сжигают с избытком окислителя над слоем спекаемого материала. Горючие компоненты сгорают, что обеспечивает получение заданного температурного режима внешнего нагрева. Добавление в отдельные зоны нагрева разных количеств вторичного окислителяобеспечивает возможность организовать дифференцированный по зонам температурно-тепловой и газовый режимы нагрева материала. П р и м е р 1 (по прототипу). Коксовый орешек фракции 10-40 мм сжи гается в зажигательном горне агломашины в плотном слое на стационарнойколосниковой решетке с коэффициентом расхода окислителя 1,58. При этом на10 25 30 номичным по сравнению со сжиганиемтоплива в зажигательном горне всплошном слое; при интенсивности внешнего нагрева 39000 кДж/м мин удельныйрасход топлива составляет соответственно 119,8 и 155,1 кг/ч на 1 м площади поперечного сечения камеры нагрева.Известен зажигательный горн, состоящий из топки с неподвижной волосниковой решеткой, факельной и подтопочной камер. Горн имеет металлический каркас, выложенный иэ огнеупорного кирпича боковые и торцовые стены и свод, вентилятор и воздухопровод. Твердое топливо (коксовый орешек) загружают на колосниковую решетку вручную периодически. Периодически также вручную производится выгрузка золы из топки горна 1 1)..Недостатком горна является циклический характер его работы, малаятеплонапряженность топочной камеры,трудность осуществления механизациии автоматизации теплового режимавнешнего нагрева, тяжелые условиятруда и др.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому устройству является зажигательный горн, содержащий футерованные огнеупорные материалдм свод, торцовые и боковыестенки, образующие топку, подпоточную камеру и камеру нагрева,трубопроводы для подвода топлиВаи окислителя, топливный бункер с 35доэирующим устройством, причем топкаснабжена стационарной колосниковойрешеткой. В этом горне коксовыйорешек в топку подается из бункерачерез барабанный питатель по топливопроводу на полку окна в боковойстенке топочной камеры горна, откудасдувается потоком воздуха, подаваемого от вентилятора высокого давления, и укладывается на колосниковую ф 5решетку. Укладка топлива неравномерна. Под колосниковую решетку повоздухопроводу подводится воздух;топочные газы, образующиеся пригорении топлива, поступают в нагревательную камеру и затем просасываются через слой спекаемого материала,уложенного на колосниковую решеткупаллет, в вакуум-камеры агломашины.Интенсивность внешнего нагрева материала в горне известной конструкциипропорциональна площади поперечногосечения (в горизонтальной плоскости)топочной камеры, вследствие чего вэтих горнах топочные камеры имеютбольшие относительные габариты, причем соотношение площадей поперечного сечения топочной и нагревательной камер Бн больше единицы2,Недостатками известного горнаявляются низкая теплонапряженность 65 топочной камеры (менее 0,6 МВт/м),сложность управления температурнотепловым и газовым режимами внешнего нагрева шихты, значительный недожог твердого топлива, а следовательно, высокий его удельныйрасходи необходимость применения дефицитного кОкса узкой фракции (10 - 40 мм),Кокс более мелкиХ фракций выноситсяиэ топки, быстро сгорает; кокс крупностью более 40 мм плохо горит; ив том и в другом случае невозможноразвить требуемую температуру внешнего нагрева (зажигания), обеспечить равномерность нагрева по ширинеагломашины, в результате чего получается продукт ухудшенного качества,Зажигательные горны со стационарнойколосниковой решеткой для сжиганиятоплива в сплошном слое очень громоздки; для их изготовления расходуетсязначительное количество металлаи огнеупорных материалов. Эти горныимеют очень низкий тепловой КПД (неболее 70).Цель изобретения - повышение теплонапряженности топочной камеры иснижение удельного расхода твердоготоплива на внешний нагрев.Поставленная цель достигается тем,что зажигательный горн, содержащийсвод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом,трубопроводы для подвода топлива иокислителя, топливный бункер с доэирующим устройством, снабжен гермети-эированной реакционной камерой кипя-щего слоя с газораспределительньм изапально-роэжиговым устройством, соединенной трубопроводами с топливными золонакопительным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой, причем в боковых и/или торцовых стенках ее расположены фурмы дляввода вторичного окислителя, а соотношение площади поперечного в горизонтальной плоскости сечения реакционной камеры кипящего слоя к площадипоперечного сечения камеры нагреваравно 0,1-0,35,Зажигательный горн может быть выполнен многосекционным.Горн такой конструкции обеспечивает практически полное сжигание углерода твердого топлива, посколькуобразующиеся в реакционной камере кипящего слоя продукты неполного сгорания топлива дожигают над слоем спекаемого материала в камере нагрева,предварительно смешивая их со вторичным окислителем; позволяет использовать для внешнего нагрева мелкое неклассифицированное топливо, в томчисле топливо, применяемое для спекания шихты (коксик, антрацитовый штыб,тощий ,каменный уголь), в результатечего уменьшается удельный расход топ 971898лина на внешний нагрев шихты при одновременном улучшении качества агломерата и повышении егО однородности,что благоприятно сказывается на работе доменньх печей.На чертеже изображен зажигательныйгорн, общий вид,Зажигательный горн содержит Футерованные огнеупорные материалом переднюю 1 и заднюю 2 торцовые стенки,боковые стенки 3 и свод 4, которыеобразуют нагревательную камеру 5.Камера 5 каналом 6 соединена с реакционной камерой 7 кипящего слоя, днише 8 которой выполнено с герметизированиым люком, Реакционная камера7 и Канал б футерованы изнутри огнеупорным материалом,Камеры 5 и 7 трубопроводами 9 и10 соединены с коллектором 11, который подсоединен к дутьевому устройству 12 (вентилятор, компрессор, газодувка), К реакционной камере 7 присоединен топливный бункер 13 черездозирующее устройство 14, топлинопровод 15 и патрубок 16, который соединен трубопроводом 17 с коллектором 11, Патрубок 16 выполнен со смотровым окном 18. В нижней части реакционной камеры 7 расположено газораспределительное устройство 19, а всредней части ее боковой или торцовойстенки выполнено сливное отверстие20, Рядом с реакционной камерой 7 ни"же сливного отверстия 20 расположензолонакопительный бункер 21, которыйсоединен с ней через сливное отверстие 20 трубой 22, на которой установлено запорнорегулирующее.и дозирующееустройство 23, В верхней части нагренательной камеры 5 и ее торцовыхи/или боковых стенках установленыфурмы 24, которые трубопроводами 9соединены с коллектором 11. Внутринагревательной камеры 5 уставноленыспекательные тележки (паллеты) 25агломерационной (обжиговой) машины,днише 26 которых выполнено в виде колосниковой решетки; подтележки 25 установлены вакуумкамеры 27, подсоединенные к эксгаустеру, Реакционная камера кипящего слоя 7 снабжена запально-розжи-.говым устройством 28 (горелка илиФорсунка),. к которому подсоединентрубопронод 29 для подвода резервного топлива (пропан-бутановая смесь,зельное топливо и др.) и котороет бопроводом 30 соединено с коллектором 11. Трубопроводы 9, 10, 17,29 и 30 имеет запорна-регулирующуюарматуру 31Зажигательный горн работает следуюшим образомвключают дутьеное устройство 12и нагнетают окислитель (воздух) вколлектор 11. Иэ топливного бункера.13 дозирующим устройством 14 через топливопровод 15 н патрубок 16 подают смесь измельченного тнердого топ-,лива крупностью 0-8 мм (каменныйуголь, бурый уголь, коксик) и инертного материала крупностью 0,5 до 5 5 мм, а через трубопронод 17. подводят окислитель (ноздух) от коллектора 11, Частицы топлива и инертногоматериала увлекаются потоком окислителя и транспортируются в реакцион О ную камеру кипящего слоя 7. По трубопроводу 10 под газораспределительное устройство 19 реакционной камерыкипящего слоя 7 из коллектора 11 подводят первичный окислитель (воздух);при помощи гаэораспределительногоустройства 19 окислитель равномернораспределяется по сечению реакционной камеры кипящего слоя 7 и приводит н состояние псендоожижения(кипения) смесь топлива и инертногоматериала. Суммарный расход.окислителя (воздуха), подаваемого в камерукипящего слоя, устанавливают н количестне, обеспечинаюшем поддержаниев реакционной камере скорости газового потока, несколько превышающейпервую критическую скорость псевдоожижения смеси инертного материалаи топлива. При указанных выше размерах частиц скорость потока воздухаподдерживают в пределах 1,0-1,4 нм/м сРасход топлива устанавливают н таком количестве, чтобы обеспечить заданное (в пределех 0,6-0,8) значениекоэффициента расхода окислителя и под держинают требуемое значение теплонапряженности в реакционной камерекипящего слоя (0,6-3,7 МВт/М),По трубопроводам 29 и 30 к запально-раэжиговому устройству 28 реакци онной камеры кипящего слоя подводятрезервное топливо о окислитель.Образовавшаяся горючая смесь поджигаетсяи сгорает, За счет выделяющегося приэтом тепла смесь тнердого топлива и 5 инертного материала нагревается дотемпературы воспламенения топлива,В реакционной камере кипящего слояпроисходит неполное сгорание твердого топлива при 750-950 ВС, Продукты 5 О неполного сгорания топлива (топочныйгаэ) по каналу б поступают в нагревательную камеру 5, куда через фурмы24 вдувают вторичный окислитель (воздух). Содержащиеся н топочном газегорючие компоненты (окись углерода и др.) окисляются кислородомвдуваемого окислителя; за счет выделяющегося при этом тепла температура повышается до заданной температуры внешнего нагрева спекаемого ф (обжигаемого) материала (1100-1275 С).Регулиронание температуры горновогогаза (продукты дожигания топочногогаза) производится посредством изменения коэффициента расхода нторичногс 65 окислителя (воздуха), Горновой гаэ971898 с заданной температурой просасывается через слой нагреваемого материала, загружаемого на колосниковую решетку 26 паллет 25, за счет разрежения, создаваемого эксгаустером в вакумм-камерах 27.Соотношение площадей поперечногосечения (в горизонтальной плоскости)реакционной камеры кипящего слоя(Яс) и камеры нагрева (Ян) выбраноравным Я. Я= 0,1-;0,35,В табл. 2 сопоставлены показатели внешнего нагрева и удельные расходы твердого топлива, сжигаемого вгорнах известной и предлагаемой конструкций.При Яс, Я= 0,05 (опыт 2),вследствие малой интенсивности внешнегонагрева материала 1 = 10600 кДж/мамин,недостаточен удельный расход теплавнешнего источника (ц = 19680 кДж/м ).В результате получается непрочный агломерат. При Я . Ян = 0,1(опыт 3) интенсивность внешнего нагрева достаточна для получения агломерата с удовлетворительной механической прочностью при низком удельном расходе твердого топлива(66 кг/м ч). Высокая прочностьагломерата достигается при соотношении Я. Ян = 0,20 и 0,35. ПриЯкс.: Ян = 040 (опыт 6) возможнообразование большого количества жидПример 1 1 118,2 12,5 6,1 3,3 Нет сведений 4,6 10,0 24,5 29,3 СО 10,5+3,2 9,6+3,0 4 ю 4+2 кО 13,0 13,08,00 13,08,00 13,08,00 в горновом газе СО 8,00 Коэффициент расхода окислителя:при сжигании топлива втопочной камере (реакционной камере кипящего слоя) при дожигании продуктовгорения в нагревательнойкамере Температура горения топливав топочной камере (реакционной камере псевдоожиженногослоя), С оТемпература горнового газа,С Содержание, В: в топочном газе СО кой фазы при спекании материалаверхнего пласта слоя, и, как следствие, уменьшение вертикальной скорости спекания шихты и ухудшение прочностных характеристик агломерата.5 В табл. 3 сопоставлены значениятеплонапряженносги реакционной камеры псевдоожиженного слоя, параметрывнешнего нагрева (интенсивность иудельный расход тепла), а также.1 удельные расходы. твердого топливапри величинах соотношения Я: Я,равных 0,1 и 0,35.Теплонапряженности, при которыхдостигается интенсивность внешнего 15,нагрева в пределах 2100039000 кДж/м мин, изменяются от 0,62до 3,7 МВт/м Внешний нагрев агломерационнойшихты зажигательным горном предлагаемой конструкции по сравнению свнешним нагревом известным зажигательным горном обеспечивает сокращение удельного расхода твердоготоплива, позволяет использовать недефицитные виды твердого топлива,резко уменьшить габариты горна, сократить выбросы токсичной окиси углерода в окружающую среду с отходящими агломерационным газами и улучЗ 0 шить прочностные характеристикиполучаемого продукта.971898 12 Продолжение абл, 1 Т Показатели Коэффициент использования химической тепловой) энергии углерода топлива в зажигательномгорне Ою 775 1 г 00 1 ф 00 1 г 00 1,00 119,8 155, 1 119, 8 119, 8 119,8 Качественная характеристикапроцесса горения толпива втопочной камере (реакционнойкамере кипящего слоя) Е Сухая проба,-Е 3 пределах одного цикла.Без учета механического недожега твердого топлива.Таблиц а 2 Опыт . Параметры 1 (попрототипу) Теплонапряженность топочной камеры (реакционной камеры 2 кипящего слоя), ХВт/м 2,0 20 1 к 06 1 к 06 0,55 0,10 020 035 040 0,05 Интенсивность внешнегонагрева, кДж/м мин 39600 10600 21500 42400 39050 44600 Удельный расход теплавнешнего источника,кДж/м 91000 29680 60200 97500 89 800 102600 156 ф 732 тб ббюО 130 юЗ 1200 1553+Едри коэффициенте расхода окислителя воздуха) в камере кипящегослон д. = 0,7. Расход твердого топлива приинтенсивности внешнего нагрева1 = 39000 кДж/м;мин, кг/ч на1,м площади поперечного сечеЯ.ния камеры нагрева Соотношение площадейпоперечного сечениятопочной камеры Я.или реакционной камерыкипящего слоя Б и нагревательной камеры Ян Удельный расход твердого топлива на внешнийнагревкг/ч на 1 мплощади поперечногосечения камеры нагрева Горениеустой-,чивое,14 971898 Т а б л и ц а 3 Опыт при Параметры 5 к 5 н4 5 б 7 8 1 2 3 2,0 3,7 3,9 0,55 0,60 1,06 1,1 Интенсивность внешнегонагрева, кДж/м мин 18950 21050 38950 41050 20260 22160 39050 40520 Удельный расход теплавнешнего источника,кДж/м 47400 52600 97370 102600 50660 53400 97600 101300 Расход твердого топливана внешний нагрев, кг/чна 1 м площади поперечного сечения камеры нагрева 58,2 64,9 110,7 126,2 62,3 66,2 120,0 124,5 П р и м е ч а н и е. При тепловом КПД горна 7: = 0,85. Формула изобретения 1. Способ нагрева спекаемого материала путем сжигания твердого топлива с образованием топочных газов, используемых для нагрева материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения удельного расхода топлива, топливо крупностью 8 мм сжигают в кипящем слоем с коэффициентом расхода первичного окислителя 0,6-0,8, а продукты неполного сгорания смешивают с вторичным окислителем и сжигают над слоем спекаемого материала с избытком окислителя.2, Устройство для внешнего нагрева спекаемого материала, содержащее свод, торцевые и боковые стенки, образующие нагревательную камеру, футерованную изнутри огнеупорным материалом, трубопроводом для подвода топлива и окислителя, топливный бункер с дозирующим устройством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения теплонапряженности топочной Теплонапряженность топочной камеры (камерыкипящего слоя),МВт/м 1,8 камеры и снижения удельного расхода твердого топлива на внешний нагрев, оно снабжено герметизированной реакционной камерой кипящего слоя с газораспределительным и запально-роэжиговым устройствами, соединенной трубопроводами с топливным и золонакопитель-.ным бункерами и футерованным каналом с нагревательной камерой, причем в стенках ее расположены фурмы для 40 ввода вторичного окислителя, а соотношение площади поперечного в горизонтальной плоскости сечения реакционной камеры кипящего слоя к площади поперечного сечения нагрева тельной камеры равно 0,1-0,35.3Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что он выполнен многосекционным. 50 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Рязанцев А.П., Антошечкин Н.П.Нагрев агломерационной шихты. М.,9098 орректор Г. Решет аз 8484/10ВНИИПИ по дел113035, М Тираж бб 0 осударственйого ам иэобретений сква, Ж, Раушисн омитет открыт ска р да илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Составитель Л. ШашенкоРедактор К, Волощук Техред Т.фанта