Зміст
Вступ 4
1. Основні характеристики і конструкціятрубчатих обертових печей 5
2. Тепловий і температурний режими роботи обертових печей 11
3. Основи розрахунку ТВП 13
Список використаних джерел 21
1 Основні характеристики і конструкція обертових печей
Трубчастими обертовими печами прийнято називати технологічні агрегати безперервної дії з робочим простором у вигляді порожнього циліндра, якому внаслідок невеликого нахилу (~ 3 °) печі та обертання переробляються сипучі матеріали переміщаються уздовж печі, нагріваючись за рахунок тепла, що виділився при спалюванні палива. У конструктивному відношенні вони відрізняються один від одного лише розмірами корпусу і облаштуванням систем завантаження і вивантаження матеріалу. У назві печі зазвичай відображено її призначення. Так, наприклад, розрізняють Вельца-печі, застосовувані для вельцеванія Кекова цинкового виробництва, печі для спікання бокситів, кальцинації глинозему, випалу ртутьвмісних матеріалів, а також печі для сушіння різних проміжних продуктів металургійного виробництва.
За енергетичним ознакою трубчасті обертові печі відносяться до печей-теплообмінникам зі змінним по довжині режимом теплової роботи. На ділянці печі, де відбувається горіння палива і температура продуктів згоряння досягає 1550 - 1650 З С, здійснюється радіаційний режим роботи печі. У міру просування продуктів згоряння палива по довжині печі вони охолоджуються до декількох сотень градусів і режим теплової роботи печі поступово стає конвективним. Конкретний розподіл по печі зон з конвективним та радіаційним режимом роботи залежить від виду і параметрів технологічного процесу.
Крім отримали невелике поширення печей для сушки сульфідної сировини, трубчасті печі працюють у режимі протитечії. Завантажувана в піч шихта може мати різну ступінь вологості, аж до пульпи, яка містить до 40% води. Вона подається у верхню (хвостову) частину печі і повільно рухається назустріч газам, що утворюється в результаті згорання палива в головній частині агрегату. З барабана переробляються продукти у вигляді спека чи розпеченого порошкоподібного матеріалу надходять до спеціального холодильник, а газоподібні продукти згоряння палива разом з технологічними газами направляються в систему пилогазоочистки. Залежно від виду технологічного процесу для опалення трубчастих обертових печей можуть бути використані: природний газ, мазут і тверде паливо і у вигляді коксової дрібниці або вугільної нили. Як спалюють пристроїв і трубчастих печах зазвичай застосовують газові пальники типу «труба в трубі», форсунки для спалювання малосернистого мазуту або спеціальні пиловугільні пальника.
Основними елементами обертових печей (рис. 32 1) є корпус (барабан), приводний механізм, опорні бандажі з роликами, а також завантажувальна та розвантажувальна камери.
Корпус мечі являє собою зварену металеву трубу діаметром до 5м і довжиною до 185м, футерованную зсередини вогнетривкою цеглою. Він спирається на спеціальні ролики, ширина прольоту між якими становить для великих печей 20 - 28 м. Для переміщення матеріалу корпус нахилений до горизонту під кутом в 2,5 - 3 °. Привід печі, за допомогою якого вона обертається з частотою близько 1 об / хв, складається з електродвигуна, редуктора і зубчастої передачі.
Опорні бандажі кільцевої форми сприймають на себе все навантаження від ваги барабана, що досягає 70-80 т. Для великих печей застосовують ковані бандажі прямокутного перерізу, які надягають на корпус вільно, з невеликим зазором, враховуючи наступне теплове розширення барабана. Кожен бандаж спирається на два ролики, що обертаються разом з бандажем під час роботи печі.
Верхній торець печі входить в завантажувальну камеру. Суху шихту завантажують у піч за допомогою шнекового живильника через патрубок, розташований в завантажувальній камері. Пульпа подається в піч через пульпової трубу ковшом-дозатором або за допомогою спеціальної форсунки. Вловлюється пил повертається у барабан печі так само, як суха шихта.
Нижній торець печі входить в розвантажувальну камеру. Між нею і барабаном ставиться спеціальне кільцеве ущільнення. У передній стінці камери є отвори для установки пальникових пристроїв. До неї також примикають гирлі каналу, по якому готовий продукт пересипається в холодильник.
Рис. 32-1. Загальний вигляд обертається трубчастої печі:
1, 15 - верхня і нижня головки печі; 2 - завантажувальний пристрій, 3 - ущільнення; 4 - ланцюгова завіса, 5 - барабан; 6 - підшипник; 7 - опорний ролик; 8 - завзятий ролик; 9 - бандаж, 10, 11 - зубчаста передача; 12 - редуктор; 13 - двигун; 14 - завзяте пристрій; 15 - форсунка.
Для запобігання налипання вологого шихти на стінки барабана і настилеобразованія в холодному кінці печі встановлюють ланцюгові завіси. Їх прикріплюють до барабана одним кінцем по всьому перетину печі, вибираючи довжину зони таким чином, щоб температура газів в ній не перевищувала 700 °. При відсутності завіс може бути використано відбійне пристрій, що є зв'язки рейок завдовжки до 12 м , Прикріплені ланцюгом до торцевої голівці печі.
Футеровка обертових печей працює в дуже важких умовах, що пов'язано з періодичним коливанням температур на поверхні кладки, обумовленим обертанням печі і переміщенням знаходиться в ній матеріалу. Перепади температур на внутрішній поверхні барабана при вході і виході з-під шару шихти складають 150-200 ° С. У зоні спікання па футеровку сильне хімічне і абразивну дію надає матеріал. У зоні сушіння кладка піддається значному стирання ланцюгами. Основним матеріалом для футеровки печей глиноземних заводів служить шамот. Високотемпературні зони печі викладають з хромомагнезитового, магнезитової і неріклазошпінелідного вогнетривкої цегли. Для збереження футеровки при зупинках печі барабан повинен обертатися до її повного охолодження. Тривалість роботи печі зазвичай становить 2-4 роки.
Переробка дрібного сипкого матеріалу без його розплавлювання з успіхом проводиться також в трубчастих обертових печах. У довгій футерованной трубі найчастіше протитечією рухаються нагрівається матеріал і продукти горіння палива. Рух матеріалу відбувається завдяки невеликому нахилу труби в бік вивантаження і обертанню печі. При обертанні матеріал піднімається на деяку висоту і пересипається вниз. При цьому відбувається хороший теплообмін з гарячими газами весь час оновлюється поверхні матеріалу. Теплообміну сприяє також те, що матеріал, пересипаючи, потрапляє на нагріту поверхню кладки за той період, коли вона вільна від шару матеріалу.
Все це визначило високу інтенсивність теплообміну в робочому просторі печі.
Трубчасті печі використовуються також для сушіння різних матеріалів, видалення хімічно зв'язаної вологи при високих температурах випалу і для спікання матеріалу з утворенням нових з'єднань. Це визначило їх застосування при виробництві глинозему в алюмінієвої промисловості (спікання і кальцинація). Вони знайшли застосування і при переробки матеріалів, що містять свинець і цинк. При цьому цинк відганяється і виді окислу і вловлюється з відхідних газів. Барабанні печі використовуються для випалу сульфідних матеріалів.
На ріс.131 представлена піч для спікання алюминийсодержащего матеріалу з утворенням розчинного алюмінієвого з'єднання.
Основний елемент печі - залізний барабан 3 довжиною до 150 м і діаметром 2,0-3,8 м. Барабан футерують високоглиноземисті або шамотною цеглою. Піч працює за принципом протитечії. Шихта суха або мокра у вигляді пульпи з вмістом вологи 40 - 42% надходить у барабан через торець 6 (Холодним кінець) і повільно переміщається до головної частини 2 (Гарячий кінець) назустріч газам. З барабана продукт спікання - спек - зсипається в холодильник, розташований під піччю і представляє собою також барабан довжиною до 30 м і діаметром до 2,5 м. У барабані спек охолоджується їхав назустріч повітрям або водою, орошающей холодильник зверху. При охолодженні спека повітрям останній просмоктується через холодильник вентилятором (на малюнку не показаний) і використовується при спалюванні палива. Для нагрівання печі застосовують мазут, газ чи вугільний пил. Форсунки або пальники розташовують у головній частині барабана. Димові гази, що містять значну кількість пилу, через димохід 8 направляються на очищення в пилові камери, в електрофільтри і навіть іноді в скрубери. Тільки після цього димові гази за допомогою димососа відводяться в димар. Футеровані і завантажений шихтою барабан має більшу масу (маса печі довжиною 70 м близько 400 т). За допомогою спеціальних бандажів 4, закріплених зовні кожуха, піч спирається на обертові ролики 11 з бронзовими підшипниками. Обертання здійснюється від мотора 10 через редуктор і венцових шестерню 5, укріплену за допомогою пружин на кожусі печі. Барабан обертається звичайно з частотою 0,0-2 обороту в хвилину. Частоту обертання можна змінювати, регулюючи контролером число оборотів мотора.
Піч монтують з ухилом в 3-6%. Щоб уникнути сходу барабана з опор використовуються упорні ролики 12, розташовані горизонтально, в які збоку впирається бандаж.
Гарячий кінець печі входить в паливну (розвантажувальну) голівку 1, що влаштовується зазвичай відкатної. Між кінцем барабана і паливної головкою ставиться лабіринтове ущільнення і вигляді диска 13, укріпленого на барабані і обертається в коробці, укріпленої на паливній голівці. У передній стінці паливної головки є отвори для пальників або форсунок. До голівці примикає гирлі капала, але якому спек пересипається в холодильник.
Холодний кінець печі входить в завантажувальну коробку 7, Завантажують суху шихту допомогою патрубка, що проходить через завантажувальну коробку печі (на малюнку не показаний). Пульпу в піч або наливають, або Розпилююча форсунками. Щоб уникнути утворення охолодей на внутрішній поверхні холодного кінця барабана є відбійне пристосування 9, що складається зі сталевої болванки, прикріпленою ланцюгом до завантажувальної голівці. При обертанні барабана болванка розбиває настилу.
На ріс.132 наведено графік, що характеризує тепловий режим печі. Згідно з цим графіком для печей барабан по довжині може бути розбитий на чотири зони, а саме: зону сушіння і зневодненні (/), зону кальцій-нації чи розкладання (//), зону спікання (///) і зону охолодженні (IV). Максимальна температура газів в зоні спікання, де вона досягає 1600С °. При нормальній роботі печі температура відхідних газів у кабані становить 400 - 500С °. Цей графік забезпечує правильний режим спікання і нормальну роботу електрофільтрів.
Продуктивність печі при мокрій бокситовий шихті 12 т / год спека і вище. Головні фактори, що впливають на продуктивність: товщина шару матеріалу в печі, частота обертання печі, вологість шихти і її хімічний склад. Середня питома витрата тепла становить 6300 - 7100 кДж на 1 кг спека.
Нижче наводиться тепловий баланс трубчастої печі спікання.
Прихід,%
Тепло:
від горіння палива ........... ... 95,0
вноситься шихтою ............... ... .4,0
вноситься нагрітим повітрям ... .1,0
Разом: 100,0
Витрата,%
Тепло:
на отримання спека ...... ... ... ... 53,4
уносимого двоокисом вуглецю .... 1,1
уносимого водяною парою. ... ... 1,9
уносимого зворотному пилом ... 1,1
уносимого спеков ................. 14,5
уносимого димовими газами 16,6
Втрати в зовнішнє середовище ... 11,4
Разом: 100,0
Підвищення к. п. д. печі досягається оптимізацією умов спалювання палива, більш повним використанням тепла спека для підігріву повітря, що використовується для спалювання палива, кращою тепловою ізоляцією печі.
2 Тепловий і температурний режими роботи в ращается печей
При нагріванні нейтральних в енергетичному відношенні сипучих матеріалів тепло в зону технологічного процесу трубчастих обертових печей надходить за рахунок одночасного протікання всіх трьох видів теплообміну: випромінюванням від факела і розпеченій футеровки, конвекцією та теплопровідністю від поверхні кладки, за якою безперервно переміщується матеріал, що переробляється. Крім цього необхідно враховувати, що в шихту печей для вельцеванія Кекова вводиться як реагент-відновника коксова дрібниця. У результаті частина використовуваної на її нагрівання теплової енергії генерується безпосередньо в зоні технологічного процесу під час часткового окислення вуглецю і утворюються в результаті переробки шихти парів металевого цинку.
Надійшло в шар переміщається по печі матеріалу тепло розподіляється в ньому в основному за рахунок контактної теплопровідності. Однак у процесі енергійного перемішування шихти, температура по шару швидко вирівнюється і його можна прийняти найтоншим у тепловому відношенні тілом, нагрівання якого супроводжується численними ендо-і екзотермічні реакціями. Через велику складність і недостатню вивченість механізму теплообмінник процесів в трубчастих печах, аналіз їх теплової роботи базується в основному на вивченні емпіричних даних та оцінки теплових балансів печей.
Температурний режим, роботи обертових печей не змінюється в часі, індивідуальний для кожного виду технологічного процесу і значною мірою визначається хімічним і фракційним складами, що переробляються. Зазвичай його вибирають дослідним шляхом і організують таким чином, щоб у печі суворо дотримувався графік нагріву шихти, пропонований за технологічними даними.
Як приклад може бути розглянуто режим, досить добре вивчених печей, застосовуваних для спікання шихти на глиноземних заводах. У них до температур порядку 550 ° С відбуваються спільні для всіх обертових печей процеси сушіння і видалення гідратної вологи і далі в інтервалі температур 550 - 1200 ° С - реакції утворення розчинних сполук алюмінію, властивості яких багато в чому залежить від температурного режиму спікання. У процесі нагрівання шихта проходить у печі чотири умовно виділені температурні зони, поступово
перетворюючись на спек.
У першій зоні, довжина якої складає близько 30 м, відбувається нагрів матеріалу від 20 до 300 ° С, що супроводжується його сушінням і зневодненням. Температура газів на цьому ділянці печі, якщо його розглядати по ходу руху шихти, змінюється відповідно від 200 до 700 ° С. Довжина другої зони досягає 16-17 м. У ній матеріали нагріваються до 100 ° С при повному розкладанні карбонату кальцію і зміні температур топкових газів по довжині зони від 700 до 1400 ° С. Третя зона розташована в області інтенсивного горіння палива (факела). Температура газів, тут максимальна і визначається величиною 1600-1650 ° С. Шихта в цій зоні нагрівається до 1200-1260 ° С і спікається. У четвертій зоні відбувається охолодження спека до 1100 ° С при температурі газів 1000 - 1550 ° С.
При незмінному у часі температурному режимі роботи печі її продуктивність визначається товщиною шару і фізико-хімічними властивостями знаходиться в ній матеріалу. У середньому по галузі вона складає величину порядку 12 т / год спека при витраті 6300 - 7300 кДж / кг одержуваного продукту. На відміну від спікання технологічні процеси, що протікають в інших трубчастих печах, йдуть без оплавлення шихти.
3 Основи розрахунку ТВП
З розрахунків горіння палива і теплового балансу знаходять кількість газів, що утворюються в печі при середній
де ω l - допустима швидкість руху газів в печі при середній температурі її, м / с; швидкість газів приймається в межах 3 - 8 м / с. При вологій шихті швидкість береться більше, при cyxoй і дрібної шихті щоб уникнути великого пилеуноса - менше.
Далі знаходять коефіцієнт заповнення перерізу печі матеріалом ω. Значення φ визначають з умови проходження (транспорту) матеріалу через піч при заданій продуктивності по шихті (G, кг / год):
де γ - насипна маса матеріалу в печі, кг / м 3;
ω м - швидкість поступального руху матеріалу, м / год (ω м = 0,0963 D вн β / τ 0, де τ 0-тривалість обороту печі, год; β - кут нахилу печі до горизонту; τ 0 і β беруться із заводської практики).
Вступ 4
1. Основні характеристики і конструкціятрубчатих обертових печей 5
2. Тепловий і температурний режими роботи обертових печей 11
3. Основи розрахунку ТВП 13
Список використаних джерел 21
1 Основні характеристики і конструкція обертових печей
Трубчастими обертовими печами прийнято називати технологічні агрегати безперервної дії з робочим простором у вигляді порожнього циліндра, якому внаслідок невеликого нахилу (~ 3 °) печі та обертання переробляються сипучі матеріали переміщаються уздовж печі, нагріваючись за рахунок тепла, що виділився при спалюванні палива. У конструктивному відношенні вони відрізняються один від одного лише розмірами корпусу і облаштуванням систем завантаження і вивантаження матеріалу. У назві печі зазвичай відображено її призначення. Так, наприклад, розрізняють Вельца-печі, застосовувані для вельцеванія Кекова цинкового виробництва, печі для спікання бокситів, кальцинації глинозему, випалу ртутьвмісних матеріалів, а також печі для сушіння різних проміжних продуктів металургійного виробництва.
За енергетичним ознакою трубчасті обертові печі відносяться до печей-теплообмінникам зі змінним по довжині режимом теплової роботи. На ділянці печі, де відбувається горіння палива і температура продуктів згоряння досягає 1550 - 1650 З С, здійснюється радіаційний режим роботи печі. У міру просування продуктів згоряння палива по довжині печі вони охолоджуються до декількох сотень градусів і режим теплової роботи печі поступово стає конвективним. Конкретний розподіл по печі зон з конвективним та радіаційним режимом роботи залежить від виду і параметрів технологічного процесу.
Крім отримали невелике поширення печей для сушки сульфідної сировини, трубчасті печі працюють у режимі протитечії. Завантажувана в піч шихта може мати різну ступінь вологості, аж до пульпи, яка містить до 40% води. Вона подається у верхню (хвостову) частину печі і повільно рухається назустріч газам, що утворюється в результаті згорання палива в головній частині агрегату. З барабана переробляються продукти у вигляді спека чи розпеченого порошкоподібного матеріалу надходять до спеціального холодильник, а газоподібні продукти згоряння палива разом з технологічними газами направляються в систему пилогазоочистки. Залежно від виду технологічного процесу для опалення трубчастих обертових печей можуть бути використані: природний газ, мазут і тверде паливо і у вигляді коксової дрібниці або вугільної нили. Як спалюють пристроїв і трубчастих печах зазвичай застосовують газові пальники типу «труба в трубі», форсунки для спалювання малосернистого мазуту або спеціальні пиловугільні пальника.
Основними елементами обертових печей (рис. 32 1) є корпус (барабан), приводний механізм, опорні бандажі з роликами, а також завантажувальна та розвантажувальна камери.
Корпус мечі являє собою зварену металеву трубу діаметром до 5м і довжиною до 185м, футерованную зсередини вогнетривкою цеглою. Він спирається на спеціальні ролики, ширина прольоту між якими становить для великих печей 20 - 28 м. Для переміщення матеріалу корпус нахилений до горизонту під кутом в 2,5 - 3 °. Привід печі, за допомогою якого вона обертається з частотою близько 1 об / хв, складається з електродвигуна, редуктора і зубчастої передачі.
Опорні бандажі кільцевої форми сприймають на себе все навантаження від ваги барабана, що досягає 70-80 т. Для великих печей застосовують ковані бандажі прямокутного перерізу, які надягають на корпус вільно, з невеликим зазором, враховуючи наступне теплове розширення барабана. Кожен бандаж спирається на два ролики, що обертаються разом з бандажем під час роботи печі.
Верхній торець печі входить в завантажувальну камеру. Суху шихту завантажують у піч за допомогою шнекового живильника через патрубок, розташований в завантажувальній камері. Пульпа подається в піч через пульпової трубу ковшом-дозатором або за допомогою спеціальної форсунки. Вловлюється пил повертається у барабан печі так само, як суха шихта.
Нижній торець печі входить в розвантажувальну камеру. Між нею і барабаном ставиться спеціальне кільцеве ущільнення. У передній стінці камери є отвори для установки пальникових пристроїв. До неї також примикають гирлі каналу, по якому готовий продукт пересипається в холодильник.
Рис. 32-1. Загальний вигляд обертається трубчастої печі:
1, 15 - верхня і нижня головки печі; 2 - завантажувальний пристрій, 3 - ущільнення; 4 - ланцюгова завіса, 5 - барабан; 6 - підшипник; 7 - опорний ролик; 8 - завзятий ролик; 9 - бандаж, 10, 11 - зубчаста передача; 12 - редуктор; 13 - двигун; 14 - завзяте пристрій; 15 - форсунка.
Для запобігання налипання вологого шихти на стінки барабана і настилеобразованія в холодному кінці печі встановлюють ланцюгові завіси. Їх прикріплюють до барабана одним кінцем по всьому перетину печі, вибираючи довжину зони таким чином, щоб температура газів в ній не перевищувала 700 °. При відсутності завіс може бути використано відбійне пристрій, що є зв'язки рейок завдовжки до
Футеровка обертових печей працює в дуже важких умовах, що пов'язано з періодичним коливанням температур на поверхні кладки, обумовленим обертанням печі і переміщенням знаходиться в ній матеріалу. Перепади температур на внутрішній поверхні барабана при вході і виході з-під шару шихти складають 150-200 ° С. У зоні спікання па футеровку сильне хімічне і абразивну дію надає матеріал. У зоні сушіння кладка піддається значному стирання ланцюгами. Основним матеріалом для футеровки печей глиноземних заводів служить шамот. Високотемпературні зони печі викладають з хромомагнезитового, магнезитової і неріклазошпінелідного вогнетривкої цегли. Для збереження футеровки при зупинках печі барабан повинен обертатися до її повного охолодження. Тривалість роботи печі зазвичай становить 2-4 роки.
Переробка дрібного сипкого матеріалу без його розплавлювання з успіхом проводиться також в трубчастих обертових печах. У довгій футерованной трубі найчастіше протитечією рухаються нагрівається матеріал і продукти горіння палива. Рух матеріалу відбувається завдяки невеликому нахилу труби в бік вивантаження і обертанню печі. При обертанні матеріал піднімається на деяку висоту і пересипається вниз. При цьому відбувається хороший теплообмін з гарячими газами весь час оновлюється поверхні матеріалу. Теплообміну сприяє також те, що матеріал, пересипаючи, потрапляє на нагріту поверхню кладки за той період, коли вона вільна від шару матеріалу.
Все це визначило високу інтенсивність теплообміну в робочому просторі печі.
Трубчасті печі використовуються також для сушіння різних матеріалів, видалення хімічно зв'язаної вологи при високих температурах випалу і для спікання матеріалу з утворенням нових з'єднань. Це визначило їх застосування при виробництві глинозему в алюмінієвої промисловості (спікання і кальцинація). Вони знайшли застосування і при переробки матеріалів, що містять свинець і цинк. При цьому цинк відганяється і виді окислу і вловлюється з відхідних газів. Барабанні печі використовуються для випалу сульфідних матеріалів.
На ріс.131 представлена піч для спікання алюминийсодержащего матеріалу з утворенням розчинного алюмінієвого з'єднання.
Основний елемент печі - залізний барабан 3 довжиною до 150 м і діаметром 2,0-3,8 м. Барабан футерують високоглиноземисті або шамотною цеглою. Піч працює за принципом протитечії. Шихта суха або мокра у вигляді пульпи з вмістом вологи 40 - 42% надходить у барабан через торець 6 (Холодним кінець) і повільно переміщається до головної частини 2 (Гарячий кінець) назустріч газам. З барабана продукт спікання - спек - зсипається в холодильник, розташований під піччю і представляє собою також барабан довжиною до 30 м і діаметром до 2,5 м. У барабані спек охолоджується їхав назустріч повітрям або водою, орошающей холодильник зверху. При охолодженні спека повітрям останній просмоктується через холодильник вентилятором (на малюнку не показаний) і використовується при спалюванні палива. Для нагрівання печі застосовують мазут, газ чи вугільний пил. Форсунки або пальники розташовують у головній частині барабана. Димові гази, що містять значну кількість пилу, через димохід 8 направляються на очищення в пилові камери, в електрофільтри і навіть іноді в скрубери. Тільки після цього димові гази за допомогою димососа відводяться в димар. Футеровані і завантажений шихтою барабан має більшу масу (маса печі довжиною 70 м близько 400 т). За допомогою спеціальних бандажів 4, закріплених зовні кожуха, піч спирається на обертові ролики 11 з бронзовими підшипниками. Обертання здійснюється від мотора 10 через редуктор і венцових шестерню 5, укріплену за допомогою пружин на кожусі печі. Барабан обертається звичайно з частотою 0,0-2 обороту в хвилину. Частоту обертання можна змінювати, регулюючи контролером число оборотів мотора.
Піч монтують з ухилом в 3-6%. Щоб уникнути сходу барабана з опор використовуються упорні ролики 12, розташовані горизонтально, в які збоку впирається бандаж.
Гарячий кінець печі входить в паливну (розвантажувальну) голівку 1, що влаштовується зазвичай відкатної. Між кінцем барабана і паливної головкою ставиться лабіринтове ущільнення і вигляді диска 13, укріпленого на барабані і обертається в коробці, укріпленої на паливній голівці. У передній стінці паливної головки є отвори для пальників або форсунок. До голівці примикає гирлі капала, але якому спек пересипається в холодильник.
Холодний кінець печі входить в завантажувальну коробку 7, Завантажують суху шихту допомогою патрубка, що проходить через завантажувальну коробку печі (на малюнку не показаний). Пульпу в піч або наливають, або Розпилююча форсунками. Щоб уникнути утворення охолодей на внутрішній поверхні холодного кінця барабана є відбійне пристосування 9, що складається зі сталевої болванки, прикріпленою ланцюгом до завантажувальної голівці. При обертанні барабана болванка розбиває настилу.
Продуктивність печі при мокрій бокситовий шихті 12 т / год спека і вище. Головні фактори, що впливають на продуктивність: товщина шару матеріалу в печі, частота обертання печі, вологість шихти і її хімічний склад. Середня питома витрата тепла становить 6300 - 7100 кДж на 1 кг спека.
Нижче наводиться тепловий баланс трубчастої печі спікання.
Прихід,%
Тепло:
від горіння палива ........... ... 95,0
вноситься шихтою ............... ... .4,0
вноситься нагрітим повітрям ... .1,0
Разом: 100,0
Витрата,%
Тепло:
на отримання спека ...... ... ... ... 53,4
уносимого двоокисом вуглецю .... 1,1
уносимого водяною парою. ... ... 1,9
уносимого зворотному пилом ... 1,1
уносимого спеков ................. 14,5
уносимого димовими газами 16,6
Втрати в зовнішнє середовище ... 11,4
Разом: 100,0
Підвищення к. п. д. печі досягається оптимізацією умов спалювання палива, більш повним використанням тепла спека для підігріву повітря, що використовується для спалювання палива, кращою тепловою ізоляцією печі.
2 Тепловий і температурний режими роботи в ращается печей
При нагріванні нейтральних в енергетичному відношенні сипучих матеріалів тепло в зону технологічного процесу трубчастих обертових печей надходить за рахунок одночасного протікання всіх трьох видів теплообміну: випромінюванням від факела і розпеченій футеровки, конвекцією та теплопровідністю від поверхні кладки, за якою безперервно переміщується матеріал, що переробляється. Крім цього необхідно враховувати, що в шихту печей для вельцеванія Кекова вводиться як реагент-відновника коксова дрібниця. У результаті частина використовуваної на її нагрівання теплової енергії генерується безпосередньо в зоні технологічного процесу під час часткового окислення вуглецю і утворюються в результаті переробки шихти парів металевого цинку.
Надійшло в шар переміщається по печі матеріалу тепло розподіляється в ньому в основному за рахунок контактної теплопровідності. Однак у процесі енергійного перемішування шихти, температура по шару швидко вирівнюється і його можна прийняти найтоншим у тепловому відношенні тілом, нагрівання якого супроводжується численними ендо-і екзотермічні реакціями. Через велику складність і недостатню вивченість механізму теплообмінник процесів в трубчастих печах, аналіз їх теплової роботи базується в основному на вивченні емпіричних даних та оцінки теплових балансів печей.
Температурний режим, роботи обертових печей не змінюється в часі, індивідуальний для кожного виду технологічного процесу і значною мірою визначається хімічним і фракційним складами, що переробляються. Зазвичай його вибирають дослідним шляхом і організують таким чином, щоб у печі суворо дотримувався графік нагріву шихти, пропонований за технологічними даними.
Як приклад може бути розглянуто режим, досить добре вивчених печей, застосовуваних для спікання шихти на глиноземних заводах. У них до температур порядку 550 ° С відбуваються спільні для всіх обертових печей процеси сушіння і видалення гідратної вологи і далі в інтервалі температур 550 - 1200 ° С - реакції утворення розчинних сполук алюмінію, властивості яких багато в чому залежить від температурного режиму спікання. У процесі нагрівання шихта проходить у печі чотири умовно виділені температурні зони, поступово
перетворюючись на спек.
У першій зоні, довжина якої складає близько 30 м, відбувається нагрів матеріалу від 20 до 300 ° С, що супроводжується його сушінням і зневодненням. Температура газів на цьому ділянці печі, якщо його розглядати по ходу руху шихти, змінюється відповідно від 200 до 700 ° С. Довжина другої зони досягає 16-17 м. У ній матеріали нагріваються до 100 ° С при повному розкладанні карбонату кальцію і зміні температур топкових газів по довжині зони від 700 до 1400 ° С. Третя зона розташована в області інтенсивного горіння палива (факела). Температура газів, тут максимальна і визначається величиною 1600-1650 ° С. Шихта в цій зоні нагрівається до 1200-1260 ° С і спікається. У четвертій зоні відбувається охолодження спека до 1100 ° С при температурі газів 1000 - 1550 ° С.
При незмінному у часі температурному режимі роботи печі її продуктивність визначається товщиною шару і фізико-хімічними властивостями знаходиться в ній матеріалу. У середньому по галузі вона складає величину порядку 12 т / год спека при витраті 6300 - 7300 кДж / кг одержуваного продукту. На відміну від спікання технологічні процеси, що протікають в інших трубчастих печах, йдуть без оплавлення шихти.
3 Основи розрахунку ТВП
З розрахунків горіння палива і теплового балансу знаходять кількість газів, що утворюються в печі при середній
де ω l - допустима швидкість руху газів в печі при середній температурі її, м / с; швидкість газів приймається в межах 3 - 8 м / с. При вологій шихті швидкість береться більше, при cyxoй і дрібної шихті щоб уникнути великого пилеуноса - менше.
Далі знаходять коефіцієнт заповнення перерізу печі матеріалом ω. Значення φ визначають з умови проходження (транспорту) матеріалу через піч при заданій продуктивності по шихті (G, кг / год):
де γ - насипна маса матеріалу в печі, кг / м 3;
ω м - швидкість поступального руху матеріалу, м / год (ω м = 0,0963 D вн β / τ 0, де τ 0-тривалість обороту печі, год; β - кут нахилу печі до горизонту; τ 0 і β беруться із заводської практики).
Після обчислення φ знаходять розміри хорди відкритої поверхні шихти l 1 і дуги l 2 закритою поверхні матеріалу (рис. 133) за площею заповнення перерізу печі шихтою 
q "=
де Т CT і T M - середні температури стінки і матеріалу.
Середня температура матеріалу приймається як середньоарифметична температура матеріалу на початку і наприкінці печі
Середня температура футеровки береться як середньоарифметична середніх температур газу та матеріалу 
При визначенні середньої температури газів береться її значення і на початку і наприкінці печі.
Наведена ступінь чорноти ε прив розраховується за формулою для паралельних поверхонь:
де ε ф і ε м - Ступеня чорноти футеровки і матеріалу відповідно.
Виходячи з теплообміну в печі при відомому корисному витраті тепла на 1 кг перероблюваної шихти (Q ТЕХНО, кДж / кг) можна знайти необхідну довжину печі (м):
Отримані розміри печі коригуються за часом перебування матеріалу в печі (ч):
Якщо τ менше часу, рекомендованого технологічним режимом, то проводиться коригування величин, що визначають τ.
Для більш точного визначення розмірів печі розрахунок слід вести для кожної зони окремо, тоді загальна довжина печі буде дорівнює сумі довжин окремих зон.
Теорія роботи печей для випалу в перегребаемом шарі показує, що продуктивність і розміри обертових барабанних печей в основному залежать від найважливіших процесів, що протікають в цих печах: фізико-хімічного процесу випалу; руху газів; руху матеріалів; процесу теплообміну. Відповідно до цього обертові барабанні печі слід розраховувати також як випалювальні апарати, як транспортні пристрої, що забезпечують певні показники руху газів і матеріалів і як теплообмінні пристрої, що забезпечують передачу до матеріалу необхідної кількості тепла.
У розрахунку цього типу печей також визначають наступні не менш важливі їх характеристики:
А. Печі для окисного випалу сульфідів
2) Питома продуктивність печі а, т / м 2 • добу
Розраховують за формулою, виведеною для печей як палючих апаратів і враховує лінійну швидкість випалу ω, м / год:
де ω - конструктивний коефіцієнт; для барабанних
печей без перегребающіх пристроїв ω = 0,0016; для многоподових печей ω = 0,009;
w - лінійна швидкість випалу, м / год;
γ - обьемний вага матеріалу в печі, т / м 3;
τ - час роботи печі на добу, год / добу;
S вих і S Огар - вміст сірки у вихідному матеріалі і в огарки,%.
3) Робоча площа печі F, м 2
Для барабанних печей робочою площею вважається внутрішня поверхня футеровки F = π DL, де D - Діаметр печі, м; L - Загальна довжина печі, м.
4) Діаметр печі D, м
Визначається за дійсною швидкості руху газів в печі w t, м / сек, і дійсному кількості газів V t, м 3 / сек, за формулою:
Значення w t для більшості барабанних печей лежить в межах 3-8 м / сек. При випалюванні сухих і тонкоподрібнений матеріалів рекомендується приймати менше значення w t, в інших випадках швидкість газів може прийматися 7-8 м / сек. Величина V t повинна враховувати повну кількість газів, що утворюються в печі з шихти і від горіння палива.
5) Довжина печі L,
Знаходиться за формулою
6) Коефіцієнт заповнення печі матеріалом φ, безрозмірний
Продуктивність барабанної печі як транспортної труби виражається формулою:
де w M - швидкість поступального руху матеріалу в печі, м / год; значення w M знаходиться за формулою, отриманою експериментальним шляхом:
w м = 5,78 Dβn
У цій формулі β - кут нахилу осі барабана печі до горизонту, град.; N - Число оборотів печі, об / хв.
Підставляючи в ці формули величини β, п, D, γ, τ і А, в остаточному підсумку визначимо величину φ. Зазвичай в барабанних печах τ = 0,07-0,20; при дуже малому або занадто великому заповненні печі рекомендується дещо змінити величини β та п. За розрахованій сумі φ та відомому діаметрі печі D за формулами геометрії визначається довжина хорди l Х, м і довжина дуги l д, м для сегмента матеріалу в печі.
7) теплоспоживання матеріалу q, ккал / т
Теплоспоживання матеріалу знаходиться за формулою, отриманою з балансу тепла на всі фізико-хімічні перетворення, що відбуваються в печі:
де Σ 'q - тепломісткість вихідних матеріалів, ккал;
Σ''q - тепло екзотермічних реакцій, ккал;
Σ'''q - тепломісткість продуктів переробки, ккал;
Σ''''q - тепло ендотермічних реакцій, ккал.
У розрахунку барабанних печей повинно визначатися теплоспоживання для кожної робочої зони окремо, а також і загальна, величина для всієї печі. Сума теплоспоживання матеріалу по зонах повинна дорівнювати загальному теплоспоживання матеріалу по всьому процесу випалу.
8) Розміри печі за умовами теплообміну
Якщо для роботи барабанної печі необхідно вводити значну кількість тепла за рахунок спалювання вуглецевого палива, то цілком обов'язкова перевірка отриманих розмірів печі за умовами теплообміну за формулою
де q промінь і q конв - Кількість тепла, що передається випромінюванням і конвекцією на відкриту поверхню матеріалу в печі, ккал / м 2 • год. Ці величини перебувають розрахунком теплообміну в робочому просторі печі;
q 'промінь - кількість тепла, що передається випромінюванням на закриту поверхню матеріалу, ккал / м 2 • год. Також знаходиться шляхом розрахунку теплообміну в робочому просторі печі.
За цією формулою зазвичай визначають величину L, м, за заданою величиною А для зони нагрівання матеріалу і для різних, зон випалу.
Співали матеріал надходить у піч із значним вмістом вологи, то в печі з'являється зона сушіння, довжина якої не може бути розрахована з умов теплообміну за формулою. Довжину зони сушіння L с м, визначають за формулою, що враховує загальну кількість видаляється з матеріалу вологи в цій зоні печі та допустиме напругу робочого простору печі по испаряемой вологи (аналогічно розрахунку сушарок):
де w вих і w подсе - вміст вологи в початковому і підсушеному матеріалі в частках одиниці від твердого матеріалу;
Δ w - Допустиме напруження робочого простору сушильної зони печі за кількістю
вологи, що видаляється, т / м 3 год.
Значення Δ w можна приймати за дослідними даними для барабанних сушарок, які працюють на кускових матеріалах, рівним 0,05-0,15 т / м 3 год.
Отримані з розрахунку теплообміну та сушіння розміри окремих зон барабанної печі в сумі дають загальну робочу довжину L
Якщо отримане значення L приблизно відповідає розмірам печі, визначеним раніше з умов протікання процесу випалювання, то розрахунок розмірів печі може вважатися закінченим. Якщо ж отримана довжина L значно відрізняється від раніше певної величини, то за остаточні розміри повинно прийматися більшого значення. Іноді буває раціонально провести повний перерахунок розмірів за трохи зміненим характеристикам печі з метою зближення результатів розрахунків.
9) Остаточна потреба в теплі за рахунок палива
За остаточними розмірами печі складають розгорнутий тепловий баланс печі, що враховує всі стадії витрати і приходу тепла. На підставі цього балансу уточнюють величину Q T і витрата палива. Якщо величина Q T значно відрізняється від визначеної в початок розрахунку, доводиться проводити перерахунок печі за новим значенням Q T.
Б. Печі глиноземного виробництва (спікання і кальцинація)
При розрахунку розмірів печей спікання або кальцинації визначають наступні величини:
1) Попередній витрата вуглецевого палива
Приймається за даними заводської практики для діючих барабанних печей.
2) Д і а м е т р п е ч і D, м,
Знаходиться за формулою
3) Д л і н а п е ч і
Розраховується за окремим зонам печі з умови видалення вологи (зона сушіння) і за умовами теплообміну (зони нагріву, кальцинації, спікання, охолодження). Отримані розміри перевіряють за часом перебування матеріалу в окремих зонах.
Відповідно до цього розрахунок довжини печі складається з наступних визначень та розрахунків:
а) теплоспоживання матеріалу q, ккал / т, визначають по зонах за допомогою формули
б) склад газової фази по зонах знаходять на підставі технологічних розрахунком і розрахунку горіння палива;
в) коефіцієнт заповнення печі матеріалом φ і значення l Х і l Д, по зонам розраховують за формулами
г) довжину зон знаходить з умови видалення вологи і теплообміну за формулами
д) розміри печі перевіряють за часом перебування матеріалу τ пр, годину.
Розміри окремих зон, крім теплообмінного процесу, повинні забезпечувати певна, мінімально необхідний час перебування матеріалу в зоні, з тим щоб було забезпечено завершення всіх необхідних фізико-хімічних перетворень.
Для перевірки довжини зон за часом перебування застосовують формулу.
де w м - лінійна швидкість руху матеріалу в печі, м / год
τ пр - мінімально необхідний час перебування матеріалу в зоні, годину. Цю величину для окремих зон беруть за експериментальними даними.
Якщо розміри зон, визначені за часу перебування, будуть приблизно збігатися з розмірами зон, визначених з умов теплообміну, або будуть менше їх, то розрахунок розмірів печі може вважатися закінченим. Якщо розміри зон, визначені за часу перебування матеріалу, вийдуть більше, ніж розміри зон, визначений за теплообміну, то слід прийняти за остаточні великі розміри або провести пере
розрахунок печі з метою зближення розмірів. Зокрема, збільшення часу перебування матеріалу в зоні без зміни її довжини може бути досягнуто місцевим збільшенням діаметра даної зони D або зменшенням β плі n для всієї печі. Нарешті, можливе спорудження в печі порогів, що затримують матеріали в окремих зонах.
q "=
де Т CT і T M - середні температури стінки і матеріалу.
Середня температура матеріалу приймається як середньоарифметична температура матеріалу на початку і наприкінці печі
При визначенні середньої температури газів береться її значення і на початку і наприкінці печі.
Наведена ступінь чорноти ε прив розраховується за формулою для паралельних поверхонь:
де ε ф і ε м - Ступеня чорноти футеровки і матеріалу відповідно.
Виходячи з теплообміну в печі при відомому корисному витраті тепла на 1 кг перероблюваної шихти (Q ТЕХНО, кДж / кг) можна знайти необхідну довжину печі (м):
Отримані розміри печі коригуються за часом перебування матеріалу в печі (ч):
Якщо τ менше часу, рекомендованого технологічним режимом, то проводиться коригування величин, що визначають τ.
Для більш точного визначення розмірів печі розрахунок слід вести для кожної зони окремо, тоді загальна довжина печі буде дорівнює сумі довжин окремих зон.
Теорія роботи печей для випалу в перегребаемом шарі показує, що продуктивність і розміри обертових барабанних печей в основному залежать від найважливіших процесів, що протікають в цих печах: фізико-хімічного процесу випалу; руху газів; руху матеріалів; процесу теплообміну. Відповідно до цього обертові барабанні печі слід розраховувати також як випалювальні апарати, як транспортні пристрої, що забезпечують певні показники руху газів і матеріалів і як теплообмінні пристрої, що забезпечують передачу до матеріалу необхідної кількості тепла.
У розрахунку цього типу печей також визначають наступні не менш важливі їх характеристики:
А. Печі для окисного випалу сульфідів
2) Питома продуктивність печі а, т / м 2 • добу
Розраховують за формулою, виведеною для печей як палючих апаратів і враховує лінійну швидкість випалу ω, м / год:
де ω - конструктивний коефіцієнт; для барабанних
печей без перегребающіх пристроїв ω = 0,0016; для многоподових печей ω = 0,009;
w - лінійна швидкість випалу, м / год;
γ - обьемний вага матеріалу в печі, т / м 3;
τ - час роботи печі на добу, год / добу;
S вих і S Огар - вміст сірки у вихідному матеріалі і в огарки,%.
3) Робоча площа печі F, м 2
Для барабанних печей робочою площею вважається внутрішня поверхня футеровки F = π DL, де D - Діаметр печі, м; L - Загальна довжина печі, м.
4) Діаметр печі D, м
Визначається за дійсною швидкості руху газів в печі w t, м / сек, і дійсному кількості газів V t, м 3 / сек, за формулою:
Значення w t для більшості барабанних печей лежить в межах 3-8 м / сек. При випалюванні сухих і тонкоподрібнений матеріалів рекомендується приймати менше значення w t, в інших випадках швидкість газів може прийматися 7-8 м / сек. Величина V t повинна враховувати повну кількість газів, що утворюються в печі з шихти і від горіння палива.
5) Довжина печі L,
Знаходиться за формулою
6) Коефіцієнт заповнення печі матеріалом φ, безрозмірний
Продуктивність барабанної печі як транспортної труби виражається формулою:
де w M - швидкість поступального руху матеріалу в печі, м / год; значення w M знаходиться за формулою, отриманою експериментальним шляхом:
w м = 5,78 Dβn
У цій формулі β - кут нахилу осі барабана печі до горизонту, град.; N - Число оборотів печі, об / хв.
Підставляючи в ці формули величини β, п, D, γ, τ і А, в остаточному підсумку визначимо величину φ. Зазвичай в барабанних печах τ = 0,07-0,20; при дуже малому або занадто великому заповненні печі рекомендується дещо змінити величини β та п. За розрахованій сумі φ та відомому діаметрі печі D за формулами геометрії визначається довжина хорди l Х, м і довжина дуги l д, м для сегмента матеріалу в печі.
7) теплоспоживання матеріалу q, ккал / т
Теплоспоживання матеріалу знаходиться за формулою, отриманою з балансу тепла на всі фізико-хімічні перетворення, що відбуваються в печі:
де Σ 'q - тепломісткість вихідних матеріалів, ккал;
Σ''q - тепло екзотермічних реакцій, ккал;
Σ'''q - тепломісткість продуктів переробки, ккал;
Σ''''q - тепло ендотермічних реакцій, ккал.
У розрахунку барабанних печей повинно визначатися теплоспоживання для кожної робочої зони окремо, а також і загальна, величина для всієї печі. Сума теплоспоживання матеріалу по зонах повинна дорівнювати загальному теплоспоживання матеріалу по всьому процесу випалу.
8) Розміри печі за умовами теплообміну
Якщо для роботи барабанної печі необхідно вводити значну кількість тепла за рахунок спалювання вуглецевого палива, то цілком обов'язкова перевірка отриманих розмірів печі за умовами теплообміну за формулою
де q промінь і q конв - Кількість тепла, що передається випромінюванням і конвекцією на відкриту поверхню матеріалу в печі, ккал / м 2 • год. Ці величини перебувають розрахунком теплообміну в робочому просторі печі;
q 'промінь - кількість тепла, що передається випромінюванням на закриту поверхню матеріалу, ккал / м 2 • год. Також знаходиться шляхом розрахунку теплообміну в робочому просторі печі.
За цією формулою зазвичай визначають величину L, м, за заданою величиною А для зони нагрівання матеріалу і для різних, зон випалу.
Співали матеріал надходить у піч із значним вмістом вологи, то в печі з'являється зона сушіння, довжина якої не може бути розрахована з умов теплообміну за формулою. Довжину зони сушіння L с м, визначають за формулою, що враховує загальну кількість видаляється з матеріалу вологи в цій зоні печі та допустиме напругу робочого простору печі по испаряемой вологи (аналогічно розрахунку сушарок):
де w вих і w подсе - вміст вологи в початковому і підсушеному матеріалі в частках одиниці від твердого матеріалу;
Δ w - Допустиме напруження робочого простору сушильної зони печі за кількістю
вологи, що видаляється, т / м 3 год.
Значення Δ w можна приймати за дослідними даними для барабанних сушарок, які працюють на кускових матеріалах, рівним 0,05-0,15 т / м 3 год.
Отримані з розрахунку теплообміну та сушіння розміри окремих зон барабанної печі в сумі дають загальну робочу довжину L
Якщо отримане значення L приблизно відповідає розмірам печі, визначеним раніше з умов протікання процесу випалювання, то розрахунок розмірів печі може вважатися закінченим. Якщо ж отримана довжина L значно відрізняється від раніше певної величини, то за остаточні розміри повинно прийматися більшого значення. Іноді буває раціонально провести повний перерахунок розмірів за трохи зміненим характеристикам печі з метою зближення результатів розрахунків.
9) Остаточна потреба в теплі за рахунок палива
За остаточними розмірами печі складають розгорнутий тепловий баланс печі, що враховує всі стадії витрати і приходу тепла. На підставі цього балансу уточнюють величину Q T і витрата палива. Якщо величина Q T значно відрізняється від визначеної в початок розрахунку, доводиться проводити перерахунок печі за новим значенням Q T.
Б. Печі глиноземного виробництва (спікання і кальцинація)
При розрахунку розмірів печей спікання або кальцинації визначають наступні величини:
1) Попередній витрата вуглецевого палива
Приймається за даними заводської практики для діючих барабанних печей.
2) Д і а м е т р п е ч і D, м,
Знаходиться за формулою
3) Д л і н а п е ч і
Розраховується за окремим зонам печі з умови видалення вологи (зона сушіння) і за умовами теплообміну (зони нагріву, кальцинації, спікання, охолодження). Отримані розміри перевіряють за часом перебування матеріалу в окремих зонах.
Відповідно до цього розрахунок довжини печі складається з наступних визначень та розрахунків:
а) теплоспоживання матеріалу q, ккал / т, визначають по зонах за допомогою формули
б) склад газової фази по зонах знаходять на підставі технологічних розрахунком і розрахунку горіння палива;
в) коефіцієнт заповнення печі матеріалом φ і значення l Х і l Д, по зонам розраховують за формулами
г) довжину зон знаходить з умови видалення вологи і теплообміну за формулами
д) розміри печі перевіряють за часом перебування матеріалу τ пр, годину.
Розміри окремих зон, крім теплообмінного процесу, повинні забезпечувати певна, мінімально необхідний час перебування матеріалу в зоні, з тим щоб було забезпечено завершення всіх необхідних фізико-хімічних перетворень.
Для перевірки довжини зон за часом перебування застосовують формулу.
де w м - лінійна швидкість руху матеріалу в печі, м / год
τ пр - мінімально необхідний час перебування матеріалу в зоні, годину. Цю величину для окремих зон беруть за експериментальними даними.
Якщо розміри зон, визначені за часу перебування, будуть приблизно збігатися з розмірами зон, визначених з умов теплообміну, або будуть менше їх, то розрахунок розмірів печі може вважатися закінченим. Якщо розміри зон, визначені за часу перебування матеріалу, вийдуть більше, ніж розміри зон, визначений за теплообміну, то слід прийняти за остаточні великі розміри або провести пере