Запечные теплообменные устройства

Циклонные теплообменники. Запечные теплообменные устройства обычно применяют в печных агрегатах сухого способа производства цемента. Эти устройства разделяют на цик­лонные и шахтно-циклонные, причем в тех и других могут быть использованы установки для предварительной декарбонизации сырьевой смеси — реакторы-декарбонизаторы, а также конвейер­ные кальцинаторы. Циклонные теплообменники (см. рис. 1.2 и 1.4) предназначены обес­печить предварительную тепловую обработку сырьевой муки теплотой дымовых газов, образующихся в печи при сжигании топлива. Обыч­но циклонные теплообменники в зависимости от производительности печного агрегата выполняют одно- или двухветьевыми (две параллель­ные ветви). Каждая ветвь имеет три или четыре ступени, соединенные между собой газоходами.

Тепловая обработка сырьевой муки в циклонном теплообменнике происходит по следующей схеме. Сырьевая мука, подготовленная в помольном агрегате, подается в га­зоход (по стрелке А) (рис. 1.24), соединяющий циклон 3 с циклоном 4, и увлекается горячим газовым потоком. Материал при этом нагре­вается, а газы несколько охлажда­ются. Нагретая сырьевая мука в циклоне 4 из пылегазовоздушного потока выделяется и по перепускным течкам ссыпается в газоход, сое­диняющий циклон 2 с циклоном 3. Далее процесс осаждения сырьевой муки в циклонах и подачи ее в газоходы повторяется. Пройдя все четыре циклона (четыре ступени), сырьевая мука нагревается до 1100 К и посту­пает в загрузочный узел вращающейся печи.

Горячие дымовые газы, образовавшиеся вследствие сгорания топлива у разгрузочного узла печи (см. рис. 1.4), пройдя всю длину печи со взвешенной в них сырьевой мукой, захваченной при движении, поступают в циклон 1 (см. рис. 1.24), где горячие газы отделяются от муки и просасываются по газоходу в циклон 2. На этом участке газы обогащаются сырьевой мукой, поступаю­щей из циклона 3. Далее процесс отделения газов от муки в цик­лонах и распыления в газах муки в газоходах повторяется по остальным циклонам (ступеням). По выходе из циклона 4 (чет­вертой ступени) дымовые газы имеют температуру около 600 К.

Из газоходов четвертой ступени газы по газоходу (см. рис. 1.2) поступают в сырьевую шаровую мельницу 5 или в электрофильтр 19 предварительно пройдя через установку 18 для охлаждения и увлажнения.

Рис. 1.24 Схема циклонного теплообменника

На рис. 1.25 представлена конструктивная схема двухветьевого четырехступенчатого циклонного теплообменника с реактором-декарбонизатором 4. Теплообменники смонтированы на метал­лических или железобетонных конструкциях («этажерках»). Все циклоны, газоходы и перепускные течки выполнены сварными из листовой стали. Внутренняя облицовка — огнеупорный кир­пич, жаропрочный бетон или сочетание кирпича и бетона. Сырье­вая мука подается в циклонный теплообменник через патрубок 11.

Рис. 1.25. Циклонный теплообменник с реактором-декарбонизатором:

1 — вращающаяся печь; 2 — циклон первой ступени; 3 — газоход первой ступени; 4 - реактор-декарбонизатор; 5 — течка циклона второй ступени; 6 — циклон второй сту­пени; 7 — футеровка; 8 — газоход третьей ступени; 9 — циклон третьей ступени; 10 - газоход четвертой ступени; 11 — патрубок подачи сырьевой муки в циклонный тепло­обменник; 12 — патрубок подачи отходящих газов в запечный дымосос; 13 — розжиговый клапан; 14 — коллектор; 15 — циклон четвертой ступени; 16 — течка циклона четвертой ступени; 17 — течка циклона третьей ступени; 18 - газоход второй ступени; 19 — течка циклона первой ступени.

Циклоны, а также газо­ходы имеют ремонтные люки, люки для очистки стенок от возможных налипаний, а также для установки кон­трольно-измерительных при­боров.

Конусы циклонов и вход­ных частей течек циклонных теплообменников очищают от отложений материала о помощью сжатого воздуха, подаваемого системой кол­лекторов о соплами к по­верхности футеровки.

Шахтно-циклонные теп­лообменники. В шахтно-циклонных теплообменниках нижние ступени циклонов заменены шахтой, что зна­чительно упрощает строи­тельную конструкцию. За­мена нижних ступеней ци­клонов шахтой снижает аэродинамическое сопротив­ление, что позволяет умень­шить расход электроэнергии на просасывание газов через систему, а также снизить подсосы наружного воздуха через различного рода не­плотности. В результате сни­жается количество отходя­щих газов, уменьшается рас­ход теплоты на нагрев засо­санного в систему воздуха. При использовании шахтно-циклонных теплообменни­ков удельный расход теплоты на обжиг клинкера по сра­внению с обычными циклон­ными теплообменниками уве­личивается примерно на 5— 8 %, а удельный расход электроэнергии на просасывание газов через систему уменьшается на 20—25%. В шахтно-циклонном те­плообменнике ВНИИцеммаша (рис. 1.26) с само­несущей к онструкцией с пережимами в шахте и двумя ступенями цикло­нов нижний циклон 2 рас­положен центрально над шахтой 1, верхние цикло­ны 3 выполняют роль пы­леуловителей.

Рис. 1.26. Шахтно-циклонный теплообменник ВНИИцеммаш

Шахтно-циклонные те­плообменники особенно целесообразно применять Рис. 1.27. Принципиальная схема реактора при использовании сырьевых материалов g повы­шенным содержанием щелочей и хлоридов, способных намазы­ваться, налипать при высоких температурах в газоходах, течках и циклонах, что приводит к забиванию системы и необходимости ее очистки, связанной с продолжительными остановками и боль­шими трудозатратами.

Рис. 1.27. Принципиальная схема реактора-декарбонизатора

Реакторы-декарбонизаторы. Реактор-декарбонизатор является составной частью печного агрегата и предназначен обеспечивать высокую степень декарбонизации сырьевой смеси перед поступ­лением ее в печь.

Декарбонизация происходит при температурах 1200—1300 К путем интенсивного нагрева сырьевой муки во взвешенном со­стоянии в вихревой камере 11 (рис. 1.27), куда она, уже предвари­тельно нагретая примерно до 1000 К, поступает по течкам 5 из циклонов второй ступени циклонного теплообменника. В вихре­вую камеру 11 также подается топливо — мазут или газ через форсунки или горелки 7. По тангенциально расположенным па­трубкам 12 подводится нагретый воздух из охладителя клинкера.

Смонтированная на вихревой камере вихревая горелка 13 является запальным устройством. В нее в небольших количест­вах вводится топливо через вертикально расположенную фор­сунку или горелку 6, а также нагретый воздух из охладителя клинкера.

Подготовленная горячая пылегазовая смесь температурой 1200—1300 К из вихревой камеры по наклонному газоходу 10 направляется в смесительную камеру 8, где смешивается с горя­чими газами, выходящими по газоходу 9 из вращающейся печи. Образовавшаяся смесь температурой 1150—1200 К подается по газоходу 4 в циклон 2 первой ступени. В нижней части смеситель­ной камеры 8 имеется приводное пережимное устройство, которое с помощью подвижных шиберов регулирует площадь сечения пережима для обеспечения оптимальных условий работы системы в различных условиях. Сырьевая мука температурой примерно 1100—1130 К, улов­ленная в циклонах 2 первой ступени, по течкам ссыпается в за­грузочную головку и затем по лотку 1 направляется в печь. Очи­щенные газы выходят через патрубок 3. Реактор-декарбонизатор, как и элементы циклонного теплообменника, внутри обли­цован жаростойким бетоном, огнеупорным кирпичом или сочета­нием этих материалов.

ОХЛАДИТЕЛИ КЛИНКЕРА

Стоимость топлива, затрачиваемого на обжиг, в це­ментной промышленности составляет примерно 35 % себестои­мости 1 т клинкера. Важное значение имеет экономия топлива и в том числе экономия путем максимального использования теп­лоты выходящего из печи горячего клинкера.

Для охлаждения клинкера и максимального использования его теплоты широкое применение нашли слоевые колосниковые охладители, обладающие высокой производительностью, эффек­тивным теплообменом между охлаждаемым клинкером и охлаж­дающим воздухом, высоким теплотехническим КПД, что позво­ляет значительно уменьшить расход теплоты на обжиг и снизить себестоимость продукции.

В охладителе клинкера переталкивающего типа (рис. 1.28) горячий клинкер из вращающейся печи сбрасывается на подвиж­ную колосниковую решетку 4, являющуюся основным рабочим органом охладителя. Под решетку вентиляторами / подводится охлаждающий воздух. Проходя через слой раскаленного клин­кера, воздух нагревается и поступает в печь для поддержания горения топлива, а излишки горячего воздуха после очистки в аспирационной установке 3 сбрасываются в атмосферу. Для дроб­ления крупных кусков клинкера в конце решетки установлена молотковая дробилка 2.

Рис.1.8. Принципиальная схема охладителей клинкера переталкивающего типа

По такой схеме созданы колосниковые охладители всех ти­пов, различия между ними заключаются лишь в способе перемещения охлаждаемого клин­кера на колосниковой ре­шетке, чем и предопределя­ются их различные конструк­тивные исполнения: перетал­кивающего типа, инерцион­ные, вращающиеся, о кон­вейерной решеткой, цепные, гравитационные и др. В це­ментной промышленности применяют также барабан­ные и рекуператорные ох­ладители.

Колосниковые охладители «Волга» переталкивающего типа с горизонтальным воз­вратно-поступательным дви­жением колосников. Колос­никовые охладители типа «Волга» аналогичны по прин­ципу действия и различаются лишь конструктивным офор­млением отдельных узлов и деталей. Технические харак­теристики охладителя «Вол­га» производительностью 25—125 т/ч приведены в табл. 1.7.

Работа охладителя про­исходит по следующей схе­ме: обожженный клинкер из вращающейся печи сбра­сывается в загрузочную шах­ту 1 охладителя и затем на колосниковую решетку 5 (рис. 1.29), настил которой состоит из набора череду­ющихся между собой под­вижных и неподвижных ко­лосников из жаропрочной стали 12Х18Н12Т.

К олосники закреплены на несущей системе подвижных и неподвижных подколосниковых балок. Охлаждаемый клинкер в результате возвратно-цоступательного дви­жения подвижных колосников.

Рис. 1.29. Охладитель клинкера СМЦ-46.

1.7 Техническая характеристика охладителей клинкера типа «Волга»

Показатель	СМЦ-407	СМЦ-408.1	СМЦ-409.1	СМЦ-410.1	СМЦ-176	СМЦ-83.2	СМЦ-46
Производительность по клинкеру, т/ч Тем-ра клинкера, К: На входе в охладитель, не более На выходе из охладителя Размеры колосниковой решетки, м: Длина Ширина Площадь решетки, м2 Частота перемещения передвижных колосников, ход/мин Ход подвижных колосников, мм Удельный расход: Охлаждающего воздуха, м3/кг Электроэнергии на охлаждение клинкера, кВт∙ч/т Масса, т	25 1550 370 12,6 2,52 30 6-12 150 2,5-3,5 8-12 125	35 1550 370 16,6 2,52 42 6-12 150 2,5-3,5 8-12 160	50 1550 370 16,6 3,36 56 8-16 150 2,5-3,5 8-12 190	75 1550 370 16,6 4,2 69,7 8-16 150 2,5-3,5 8-12 245	100 1550 370 24,6 5,04 124 10-20 150 2,5-3,5 7-11 370	125 1550 370 26,6 5,88 152,8 10-20 150 2,5-3,5 7-11 490	125 1550 370 25,10 5,46 137,0 10-20 150 2,5-3,5 7-11 440