Вращающиеся печи, их виды и характеристика
Различают длинные и короткие вращающиеся печи. Длинные печи имеют длину до 185 м и более, а короткие — от 40 до 85 м. Первые применяются для мокрого и сухого способов производства, а вторые — для сухого или комбинированного способов.
Длинные вращающиеся печи. Длинные печи различаются не только по длине и диаметру, но и по внутреннему устройству барабана. В зависимости от конструкции длинные печи бывают с теплообменными устройствами и без них, виды теплообменных устройств и запечных установок в этих агрегатах также бывают разные.
Запечные установки применяют для предварительной подготовки сырья к обжигу в целях более полного использования тепла дымовых газов, образующихся при сгорании топлива, и снижения расхода последнего.
Теплообменные устройства применяют для улучшения теплообмена между обжигаемым материалом и дымовыми газами. Их устанавливают внутри барабана печи. При этом конструкция теплообменников печей для мокрого и сухого способов отличается только в зоне сушки. Так, в барабане печей для мокрого обжига применяют корабельные стальные цепи и фильтры-подогреватели. В результате улучшаются условия поглощения материалом тепла из дымовых газов и ускоряется сушка шлама.
Сырьевая мука или гранулы не обладают налипающими свойствами. Для ускорения подсушки их в холодном конце печи сухого обжига применяют встроенные теплообменники — лопастные, ячейковые и др. Они улучшают пересыпание материала в печи при вращении барабана и соответственно условия теплообмена.
Печи, предназначенные для мокрого и сухого обжига, отличаются между собой отношением длины барабана к его диаметру. У печей для сухого способа это отношение несколько меньше и составляет от 30 до 35, а у печей для мокрого способа от 34 до 42.
Длинные печи при сухом способе производства применяют для обжига негранулированной сырьевой муки. При этом используют как сухую сырьевую муку, так и незначительно увлажненную. Преимущество длинных печей состоит в том, что они имеют большую производительность и в них значительно снижается расход тепла на обжиг клинкера. Чем длиннее печь, тем более полно будут охлаждаться дымовые газы при своем движении по длинному барабану и тем меньше окажется непро; изводительная потеря тепла с дымовыми газами. Так, например, расход тепла на обжит .1 кг клинкера при мокром способе в печах длиной 125 м составляет 1600—1700 ккал, а в печах длиной 170—185 м — 1400 ккал, т. е. на 200—300 ккал меньше. На каждую тонну клинкера это дает экономию примерно 30—50 кг угля.
Производительность длинных вращающихся печей зависит от поверхности теплопередачи между обжигаемым материалом и дымовыми газами, влажности поступающего на обжиг шлама и сырьевой муки, скорости вращения барабана, разности температуры газов и обжигаемого материала, скорости газового потока в барабане, стойкости футеровки печи, качества режима обжига и организации технологического процесса в целом, величины уноса пыли из печи и многих других факторов. Однако исходным показателем производительности печи является поверхность теплообмена; им определяются размеры барабана
печи, поверхность и конструкция теплообменных устройств в барабане.
Особое влияние на производительность печи оказывает влажность шлама. С достаточной степенью приближения можно принять, что каждый 1 % влажности шлама снижает производительность печи на 2%. Это следует учитывать, систематически контролируя влажность шлама, не допуская его переувлажнения.
Вращающиеся печи, установленные на зарубежных заводах, имеют аналогичные характеристики как в конструктивном, так и в теплотехническом отношении (в части расхода тепла и удельной производительности). Интерес представляет проект печи длиной 260 м и диаметром 6,9X6,3x6,9 м. Предполагаемая производительность ее 3000 т клинкера в сутки.
Отличаясь высокой производительностью, длинные печи, однако, являются агрегатами весьма громоздкими и сложными в конструктивном, транспортном и монтажном отношениях. Поэтому вполне понятно стремление конструкторов и технологов изыскать более компактные тепловые аппараты, но не менее эффективные по производительности и расходу тепла, чем длинные вращающиеся печи.
Так появились два новых клинкерообжигательных аппарата: вращающаяся печь с конвейерным кальцинатором и вращающаяся печь с циклонными теплообменниками — короткие вращающиеся печи.
Короткие вращающиеся печи. В печи с конвейерным кальцинатором (печь Леполя) подсушка, подогрев и частично кальцинирование сырьевой смеси происходят на конвейерном кальцинаторе -непрерывно движущейся бесконечной решетке. На решетку загружают слоем гранулы сырьевой смеси и подвергают действию раскаленных дымовых газов, отходящих из короткой кольцевой печи.
В подготовленном виде гранулы поступают в печь для завершения процессов клинкерообразования.
В печи с циклонными теплообменниками указанные подготовительные процессы происходят в нескольких последовательно установленных сверху вниз циклонах. Сырьевая смесь подается в верхний циклон в виде муки, последовательно проходит все циклоны и в высушенном, подогретом и частично кальцинированном виде поступает в барабан вращающейся печи.
Конвейерный кальцинатор и циклонные теплообменники — высокоэффективные тепловые агрегаты. Поэтому удельный расход тепла в коротких вращающихся печах, работающих совместно сними, снижается до 900—МО0 ккал. Разновидностью вращающихся печей с запечными эффективными теплообменными агрегатами является печь с концентратором шлама, предназначенным для высушивания шлама до влажности 8—12%, с последующим обжигом «сухаря» в короткой вращающейся печи.
Применяют также в качестве запечных теплообменников при сухом способе производства змеевиковые или трубчатые теплообменники.
Змеевижовый теплообменник представляет собой вертикальный стальной цилиндрический футерованный внутри корпус с расположенной внутри его спиральной трубой. Труба снаружи омывается горячими печными газами. Сырьевая мука подается в верхний конец спиральной трубы и совершает длинный спиралеобразный путь, в продолжении которого в сырьевой смеси заканчиваются все подготовительные процессы для последующего обжига. Подготовленная смесь поступает из трубы непосредственно в короткую вращающуюся печь.
Производительность коротких вращающихся печей зависит в основном от тех же факторов, что и длинных печей. Однако короткие печи отличаются более высокой удельной производительностью, достигающей 50—60 кг/м2 - ч, вследствие большей разности температур между газом и обжигаемым материалом.
Короткие вращающиеся печи могут работать как самостоятельные агрегаты без кальцинаторов, циклонных теплообменников или концентраторов шлама, однако при этом они имеют производительность на 40—60% ниже, а удельный расход тепла на 25—30% выше.