2.4. Печі для випалу вапняку
Перед випалом вапняк подрібнюють (щокові дробарки) і сортують (грохоти) на фракції певних розмірів. Для випалу вапна використовують переважно шахтні і обертові печі, рідше – печі з киплячим шаром, циклонно-вихреві печі, випалювальні машини з колосниковою решіткою, що обертається. Печі працюють на твердому, рідкому чи газоподібному паливі.
Шахтні печі є надійними в експлуатації, вимагають менших витрат палива, дозволяють використовувати низькосортне вугілля. У поперечному перерізі шахтні печі бувають круглі чи прямокутні. Вигляд печей в поздовжньому перерізі подано на рис. II.4.
Робоча висота шахти 10-28 м, діаметр до 6 м. Всередині шахтні печі футерують шамотною чи багатошамотною цеглою. Використання хромомагнезитових чи високоглиноземистих вогнетривів дозволяє значно збільшити термін служби печі. Для теплоізоляції використовують легковагові шамотні вогнетриви, мелений шамот чи трепел.
Шахтні печі є агрегатами неперервної дії. Через певні проміжки часу у верхню частину шахти завантажують попередньо подрібнені (до розміру 6-20 см) куски вапняку. Вапняк повільно просувається шахтою донизу і спочатку підігрівається, потім випалюється і далі охолоджується та вивантажується. Повітря для горіння поступає знизу, охолоджує вапно і подається в зону випалу вже підігрітим. Димові гази, піднімаючись догори, віддають тепло завантаженому вапняку. При випалі в шахтній печі розрізняють три зони:
I – висушування і підігріву матеріалу;
II – випалу (дисоціації карбонату кальцію);
III – охолодження.
Якщо в завантаженому матеріалі багато дрібних кусків, то в печі виникає великий опір рухові газів і погіршується тяга. Крім того дрібніші куски швидше випалюються і тривалий час займають об’єм пічного простору, будучи вже випаленими. Чим однорідніший розмір кусків тим легше регулювати режим випалу і вища продуктивність печі. Тому при наявності на заводі двох печей доцільно провадити пофракційний випал вапняку.
В залежності від виду палива і способу його спалювання шахтні печі ділять на:
- пересипні;
- довгополуменеві;
- газові.
В пересипних шахтних печах тверде паливо завантажують разом з вапняком. По ходу руху суміші шахтою донизу, паливо згорає, нагріваючи вапняк. В цих печах використовують паливо з малим вмістом летких речовин (антрацит, кокс, пісне вугілля), які при горінні дають коротке полум’я. Тривалість горіння палива повинна відповідати тривалості випалу вапняку. Витрата умовного палива складає 13-18 % від маси випаленого вапна. Пересипні шахтні печі характеризуються низькою витратою палива, простою будовою, не потребують частих ремонтів, проте якість вапна гірша, ніж у газових печах. Отримане вапно випалене нерівномірно і містить перепал, що повільно гідратується. Також погіршує якість вапна зола, що залишається від згорання палива.
В довгополуменевих шахтних печах паливо попередньо спалюють у виносних топках, звідки гарячі гази поступають в шахту через спеціальні отвори в її стінках, розміщені приблизно на 1/3 висоти від її основи. Тут використовують паливо з великим вмістом летких речовин (довгополуменеве вугілля, торф, дрова, сланці, мазут).
Газові печі працюють, як правило, на природному газі. Теплоносій піднімається вгору по шахті, головним чином вздовж її стін. В результаті цього вапняк, що знаходиться в центрі поперечного перерізу шахти випалюється слабше ніж той, що знаходиться біля стінок печі. Тому газові печі з круглим перерізом мають діаметр не більше 1,8 м.
Обертові печі мають низку переваг у порівнянні з шахтними:
- велика продуктивність (до 1200 т/добу);
- висока якість випаленого вапна (рівномірність випалу і висока ступінь дисоціації вапняку);
- можливість випалу дрібних фракцій;
- порівняно невелика тривалість випалу;
- менші затрати робочої сили на випуск одиниці продукції.
Недоліком обертових печей є вища витрата палива та електроенергії і значний пиловиніс (10-15%), що вимагає встановлення ефективних пиловловлюючих апаратів.
Обертова піч – це стальний барабан діаметром 2,0-3,6 м, довжиною 30-110 м, нахилений під кутом 3-5о. Для випалу використовують тверде пилоподібне, рідке (мазут) і газоподібне (природний газ) паливо. Витрата умовного палива – до 20-30 % маси випаленого вапна. В обертову піч можна завантажувати дрібні фракції вапняку, або сметаноподібну масу – шлам, що містить 35-45 % води.
Реактор киплячого шару для випалу вапна забезпечує швидку передачу великої кількості теплоти від газу до випалюваного матеріалу. Через шар матеріалу, який знаходиться на решітці пропускають висхідний потік газу зі швидкістю, при якій в шарі відбувається неперервна циркуляція окремих частинок. В такому стані матеріал якби отримує текучість, тобто він стає подібним на рідину (відбувається його псевдозрідження). При цьому частинки матеріалу постійно перемішуються, що сприяє вирівнюванню температур по всьому шару та інтенсифікує теплопередачу. Таким чином температуру газів можна підтримувати близькою до теоретичної температури дисоціації вапняку.
Реактор (рис. II.5) є металевою, футерованою всередині шахтою, розділеною по висоті вогнетривкими решітчастими склепіннями на три-п’ять зон. Для переходу матеріалу з однієї зони в іншу до решіток приєднані труби з легованої сталі. Висота киплячого шару визначається відстанню від обрізу переливної труби до решітки.
Випал вапняку в реакторі дозволяє отримати вапно високої якості при невеликій витраті палива. Недоліком реактору є великий пиловиніс (до 30 %) і можливість випалу лише дрібних фракцій вапняку (до 12 мм).
