10.2.3. Работа печных систем с декарбонизаторами

1. Система PYROCLON-S без третичного воздуха с дополнительным сжиганием топлива в запечном теплообменнике впервые реализована фирмой «Гумбольдт» в 1966 году (Германия). Она не имеет широкого распространения, гак как позволяет увеличить производительность печи всего на 20...25%. Это обусловлено тем, что воздух для сжигания топлива в декарбонизаторе подастся через печь и, следовательно, практически сохраняется скорость газового потока как в печи без декарбонизатора со всеми вытекающими отсюда последствиями. Кроме того, возникают дополнительные проблемы при сжигании топлива в зоне спекания с повышенным коэффициентом избытка воздуха, что приводит, как было показано ранее (раздел 9, рис. 9.8), к снижению температуры горения.

Если еще больше топлива подать в декарбонизатор, то следует еще больше повысить коэффициент избытка воздуха, в результате дополнительно снизится температура горения, и может не произойти спекание клинкера.

2. Система RSP с третичным воздухом и декарбонизатором камерно-циклонного типа впервые реализована в Японии в 1967 г. Принцип работы системы заключается в следующем. В декарбонизаторе сжигается около 60% топлива и подается весь материал из ΙΙΙ -ей ступени, а далее газо-материальная смесь смешивается с отходящими из вращающейся печи газами и направляется в нижний циклон, из которого выделенный материал поступает во вращающуюся печь. Параметры, которые реально достигнуты в производстве, свидетельствуют, что в декарбонизаторе диссоциирует до 95% СаСО₃. Преимущество системы заключается в небольших габаритах декарбонизатора, размеры камеры которого для печи мощностью 3000 т/cyт равны около 5 м. В то же время система имеет ряд недостатков. Вследствие того, что сечение печи в ~ 4 раза больше, чем сечение газохода третичного воздуха, то в декарбонизатор, как правило, поступает недостаточно воздуха на горение топлива, возникает недожог с многими негативными последствиями, о чем будет сказано далее. Для преодоления этого недостатка предусмотрен шибер за печью. Однако в области высоких температур шибер, как правило, не регулируется, а при его значительном перекрытии существенно увеличивается сопротивление системы и порой не хватает тяги дымососа. Другим недостатком является низкая температура третичного воздуха вследствие отбора его из средней части холодильника, а не из головки печи.

В 70-х годах двадцатого века эта система была наиболее прогрессивной, и поэтому в бывшем СССР было построено 6 таких линий с печами Ø4,5х80 м: в России, Украине, Узбекистане, Молдавии и Белоруссии. В настоящее время из-за указанных выше недостатков такие линии находят ограниченное применение.

3. Декарбонизатор с восходящим вертикальным газоходом. Печные системы с декарбонизатором в виде восходящего вертикального газохода высотою ~ 80 м получили в последние годы наибольшее распространение. Одним из типовых является решение фирмы KHD Humboldt Wedag PYROCLON-R.

Декарбонизатор представляет собой восходящий газоход с поворотом вниз, в котором протекает самая теплоемкая реакция клинкерообразования - разложение известняка. Для ускорения процесса диссоциации температура после декарбонизатора обычно поддерживается на уровне 850...880⁰С. В схемах с декарбонизатором сырьевая мука из циклопа IV-ой ступени направляется в нижнюю часть декарбонизатора, откуда уносится в вверх, где происходит интенсивный теплообмен между газом и материалом. Пройдя декарбонизатор, мука попадает в циклон V-ой ступени и далее подается в печь, степень декарбонизации материала может составлять 95 %. В декарбонизатор подается ~ 60 % топлива от общего количества. Третичный воздух направляется на горение из головки печи с температурой около 950°С. Преимущества схемы заключаются в простоте конструкции декарбонизатора, низком газодинамическом сопротивлении и высокой температуре третичного воздуха.

4. Система с разделенным газовым и объединенным материальным потоками. Система с двумя независимыми разделенными газовыми потоками из печи и декарбонизатора и объединением материала в декарбонизаторе. Реализована фирмами Fives Cail Babcock (Франция) и FLSmidth (Дания). Особенность данной системы заключается в организации двух независимых областей сжигания топлива и газовых трактов со своими обособленными дымососами. Одна газо-топочная система представляет собой вращающуюся печь с ветвью циклонного теплообменника, другая декарбонизатор со второй ветвью теплообменника.

Снижение NO_x в отходящих газах. Одной из проблем печей сухого способа является повышенная концентрация NO_x в газовой среде вследствие высокой температуры факела. Все машиностроительные фирмы предлагают способы снижения NO_x в отходящих газах. Один из вариантов реализован фирмой KHD Humboldt Wedag созданием декарбонизатора Low NO_x (рис. 10.14). Суть процесса заключается в восстановлении NO_x по реакции:

2 NO_x + СО = N₂+ СО₂

которая обеспечивается созданием восстановительной среды на локальном участке декарбонизатора, выделенного на рисунке красным цветом.