Печі киплячого шару: опис, принцип дії, застосування

Технології випалу виробничого і будівельного сировини застосовуються в різних галузях промисловості. Тонкі операції термічної переробки матеріалів вимагають використання спеціальних конструкційних рішень. Одним з них є піч киплячого шару (КС), що відрізняється складною конструкцією і багатофункціональністю.

Сфери застосування і призначення устаткування

Особливість використання печей даного типу обумовлена специфікою утилізації, переробки і виробництва промислової сировини. В якості цільового матеріалу може застосовуватися магнезит, брусит, цинкові концентрати, serpentinite, шлами магнієвого виробництва, оксидно-хлоридні елементи і т. д. Наприклад, піч киплячого шару керамзиту характеризуються тим, що виконує відразу кілька операцій для отримання потрібного продукту, зокрема, реалізуються процедури випалювання, сушіння та охолодження. Відмінною характеристикою печей КС є і безпеку процесу в плані захисту навколишнього середовища.


Після утилізації матеріалу досягається його знешкодження без небезпечних наслідків для місцевого екологічного фону. Також і пари, що випускаються в основному складаються з вуглекислого газу і водяного конденсату. Що ж стосується напрямків експлуатації, то печі КС знаходять застосування у виробничій інфраструктурі хімічних, металургійних, будівельних та інших підприємств. Також і на пунктах інженерно-комунікаційного обслуговування газорозподільних мереж зустрічаються подібні печі.

Технічний пристрій печей КС

Для випалу та утилізації більшості сировинних і відхідних продуктів використовуються конструкції, в основі яких закладена циліндрична вертикальна шахта. Деякі моделі відрізняються змінним перетином. Середні розміри складають 9-12 м по висоті і 6-8 м в діаметрі. Сама шахта має зварне виконання на сталевих пластинах, товщина яких досягає 12 мм. Усередині конструкції використовується типова футеровка дрібним шамотною цеглою. Робочу основу печі киплячого шару формує повітророзподільні подина (панель подачі) з повітряним коробом.


В залежності від конкретного проекту ця частина може виконуватися жаростійкої, беспровальной і забезпечує рівномірність повітряних потоків по всьому внутрішньому простору конструкції. Крім цього, в типову систему печей КС входять завантажувальні отвори, сопла, канали для відведення газів, майданчики допоміжного обслуговування, пристрої для охолодження і інші компоненти.

Пристрій зони киплячого шару

У цій частині конструкції проходять основні робочі процедури і реакції. Тут розташовується подина, форкамери і зливні пороги. Останні два пристрої в цілях збільшення часу перебування завантажувального матеріалу розташовуються в різних сторонах конструкції. Форкамера зазвичай має площу близько 15-20 м 2 . В цій же зоні розташовується бункер для шихти. Моделі печі для випалу в киплячому шарі промислового призначення розраховуються на одночасне утримання сировини з добовим запасом. Пересування матеріалу між різними функціональними блоками забезпечується стрічковими живильниками. Управління даною механікою може бути механічним і автоматизованим. Новітнє устаткування дозволяє контролювати процеси завантаження дистанційно за допомогою пульта ДУ.

Принцип роботи агрегату

Сам по собі киплячий шар утворює повітряну буферну зону підвищеного термічного впливу, в якій можна здійснювати термічні реакції з ширяючими твердими частинками. Утримання зернистого матеріалу в повітрі досягається завдяки висхідним потокам газу, підтримуваним соплами. У процесі роботи рідкі і тверді фази киплячого шару чергуються між собою. Наприклад, верхній рівень характеризується схожістю з поведінкою рідин, які перебувають у спокійному стані. Частинки з більш твердою структурою опускаються вниз печі киплячого шару. Принцип роботи агрегату ґрунтується на кількох операціях, які можуть виконуватися послідовно – це стадії нагріву, сушки та спалювання. Паралельно може виконуватися і процедура відгонки летких речовин, а також виведення залишків вуглецю. Найбільш вимогливою операцією з точки зору ресурсних витрат є нагрівання і сушіння. У середньому вони виконуються при температурі 100-200 °С. Процес спалювання вимагає підтримання температур у факелі на рівні 500-1050 °С, але до цього моменту топка вже виходить на оптимальний робочий стан після прогріву.

Завантаження печей киплячого шару

Завантаження і підведення до зони кипіння може здійснюватися трьома шляхами в залежності від конструкції:

Прямо всередину робочої зони кипіння. Подача виконується потужностями здвоєних шнеків, які розташовуються нижче розвантажувального порога. Цей спосіб вигідний зниженням пилоутворення в процесі завантаження, але вимагає більше простору і енерговитрат.

Зовні на поверхню шару. Рідкісна схема завантаження, яка використовується тільки в печах підвищеної потужності.

Через форкамеру. Спосіб застосовується у вітчизняних печах для випалу в киплячому шарі, забезпечуючи переваги у вигляді рівномірної і безперервної подачі цільового матеріалу в камеру.

В принципі процес подачі досить простий, але в умовах великого виробництва на високій швидкості завантаження можуть зростати вимоги до операторської регулювання температури. Наприклад, зустрічаються проблеми зниження темпів нагріву, з-за чого зупиняється і подача сировини в бункер на автоматичних системах управління.

Температурний режим печі КС

Кожному виду концентратів потрібно свій режим термічної обробки. Нерідко відповідні параметри випалу підбираються дослідним шляхом, але відповідно до нормативів повинні враховуватися також хімічні та мінералогічні властивості сировини. Так, для концентратів з підвищеним вмістом свинцю, заліза та кремнезему застосовуються помірні температури. Це дозволяє мінімізувати небажане освіта силікату і спікання матеріалу. Середні режими такої обробки знаходяться в межах 900-1000 °С. Конт роль температури в печі киплячого шару зазвичай здійснюють термопарами, які фіксуються в точках робочої зони. У кожному шарі допускається невелике відхилення близько 15-20 °С. Ручне регулювання температури також передбачає операцію охолодження водою – цей метод частіше використовують на зарубіжних підприємствах.

Тягодуттьові параметри печі КС

Вже зазначалося, що повітряні потоки відіграють одну з ключових ролей у робочому процесі даного обладнання. Як мінімум, вони реалізують дві функції: підтримку оптимального псевдожидкого стану сировини і окислення сульфідів при випаленні. Забезпечення достатніх умов для протікання основних робочих процесів можливо тільки за підтримки відповідного тиску повітряних потоків. Наприклад, тиску 15-16 кПа при швидкості потоків 10-12 м/с буде достатньо для підтримки 100-сантиметрового печі киплячого шару. Принцип дії агрегатів з тягодуттьові пристрої допускає і вертикальну циркуляцію повітря, але важливо враховувати, що перевищення рівня тиску саме в цьому контурі циркуляції може призвести до видування матеріалу за межі зони кипіння.

Виведення продуктів згоряння

Для випуску відпрацьованих газів використовується система циліндричних патрубків, які за принципом витяжки охоплюють всю зону кипіння. І знову ж, обсяги абсолютного виведення гарі порівняти з показниками інших промислових печей для випалу. Це пояснюється кількома етапами постобробки. Так, існують стадії вторинної переробки горючої органічної частини шихти з вигорянням вуглецевих залишків киплячого шару в печі. Процес продовжує реакція прожарювання зольного осаду при температурах 700-1050 °С. Перед тим як механіка вивантажить відходи, відбувається і дезодорація газів, що також обумовлює надійність роботи печей КС. І тільки після цього за межі робочої площадки обслуговуючий персонал вивозить залишки незгорілої золи.

Розрахунок конструкції агрегату

При розрахунку печей КС використовують декілька параметрів, серед яких властивості і характеристики цільового сировини, а також вимоги до обсягів відпрацьованого газу з виділенням пилоподібних фракцій. На основі цих даних визначаються показники роботи функціональних вузлів конструкції. У промислових системах розрахунок печі киплячого шару зазвичай робиться на основі стандартного виробничого обсягу в 50 тис. м 3 /рік, для якого будуть актуальні наступні робочі параметри:

Щільність фракції сировини – 540 кг/м.

Температурний режим у зоні термічної підготовки – 350 °С.

Температура в топці для випалу – 1105 °С.

Температура виробничого сирцю – 10 °С.

Температура повітряного середовища – 16 °С.

Коефіцієнт використання агрегату – 09.

Втрати у процесі прожарювання – 12 %.

Плюси і мінуси печей КС

У агрегатів з підтримкою киплячого шару чимало переваг, обумовлених високою продуктивністю, функціональністю і гнучкістю у структурній перебудові. Особливо останні моделі зручні можливостями модульного компонування, що дозволяє з мінімальними витратами інтегрувати пічну станцію в інфраструктуру підприємств з індивідуальним проектуванням. Що стосується самого процесу експлуатації, то переваги випалу в печах киплячого шару полягають у низьких показниках паливного витрати, можливості застосування сировини дрібної фракції (06-2 мм) і технічної надійності. Відзначається і високу якість готового продукту переробки, але це стосується лише окремих матеріалів. Якщо говорити про мінуси печей КС, то головним буде високий коефіцієнт пылеуноса шихти. Уносимая з теплотехнічних вузлів пил становить 25 % від загального обсягу випуску. Даний ефект пояснюється активністю відхідних газів, які й розносять частинки дрібної фракції. На великих підприємствах з пылеуносом борються за допомогою циклонів, що встановлюються за пічними конструкціями. За зворотним каналами циркуляції ці агрегати повертають пил у топку або зольник.

Висновок

В Росії обладнання для промислового випалу давно користується високим попитом, і сьогодні існує чималий потенціал для проектування і випуску сучасних печей КС. Зокрема, підприємство «ТАГМЕТ» спеціалізується на виготовленні споруд для випалу вапняку. Комплексну розробку пропонує НВП «Кальцит». Зокрема, співробітники цього підприємства застосовують нові технології переробки дрібнозернистого матеріалу, що розширює спектр застосування печей киплячого шару. Виробник промислового обладнання Envirotherm також пропонує ряд інноваційних рішень. Без втрати в обсягах і швидкості випуску агрегати цієї компанії забезпечують багатоступеневу газоочистку і ефективне спалювання опадів киплячого шару. В кінцевому підсумку досягається екологічна чистота всіх похідних компонентів з повітряним середовищем. Також багато підприємств пропонують комплексну модернізацію вже існуючих, але застарілих печей КС з можливістю часткової заміни робочих модулів.