2.3. Теплообменные устройства вращающейся печи мокрого способа производства

Теплообменные устройства предназначены для снижения расхода топлива и должны обеспечивать:

• интенсивный теплообмен межу материалом и газовым потоком;

• рациональное продвижение материала на различных участках;

• образование и сохранение гранул материала;

• предотвращение образования колец в печи;

• пониженное сопротивление газовому потоку;

• низкий пылеунос.

Комплекс теплообменных устройств обычно состоит из цепных завес и зацепных периферийных теплообменников, которые расположены в области температур материала до 500ºС и выполнены в виде цепных ковриков, а при более высоких температурах – в виде керамических теплообменников (рис. 14.). При вращении печи на начальном участке цепи покрываются пленкой шлама, которой непосредственно передается тепло от газового потока конвекцией.

Рис. 14. Расположение теплообменников в печи

После частичного высыхания шлама и достижения критической влажности материал ссыпается с цепей, при этом обеспечивается регенеративный теплообмен, когда цепь нагревается в газовом потоке в верхнем положении и отдает тепло материалу при погружении в него.

Способы характеристики цепных завес

1. Способ навески: гирляндная; свободновисящая; комбинированная; коврик; шторка.

2. Длина цепной завесы L_ц, м.

3. Масса цепной завесы М_ц, т.

4. Удельная масса цепной завесы – отношение массы цепей М_ц к массе клинкера за час : т_ц = M_ц / .

5. Поверхность цепной завесы F_ц, м².

6. Удельная поверхность цепной завесы – отношение поверхности цепей F_ц к массе клинкера за час : f_ц = F_ц / .

7. Коэффициент плотности завесы – отношение поверхности цепей F_ц к поверхности футеровки F_ф: k_F = F_ц / F_ф.

8. Длина цепи l_ц, м.

9. Просвет под цепями h_ц, м.

10. Вид цепей: круглозвенные; овальные.

11. Диаметр звена цепи D_ц, мм.

12. Диаметр прутка цепи d_ц, мм.

13. Масса 1 м цепей, кг/м.

14. Поверхность 1 м цепей, м²/м.

Существуют различные способы навески цепей: свободновисящая и гирляндная. Если цепи крепятся к корпусу печи одним концом, то такая завеса является свободновисящей; если двумя концами – гирляндной. Выбор вида навески определяется свойствами сырья. Если шлам способен создавать гранулы и сохранять их по всей печи, то рекомендуется гирляндная завеса. Если же сырье не способно к грануляции, то предпочтение имеет свободновисящая завеса. Это обусловлено тем, что после цепей в свободной части печи теплопередача от газового потока к материалу для гранул приблизительно на 25% выше, чем для пылевидной фракции. Поэтому в этих условиях навешивается трехзаходная перекрещивающаяся гирляндная завеса, способствующая образованию гранул, и на выходе из цепей поддерживается температура материала ~95ºС и влажность ~5%. При этом вследствие повышенного теплообмена до зоны спекания материал нагревается до ~1300ºС. На рисунке 15 приведена схема навески трехзаходной перекрещивающейся гирляндной цепной завесы для печи 5×185 м производительностью 72 т/ч.

Рис. 15. Схема навески гирляндной цепной завесы

в печи 5×185 м производительностью 72 т/ч

Если же шлам не склонен к образованию гранул, то из-за пониженного теплообмена в свободной части печи, на участке от цепей до зоны спекания можно нагреть его не на ~1200ºС, как в предыдущем случае, а всего на ~900ºС. Поэтому, чтобы к зоне спекания температура материал достигала 1300ºС, необходимо обеспечить на выходе из цепей ~400ºС, что обеспечивается установкой мощной свободновисящей цепной завесы. Вариант рациональных схем свободновисящих цепных завес приведен на рис. 16.

Рис. 16. Схемы навески свободновисящей цепной завесы

в печи 5×185 м производительностью 72 т/ч

При подборе схемы цепную завесу в зависимости от свойств материала целесообразно разделить на 3 участка: текучего, вязко-пластичного и сыпучего состояния. Первый участок в основном выполняет функцию фильтра подогревателя, т.е. улавливает пыль из газового потока и поэтому здесь следует создавать уплотненную навеску. На втором участке для снижения газодинамического сопротивления завесы и предотвращения образования колец необходимо ускорять движение материала и поэтому навешивать тяжелые крупнозвенные цепи с d_ц≈30 мм и D_ц ≥ 120 мм под небольшим углом (45…50º) к оси печи. На третьем участке в области сыпучего материала для интенсификации теплообмена и увеличения срока службы цепей следует замедлять его движение путем увеличения угла линии навески до 70º и создания подпора материала с помощью «шторок». Это обусловлено тем, что в области регенеративного теплообмена при малом слое и времени пребывания цепи в нем она не успевает отдать необходимое тепло материалу и перегревается в газовом потоке. «Шторки» навешиваются по кольцу за два конца на один крепежный элемент, чтобы они внизу создавали порог для подпора материала. Цепи на коврике следует навешивать за два конца с небольшим провисом, чтобы они не разрушали футеровку и гранулы и покрывались внизу материалом. Горячий участок завесы и коврик должны выполняться из жаропрочных цепей.

Таким образом, преимущество гирляндной завесы заключается в более интенсивном теплообмене, пониженном расходе цепей и способности формировать гранулы. Недостатком является ограниченный коэффициент плотности (k_F ≤ 4), сложность навески и эксплуатации. При обрыве нескольких концов цепи спутываются, образуют комья и вследствие того, что они не опускаются в материал, исключаются из теплообмена. Преимущество свободновисящей завесы заключается в простоте навески, возможности создавать большую плотность, до k_F = 12, пониженном газодинамическом сопротивлении и возможности регулировать скорость движения материала в ней. Недостатками являются пониженный теплообмен, большая масса и предотвращение грануляции материала.

За цепной завесой устанавливаются периферийные керамические теплообменники, которые выполняются в виде перемешивающих полок и увеличивают теплообмен в два раза.