Трубчатые вращающиеся печи

Переработка мелкого сыпучего материала без его рас­плавления с успехом производится в трубчатых вращающихся печах. В длинной футерованной трубе чаще всего противотоком движутся нагреваемый материал и про­дукты горения топлива. Движение материала происхо­дит благодаря небольшому наклону трубы в сторону выгрузки и вращению печи. При вращении материал поднимается на некоторую высоту и пересыпается вниз. При этом происходит хороший теплообмен с горячими газами все время обновляющейся поверхности материала. Теплообмену способствует также то, что материал, пересыпаясь, попадает на нагретую поверхность кладки за тот период, когда она свободна от слоя материала.

Все это определило высокую интенсивность теплообме­на в рабочем пространстве печи. Трубчатые вращающиеся печи используются для сушки различных материалов, удаления химически свя­занной влаги при высоких температурах обжига и для спекания материала с образованием новых соединений. Это определило их применение при производстве глинозема в алюминиевой промышленности (спекание и каль­цинация). Они нашли применение и при переработке материалов, содержащих свинец и цинк. При этом цинк отгоняется в виде окисла и улавливается из отходящих газов. Барабанные печи используются для обжига суль­фидных материалов.

На рис. 131 представлена печь для спекания алюми­нийсодержащего материала с образованием раствори­мого алюминиевого соединения. Основной элемент пе­чи— железный барабан 3 длиной до 150 м и диаметром 2,0—3,8 м. Барабан футеруется высокоглиноземистым или шамотным кирпичом. Печь работает по принципу противотока. Шихта сухая или мокрая в виде пульпы с содержанием влаги 40—42% поступает в барабан через торец 6 (холодный конец) и медленно перемещается к головной части 2 (горячий конец) навстречу газам. Из барабана продукт спекания—спек — ссыпается в холо­дильник, расположенный под печью и представляющий собой также барабан длиной до 30 м и диаметром до 2,5 м. В барабане спек охлаждается движущимся на­встречу воздухом или водой, орошающей холодильник сверху. При охлаждении спека воздухом последний про­сасывается через холодильник вентилятором (на рисун­ке не показан) и используется при сжигании топлива. Для нагрева печи применяют мазут, газ или угольную пыль. Форсунки или горелки располагают в головной части барабана. Дымовые газы, содержащие значитель­ное количество пыли, через дымоход 8 направляются на очистку в пылевые камеры, в электрофильтры и даже иногда в скрубберы. Только после этого дымовые газы с помощью дымососа отводятся в дымовую трубу. Фу­терованный и загруженный шихтой барабан имеет боль­шую массу (масса печи длиной 70 м около 400 т). С по­мощью специальных бандажей 4, закрепленных снару­жи кожуха, печь опирается на вращающиеся ролики 11 с бронзовыми подшипниками. Вращение производится от мотора 10 через редуктор и венцовую шестерню 5, укрепленную с помощью пружин на кожухе печи. Бара­бан вращается обычно с частотой 0,6—2 оборота в ми­нуту. Частоту вращения можно изменять, регулируя контроллером число оборотов мотора.

Печь монтируют с уклоном в 3—6%. Во избежание схода барабана с опор используются упорные ролики 12, расположенные горизонтально, в которые сбоку упи­рается бандаж.

Горячий конец печи входит в топливную (разгрузоч­ную) головку 1, устраиваемую обычно откатной. Между концом барабана и топливной головкой ставится лаби­ринтное уплотнение в виде диска 13, укрепленного на барабане и вращающегося в коробке, укрепленной на то­пливной головке. В передней стенке топливной головки имеются отверстия для горелок или форсунок. К голов­ке примыкает устье канала, по которому спек пересыпа­ется в холодильник.

Холодный конец печи входит в загрузочную коробку 7. Загружают сухую шихту посредством патрубка, проходящего через загрузочную коробку печи (на рисунке не показан). Пульпу в печь либо наливают, либо распыливают форсунками. Во избежание образования насты­лей на внутренней поверхности холодного конца бара­бана имеется отбойное приспособление 9, состоящее из стальной болванки, прикрепленной цепью к загрузочной головке. При вращении барабана болванка разбивает настыли.

На рис. 132 приведен график, характеризующий те­пловой режим печи. Согласно этому графику печной ба­рабан по длине может быть разбит на четыре зоны, а именно: зону сушки и обезвоживания (I), зону кальци­нации или разложения (II), зону спекания (III) и зону охлаждения (IV). Максимальная температура газов в зоне спекания, где она достигает 1600° С. При нормаль­ной работе печи температура отходящих газов в борове составляет 400—500° С. Этот график обеспечива­ет правильный режим спекания и нормальную работу электрофиль­тров.

Производительность печи при мокрой боксито­вой шихте 12 т/ч спека и выше. Главные факто­ры, влияющие на произ­водительность: толщина слоя материала в печи, частота вращения печи, влажность шихты и ее химический состав. Сред­ний удельный расход те­пла составляет 6300—7100 кДж на 1 кг спека. Ниже приводится тепловой баланс трубчатой печи спекания.

Повышение к. п. д. печи достигается оптимизацией условий сжигания топлива, более полным использовани­ем тепла спека для подогрева воздуха, используемого для сжигания топлива, лучшей тепловой изоляцией печи.

Основы расчета вращающихся трубчатых печей

Из расчетов горения топлива и теплового баланса печи на­ходят количество газов, образующихся в печи при средней ее температуре V_t, м³/с. Тогда внутренний диаметр печи (D_вн, м) может быть найден по формуле

где ω_t — допустимая скорость движения газов в печи при средней ее температуре, м/с; скорость газов принимается в пределах 3—8 м/с. При влажной шихте скорость берется больше, при сухой и мелкой шихте во избежание большого пылеуноса — меньше.

Далее находят коэффициент заполнения сечения пе­чи материалом φ. Значение φ определяют из условия прохождения (транспорта) материала через печь при за­данной производительности по шихте (G, кг/ч):

где γ — насыпная масса материала в печи, кг/м³;
ω_м — скорость поступательного движения материа­ла, м/ч (ω_м = 0,0963 D_внβ/τ₀, где τ₀ — длитель­ность оборота печи, ч; β— угол наклона печи к горизонту; τ₀ и β берутся из заводской прак­тики) .

После вычисления φ находят размеры хорды откры­той поверхности шихты l₁ и дуги l₂ закрытой поверхно­сти материала (рис. 133) по площади заполнения сечения печи шихтой

Плотность теплового потока на открытую поверхность шихты (q’) рассчитывается по методике, описанной для пламенных печей [уравнения (9.1), (9.2) и др.]. Плотность теплового потока к шихте на закрытой части стенки печи (q”) по Д. А. Диомидовскому принято считать как переданное излучением и рассчитывать по уравнению:

где T_ст и T_м — средние температуры стенки и материала.

Средняя температура материала принимается как среднеарифметическая температура материала в начале и конце печи Т_м = (Т^н_м + Т_м)/2.

Средняя температура футе­ровки берется как среднеариф­метическая средних температур газа и материала Т_ст = (Т_г + Т_м)/2.

При определении средней тем­пературы газов берется ее значе­ние в начале и конце печи.

Приведенная степень черноты (ε_прив) рассчитывается по фор­муле для параллельных поверх­ностей:

где ε_ф и ε_м — степени черноты футеровки и материала соответственно.

Исходя из теплообмена в печи при известном полез­ном расходе тепла на 1 кг перерабатываемой шихты
(Q_техн, кДж/кг) можно найти необходимую длину пе­чи (м):

Полученные размеры печи корректируются по вре­мени пребывания материала в печи (ч):

Если τ меньше времени, рекомендуемого технологи­ческим режимом, то проводится корректировка величин, определяющих τ.

Для более точного определения размеров печи рас­чет следует вести для каждой зоны отдельно, тогда об­щая длина печи будет равна сумме длин отдельных зон.