книги из ГПНТБ / Силенок, С. Г. Механическое оборудование предприятий строительной индустрии учеб. для студентов вузов

160 Глава 3. Оборудование для обжига цементного клинкера

Редуктор главного привода соединен с подвенцовой ведущей шестерней с помощью промежуточного вала с зубчатыми муфтами, а электродвигатель — с редуктором с помощью упругой муфты.

принимают равным 0,8—0,85.

Конструкция опор печи. Опоры вращающейся печи являются одним из ее основных элементов. Они состоят из двух смонтирован­ ных на раме роликов, плотно насаженных на вращающиеся в под­ шипниках оси. При вращении печи бандажи приводят в движение ролики опоры. Угол между вертикальной осью печи и линией, сое­ диняющей ось печи с осью ролика, составляет 30°. В современных конструкциях печей ролики вращаются на подшипниках качения.

Опорные устройства испытывают нагрузку не только в плоскости поперечного сечения печи, но и от осевых смещений печи при работе вследствие наклона оси, а также теплового расширения корпуса. В ранее выпускавшихся печах для фиксации определенного положе­ ния корпуса печи на одной из средних опор ставили опорные ролики с вертикальной осью. Рабочей поверхности роликов придавался не­ большой скос, такой же скос делался и на соответствующем бан­ даже. В настоящее время такая конструкция сохраняется только у коротких печей, имеющих не более трех-четырех опор; обычно это печи сухого способа производства. Для многоопорных длинных печей вводится система подвижных гидравлических упоров. Упоры действуют следующим образом.

Под влиянием собственного веса печь при вращении движется — «сползает» вдоль оси в сторону холодильника, поэтому ролик де­ лается несколько шире бандажа. Когда печь сползет до предела, ограничиваемого шириной ролика, автоматически включается си­ стема гидравлических цилиндров, толкающих подвижные упорные ролики, а через них весь корпус печи в сторону загрузочного ее кон­ ца. Когда верхняя кромка бандажа дойдет до соответствующей кромки ролика, действие гидроупоров прекращается. Печи, снаб­ женные гидроупорами, отличаются равномерным износом рабочих поверхностей роликов.

Конструкция бандажа. Способ крепления бандажей на корпусе печи существенно влияет на надежность ее работы. Существует несколько видов крепления бандажей. Современный вид крепления бандажа с подбандажной обечайкой — насадка с тепловым натягом. Бандаж надевается на уже приваренные к подбандажной обечайке и обточенные по внешней поверхности прокладки с расчетным зазо-

Уплотнения корпусов вращающихся печей. В зазоры между концами вращающейся печи и неподвижными камерами (пылеосадительной и шахтой холодильника) засасывается холодный воздух, который охлаждает поток горячих газов в печи, понижая его тем­ пературу и затрудняя регулирование процесса обжига клинкера. Кроме того, при случайных резких повышениях давления внутри печи, происходящих при нарушении режима обжига через зазоры печи, наружу могут прорваться запыленные печные газы. Такие прорывы газов обычно наблюдаются у разгрузочного конца. Газы отравляют воздух в цехе и загрязняют его пылью. Для уменьшения подсосов в зазорах и защиты от прорыва печных газов устанавли­ вают специальные уплотнения.

В современных печах используют уплотнения двух типов: ме­ ханические и аэродинамические. Принцип работы всех механиче­ ских уплотнений одинаков, они различаются только конструктив­ ным оформлением. Механическое уплотнение со скользящим коль­ цом ставится как на загрузочном, так и на разгрузочном концах вращающихся печей.

Наиболее широкое применение нашло аэродинамическое уплот­ нение. Воздух, проникающий через зазоры внутрь уплотнения, а также частично газы из печи отсасываются вентилятором.

§ 3. Печной агрегат, работающий по сухому способу

За последние годы в СССР сухой способ производства цемента получает все большее распространение. Новейшие мощные заводы сухого способа оснащают печными агрегатами с запечными теплообменными устройствами, подогревающими измельченную сухую сырьевую смесь (муку) в потоке горячих газов, выходящих из вра­ щающейся печи. Запечные теплообменные устройства позволили создавать агрегаты высокой производительности. Удельный расход тепла на обжиг при этом достигает рекордно низкой величины — почти 730 ккалікг клинкера.

Существуют различные конструкции теплообменников, подогре­ вающих сырьевую муку в потоке горячих газов: циклонные, труб­ чатые, дисперсно-фонтанирующие. Современные цементные печи оснащают циклонными теплообменниками. Они наилучшим образом утилизируют тепло отходящих газов, и их можно питать смесью грубого помола, что упрощает схему сырьевых помольных устано­ вок (мельниц) и уменьшает расход электроэнергии.

На рис. П-25 представлена принципиальная схема печного аг­ регата с печью 4 X 60 м, работающего по сухому способу.

Из сырьевого отделения сырье, подсушенное до 1—2%-ной влажности, поступает в питательный бункер /, а оттуда в газоход 2. Для того чтобы все сырье, поступившее в газоход, было подхвачено потоком газов, скорость последних должна быть достаточно большой—

6*

12—18 м/сек (есть системы, где скорость газов доходит до 25 м/сек). Это требует значительных перепадов давления на всех участках, т. е. значительного разрежения в тракте. Разрежение в свою оче­ редь вызывает относительно большое гидравлическое сопротивле­ ние тракта, тем более что в каждом циклоне-теплообменнике из-за изменений поперечных сечений резко меняются скорости газового потока. Поток печных газов, стремящийся на выход вверх, увле­ кает с собой сырье, внося его в циклоны 3. Основная масса сырья

Рис. 11-25. Принципиальная схема печного агрегата с печью 4 X 60 ж

осаждается в этих циклонах и по трубам попадает в газоход (с бо­ лее горячими газами), соединяющий циклон 4 с циклоном 5. Сырье, оставшееся в газовом потоке, тоже вносится в циклон 5.

В циклон-теплообменник 5 газовая смесь (газ с содержанием сырья, близким к состоянию насыщения) вводится тангенциально,

поступают в газоход 6, соединяющий циклоны 4 и 7. Далее крупные фракции проходят циклон 4 и, выделившись из потока, по трубе 8 поступают в газоход 9, соединяющий печь 10 с циклоном 7, и, на­ конец, по трубе 11 направляются в печь. Обычно в агрегате уста­ навливают от 2 до 4 циклонов. За весь путь от газохода 2 до трубы / / сырье нагревается до 700—800 °С (в некоторых новейших конструк­ циях еще выше). Вследствие этого уже в теплообменниках начи­ нается декарбонизация сырья. Выходящие из печи газы должны иметь температуру не ниже 1000—1100 °С.

Печные газы, проходя по описанной системе газоходов и цикло­ нов, все больше и больше насыщаются пылью. Поэтому, несмотря на высокий коэффициент осаждения пыли в циклонах последней ступени, при выходе из системы запечного теплообменного устрой­ ства газы выносят с собой значительные количества пыли — 20— 25% всего количества вводимого сырья. В лучших в этом отноше­ нии системах циклонных теплообменников запыленность газов' при выходе из последней ступени циклона составляет 60мг/м3. Нередки случаи, когда эта запыленность доходит до 20Э мг/м3. Такая запы­ ленность требует сильно ^развитых средств, пылеочистки.

На рассматриваемой схеме вся газовая смесь, выходящая из последней ступени циклонного теплообменника, проходит через группу батарейных пылеосадительных циклонов 12, которые имеют большое отношение высоты цилиндрической части к диаметру. Такие циклоны осаждают до 85% пыли, содержащейся в газовой смеси. Осажденная пыль через систему винтовых конвейеров и труб

13 возвращается в загрузочный конец печи, смешиваясь с основ­ ным сырьем, поступающим из циклонных теплообменников по тру­ бе / / .

Уже в значительной мере обеспыленные газы отсасываются из батарейных циклонов дымососом 14 и продуваются через электро­ фильтр 15, который доводит очистку их от пыли до требуемой нормы. После этого очищенные газы выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.

Пыль, уловленная электрофильтрами, транспортируется в рас­ пределительное устройство 16, из которого в зависимости от хими­ ческого состава либо направляется в печь вместе с пылью, осажден­ ной в батарейных циклонах, либо идет на отгрузку для использова­ ния в иных отраслях промышленности или в сельском хозяйстве. Пыль отходящих газов отличается значительно пониженным содер­ жанием СаО и повышенным содержанием щелочи и серного ан­ гидрида, поэтому возвращение этой пыли в печь не всегда воз­ можно.

Газы по отводу 17 от основного газохода, запирающемуся спе­ циальной заслонкой, поступают в общую дымовую трубу или в специальную дымовую трубу малого сечения. Этот отвод необходим для розжига печи. Обожженный клинкер из печи поступает в холо­ дильник 18, далее через дробилку 19, бункер 20 и по конвейеру 21 для передачи на склад.

Для преодоления значительных гидравлических сопротивлений в газовом тракте применяют дымососы, создающие высокое разре­ жение (500—600 мм вод.ст.). Вследствие этого, например, дымосос

14 установлен перед электрофильтрами. На столь высокое разреже-

ние большие плоские стенки корпусов электрофильтров не рассчи­ тываются: они получились бы чрезмерно массивными. Иногда ста­ вят два дымососа — один до и один после электрофильтров.

Следует отметить еще одну особенность печей сухого способа с циклонными теплообменниками. Размеры газоходов (их,попереч­ ные сечения) делаются такими, чтобы получить оптимальную рас­ четную скорость газов, обеспечивающую заданное перемещение сырья. При значительном уменьшении скорости газов поступающее

ства с использованием отходящих газов для сушки сырья в сырье­ вой мельнице работу собственно печного агрегата трудно отделить от работы оборудования сырьевого отделения и самой мельницы

вчастности.

Впечах сухого способа в отличие от печей мокрого способа процессы испарения свободной и связанной воды вынесены в за­ печные теплообменные устройства. Поэтому печь сухого способа получается значительно короче, чем печь мокрого способа. На об­ жиг сырья затрачивается значительно меньше тепла, поэтому одним

итем же количеством тепла в печи сухого способа можно обжечь соответственно больше клинкера. Таким образом, при одинаковой

удельной тепловой нагрузке в поперечном сечении зоны спекания печи для обжига одного и того же количества клинкера при сухом способе потребуется меньшее поперечное сечение печи в свету, т. е. меньший диаметр печи, чем при мокром.

В более коротких печах температура отходящих газов выше. Большинство современных печей сухого способа производства с циклонными теплообменниками имеет следующее соотношение

длины и диаметра:

1 5 < ^ < 1 7 .

На рис. П-26 показан температурный график печи 5x75 м (су­ хого способа производства) производительностью до 1800 т/сутки.

При общей расчетной длине печи 71,6 м одна лишь зона декарбо­ низации а занимает 65% длины. На долю зоны экзотермических реакций б приходится только 10%. Наконец, последние две зоны — спекания в и охлаждания г — занимают 25% общей длины. Соот­ ношение зон здесь совсем иное, чем в печи мокрого способа, но реак­ ции в соответствующих зонах те же. Как видно из приведенного графика, температура выходящих из печи газов достаточно высо­ кая.

До появления циклонных теплообменников заводы сухого спо­ соба производства оснащались вращающимися печами с запечными теплообменными устройствами в виде конвейерных кальцинаторов производительностью до 40—45 т/ч. Этот вид запечных устройств в СССР не получил достаточного распространения, и их в настоящее время не изготовляют.

§ 4. Основные расчеты вращающихся печей

Движение материала в печи. Для обжига клинкер необходимо передвигать по всей длине печи со скоростью, обеспечивающей время пребывания, достаточное для завершения всех необходимых реак­ ций. Достигается это за счет придания корпусу печи небольшого

материала в длинных печах, работающих по мокрому способу (дли­ ной 150 м и более), составляет около 3—3,5 ч, а в печах сухого спо­ соба — около 1,5—2 ч. Теоретически на завершение процесса об­ жига требуется: для мокрого способа 70—90 мин, а для сухого спо­ соба около 45—60 мин (в зависимости от состава сырья, его влаж-' ности и вида топлива). Материал заполняет поперечное сечение печи не полностью.

Вращаясь, корпус печи по внутренней поверхности футеровки увлекает за собой материал на некоторую высоту h (рис. П-27), со­ ответствующую расстоянию между центрами С и С площадей сег-

чи в м/мин; у н — насыпной вес материала; может быть принят для всех зон печи равным в среднем 1,2 т/м3.

nDin

Ü = - T Q Q - MlMUH.

Здесь n — число оборотов печи в мин; D — диаметр печи в свету в м.

Диаметр печи в свету можно найти из следующего выражения:

D=l,iyn. (11-17)

Общую длину печи в метрах подсчитывают по формуле

где D — диаметр печи в свету в м.

Приведенные выше формулы являются ориентировочными и в основном пригодны для расчета вращающихся печей средних диа­ метров.

Производительность печи можно определить также и по удель­ ному съему клинкера с 1 м2 футеровки (см. табл. 6 и стр. 154).

Определение мощности, необходимой для вращения печи. Мощ­ ность, необходимая для вращения печи,

где А\ — мощность, затрачиваемая на подъем находящегося в печи материала на высоту h, соответствующую углу естественного откоса і|) (см. рис. 11-27); N2 — мощность, затрачиваемая на удержание материала под углом N3 — мощность, затрачиваемая на преодоление трения в цапфах опорных роликов и других тру­ щихся частей (бурты вкладышей, упорные уплотнения, ролики и др.); JV4 — мощ­ ность, затрачиваемая на преодоление трения качения бандажей по роликам.

угол естественного откоса материала в град; h — высота, на которую поднят материал; h — R0 (1 — cos ty); t — время подъема в сек; * = ^ •