12.2. Вращающиеся печи

Для производства цемента мокрым способом применяют вращающиеся печи с внутренними теплообменными устройствами размерами 3,6х150, 4х150, 4,5х150, 5х185 и 7х230 м, а сухим – печи с внешними теплообменными устройствами размером 4х60, 4,5х75 и 6,4х95 м.

Рис. 12.2. Печной агрегат с вращающейся печью 7 х 230 м:

1 – холодильник клинкера; 2 – клинкерный конвейер: 3 – вращающаяся печь: 4 – шлампитатель; 5 – пыльная камера; 6 – элоктрофильтр; 7 – дымосос; 8 – дымовая труба

Печи мокрого способа производства цемента (рис. 12.2). Вращающаяся печь состоит из цилиндрического корпуса с бандажами и венцовых шестерней, привода вращения, роликовых опор, встроенных и выносных теплообменников, холодной и горячей головок с уплотнительными устройствами.

Корпус состоит из металлических секции (обечаек), сваренных из листов толщиной 24...50 мм, на которых через прокладки крепятся массивные кольца прямоугольного сечения – бандажи. Их готовят литыми для печей диаметром менее 4 м или сварными из двух половин. Бандажи на подшипниках качения опираются на роликовые опоры. Печь монтируется с уклоном к горизонту 3...4, а для удержания ее в определенном положении на роликовых опорах монтируется система гидравлических упоров. Роликовые опоры собирают на металлической раме, которая устанавливается па массивном железобетонном фундаменте. Печь приводится во вращение от электродвигателя через редуктор, подвенцовую и венцовую шестерни.

Корпус печи защищен футеровкой из огнеупорного кирпича. В местах соединения корпуса с пыльной камерой и горячей головкой ставят уплотняющие устройства.

Движение материала и газов в таких печах противоточное. Сырьевая смесь перемещается к нижнему концу печи за счет ее уклона и вращения. Навстречу движется тепловой (газовый) поток. Теплоту газового потока лучеиспусканием и конвекцией воспринимают открытые поверхности футеровки печи и материала. Закрытые поверхности материала получают теплоту путем теплопроводности. Скорость движения .материала должна соответствовать необходимой длительности пребывания исходного сырья при оптимальной температуре обжига Для увеличения продолжительности пребывания обжигаемого материала в печи часть ее расширяют, но это расширение вызывает задержки материала в местах стыков обечаек различных размеров. При этом повышается истирание гранул и они превращаются в пыль, следовательно, повышается пылеунос.

Тепло- и массообмен в значительной мере определяются степенью развитости поверхности теплопередачи. На участке вращающейся печи, где находится сухой шлам, заполняющий 7...15 % сечения печи, интенсивность нагревания материала снижается. Для повышения теплообмена устанавливают различные теплообменные устройства для увеличения поверхности соприкосновения материала с газовым потоком и интенсифицирования передачи теплоты. Эти устройства различают по конструкции и способу передачи теплоты, основными из которых являются звеньевые и гирляндные, ячейковые металлические и керамические, в виде пересыпающих лопастей, циклоидные и экранирующие.

Цепные завесы навешивают в зоне подогрева и сушки. При вращении печи цепи омываются газовым потоком и аккумулируют теплоту. Погружаясь в сырьевую смесь (шлам) они отдают часть теплоты, улучшая таким образом контакт газового потока со шламом и повышая степень открытой поверхности материала, из которого интенсивнее испаряется влага.

Применяют в основном завесы двух видов: свободно висящие и гирляндные. Свободно висящая навеска цепей используется при обработке шламов с высокой начальной влажностью. Эффективность теплообмена повышается прямо пропорционально плотности навеса печей. Несмотря на простоту конструкции, недостатком таких навесок является их высокое гидравлическое сопротивление, что требует мощных дымососов и ведет к перерасходу электроэнергии. Свободно висящие цепные завесы навешивают, используя способ коридорной системы, в шахматном порядке на равном расстоянии друг от друга или на продольных полках, несколько смещенных но отношению к оси печи. Более рационален второй вариант, так как при нем интенсифицируется продвижение вязкого шлама вдоль печи.

Направление навески цепей должно соответствовать направлению движения материала, т. е. при вращении печи первыми должны подниматься концы цепей ближние к головке печи. При этом они вытягиваются из материала в направлении его движения и помогают ему перемещаться, а также цепями поднимается часть материала, что способствует более интенсивному перемешиванию шлама.

Рис. 12.2. Ячейковые теплообменники:

а, б, в – металлические; г – керамические

Ячейковые теплообменники, т. е. печь разделена на ячейки (рис. 12.2), по которым вдоль полок теплообменника проходит расчлененный поток обжигаемого материала, что уменьшает термическое сопротивление слоя и улучшает перемешивание материала. Полки теплообменников аккумулируют теплоту газового потока и передают ее путем излучения и теплопроводности материалу. Для керамических теплообменников характерно повышенное гидравлическое сопротивление по сравнению с металлическими, связанное со значительным сужением поперечного сечения печи. Металлические теплообменники устанавливаются в той части вращающейся печи, где температура газового потока не превышает 1000 °С.

Недостатками таких теплообменников являются их значительная масса, что может повлечь разрушение корпуса печи и повышенное пылеобразование.

Звеньевые и гирляндные теплообменники – это набор массивных звеньев, сочлененных между собой шарнирами, ячейки теплообменника крепятся к корпусу печи. Точки крепления каждого последующего ряда ветвей смещены на 15° по окружности. Ими перекрывается полное условное сечение печи.

Во время прохода газового потока по печи звенья теплообменника накапливают теплоту, а при погружении в слой материала отдают. Более полно погружается в материал гирляндная конструкция, поэтому она эффективнее в тепловом отношении.

Теплообменники в виде пересыпающих лопастей изготавливают из металла или керамики. К ним относятся также различные типы рифленых футеровок. В момент пересыпки материал находится во взвешенном состоянии и поэтому интенсивность его нагрева максимальна.

Экранирующие теплообменники – это грибовидные башмаки, установленные непосредственно над керамической футеровкой и выполненные из стали или чугуна. В результате повышения поверхности теплоотдачи и изменения теплопроводности поверхностного слоя футеровки количество переданной материалу теплоты повышается на 20...25 %. Основным недостатком является замазывание поверхности теплообменников шламом, вследствие чего резко сокращается их эффективность.

Циклоидный теплообменник – это набор трапециевидных металлических лопастей, изогнутых но определенному радиусу. Обжигаемый материал скользит по внешней поверхности элементов теплообменника без отрыва, что обеспечивает минимальное пылеобразование.

Теплообменные устройства, встроенные в печь, несколько сокращают удельный расход, топлива на обжиг клинкера, однако в целом проблемы не решают. Поэтому применяют метод предварительного механического обезвоживания шлама в фильтр-прессах до остаточной влажности 18...19 %. Производительность автоматизированных фильтр-прессов 50...60 т/ч клинкера на один агрегат. При этом удельный расход теплоты составляв 3500...4600 кДж/кг клинкера. Отфильтрованный продукт поступает во вращающуюся печь с короткой цепной завесой.

Печи сухого способа производства цемента конструктивно несколько отличаются от печей мокрого способа. Так, в них значительно меньше отношение длины к диаметру, венцовая шестерня монтируется ближе к холодному концу, выше температура отходящих газов.

В печах такого тина для сушки и подогрева сырьевой смеси применяют конвейерные кальцинаторы и циклоидные теплообменники, и которых сырьевая смесь высушивается, подогревается, дегидратируется и частично декарбоцизируется. Так как в печь подастся только сухое сырье, то используют только запечные теплообменники, позволяющие утилизировать теплоту отходящих газов. Поэтому удельный расход теплоты па обжиг 1 кг клинкера составляет 3100 кДж.