Экономия топлива при производстве извести - Нехлебаев Ю.П.

Автор: Нехлебаев Ю.П.

Теги: взрывчатые вещества топлива производство гипса, извести, цемента вяжущие материалы строительные растворы и смеси строительные материалы строительные технологии энергосбережение химические технологии

Год: 1987

Похожие

Химия и технология извести

Печи для производства извести. Справочник

Реакции в смесях твердых веществ

Гидратация портландцемента: учебное пособие

Текст

Экономия
топлива
и электроэнергии

Ю. П. Нехлебаев

экономия

ТОПЛИВА

ПРИ ПРОИЗВОЛ ТВЕ
ИЗВЕСТИ
УДК 662.004.18:666.923.046.4

Рецензент И.И. Завражин

УДК 662.004.18:666.923.046.4

Экономия топлива при производстве извести (Экономия топлива и электроэнер-
гии) . Н е х л е б а е в Ю. П. М.: Металлургия, 1987,136 с.

В книге раскрыта сущность основных понятий, используемых в технике произ-
водства извести. Описаны основные свойства известняка. Приведены результаты
теплового анализа процесса обжига и рекомендованы условия, соблюдение кото-
рых обеспечивает минимальные затраты топлива на обляг. Разработаны и рекомен-
дованы к внедрению способы теплового совершенствования эксплуатируемых из-
вестковых печей и технология подготовки известняка к обжигу. Приведены
примеры тепловых расчетов технологических схем печей, рекомендуемых к внед-
рению.

Для инженерно-технических работников и специалистов, занимающихся иссле-
дованием, созданием и эксплуатацией известковых печей в металлургической,
строительной, пищевой и других отраслях промышленности. Ил. 42. Табл. 36.
Библиогр. список: 99 назв.

Производственное издание

Юрий Петрович Нехлебаев

ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА.

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗВЕСТИ

Редактор издательства И.Д. Ниэовцева

Художественный редактор А.А. Якубенко

Технический редактор Е.К. Астафьева
Корректор В.Б. Левин

Подписано в печать 10.04.87 Т-11317

Формат бумаги 60X90 1/16 Бумага офсетная № 2

Печать офсетная Усл. печ. л. 8,5 Усл. кр.-отт. 8,75 Уч.-издл 8,76

Тираж 815 экз. Заказ 1814 Цена 45 к. Изд. № 1208

Набрано в издательстве "Металлургия”
на НПТ оператором Т.Ю. Смирновой

Ордена Трудового Красного Знамени
издательство "Металлургия”, 119857, ГСП, Москва, Г-34,
2-й Обыденский пер., д. 14

Московская типография № 9 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и кдцжнойтвргцвпи
109033, г. Москва, Волочаевская ул., д. 40

2601000000 - 156

Н-----------------96 - 87

040(01) -87

Условные обозначения................................................ 6

Глава I. Исходные материалы для производства извести................ 8

1. Известняк...................................'................. 8

2. Топливо...................................................... 12

Глава И. Основные понятия и определения............................ 13

Г л а в а III. Теоретические основы получения минимального количества
теплоты на обжиг................................................. 20

1. Расчет величин, определяющих расход теплоты на обжиг......... 29

2. Производительность процесса обжига.......................... 30

3. Об интенсификации процесса обжига............................ 36

4. Соотношение между параметрами обжига........................ 38

Глава IV.Направления тепловой оптимизации известково-обжигатель-
ных печей..................................................... 43

1. Принципиальные технологические схемы печей............... . 43

2. Способы тепловой оптимизации печей........................... 55

3. Разработка технологических схем печей повышенной тепловой эф-
. фективности .................................................. 64

4. "Малая” тепловая оптимизация известково-обжигательного процесса. 82

5. Особые случаи организации процесса обжига................... 84

Глава V. Подготовка'известияка к обжигу............................ 86

Г л а в а VI. Примеры теплового расчета известковых печей.......... 95

1. Исходные данные для расчетов................................. 95

2. Печи кипящего слоя........................................... 96

3. Шахтная газовая печь........................................ 120

4. Вращающаяся известковая печь, работающая на газообразном топ-
ливе ......................................................... 126

5. Анализ полученных данных.................................... 130

133

Библиографический список............................................
На XXVII съезде КПСС было отмечено, что одной из основных задач
в условиях ускорения научно-технического прогресса является эконо-
мия энергии на всех промышленных переделах. Это полностью относится
и к производству извести. Состояние вопроса, разработка путей даль-
нейшего снижения затрат энергии в эксплуатируемых и вновь соору-
жаемых известковых печах при сохранении качества извести или его
повышении и рассмотрены в данной книге.

Известь знакома человеку свыше пяти тысячелетий. Ее применяли
в древнем Египте, Вавилоне, Китае и других центрах цивилизации. Разви-
тое известковое производство имела Киевская Русь. Вплоть до конца
XIX века, когда был изобретен и применен цемент, известь являлась ос-
новным связующим материалом, используемым в строительстве. В
настоящее время, несмотря на появление новых связующих и искус-
ственно получаемых химических соединений, известь по объему произ-
водства остается основным химическим соединением, производимым
промышленностью. Потребление извести является одним из показателей
уровня развития страны.

Широко применяется известь в технологических процессах тяжелой
и легкой промышленности. В больших объемах ее используют в метал-
лургической, химической, пищевой и целлюлозно-бумажной промыш-
ленности. Именно эти отрасли производят и потребляют большую часть
извести, получаемой в стоане. Значительное количество извести потреб-
ляется в строительстве.

В мире производится примерно 110 млн. т извести, в том числе в
СССР около 28 млн. т. Из этого количества около 40 % извести произ-
водится и расходуется в черной металлургии. Являясь довольно энерго-
емким процессом, известковое производство затрачивает значительные
количества топлива и электроэнергии. Так, энергозатраты на производст-
во извести составляют 1,5—1,9 % от общих затрат на производство стали.
Примерно такую же долю занимает себестоимость извести в себестои-
мости стали. Эти обстоятельства обусловливают необходимость оптими-
зации использования тепла при обжиге известняка, которое, как пра-
вило, сопровождается повышением качества извести и, как следствие,
снижением расхода его и ускорением процесса.

В Западной Европе в конце 50-х годов разработаны и пущены в ход
печи фирмы Маетх (Австрия) и конструкции К. Бекенбаха, работающие
с использованием регенеративного подогрева воздуха. Впервые на
этих печах удалось получить к.п.д., равный 0,82-0,85, при. производстве
извести высокого качества (не засоренной золой твердого топлива).
Примерно в это же время были начаты работы по созданию теплооб-
менников движущегося плотного слоя для вращающихся, печей, раз-
работке принципиально новых известковых печей (кипящего слоя,
4
циклонных). В настоящее время в промышленных условиях испыты-
вают способы и устройства, улучшающие технико-экономические пока-
затели печей этого поколения.

Широкое развертывание работ, направленных на оптимизацию исполь-
зования тепла в известковом процессе, обусловливается рядом фак-
торов. К ним относятся недостаток отдельных видов топлива, истоще-
ние богатых месторождений известняков, необходимость безотходной
добычи нерудных материалов и др.

Вопросам теплового совершенствования Процесса производства из-
вести и посвящена книга. В ней обобщен отечественный и зарубежный
опыт создания высокоэффективных в тепловом отношении известко-
вых печей. Приведенные рекомендации можно использовать при эксплу-
атации известковых печей. Это позволит за короткое время повысить
технико-экономические показатели производства извести при минималь-
ных материальных затратах.

Автор признателен коллективу лаборатории оборудования и техноло-
гии обжига известняка ДОННИИчермета за помощь в написании книги.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

СаСОз, М^СОз, Пр — содержание в известняке соответственно угле-
кислого кальция, магния, прочих соединений и

пгр Н2О,Н2Окр элементов; — содержание горючих элементов в известняке; — содержание гидратной и кристаллической влаги в известняке;
Яд.ЯдМвСО, — удельная теплота диссоциации углекислого каль- ция и углекислого магния, кДж/кг;
Р — плотность, кг/м3. Индексы: в — воздух, сл.н - слой кипящий (плотный движущийся), Н2О - водяной пар;
а X — диаметр обрабатываемой частицы, м; - теплопроводность, кДж/ (м • ч • °С). Индексы: г- газообразная среда, омывающая частицу;
Г - температура, °С-Индексы: д - диссоциация, ср - греющая среда; р - точка росы, ух - уходящие из печи газы, п - поверхность частицы;
*н .н *СаСО, > ‘в, ‘п.т ^СаО’^СО, ,ВХ ,вх *м >*п.с — начальная (на входе в печь) температура известня- ка, воздуха, промежуточного теплоносителя, °С; — конечная (на выходе из печи) температура извес- ти и углекислого газа, °С; - температура материала и продуктов сгорания на входе в теплообменник, °С;
гт 8 • п.с — температура воздуха после теплообменника, °С; — температура продуктов сгорания после зоны об- жига. С;
^охл Дг - температура воздуха после охладителя извести, °С; — разность температур веществ, участвующих в теплообмене, °С;
с - удельная теплоемкость, кДж/(м3 -°С), кДж/ (кг • °С). Индексы: п — пыль, м — инертный огне-
/-’СОз еп.с упорный материал; — удельная теплоемкость смеси продуктов сгорания
а и/ и углекислого газа, кДж/ (м3 • °С); - коэффициент теплоотдачи, кДж/ (м2 ч • °С); — водяной эквивалент. Индексы: (п.с. + СО2) -
ЕУД у УД гп.с смесь продуктов сгорания и угЛекислого газа; •— удельный расход воздуха, м’/кг*'извести; - удельный расход продуктов сгорания, м3/м3 при-
^Дс* родного газа; — удельный расход смеси, состоящей из продуктов сгорания и углекислого газа, м3/кг извести;
- удельный расход природного газа, м3/кг извести
(известняка);

— удельный выход углекислого газа, кг/кг извести;

- производительность печи, кг/ч, т/сут;

— число псевдоожижения;

- скорость начала ожижения, м/с;

— Скорость движения газообразной среды, омываю-
щей частицу, м/с;

— скорость движения воздуха, м/с;

— скорость схода извести в зоне обжига шахтной
печи, м/с;

— диаметр зоны обжига, м;

- теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3;

— коэффициент взвеси кипящего слоя;

— порозность слоя. Индекс о — на пороге ожижения;

— вязкость газообразной среды, м/с2;

- среднее время пребывания частиц в кипящем
слое.'ч;

— объем, м3. Индексы: сл - кипящего слоя, з - за-
гружаемого материала;

— сопротивление, кПа;

- тепловоспринимающая поверхность, м2;

— критерий Архимеда;

। - критерий Рейнольдса. Индекс о - определенный
по скорости начала ожижения;

- коэффициент сопротивления;

- фактор формы частиц;

— к.п.д. регенеративного теплообменника;

— постоянная.
Глава I. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ

Для производства извести используют известняки (карбонатные по-
роды) и топливо, сжигаемое в известковом аппарате. Дополнительное
количество топлива в виде электроэнергии расходуется на привод воз-
духо- и газодутьевых машин, механизмов загрузки известняка, выгруз-
ки извести и тл.

Ниже приведены основные свойства карбонатных пород и топлива,
определяющие выбор типа известково-обжигательного аппарата, его
технологической схемы, технологии обжига и технико-экономические
показатели процесса в целом.

1. ИЗВЕСТНЯК

Исходным сырьем для производства извести являются осадочные
породы, содержащие большое количество углекислого кальция. Сюда
относятся известняк, мел, мрамор, доломиты, известняк-ракушечник,
туфы. Такое деление определяется прочностью, наличием примесей,
углекислого магния, внешним видом и другими факторами и сложи-
лось исторически: Подробные сведения о применяемых для обжига
карбонатных породах содержатся в различных литературных источниках
[1, 2 и др.] (табл. 1). Рассмотрим параметры карбонатной породы.

Химический состав. Определяющими химическими соединениями в
карбонатной породе являются углекислый кальций, углекислый магний
и примеси. К ним относятся оксиды кремния, алюминия, железа. Другие
химические соединения и элементы, например сера, фосфор, содержат-
ся в незначительном количестве. Исходная карбонатная порода может
содержать органические горючие примеси.

Химический состав извести определяется химическим составом
карбонатной породы, что в свою очередь позволяет судить о возмож-
ности использования полученного продукта в той иди иной отрасли
промышленности. Так, известь, применяемая в конвертерном произ-
водстве стали, не должна содержать серы более 0,09 %. В соответствии
с этим требованием в исходном известняке содержание серы также не
должно превышать 0,09 %. Аналогичные требования к извести предъяв-
ляются и другими отраслями промышленности. По этому признаку из
всего многообразия карбонатных пород можно выбрать вполне опреде-
ленные породы, которые можно использовать именно в данной отрасли
промышленности.

Химический состав известняка, влияя на температурный уровень про-
цесса диссоциации, определяет параметры технологии обжига. Дополни-
тельное влияние на технологию обжига оказывают примеси и их пове-
Таблица 1. Характеристика основных карбонатных пород

Тип карбонатной породы Месторождение

Содержание, %

СаСОэ МвСО3

Известняк Каракубское (Ком- сомольское рудо- управление) 96,5 М
Камыш-Бур унское 97 1
Чагоянское 96,6 0,725
Джакура (Нигерия) 98,64 0,88
Доломитажров энный Каракубское 75,55 23,30
известняк (Комсомольское рудоуправление)
Мел 94 1,2
Доломит Сакское (Урал) 53,78 42,89
Мрамор Шайдомское (Каре- лия) 98 —
р, кг/м* Прочность на раздав- ливание, МПа Пористость, %
Пр
2 2 600 120 0,7-0,8
2 2 200 20 ~10
1,075 2 660 32 0,6
0,48 2 690 32,6 0,6
1,15 2 730 99 3
4,8 2 140 ДО 10
3,33 2 600 100 7,5
— 2 840 266 —
дение при обжиге [3]. В ряде случаев от исходного химического соста-
ва карбонатной породы зависит тип применяемого обжигового аппара-
та. Так, наличие значительного количества органических примесей в
известняке требует применения специального обжигового аппарата.

Методы определения химического состава известняка стандарти-
зованы.

Прочность на раздавливание (ГОСТ 8269-76). Является необходи-
мым параметром для оценки пригодности породы к обжигу. Так, разру-
шение куска карбонатной пароды при обжиге может исключить возмож-
ность использования того или другого обжигового аппарата, например
шахтной печи. Кроме того, при оценке пригодности известняка не учи-
тывают того, что прочность некоторых карбонатных пород, в том числе
мела, повышается при нагревают [1,4].

Изменение размера частиц при обжиге. Частицы исходного известняка
в обжиговом аппарате на стадиях нагрева и обжига под воздействием сил
термического происхождения могут разрушаться. Разрушение их при
нагреве характерно для крупнокристаллических известняков с крис-
таллами размером не менее 0,5 мм и четко выраженными плоскостями
спайности между ними. Такой известняк разрушается при 400 °С и вы-
ше. Размер частиц образующегося материала примерно равен размеру
кристаллов. Дальнейшее разрушение частиц происходит при обжиге.
К карбонатным материалам такого типа относятся известняки место-
рождений Чагоянского и Джакура (см. табл. 1). Обжиг их в эксплуати-
руемых печах невозможен. Разрушение кристаллов исходного известня-
ка, содержащего другие породы, может происходить по границам прос-
лоек. Второй причиной разрушения обжигаемого известняка является
наличие местных напряжений или трещин, появление которых обуслов-
лено подготовкой известняка к обжигу: дроблением и последующим
грохочением. Разрушение, обусловленное двумя последними фактора-
ми, приводит к образованию мелочи. При активном разрушении частиц
это может существенно осложнить технологию ^бжига вследствие увели-
чения сопротивления слоя материала в обжиговом аппарате либо пере-
распределения газовых потоков в нем.

Обычно появление мелочи в обжигаемом материале называют "из-
мельчением при обжиге”. В дальнейшем мы будем придерживаться этого
термина, понимая под ним все вида разрушения частиц известняка,
приводящие к появлению мелочи, которая не выносится обжиговыми
газами. Стандартные методы определения указанного параметра отсут-
ствуют.

Истирание. Под этим термином понимают свойства карбонатной поро-
ды образовывать в процессе обжига мелкие частицы известняка и из-
вести, которые уносятся газами из обжигового аппарата. Очевидно,
что пониженная прочность обжигаемой порода и механическое воздейст-
вие частиц при их движении в аппарате приводят к повышенному уно-
10
су пыли. Это подтверждается результатами работы печей. При прочих
равных условиях вынос пыли из вращающихся печей больше, чем из
шахтных,почти на порядок. В свою очередь образование пыли и вынос
ее в печах кипящего слоя в 1,5—2 раза больше, чем во вращающихся
печах.

Стандартных методов определения величины истирания не существует.

Влажность. Значение этого параметра определяется пористостью
материала, размером пор, геологическими условиями залегания плас-
тов породы, условиями хранения, транспортировки и т.д. С повышением
влажности материала в общем случае увеличиваются расход топлива
на обжиг, объем уходящих из печи газов и снижается точка росы. Пос-
ледние два фактора определяют пригодность того или другого спо-
соба очистки газов от пыли. Высокая исходная влажность материала
затрудняет хранение его перед обжигом в открытых складах из-за склон-
ности к смерзанию. Другими словами, влажностью материала опреде-
ляется технологическая схема комплекса обжигового аппарата.

Температура диссоциации. Является зависимой переменной величиной
и определяется типом карбонатной породы и условиями обжига [1,4].
Варьируя условия проведения процесса, можно получать известь за-
данных физических свойств при пониженных расходах теплоты, обус-
ловленных уменьшением температурного уровня процесса.

Температура спекания. Это температурный уровень процесса, при
котором примеси, содержащиеся в карбонатной породе, начинают актив-
но вступать в соединение с оксидом кальция и магния. Этот параметр
является одним из основных, определяющих тепловые показатели
работы шахтных известковых печей. Определение параметра не стан-
дартизовано.

Таким образом, пригодность карбонатной породы для обжига опреде-
ляется ее химическим составом и физическими свойствами, указанны-
ми выше. Эти данные позволяют определить также тип аппарата (или
несколько типов), пригодного для обработки данной карбонатной поро-
ды. Окончательно тип аппарата выбирают с учетом ряда других факто-
ров, в том числе вида используемого топлива.

Следует отметить, что отсутствие стандартных методик определе-
ния физических свойств карбонатных пород, а также проблемы созда-
ния новых типов известково-обжигательных аппаратов (регенератив-
ных печей, печей кипящего слоя, аппаратов взвешенного обжига и др.),
иовлечение в производство известняков различных физико-химических
свойств, топлива, ранее не применяемого в известковом производстве,
и другие причины обусловливают, целесообразность получения опыт-
ных партий извести в промышленных или полупромышленных условиях.
Это позволит получать достоверные исходные данные для проектиро-
вания известковых аппаратов, их технологических схем и обеспечит
высокие технико-экономические показатели процесса.
2. ТОПЛИВО

В процессе обжига можно использовать любое топливо: газообраз-
ное, жидкое, твердое. Широко применяют различные виды газообраз-
ного топлива (природный газ, пропан-бутановую смесь, коксовый газ
и др.), а также их смеси: природный газ + доменный, коксовый + до-
менный и др., тройные смеси. Твердое топливо вводят в процесс в ес-
тественном виде, после термической переработки (кокс), в виде пыли.
В качестве жидкого топлива используют нефть или продукты ее пере-
работки (мазут, керосин).

Основные теплофизические свойства топлив можно найти в соот-
ветствующих справочных руководства [5] и монографиях [6]. Ниже
приведены показатели, влияющие на тепловые и технологические ха-
рактеристики процесса обжига.

Объемная концентрация углекислого газа в продуктах сгорания топ-
лива. Определяет парциальное давление углекислого газа в продуктах
сгорания, омывающих обжигаемую частицу известняка, и, следователь-
но, температуру диссоциации [4], которая в свою очередь обусловли-
вает температуру обжига. Наиболее наглядно эта связь прослежива-
ется в особых случаях организации процесса обжига1. В работе [7] от-
мечено влияние парциального давления углекислого газа на рост крис-
таллов извести, что определяет ее активность. В ряде процессов основ-
ной химии, при производстве сахара наряду с известью используют
продукты сгорания, уходящие из печей. Требования содержания в них
не менее 40 % углекислого газа обусловливают в этом случае выбор
вида топлива.

Объемная концентрация водяных паров в продуктах сгорания. Влия-
ние этого параметра на технологию обжига сказывается при эксплуата-
ции известково-обжигательных печей, у которых уходящие газы охлаж-
даются до 100 °С и менее. При дальнейшем охлаждении в. технологичес-
ких трубопроводах и аппаратах системы очистки температура газов
становится ниже точки росы. Выпадающий конденсат поглощается
пылью. Трубопроводы забиваются. Так, в работающих печах фирмы
”Маетг” это препятствует повышению к.п.д. процесса [8].

Содержание золы в топливе. Зола содержится как в твердом, так
И в жидком топливе. С повышением ее содержания качество извести
снижается из-за уменьшения в ней количества оксида кальция и вслед-
ствие образования неактивных соединений оксид кальция - зола. Даль-
нейшее снижение качества извести может происходить в случае нали-
чия в золе элементов, например, серы, которые вредны при техноло-
гическом процессе с использованием извести. На тепловые показатели
работы печи зольность твердого топлива оказывает двоякое влияние.

1 Патент № 2024471 (ФРГ), 1976.
При пересыпном процессе зола топлива, играя роль промежуточного
теплоносителя, повышает к.ц.д. печи. При 'использовании пылевидного
топлива, вводимого Ъ зону обжига, повышенная зольность приводит
к снижению к.п.д. печи вследствие увеличения энтальпии продуктов
сгорания, уходящих из зоны обжига.

Зольность жидкого топлива незначительна (< 0,5 %) и практически
Не оказывает влияния на тепловые показатели работы печи. В газооб-
разном топливе аналогом золы являются инертные газы. Они увели-
чивают энтальпию продуктов сгорания, расходуемых на подогрев извест-
няка, что снижает тепловую эффективность процесса.

Теоретическая удельная энтальпия продуктов сгорания. Определяет
количество тепла, уносимого из зоны обжига, и, следовательно, эффек-
тивность работы подогревателя известняка (см. гл. III), а также темпе-
ратуру продуктов сгорания.

Глава П. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

От степени обжига т] зависит масса известняка, продиссоциировав-
шего в печи. Количество материала, образующегося после обжига, рас-
считывают по формулам:

твердого продукта

0,56СаСО3т? + 0,478 М8СО3 + СаСО3 (1 - т?) + Пр; (1)

газообразного продукта

0,44 СаСОзЧ + 0,522 М8СО3. (2)

При наличии в известняке выгорающих примесей и кристаллической
влаги формулы (1), (2) примут вид:

[1 — П^ — Н2ОКР] [0,56г?СаСОз + 0,478 М8СО3 + (1 - т?) СаСО3 +

+ (ЕПр-Л$)],

[1 г-П^-Н2ОкР] [0,44пСаСО3 +0,522 М8СО3 +П; + Н2ОкР1/рн>о].

По уравнению (1) определяют удельный расход известняка (Ас):

Гс = ---------------------------------

1 (1 - 0,44ч) СаСО, + 0,478 МвСОэ + Пр]

По уравнению (1) можно рассчитать содержание соединений и эле-
ментов в материале после обжига:
содержание углекислого газа (СО2) в извести

(3)

(4)

(5)

актив-
массы

0,44 СаСО3 (1 - ч)

СО2 — ---------------------------------;

(1 - 0,44ч) СаСОэ + 0,478 МвСО3 + Пр

содержание оксида кальция (СаО) в извести

0,56 СаСО,

СаО = ---------------------------------

(1 - 0,44ч) СаСО, + 0,478 МвСО, + Пр

содержание активного оксида кальция (СаОакт) в извести

0,56 СаСО, ч
СаОакт =

(1 - 0,44ч) СаСО, + 0,478 МвСО, + Пр

В результате расчета по уравнению (5) получают количество
ного оксила кальция, которое образовалось при разложении

СаСОэ т? известняка. При химическом анализе получают, как правило,
меньшие значения этой величины, поскольку определенная доля актив-
ного оксида кальция может вступать в соединение с примесями. Анало-
гичным образом определяют содержание других элементов и соедине-
ний в извести. х

Из уравнений (3) - (5) находим значения отношений

Саоакт со, > ч мео мёсо3

—— = т?; -------= 1,786(1 -7?); ------- = 0,854(-------),

СаО "СаО СаО СаСО,

которые могут быть полезны при анализе тепловой работы печи, кон-
троле данных химического анализа и в других случаях.

Уравнения (3), (4) позволяют определить степень обжига. Из урав-
нения (3) получаем

. СаСО, (0,44 - СО,) - СО2 (0,478 МеСО, + Пр)

17= ----------------------------------------• (6)

0,44 СаСО, (1 - СО,)

Для чистых известняков (М^СОз < 5 %, Пр < 4 %) ив случае высо-
кой степени обжига (т? > 85 %) можно рекомендовать упрощенную
формулу

0,44 - СО,
7?= ----------------.

0,44(1 - СО,)

(7)

Для указанных условий погрешность формулы (7) не превышает
+0,5 %. Из уравнения (4) получаем
( (СаСО3 + 0,478 М8СО3 + Пр) СаО - 0,56 СаСО, ]
0,44 СаСО3 • СаО

(8)

Уравнения (7) — (8) имеют строгий физический смысл и проще ана-
логичных зависимостей, предлагаемых рядом авторов. По данным А.В.
Монастырева [2]

(СаО + М8О) акт
т? = ----------'---------------•

[ (СаО + М8О)акт + 0,0127 СО, 1

При использовании величин СаОакт, М&Оакт по данным химического
анализа значение ц не соответствует фактическому количеству извест-
няка, разлагающегося в печи, поскольку СаО** *т < СаОакт, определен-
ной по уравнению (5) . По данным Н.П. Табунщикова [9]

(0,44 СаСО, + 0,522 М8СО3) - СО2
т? = —1--;-------------------------•

(0,44 СаСО, + 0,512 М8СО3) (1 - СО2)

Формула может быть рекомендована в качестве приближенной.

Расчет степени обжига по приведенным выше уравнениям справед-
лив для случая обжига известняка в аппаратах, в которых практически
не происходит истирания извести (шахтные газовые и пересыпные печи).
В случае заметного истирания извести в аппарате определенное анали-
зом количество СаО, СО2 должно быть скорректировано на величину
истирания. Пример такой корректировки представлен в гл. VI.

Время разложения (диссоциации) известняка (тр). Исходя из пред-
посылки о том, что лимитирующим условием процесса диссоциации
известняка является подвод теплоты к реагирующей частице, получаем

г„-[

24ХсаО (?ср д)

(9)

где

<>/“ --- । «II к™ 4т?

Ли) = 3-3771 -2т? + (— ),Ы=-------.

Ьг хСаО

Постулируя эти же предпосылки и полагая, что ХсаО = ^оСаО (1 +а0 >
а = сопат, Н.П. Табунщиков рекомендует следующую зависимость [1]:

8 йСаСОз РсаСО.

т =----------------3

300а (Гср — ?д)

(СаСОэ)т

СаСОз

(10)

](1-4Р)-

При ХсаО ~ ХосаО (коэффициент теплопроводности не зависит от
температуры) значение а = 0
Результаты расчетов по уравнениям (9), (10) совпадают между со-
бой и с данными других авторов.

Достоверные результаты, необходимые для расчетов промышленных
печей, по приведенным выше зависимостям можно получить- при зна-
нии законов теплообмена в аппарате и теплофизических свойств
получаемой извести (Асао)- Последняя величина для многокомпо-
нентных материалов, к которым относится известь, может быть полу-
чена только экспериментальным путем [10]. Поэтому в ряде случаев,
например, при вовлечении в промышленную эксплуатацию известняков
нового месторождения, целесообразно проводить прямой эксперимент
по определению времени разложения как в лабораторном, так и в про-
мышленном масштабах. Это единственно правильный путь получения
требуемого параметра.

Под технологической схемой печи следует понимать совокупность
аппаратов и устройств, обеспечивающих процесс получения извести
в заданных условиях. В общем случае технологическая схема включает:
систему подготовки известняка к обжигу, которая в свою очередь
состоит из совокупности аппаратов и устройств, обеспечивающих полу-
чение известняка заданных гранулометрического состава, глубины
удаления поверхностных примесей и влаги; печь для обжига; систему
очистки уходящих из печи продуктов сгорания от пыли известняка и
извести; систему подготовки извести к использованию и отгрузке
потребителю; воздуходувную станцию, обеспечивающую печь сжатым

СаО

Рис. 1. Технологическая схема комплекса вращающейся печи:

1 - склад известняка; 2 - устройство для промывки; 3 - грохот; 4 - бункер;

5 - дозатор; 6 - "холодная” головка печи; 7 - вращающийся барабан; 8 - охла-
датель извести; 9 - машина воздуходувная; 10 - резервуар для топлива; 11 ~
насос топливный
и технологическим воздухом; топливную систему; пульт управления
(рис. 1, 2).

Как следует из рис. 1 и 2, технологические схемы различаются преж-
де всего по способу (системе) подготовки известняка к обжигу, кото-
рый в свою очередь определяется условиями залегания известняка.

Продукты сгорания

Рис. 2. Технологическая схема комплекса печи кипящего слоя [11]:

1 - склад известняка; 2 - бункер; 3 - дозатор; 4 - аппарат кипящего слоя для
сушки известняка; 5 - циклон; 6 - машина воздуходувная; 7 - грохот; 8 - дро-
билка; 9 - печь КС; 10 - циклон для выделения пыли извести из продуктов
сгорания зоны обжига; 11 - конвейер винтовой водоохлаждаемый

Так, чрезмерная загрязненность известняка (см. рис. 1) требует вто-
ричной его промывки непосредственно перед обжигом. Обводненность
известняка в сочетании с повышенной пористостью требуют примене-
ния сушки [11]. Назначение извести, вид топлива и т.п. определяют
состав и аппаратурное оформление других систем технологических схем.
Технологические схемы комплекса печей весьма разнообразны. Для
ряда обжиговых аппаратов, имеющих индивидуальные системы сантех-
нической очистки продуктов сгорания, создают общие части технологи-
ческой схемы: топливные, подготовки известняка к обжигу и др. [12].
В случае расположения обжигового аппарата в технологическом потоке
аглофабрики [13] технологическая схема комплекса чрезвычайно
упрощается. Она практически становится технологической схемой
обжигового аппарата.

Технологическая схема известково-обжигательной печи включает
аппарат(ы) для подогрева известняка, его диссоциации, охлаждения
извести, а также устройства и механизмы, обеспечивающие ввод топ-
лива и известняка в процесс, отвод образующейся извести, передачу
из аппарата в аппарат обрабатываемого материала, промежуточного
теплоносителя и газообразных продуктов реакции. Промежуточным
теплоносителем на стадии охлаждении является воздух, на стадиях об-
жига и подогрева известняка - продукты сгорания в смеси с углекис-
лым газом, выделяющимся при разложении карбонатов.

Простейшей технологической схемой является схема шахтной печи,
работающей на твердом топливе и имеющей загрузочные, выгрузочные
устройства и вертикально установленный цилиндрический кожух, футе-
рованный огнеупорным кирпичом. В движущемся плотном слое, содер-
жащем твердое толиво, происходит подогрев известняка, его обжиг и
охлаждение извести воздухом, подаваемым под выгрузочный аппарат.
Шахтная газовая печь традиционного способа отопления имеет более'
сложную технологическую схему, что обусловлено видом используемого
топлива. Его вводят в слой обжигаемого известняка с помощью водоох-
лаждаемых балок [14], боковых горелок [15], центральной и боковых
горелок [16]. Дальнейшее усложение технологической схемы шахтной

Рис. 3. Технологическая схема вращающейся печи, в которой в качестве утилиза-
ционных устройств используют решетки Леполь (13]:

1 - вращающаяся печь; 2 ~ подогреватель известняка двухходовой; 3 - охлади-
тель извести одноходовой; 4 - элеватор; 5 - Машина воздуходувная

печи, проводимое с целью повышения тепловой эффективности процес-
са обжига, осуществлено в кольцевой печи К. Бекенбаха и печи фирмы
"Маегг” (см. гл. IV).

Типичным примером технологической схемы печи, у которой зоны
подогрева, обжига и охлаждения разделены, но расположены в одном
корпусе, является схема печи КС [11, 17]. Такое конструктивное офор-
мление процесса, хотя и требует установки переточных устройств для
материала, позволяет управлять каждой технологической операцией
обжига и оптимизировать процесс в целом. Осуществление стадий об-
жига в отдельных аппаратах характерно для вращающихся печей. Одна
из таких технологических схем представлена на рис. 3 по данным [ 18].
В зависимости от исходных данных, прежде всего от крупности обжи-
гаемого известняка, в качестве утилизационных устройств можно ис-
пользовать технологические циклоны, теплообменники движущегося
плотного слоя, аппараты кипящего слоя. Пример объединения техноло-
18
гической схемы Печи с элементами схемы комплекса1 приведен на рис. 4.
Создание подобной технологической схемы предусматривает реализа-
цию безотходной технологии производства извести.

СаО

Рйс. 4. Технологическая схема печи кипящего слоя, работающая по безотходной
технологии:

7 - зона подогрева известняка; 2 - циклон для выделения пыли извести из про-
дуктов сгорания зоны обжига; 3 - зона обжига; 4 - конвейер винтовой водоох-
лаждаемый; 5 - машина воздуходувная; 6 - циклон; 7 - бункер; 8 - пресс
валковый; 9 - дробилка; 10 - грохот; 11 - фильтр тонкой очистки продуктов
сгорания

Рис. 5. Технологическая схема известково-обжигательной печи для получения ме-
таллургической извести из сернистых известняков [18]:

1 - зона подогрева известняка; 2 - зона обжига; 3 - зона охлаждения извести;

4 - теплообменник с циркулирующей огнеупорной насадкой; 5 - циклон
Повышение требований к качеству извести и необходимость мини-
мизации расхода тепла на обжиг приводят к созданию более сложных
технологических схем печей. Одна из них, предназначенная для получе-
ния металлургической извести из сернистых известняков, представлена
на рис. 5. Особенностью схемы является нагрев известняка воздухом,
который нагревается в теплообменнике с циркулирующей огнеупортной
насадкой.- Греющей средой для теплообменника являются продукты сго-
рания, уходящие из зоны обжига. Непрямой нагрев известняка для
аналогичных условий осуществлен в теплообменнике1 ,* в котором
теплота продуктов сгорания передается нагреваемому материалу через
разделяющую стенку.

Глава Ш. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ
МИНИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ НА ОБЖИГ

Фундаментальные работы по вопросу минимизации расхода теплоты
на обжиг карбонатных материалов отсутствуют. Отдельные публикации
[8, 19, 20] касаются сопоставительных расчетов конкретных известково-
обжигательных печей и не содержат конструктивных и технологичес-
ких предложений.

Рассмотрим подробнее этот вопрос. Процесс разложения карбонатов
является эндотермическим. Для повышения его к.п.д. необходимо ути-
лизировать теплоту продуктов реакции (извести и углекислого газа).
Схема организации процесса для идеального случая представлена на
рис. 6. Известняк, подлежащий обжигу, подают в зону подогрева, а затем
направляют в зону обжига, откуда газообразные продукты реакции
отводятся в зону охлаждения углекислого газа, твердые - в зону ох-
лаждения извести. Расходуемую для реакции теплоту <?д направляют
в зону обжига с нагретым теплоносителем. Из этой зоны отработанный
теплоноситель поступает в зону подогрева известняка. Для охлаждения
углекислого газа и извести в соответствующие зоны подают холодный
теплоноситель, который затем направляют в зону подогрева известняка.

Для дальнейшего анализа принимаем, что обжигаемый материал не
образует пыли на всех стадиях обжига, не имеет влаги, горючих при-
месей и т.п. Незавершенность процесса теплообмена и потери в окру-
жающую среду в системе отсутствуют. Очевидно, что в рассматриваемом
случае при условиях

сСаСо/д = 0>44ссо/д + 0>56сСаОГд, (11)

1 Патент № 1571365 (ФРГ), 1976.
гСаСО, “ ГС0,~ ГСаО ~ гп.т (12)

и принятых выше допущениях расход теплоты на процесс равен теплоте
диссоциации [21].

В реальных промышленных условиях описанный выше процесс можно
организовать по технологической схеме, приведенной на рис. 7. Схема
включает аппараты для охлаждения извести 1, обжига 2, подогрева
известняка 3, связанные между собой транспортными лишями и уст-
ройствами для передачи материалов и промежуточного теплоносителя.
Целесообразность такой организации доказана теоретически и практи-
чески [22] и применяется, как показано в гл. П, в технологических
схемах известково-обжигательных печей. Теплообмен в аппаратах подо-
грева известняка и охлаждения извести следует осуществлять в движу-
щемся плотном слое в условиях противотока греющей среды и нагре-
ваемого известняка для аппарата 3, охлаждаемой извести и нагреваемой
среды для аппарата 1. Это обеспечит достижение необходимого условия
(12). Достаточными условиями для получения равенства (12) являются

И'П.Т

^СаО

(13) И

^(п.т + СО,)

И'СаСОэ

< 1.

(14)

В промышленных условиях организации процесса обжига теплоту,
необходимую для разложения известняка, получают путем сжигания

Рис. 6. Принципиальная схема организации про-
цесса обжига. Широкими стрелками обозна-
чено движение промежуточного теплоносителя

Рис. 7. Принципиальная технологическая схема
известковой печи:

I - движение промежуточного теплоносителя;
II - движение смеси промежуточного теплоно-
сителя и углекислого газа, выделяющегося
при обжиге
органического топлива. Промежуточным теплоносителем в зоне охлаж-
дения извести является воздух, используемый далее в зоне обжига
на горение топлива. Совмещение требований идеальных условий (12),
организации процесса и практической возможности его выполнения
прзволило создать технологические схемы известковообжигательных
печей, представленных на рис. 8.

Рассмотрим возможность реализации в этих схемах требований иде-
альной организации процесса, определяемых уравнениями (11)-(14),
и исходных предпосылок, принятых при их получении. Охлаждение из-
вести следует проводить в движущемся плотном слое в условиях равно-
мерного распределения воздуха по площади слоя и соблюдения необ-
ходимого [уравнение (12)] и достаточного [уравнение (13)] условий
охлаждения. Для зоны охлаждения извести условие (13) выполняется.
Условие (12) требует ведения процесса охлаждения в слое бесконеч-
но большой высоты И и подачи воздуха на охлаждение с температурой

гв = гСаСО,- О5)

Поскольку на практике к Ф °°, на стадии охлаждения возникают
потери теплоты 1, обусловленные незавершенностью процесса тепло-
обмена. В промышленных условиях выполнение требования, диктуемо-
го уравнением (15), невозможно, поскольку в воздуходувной маши-

Рис. 8. Принципиальные технологические схемы известково-обжигательных печей,
обеспечивающие минимальное потребление теплоты на обжиг:

а шахтная известковая печь с несколькими уровнями ввода топлива; б - вра-
щающаяся печь с зонами утилизации в движущемся плотном слое; в - печь кипя-
щего слоя с зонами утилизации в движущемся плотном слое
не вследствие сжатия воздух подогревается. Степень подогрева тем
больше, чем больше аэродинамическое сопротивление печи. Вследствие
этого возникают потери теплоты В реальных условиях процесс
охлаждения сопровождается потерями теплоты в окружающую среду

Таким образом, дополнительный расход теплоты на стадии ох-
лаждения извести составляет

Д«охл ~ «г. +«’оХсЛ- (16)

Количество теплоты образующееся вследствие неравенства
^в^^СаСОз’ не приводит к потере теплоты в системе печи, так как
сСао(*в + < ’’вД(гв “ ?"аСО3)св>

УвД<°в > Ъ

где Дг — незавершешюсть теплообмена .в системе охлаждаемый мате-
риал-воздух на выходе из теплообменника, °С.

Эти потери возникают в технологической схеме печи, поскольку
для подогрева воздуха расходуется энергия привода воздуходувной
машины- Ввиду того, что анализу подвергается система ”дечь”, в даль-
нейшем величину # д ( учитывать не будем.

Аппарат, предназначенный для обжига, должен обеспечивать разло-
жение известняка до заданной степени, сжигание топлива с коэффици-
ентом расхода воздуха, близким к единице, без химического и меха-
нического недожога, предотвращать спекание материала. Этим усло-
виям отвечают шахтная печь, например сложного профиля (см. рис. 8),
вращающийся барабан и аппарат кипящего слоя. В шахтной печи спека-
ние материала предотвращается благодаря рассредоточению горения
по высоте слоя, подаче в аппарат продуктов сгорания, температура ко-
торых ниже температуры спекания материала, в двух последних аппа-
ратах - в результате подвижности обжигаемого материала. В указан-
ных аппаратах можно сжигать любое топливо: твердое, жидкое, газо-
образное. Особенности аэродинамического и теплового режимов ра-
боты аппаратов обусловливают определенные области их применения:

шахтная печь -- для обжига известняка с частицами размером более
20-40 мм. Лимитирующим условием организации процесса является
распределение греющей среды по площади аппарата;

вращающийся барабан - для обжига известняка, крупность которого
составляет 5—50 мм. Ограничивающим условием работы аппарата яв-
ляется вынос известняка мелких фракций и чрезмерное увеличение
длины барабана при обжиге известняка, крупность которого превы-
шает 50 мм,

аппарат кипящего слоя — для обжига известняка крупностью < 25 мм
и средним диаметром < 12-15 мм. Применение более крупного матери-
ала вызывает повышенные затраты электроэнергии и необходимость
сооружения печей очень высокой единичной мощности (> 1500 т/сутки,
см. гл. Ш) .

Как и при охлаждении извести, на стадии обжига возникают потери,
связанные с незавершенностью процесса теплообмена. Размеры потерь
различны для указанных аппаратов: для шахтных печей и аппарата кипя-
щего слоя они составляют 10-30°С, для вращающегося барабана -
100-300 °С. Рассмотрим влияние незавершенности процесса в целом
на расход теплоты в технологических схемах печей, приведенных на
рис. 8.

В шахтной печи граница между зоной обжига и зоной подогрева
известняка находится на уровне, где температура материала равна тем-
пературе диссоциации для данных условий обжига. Здесь температура
продуктов сгорания превышает температуру материала на несколько
десятков градусов, что и определяет степень незавершенности тепло-
обмена. В аппарате кипящего слоя степень незавершенности теплообмена
составляет 1—30 °С и зависит от крупности обжигаемого материала.
Поскольку температура материала в зоне обжига > 900 °С, абсолют-
ная температура продуктов сгорания, поступающих в подогреватель
известняка, значительно выше температуры диссоциации. Поэтому
в подогревателе происходит частичный обжиг известняка ниже уровня,
на котором температура материала достигает температуры диссоциации.
На этом же уровне температура продуктов сгорания превышает темпе-
ратуру материала на 1-30 °С, что и определяет незавершенность тепло-
обмена в системе зона обжига — подогрева известняка. Аналогичное
положение создается при обжиге во вращающемся барабане с подогре-
вателем известняка.

Таким образом, незавершенность теплообмена, численно равная раз-
ности температур материала и продуктов сгорания на уровне, где тем-
пература материала равна температуре диссоциации, определяет допол-
нительные потери тепла на стадии подогрева известняка. Ввиду этого
указанные потери следует отнести к стадии подогрева известняка.

Организация процесса сжигания топлива в промышленных условиях
возможна при коэффициенте расхода воздуха, большем единицы. Обра-
зование дополнительного объема продуктов сгорания приводит к увели-
чению их водяного эквивалента на стадии подогрева и, следовательно,
к потерям теплоты на этой стадии. Потери, как и в предыдущем слу-
чае, отнесем к стадии подогрева известняка.

При сжигании топлива в зависимости от его вида и степени совер-
шенства способа сжигания возникают потери с химическим и ме-
ханическим #м недожогами. Дополнительные потери теплоты происхо-
дят в окружающую Среду. В целом с учетом принятых выше предполо-
жений на стадии обжига возникают дополнительные потери теплоты
А; обж = *х + Вы + ^о.с*'

В процессе подогрева известняка условие (14) не соблюдается, по-
скольку продукты сгорания и углекислый газ, уходящие из зоны об-
жига и поступающие в подогреватель, содержат большее количество
теплоты, чем может воспринять известняк. В силу принятых ранее
предположений при расчете неравенства (14) следует учитывать факти-
ческое количество продуктов сгорания (с учетом того, что коэффици-
ент расхода воздуха больше единицы) и фактическую их температуру,
превышающую температуру диссоциации известняка на величину неза-
вершенности процесса теплообмена. При этом в подогревателе извест-
няка следует выделять две зоны, границей между которыми служит
уровень, на котором температура материала равна температуре диссо-
циации. Возникающие по причине невыполнения условия (14) потери
в зоне подогрева обозначим индексом; .

Суммарная величина дополнительных потерь на стадии подогрева
известняка с учетом потерь теплоты в окружающую среду составит
+ ^о.сД- В цепом йа процесс обжига, проводимый по од-
ной из рекомендуемых технологических схем, необходимо затратить
теплоты х

; = ^д+;«/+;,+;х+;м+;0.с, (17)

где;/ =;/,.

При Подогреве известняка, охлаждении извести в аппаратах, имею-
щих смешивающий ток, Перекрестный и т.п., возникают потери теплоты,
связанные с несовершенством процесса теплообмена. Дополнительные
потери теплоты на стадии подогрева известняка учитываются величи-
ной ;^, на стадии охлаждения извести их следует учитывать отдельной
составляющей, которую обозначим;^.

В приведенном анализе ие учтены реальные физико-химические свой-
ства известняка: гранулометрический состав; склонность к растрески-
ванию при обжиге, истиранию; наличие в известняке влаги и т.п. Анализ
влияния этих переменных на тепловую работу известково-обжигатель-
ной печи был выполнен применительно к условиям эксплуатации пе-
чи КС. Выбор именно Этой печи обусловлен наличием разработанного
для нее и опробованного способа теплового расчета [1]. При анализе
тепловой работы печи уравнения теплового состояния зон (зона обжига,
две зоны подогрева известняка, зона охлаждения извести, работающие
в режиме смешивающего тока) записали в общем виде. При этом тепло-
емкости газообразной среды и твердых материалов можно представить
в виде уравнений
с= со (1 + а1),а = сопат.

Полученную систему уравнений решали на ЭВМ ЕС-1020. Достовер-
ность полученных данных подтверждена результатами промышленных
экспериментов, проведенных на работающих известково-обжигательных
печах Макеевского [17] и Карагандинского [23] металлургических
комбинатов следующим образом. На работающей в стационарном режи-
ме печи определяли материальные потоки по ее зонам и расходы ожи-
жающей среды на печь. Эти данные использовали для определения с
помощью разработанных программ расхода теплоты на обжиг, тем-
пературы уходящих газов и извести. Полученные величины сравнива-
ли с фактически замеренными на печах. Совпадение фактических и рас-
четных величин (погрешность 3-5 %) подтверждает достоверность
полученных данных. Программа решения системы уравнений зарегист-
рирована в банке данных отрасли [24].

Различные условия работы печи моделировали с помощью исходных
данных, приведенных ниже:

Химический состав известняка, %:
СаСО3..................................96,0

МвСО3.................................2,0

прочие................................2,0

Влажность, %.............................3,0

Истирание, % от производительности
печи по известняку:
зона подогрева............................0,2

зона обжига...........................10,0

зона охлаждения.......................0,15

Степень обжига, %.................'......92,0

Температура обжига, °С................... 950,0

Содержание СаО + Мв О в извести, %.......91,04

Топливо.....................................Природный газ

Теплота сгорания, кДж/м3 ................ 35615,0

Расход продуктов сгорания, м3 /м3........10,47

Коэффициент расхода воздуха (ав).........1,1

Расход воздуха при ав = 1,м3/м3..........9,68

Температура воздуха на входе в печь, °С..100,0

Температура известняка на входе в печь, °С. . . 10,0

Результаты расчетов приведены в табл. 2. Аналогичные расчеты выпол-
нены для технологической схемы печи, представленной на рис. 8, в.
Аналйз полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1) обжиг известняка необходимо производить при минимально воз-
можной температуре. Соблюдение этой рекомендации приводит к умень-
шению водяного эквивалента греющей среды зон подогрева, что обес-
печивает снижение водяного эквивалента процесса подогрева [см. урав-
нение (14)]. Эта рекомендация справедлива и для известковых аппара-
тов, у которых процесс подогрева организован в режиме смешивающего
или перекрестного тока. При подогреве известняка в движущемся плот-
ном слое температура обжига не влияет на расход теплоты, поскольку
в нижней части подогревателя происходит частичный обжиг известняка.
Таблица 2. Влияние параметров обжига иа расход теплоты

Наименование параметра Пределы изменения параметра Изменение ; по сравнению с базовый вариантом, %*
Температура обжига, °С , 900-1200 - 7,12/ + 18,51
Коэффициент расхода воздуха 1,0-1,8 - 3,55/ + 107,73
Степень обжига, % 70-95 - 32,91/ + 2,76
Истирание в зонах, % от загру- жаемого в зону: обжига 1-20 - 8,72/ + 13,40
охлаждения извести 1-20 - 1.84/ + 6,09
подогрева известняка 1 1-15 - 2,62/ + 5,53
подогрева известняка 2 1-15 - 2,90/ + 3,76
Циркуляция пыли между зонами подогрева, % 0-15 0/ + 3,33

В числителе^ — для минимального значения параметра, в

знаменателе - для

максимального*

В общем случае влияние температуры обжига на изменение удельного
расхода топлива учитывают величиной # ;

2) обжиг следует проводить при минимально возможном коэффи-
циенте расхода воздуха, что обеспечивает снижение объема продуктов
сгорания, поступающих в подогреватель известняка. Данная рекомен-
дация справедлива для печей всех типов. Влияние коэффициента расхода
воздуха на изменение удельного расхода топлива учитывают величи-
ной ;

3) процесс обжига следует организовывать таким образом, чтобы
степень обжига была минимальной, но удовлетворяла требованиям
технологического процесса. При снижении степени обжига увеличивает-
ся водяной эквивалент материала, что, при прочих равных условиях,
снижает температуру продуктов сгорания, уходящих из подогревателя
известняка. Влияние степени обжига на величину удельного количест-
ва топлива учитывают величиной;^;

4) с повышением влажности известняка увеличивается расход топ-
лива на обжиг. Этот вывод справедлив для случая подогрева известня-
ка в аппаратах смешивающего и перекрестного тока, когда температу-
ра известняка после подогрева меньше температуры диссоциации. Для
рекомендуемых технологических дхем печей (см. рис. 8) существует
определенная критическая влажность, ниже которой данный параметр
не влияет на удельный расход топлива. Он может быть определен из

уравнения

Н2Окр <

1уУдссП.са-100)1
где г - количество теплоты, расходуемой на подогрев воды до 100°С,
испарение и подогрев пара до температуры уходящих газов, кДж/кг
воды. Влияние исходной влажности известняка на.удельный расход
топлива учитывают величиной ? н 0;

5) удельное количество теплоты, расходуемой на обжиг, зависит
от пылеуноса из зон печи (рис. 9). Из рис. 9 следует, что увеличение

количества теплоты значительное и может превышать 10,%. Наиболее
существенное влияние на рост удельного количества теплоты оказы-
вает пылеунос из зон охлаждения и подогрева. Аналогичное изменение
количества теплоты,' расходуемой на обжиг, наблюдается и для извест-
ково-обжигательных аппаратов других типов независимо от их техно-
логических схем и характера теплообмена в утилизационных зонах.
Влияние пылеуноса из печи на удельный расход топлива учитывают ве-
личиной#п.

Пылеобразование в зонах печи может вызвать циркуляцию пыли
между зонами. Вероятность возникновения этого процесса характерна
, для утилизационных эон в аппаратах кипящего слоя или циклонных
теплообменниках. Увеличение количества теплоты, вызываемое этим
явлением, заставляет принимать конструктивные и технологические
меры, препятствующие развитию данного процесса. Влияние циркуля-
ции пыли на удельное количество теплоты учитывают величиной #п-

Удельное количество теплоты на обжиг равно

? = + +^н,О+^п+Кх+^м+^о.с- (18)
1. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИН, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ
РАСХОД ТЕПЛОТЫ НА ОБЖИГ

Количество теплоты, расходуемое на диссоциацию углекислого кальция, опреде-
ляет следующим образом

Яд = #дСаСОзП, (19)

где Яд - количество теплоты, расходуемое на диссоциацию 1 кг углекислого каль-
ция, кДж; СаСО, - содержание углекислого кальция в материале, поступающем в
эону обжига. х 1

Степень обжига и в уравнении (19) определяет долю углекислого кальция, раз-
лагающегося в зоне обжига. Величина определяется уравнением

8д = 178,075 • 10’ + / ДСрбТ, / (20)

где ДСр - разность удельных теплоемкостей исхддных и конечных продуктов
реакции декарбонизации; Т - температура диссоциации, К.

Использование уравнения (20) возможно в том случае, если известна зависи-
мость с — /(7) для реагирующих веществ. Как правило, для известняка и получа-
емой извести такие зависимости отсутствуют. Поэтому для расчетов можно реко-
мендовать следующее уравнение, полученное для случая обжига прочных плотных
известняков в шахтных пересыпных печах (1), кДж/ моль:

?д= 175,85 • 10’ + 10,67- 17,56- Ю-’Г +22- Ю’Г'1. (21)

' Для проведения указанных выше расчетов необходимы данные о температу-
ре диссоциации, которая (Определяется парциальным давлением углекислого газа,
окружающего реагирующую частицу, и структурой известняка. В общем случае
эту величину следует определять экспериментально.

Для случая обжига известняка размером кусков менее 15-20 мм можно реко-
мендовать зависимость О. А. Есина и П.В. Гельда [ 25]:

9300/

187соа = -(------) +7,85.

При обжиге известняка, размер кусков которого превышает указанный, тем-
пература диссоциации на его поверхности и в центре различна. На поверхности
обжигаемого известняка парциальное давление углекислого газа равно парциаль-
ному давлению газов, окружающих реагирующую частицу. При продвижении фрон-
та диссоциации в глубь куска давление углекислого газа растет вследствие соп-
ротивления слоя извести, окружающего реагирующий слой, и превышает парциаль-
ное давление углекислого газа в греющей среде. Реагируюпий фронт окружен
только углекислым газом, поскольку диффузия продуктов сгорания из окружаю-
щей частицу газовой среды исчезающе мала. В силу этого температура диссоциа-
ции крупного реагирующего куска в первом приближении может быть Принята
равной 900 °С.

Для определения составляющих удельного количества теплоты (?№, ;п,

#Н3о) необходим тепловой расчет печи. Определение указанных величин произ-
водят общеизвестным способом. Таким же способом определяют потери теплоты
в окружающую среду. Величина потерь с химическим и механическим недожогом
зависит от типа горелочного устройства, параметров технологии обжига, вида и>
вестково-обжигательного аппарата и принимается по опытным данным. Состав*
ляющие удельного расхода теплоты на обжиг в четырехзонной печи кипящего
слоя, рассчитанные по исходным данным базового варианта, имеют следующие
значения, кДж/кг извести:

8Н Ян,О Яп Яг Ягп Ям+Ях Я0.с Итого

3011 1349 92 87,5 8,3 339,2 0 116 5003

Уравнение (17) позволяет определить составляющие удельного расхода тепло-
ты на обжиг для работающей или проектируемой печи. Эти данные являются нача-
лом поиска, направленного на снижение потерь теплоты (я и'- Яп и Др-) Например,
установлено, что для четырехзонной печи кипящего слоя основными мероприя-
тиями по снижению удельного количества теплоты должны быть ликвидация
потерь %1и и той части потерь ; ц/, которая вызвана несовершенством теплообме-
на в зонах подогрева известняка. Устранение этих потерь путем проведения про-
цессов охлаждения извести и подогрева известняка в движущемся плотном слое
позволяет снизить удельный расход теплоты примерно на 1000 кДж/кг (20 % об-
щего расхода). Однако уравнение (17) не дает ответа на вопрос о выборе парамет-
ров обжига, обеспечивающих получение заданных удельных расходов теплоты на
обжиг, производительности печи и качества извести как на стадии проектирова-
ния печи, так и при ее работе. Получение этих данных возможно при рассмотрении
особенностей тепловых и аэродинамических закономерностей работы обжигового
аппарата конкретного типа. Ниже приведены примеры такого анализа.

2. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА ОБЖИГА

Известно, что производительность процесса обжига при заданном
качестве извести определяется условиями подвода теплоты к диссо-
циирующему известняку и усвоением его реагирующими частицами
Такой подход к анализу процесса приемлем при рассмотрении только
зоны обжига аппарата, что упрощает анализ. Наличие утилизационный
зон, изменяя потребность в теплоте, не оказывает влияния на конечные
результаты анализа.

Обжиг известняка в аппарате кипящего слоя. Объем продуктов
сгорания на срезе слоя зоны обжига определяется массой сожженного
топлива, газовыделением при обжиге и равен

„ т 101,4

г,- (Иг»™+СгСО1)— —, (22)

где Т, Р - соответственно температура {К) и давление (кПа) газообраз-
ной среды на срезе слоя; УГ - расход газообразного топлива, м\ч

Это же количество газообразной среды ожижает слой. Исходя из ус
ловий ожижения, получаем

И = 2826т И'о О 2. (23)

Учитывая, что Кг = 6%/(7Р, и рассчитывая скорость начала ожижения
30
по формуле В.М. Дементьева Яео’82 - 0,065а!е^^Аг, из уравнений
(22), (23) получаем

V т Р

С= 1698,82(—)(-------) (-) а?’55е^’27Г)24г0’55,

(24)

4 Ду Т

где = (---) рУдс +Гео-

графически уравнение (24) представлено на рис. 10 кривой 1 и ха-
рактеризует производительность печи в соответствии с аэродинамичес-
кими условиями организации псевдоожиженного слоя. В то же время
уравнение (24) удовлетворяет первому условию организации процесса,
поскольку теплоту вводят в слой с ожижающей средой.

Теплота, введенная в слой, должна быть усвоена обрабатываемыми
частицами известняка в заданных температурных условиях ведения про-
цесса обжига. В общем случае это условие может быть записано в виде

где А — постоянный коэффициент, больший единицы или равный ей,
учитывающий неравномерность пребывания материала в слое зоны об-
жига. Может быть определен расчетным путем.

Время, необходимое для обработки материала (тн), включает дли-
тельность процессов прогрева частицы до температуры диссоциации
и собственно диссоциации. Если в зону обжига подают материал, нагре-
тый до температуры диссоциации, то тн = тр. Значение тр может быть
определено по зависимости (9).

Среднее время пребывания материала в слое определим по урав-
нению

0,7854 д-^РСаО 0,7854,7)2 ,^Р(2аОн

Коэффициент 41 учитывает истирание извести в зоне обжига и ра-
вен 4! = С/(С + АС), где ДО - количество истершегося материала,
унесенного газовым потоком из зоны обжига, кг/ч. Подставив полу-
ченные значения тн итср в уравнение (25), получим

4,4, О3

С = 18,84——а,—
4 а2

хСаО ₽СаО - е) & ~ гд)

ЯдСаСО, РСаСО, / (л)

(27)

где к = 42П, 42 < 1, поскольку организация кипящего слоя без порш-
ней и интенсивных пульсаций давления возможна при к < й.
Уравнение (27) графически выражено на рис. 10 кривой 2. Как сле-
дует из рисунка, противоположное влияние основных параметров про-
цесса обжига {<1, Т, т, к) приводит к появлению оптимума, соответ-
ствующего точке пересечения кривых 1 я 2. Эту производительность
можно определить из уравнений (24) и (27) в виде

С = 1,375 • 107

А Л УдСаСО, ] 0СаСО3 р у
4^; а’’3 ’ ХсаО />СаО

е8’*1 Г3 (я) гпрР

ео 3 г 1 ,6 5

(1-е)3 (Г-Гд)2Т3 1 Др 1

(28)

Уравнение (28) позволяет рассчитать печь с зоной обжига в кипя*
щем слое. Тип утилизационной зоны, влияя на величину Др , не влияет
на результаты расчета. В общем случае уравнение (28) неопределенно,
поскольку включает величину Др = /(?), и должно быть дополнено си©
темой уравнений теплового состояния зон, позволяющих рассчитать
Такая система уравнений для известковых печей различных типов при)
ведена в гл. VI. ,

Обжиг известняка в шахтной печи, работающей с непрерывной вы?
рузкой материала. Известняк, поступающий в зону обжига печи да»
' ного типа, нагрет до температуры диссоциации. С такой же температур
рой известь покидает зону. В процессе движения материала в зоне проис
ходит диссоциация карбоната, перегрев наружных слоев извести и пос
ледующее их охлаждение до температуры диссоциации, т.е. теплота 1
зоне затрачивается только на разложение карбоната. С учетом этой:
и выполнен анализ процесса. Количество теплоты, расходуемой на дио
социацию частиц известняка, составит

21 = (—) РсаСО3СаСОзТКд-
6

(29]

Количество теплоты, передаваемой частице омываемым ее газовым
потоком, равно 02 = аГДгтр.

Коэффициент теплоотдачи а определим по зависимости [1]:

Время диссоциации гр - по уравнению (9). С учетом этого

02= 13,86 • 103(И'п.с + И/^^дСаСОз^асо , (30)

"ЧаО I ~ 'д
где г - средняя температура газового потока в зоне обжига; Гц - сред-
няя температура поверхности обжигаемого материала; гд - средняя
температура диссоциации в зоне.

Учитывая, что

О 1

(д’ 2826рСаО(1-е)

И'п.с = 131,4 • 10”6г(~) ((^) »ХДс + 0-5гСО1]р
из уравнений (29) и (30) получаем

О’

6= 37,76—
<1

Ч г~ ^хСаО

/ (л) I — ?п 4

2836х>саО(1 _ е)

г Т

+ 131,4-10'4— «^с + О^сор-

(31)

Уравнение (31), как и в предыдущем случае, должно быть допол-
нено системой уравнений теплового состояния зон, позволяющей рас-
считать величину#. Уравнение (31) остается справедливым для случаев
использования в печи любого вида топлива при условии, что скорость
выделения теплоты при горении топлива в слое зоны обжига превышает
ее потребление на диссоциацию и компенсирует потери. Подобный

Таблица 3. Влияние определяющих параметров процесса
на его производительность

Параметр Тип известково-обжигательной печи
кипящего слоя шахтная
Средний размер кусков обжи- гаемого материала 4 <1
Температура обжига Т 1 (2 — т-та п — [ - .1 т- 1
(Т-Т^'Т* (Г-ГПОв)
Скорость движения газообраз- ной среды в зоне обжига И' И' С й и, (см. формулу (30)]
Высота слоя в зоне обжига к 1 с = - к Влияние не оказывает, если к > ЗбООИ'цГр
анализ может быть выполнен для известково-обжигательного агрега-
та любого типа, если известны закономерности движения материала
в зоне обжига и теплообмена в ней. Уравнения (28), (31) позволили
оценить влияние определяющих параметров процесса (<7, г, И*, й) на
его производительность и рекомендовать их значения, обеспечивающие
максимальную производительность дечи. Результаты выполненной
оценки приведены в табл. 3.

Увеличение размера кусков обжигаемого известняка приводит к
росту производительности печи кипящего слоя, но не беспредельному
Для заданного размера аппарата и относительной высоты слоя в зоне
обжига существует оптимальный размер обрабатываемого материале
(4 шах), при котором производительность достигает своего максималь-
ного значения Стах (см. .рис. 10). Она соответствует максимальному

Рис. 10. Изменение производительности
процесса, осуществляемого в кипящем
слое, при изменении определяющих па-
раметров. Условия расчета: О = 2,75 м,я =
= 5866 кДж/кг

значению числа псевдоожижения и минимальной температуре обжига.
Учитывая однотипное влияние температуры обжига и относительной
высоты слоя на производительность, можно рекомендовать во всех
случаях вести процесс обжига при минимально возможных темпера-
туре обжига и относительной высоте слоя. Число псевдоожижения при
этом' следует увеличивать. Взаимосвязь между указанными параметра-
ми должна соответствовать уравнению (28). При уменьшении или уве-
личении размера кусков обжигаемого материала по сравнению с опти-
мальным производительность процесса снижается. В первом случае -
из-за уменьшения ввода теплоты в слой, во втором — из-за недостаточ-
ной скорости усвоения теплоты слоем. В табл. 4 приведены произво-
дительности печи кипящего слоя, соответствующие различным диамет-
рам кусков обжигаемого известняка.

Расчет произведен по формуле (28) с использованием исходных дан-
ных (<?м. гл. III). Рассмотрим обратную задачу - возможность получения
произвольно меньшей, чем указано в табл. 4, производительности печи
например 20 000 кг/ч, при обжиге известняка со средним диаметром кус
ков 15 мм. Согласно формуле (28), комплекс яР/Л* (Г - ГД)3Г3 еле
34
Таблица 4. Изменение производительности печи при увеличении
размера кусков обжигаемого известняка

Средний размер кусков извест- няка, мм Производи- тельность печи, кг/ч Внутренний диаметр пе- чи, м Параметры процесса
8, кДж/кг т °с Л, м
5 13130 2,40 4609 3 950 2,4
10 35 310 3,80 4609 1,8 970 3,8
15 46 920 4,05 4609 1,6 1000 2,8
20 102390 5,60 4609 1,5 1000 2,5

дует умрныцить в 2,346 раза путем совместного увеличения высоты
слоя, температуры обжига и уменьшения числа псевдоожижения. Умень-
шение последней величины практически невозможно из-за опасности
залегания слоя на решетке зоны обжига. Увеличению параметров Т, А
препятствуют, соответственно, процессы1 налипания пыли извести на ре-
шетки зон подогрева и интенсивное истирание извести в зоне обжига.
Очевидно, что остается единственный путь для достижения поставлен-
ной задачи — увеличить в 1,328 раза величину Дг, что возможно путем
увеличения удельного расхода теплоты на обжиг. Это один из недостат-
ков печи кипящего слоя, поскольку небольшую производительность
печи (< 150 т/сутки) можно получить, обжигая мелкий известняк
(< 4 мм).

Для шахтной печи производительность пропорциональна отношению
/(г?)/</ = (а<1 + Ь)1<12, где а, Ъ — постоянные. Следовательно, с умень-
шением размера кусков обжигаемого известняка производительность
печи повышается. Теоретического предела, ограничивающего уменьше-
ние размера обжигаемого известняка, не существует. Поэтому считает-
ся, что в шахтной печи можно обжигать известняк сколь угодно малого
размера, например 0,1; 1 мм и т.д. На практике же ограничителями
этой величины являются достижение равномерного распределения
греющей среды в зоне обжига и гидравлическое сопротивление печи.
В настоящее время минимальным средним размером частиц известня-
ка следует считать 25 мм (класс 10—40 мм). При обжиге такого извест-
няка в зоне обжига организуют перекрестный ток теплоносителей. Спо-
соб разработан и опробован сотрудниками НИОХИМа [26].

Повышение температуры греющей среды увеличивает производитель-
ность как печи КС, так и шахтной. Предельной температурой греющей
среды для печей КС следует считать 1050°С. При дальнейшем ее повы-
шении пыль извести, уносимая продуктами сгорания из зоны обжига,
интенсивно налипает на поверхность решеток зон подогрева, стенки
трубопроводов. Следует отметить, что известняки некоторых месторож-
35
дений, например Цителицкарского [27], позволяют повысить тем-
пературу греющей среды до 1100-1200 °С.

Для шахтных печей максимальное значение температуры определяет-
ся условиями спекания материала в зоне обжига., Очевидно, что нали-
чие глинистых примесей на поверхности обжигаемых частиц извест-
няка и режим разгрузки печей определяют численное значение допуска-
емой температуры греющей среды. Исходя из опыта работы печей для
обжига чистого известняка, можйо сказать, что значение этой темпера-
туры не следует принимать выше 1300 °С.

Во всех случаях температура греющей среды зависит от требований,
предъявляемых к качеству извести, поскольку повышение температуры
обжига снижает скорость гашения извести.

С повышением скорости движения греющей среды в зоне обжига
увеличивается производительность печей. Интервал их допустимых и
рабочих значений зависит от типа аппарата. Для печей КС он определя-
ется условиями ожижения 'материала и ограничен по нижнему пределу
скоростью начала ожижения, по верхнему - скоростью уноса. Для шахт-
ных печей скоростью движения греющей определяется значение коэф-
фициента теплоотдачи, который в свою очередь обусловливает раз-
мер удельной нагрузки печи. Верхним пределом скорости для шахтной
цечи является скорость "зажатия” материала, при которой прекращает-
ся сход материала в печи. Дополнительными условиями, ограничиваю-
щими или определяющими скорость, могут быть степень истирания
материала в зоне обжига для печей КС, гидравлическое сопротивление
для шахтных печей и др.

3. ОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЖИГА

Основные способы интенсификации, обжига - повышение его произ-
водительности и снижение расхода теплоты на обжиг. Как показано в
разд. 2 данной главы, варьируя определяющими параметрами процес-
са, можно изменить только его производительность, но не удельный
расход топлива (применительно к рекомендуемым схемам печей, пред-
ставленным на рис. 8). Рассмотрим возможность изменения указанных
величин. Как следует нз уравнения (28), С= 1/Др3, что позволяет
существенно увеличить производительность процесса при незначитель-
ном уменьшении величин Ду. Уменьшение же ее возможно путем сни-
жения удельного расхода теплоты на обжиг, удельного выхода продук-
тов сгорания уУД и удельного газовыделения при обжиге гсо . Увели-
чение теплоты сгорания топлива не приводит к изменению значения
Др, поскольку отношение РпДс(2н) примерно одинаково для топлив,
у которых 0Р > 12 • 103 кДж/м3.

Рассмотрим возможность изменения указанных величин. Расход
теплоты на обжиг можно снизить путем определенной организации
процесса обжига в технологических схемах печей, которые удовлетво-
ряют условиям получения минимального расхода теплоты согласно фор-
мулам (11)-(15). Технологические схемы таких печей представлены на
рис. 8. Дальнейшее снижение расхода теплоты в указанных печах может
быть получено применением регенеративного подогрева воздуха и дру-
гими способами» Подробно этот вопрос изложен в гл. IV.

Снижение газовыделения при обжиге невозможно без снижения сте-
пени обжига. Несмотря на это, существуют способы уменьшения расхо-
да теплоты на обжиг путем вывода из процесса образующегося двуок-
сида углерода до зоны подогрева известняка. Это способствует сниже-
нию водяного эквивалента греющей среды в зоне обжига и, следователь-
но, потерь теплоты с уходящими газами 8 ц/- Конструктивное оформле-
ние одного из способов осуществления этого предложения приведено
на рис. 11. Выделяющийся в адиабатическом бункере 3 двуоксид угле-
рода совместно с частью воздуха удаляют из бункера. Утилизацию тепло-
ты этой смеси производят в теплообменнике 4 для подогрева воздуха,
расходуемого на процесс горения топлива. Могут быть разработаны
и другие способы вывода Двуоксида углерода из процесса.

Удельный выход продуктов сгорания можно снизить путем обога-
щения воздуха, используемого на горение топлива, кислородом. Рас-
смотрим влияние кислорода на процесс обжига. При увеличении содер-
жания кислорода в воздухе в печь КС можно ввести большее количест-

ва. 11. Вариант конструктивного оформления способа вывода части СО, из про-
цесса обжига:

1 - зона обжига; 2 - зона охлаждения; 3 - адиабатический бункер; 4 - тепло-
обменник

Рйс. 12. Графическое изображение процесса обжига известняка в печи КС при обо-
гащении дутья кислородом
во теплоты [см. уравнение (24)]. Графически это условие выражает-
ся кривыми 3, 4 на рис. 12, из которого следует, что одновременно с
применением дутья, обогащенного кислородом, и сохранением раз-
мера кусков обжигаемого известняка следует принимать меры по по-
вышению степени усвоения теплоты слоем, т.е. повышать высоту кипя-
щего слоя и температуру обжига. Поскольку, как правило, печи рабо-
тают с предельными значениями указанных величин, то при примене-
нии обогащенного дутья необходимо уменьшать размер кусков обра-
батываемого известняка. Степень его изменения определяется глуби-
ной обогащения. Применительно к условию рис. 12 обогащение дутья
до 30 % приводит к необходимости снижения размера кусков обжига-
емого известняка с 5,95 до 4,75 мм. При этом производительность печи
увеличится на 50 %, расход топлива снизится примерно на 10%. При
обогащении дутья и увеличении только производительности печи умень-
шится степень обжига известняка и увеличится расход топлива. При-
мерное увеличение расхода можно определить из выражения ^т3 85
в котором Ят,, <7т, — удельный расход теплоты соот-
ветственно на обжиг и производительность печи в точке 1 (см. рис. 12);
^тг > - то же, в точке 2.' 1

Из изложенного следует, что применение кислорода ддя обогащения
дутья в печах кипящего слоя целесообразно в случае обжига мелкого
материала (й < 5 мм) либо при возможности перевода работы печи на
обжиг более мелкого материала. Для шахтных известковых печей обо-
гащение дутья нецелесообразно, поскольку температура продуктов
сгорания, омывающих обжигаемый материал в зоне обжига, не должна
превышать 1300 °С. Эта температура достигается в случае сжигания
топлива при коэффициенте расхода воздуха > 1,2. Во вращающихся
печах применение кислорода для обогащения дутья приводит к увели-
чению температуры в рабочем объеме зоны рбжига и, как следствие,
к росту производительности печи и снижению расхода теплоты на об-
жиг [28].

4. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ ОБЖИГА

В предыдущем разделе показаны способы выбора определяющих
параметров обжига, обеспечивающие получение заданных производи-
тельности процесса, степени обжига и удельного расхода теплоты на об-
жиг. Как правило, эти рекомендации можно осуществить на стадии
проектирования печи. Ниже рассмотрим взаимосвязь между параметра-
ми обжига в работающем аппарате при отклонении по различным причи-
нам одного или нескольких параметров от заданных значений.

Печь кипящего слоя. Рассмотрим изменение одного из параметров,
например числа псевдоожижения в ходе процесса обжига. При увеличе-
нии числа псевдоожижения с т12, характерного для расчетной точки,
38
образованной пересечением кривых 7 и 2 (рис. 13), до т34. Закономер-
ность ввода теплоты в слой, согласно уравнению (24), определяется
кривой 3, усвоение теплоты слоем — кривой 4, т.е. при условиях

Т}= СОП81,# = СОП81

изменение числа псевдоожижения с т12 до
мость повышения производительности печи
кусков обрабатываемого материала. При
уменьшении числа псевдоожижения до
т3>4. рабочая точка процесса определяет-
ся пересечением кривых 3', 4'. При сох-
ранении условия (32) производительность
процесса должна быть уменьшена, а раз-
мер кусков обрабатываемого материала

Вис. 13. Графическое изображение процесса
обжига известняка в кипящем слое при изме-
нении числа псевдоожижения

(32)

т34 вызывает необходи-
и уменьшения диаметра

увеличен. В целом при изменении числа псевдоожижения графическое
изображение функции С = /(с?) выразится кривой 5. Представляет
интерес анализ процесса при п = сопзг, & = сопв!, <1 = сопз1. В этом
случае при увеличении количества ожижающей среды в слое процесс
(по условиям ввода теплоты в слой) выразится кривой 3". Пониже-
ние кривой 5" по сравнению с кривой 3 объясняется повышенным рас-
ходом количества теплоты на процесс. Усвоение теплоты слоем харак-
теризует кривая 4". Ее повышение по сравнению с кривой 4 объясняет-
ся снижением степени обжига. Таким образом, увеличение числа псевдо-
ожижения при сохранении других условий приведет к увеличению произ-
водительносп? печи при одновременном увеличении расхода топлива
и снижении качества производимой извести. Очевидно, что такое изме-
нение в процессе недопустимо и требует компенсации. Из уравнения
(28), записанного для двух условий, например, для точек, образованных
пересечением кривых 1, 2 и 3, 4, получим

Сц г (43)34,2^11 _ ез« ч 2 . у

_ [— ] . (--------------)(-----------) X
Оэ4----------------------------------------------------(4з)ц-^34-1- €13 Т] 3 — Гд ГП34,,Ь4^,11

Х(^-)1>65. (33)

4гэ4
При выводе уравнения (33) учтена необходимость соблюдения усло-
вий П12 = П34М12 =-‘4з4> (41)12 = (-41) 34 и очевидность выполнения
равенств («1)12 52 а34, А2 «Рзч- Из уравнения (33) следует, что при
увеличении числа псевдоожижения и Сп = С34, 2 = <7Э4 необходимо
увеличить температуру процесса и высоту слоя в зоне обжига. Выполне-
ние первого условия приведет к уменьшению количества теплоты, "осев-
шей” в слое из-за увеличения температуры газов, уходящих из слоя, вто-
рого — к повышению степени обжига. Рост степени обжига будет обус-
ловлен также повышением температуры обжига. Графически это выра-
зится в совмещении кривой 3 с кривой 1 и сохранении на прежнем
уровне кривой 2. Если зоны утилизации теплоты продуктов сгорания
работают в режиме кипящего слоя, то с увеличением температуры об-
жига увеличится расход теплоты на обжиг (см. гл. VI). Подобный анализ
может быть проведен для любого определяющего процесса параметра.

Из приведенного анализа следует:

1) чтобы процесс можно было регулировать при случайных возмуще-
ниях параметров, его .определяющие параметры при проектировании
печи нельзя принимать максимальными, например Т < 1273 К, к <0,8 В;

2) регулирование процесса обжига в печи КС, утилизационные зоны
которой работают в режиме кипящего слоя, должно проводиться с по-
мощью микропроцессоров, поскольку требует одновременного решения
уравнений теплового состояния работы печи и уравнения (33).

При отсутствии процессоров можно рекомендовать следующую схе-
му управления. Стабилизируют расход воздуха, идущего на горение, и
известняка, загружаемого в печь. Системы такой стабилизации отрабо-
таны в промышленной практике. Известняк подвергают двойному
последовательному грохочению до заданной крупности. Случайные воз-
мущения температуры в зоне обжига, вызываемые изменением хими-
ческого состава топлива и известняка, его влажности и другими при-
чинами, компенсируют изменением расхода газа и материала. При повы-
шении температуры увеличивают подачу материала в зону обжига, при
ее снижении увеличивают расход топлива. Предлагаемая принципиальная
схема управления работой печи представлена на рис. 14. Она обеспе-
чивает минимальные изменения в расходе теплоты на обжиг в качестве
производимой извести по сравнению с применяемыми схемами уп-
равления, базирующимися на изменении расхода только топлива или
только обжигаемого материала.

Шахтная известковая печь. Рассмотрим изменение в процессе обжи-
га одного (или нескольких) определяющих параметров, например
скорости движения греющей среды. Согласно уравнению (30), увеличе-
ние скорости греющей среды приводит к увеличению количества тепло-
ты, передаваемой реагирующей частице, и, следовательно, к увеличению
производительности печи и качества извести. Обратный процесс при-
водит к снижению этих величин. Очевидно, стабилизация скорости
греющей среды обычными методами при прочих равных условиях обес-
печит заданные значения производительности печи, удельного расхода
теплоты и степени обжига. Изменение другого определяющего парамет-
ра — температуры греющей среды — изменит как степень обжига извест-
няка, так и производительность печи [см. уравнение (30) ]. В силу этого
температуру греющей среды, как и для печи КС, необходимо поддержи-

Рис. 14. Принципиальная схема автоматического регулирования и стабилизации
процесса обжига известняка:

1 - система стабилизации объемного расхода воздуха; 2 - система автоматичес-
кого регулирования температуры обжига при ее повышении; 3 - система автомати-
ческого регулирования температуры обжига при ее понижений; 4 - система ста-
билизации высоты слоя в зоне обжига
вать постоянной либо одновременно с ее колебаниями изменять другие
параметры процесса согласно уравнению (31). Однако непосредствен-
ное управление процессом, при котором в качестве исходного импуль-
са выступает изменение температуры греющей среды, возможно только
в одном (редко Встречающемся в промышленной практике) случае -
при подаче в печь продуктов сгорания топлива с лемпературой, мень-
шей температуры образования спеков в-слое зоны обжига. Во всех
остальных случаях такое управление затруднено отсутствием промыш-
ленных способов замера средней температуры греющей среды в любом
сечении зоны обжига. Следует искать другой параметр для управления.
Им является концентрация углекислого газа в продуктах сгорания, по-
кидающих печь. Возможность такого управления достаточно полно
обоснована в работах [29, 30 и др.].

Исходя из имеющихся разработок, можно рекомендовать следующую
схему управления процессом. Обычными методами стабилизируют рас-
ходы воздуха и топлива, используемых при обжиге. Нужную крупность
обжигаемого известняка обеспечивают двойным грохочением. Изме-
нение в химическом составе известняка и топлива компенсируют изме-
нением производительности печи в соответствии с концентрацией угле-
кислого газа в продуктах сгорания при условии постоянства уровня ма-
териала в печи. При рекомендуемом способе управления печью взаимо-
связь <7 - концентрация СО2 в уходящих газах определяют по фор-
муле (31) и соответствующим уравнениям теплового состояния зон
печи. Для решения достаточно сложной системы алгебраических урав-
нений, определяющих процесс, необходимо применение микропроцес-
соров. Предложенная система регулирования не среагирует иа повыше-
ние доли углекислого кальция в обжигаемом материале, поскольку кон-
центрация углекислого газа в продуктах сгорания не возрастает. Расход
теплоты при этом не увеличится, но степень обжига снизится при со-
хранении массы активного оксида кальция в продукте. Система сраба-
тывает при повышении в исходном материале доли окиси магния, пос-
кольку .углекислый магний разлагается в зоне подогрева, а в результа-
те выделения углекислого газа увеличится его доля в продуктах сго-
рания. При снижении теплоты сгорания топлива или его химическо-
го состава концентрация углекислого газа в продуктах сгорания умень-
шится. Система автоматического регулирования увеличит загрузку
известняка. Расход теплоты на обжиг при этом уменьшится ввиду рос-
та водяного эквивалента материала, степень обжига понизится. При
повышении теплоты сгорания топлива увеличится недожог топлива
вследствие того, что = сопзТ. Поэтому рекомендуемая система
автоматического регулирования должна быть дополнена корректирую-
щей системой, которая учитывала бы изменение химического состава
топлива, корректировала заданное значение концентрации углекисло-
го газа в продуктах сгорания в случае снижения теплоты сгорания топли-
42
ва и изменяла соотношение топливо—воздух в зависимости от изменения
теплоты сгорания топлива. Необходимые аналитические зависимости мо-
гут быть получены на основе расчетов горения топлива и решения уравне-
ния теплового состояния печи. В системе автоматического регулирова-
ния это возможно только при применении процессоров.

Из описанного следует, что отсутствие способов замера темпера-
туры греющей среды в зоне обжига шахтной печи приводит к существен-
ному усложнению схемы управления процессом даже в том случае, если
снято ограничение С = сопзТ. В силу этого работающие системы регу-
лирования не обеспечивают сохранения на заданном уровне удельного
расхода топлива при наличии возмущений в химическом составе обжи-
гаемого известняка и топлива. Управление процессом обжига, осно-
ванное на учете аэродинамических и тепловых закономерностей про-
цесса с помощью микропроцессоров, освоено в промышленной практи-
ке за рубежом [31]. Применительно к вращающейся печи, оно обеспе-
чивает экономию теплоты, расходуемой на обжиг, в размере 8-10 %.
Этот факт и приведенные выше соображения подтверждают необходи-
мость и целесообразность введения аналогичного управления на всех
вновь сооружаемых крупных известково-обжигательных аппаратах.

Г л а в а IV. НАПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
ИЗВЕСТКОВО-ОБЖИГАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕЧЕЙ

Шахтные пересыпные печи. Является первым внедренным в промыш-
ленную практику механизированным и высокопроизводительным ап-
паратом, производящим известь высокого качества при сравнительно
низких удельных расходах теплоты и электроэнергии. Эксплуатирует-
ся свыше 150 лет. Наличие сравнительно обширного класса этих печей
объясняется прежде всего необходимостью получения в ряде отраслей
и подотраслей промышленности (химической, сахарной, пищевой) не
только извести, но И продуктов сгорания, содержащих 40 % и более
двуоксида углерода. Это возможно при использовании для обжига топ-
лива, основную горючую часть в котором составляет углерод. Печи экс-
плуатируются и за рубежом. Так, в Японии на обжиг известняка исполь-
зуется 354,4 тыс. т твердого топлива в год, что составляет примерно
25 % от всего топлива, использованного на эти цели [32].

Твердое топливо, загружаемое в зону подогрева печи, способствует
увеличению водяного эквивалента шихты. Соотношение водяных экви-
валентов нагреваемой и греющей сред превышает 0,85. Температура
продуктов сгорания при этом составляет менее 130-140 °С, удель-
ное количество теплоты на обжиг - менее 3770 кДж/кг извести, содер-
жание СаОобщ > 94 %. Дальнейшее Повышение тепловой эффективности
печи связано с устранением ее основного недостатка - наличия окси-
да углерода в уходящих газах. Одним из методов решения этого вопро-
са является импульсный ввод воздуха на границе зон подогрева и обжи-
га, в результате которого концентрация оксида углерода в уходящих
газах снижается примерно в 2 рдза. При этом удельный расход теплоты
на обжиг уменьшается до 5 % и становится равным достигаемому на луч-
ших известково-обжигательных агрегатах. Применение специальных мер
по дальнейшему повышению теплового к.п.д. печи не требуется, пос-
кольку это приводит к снижению температуры уходящих газов до
температуры точки росы и к налипанию пыли на стенки газоходов
и аппаратов газоочистки.

Многочисленные разработки по усовершенствованию технологии
обжига и конструкции шахтных пересыпных печей, имеющиеся в публи-
кациях или внедренные в производство, направлены на предотвращение
сегрегации материалов при загрузке печей [33 и др.], стабилизацию
зоны обжига по высоте [34] при нарушениях технологического про-
цесса, равномерное распределение по площади зон греющей (охлаждаю-
щей) среды [35] и т.п.

Сооружение шахтных пересыпных печей можно рекомендовать в
специальных случаях, например при необходимости получении одновре-
менно с известью продуктов сгорания с высокой концентрацией дву-
оксида углерода (> 40 %). Такое положение обусловлено высокой
стоимостью доменного кокса, используемого в процессе, и наличием
в уходящих из печи газах оксида углерода. Последнее обстоятельство
требует сооружёния после печей установок для его дожигания, что
приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение печей, ус-
ложняет эксплуатацию и делает пересыпные печи неконкурентоспособ-
ными по сравнению с аппаратами других типов. Применение взамен
доменного кокса антрацита или тощих углей способствует увеличению
расхода топлива на 8 % и более (по сравнению со случаем использования
кокса) и не может быть рекомендовано для новых аппаратов. Вследст-
вие этого в ряде отраслей промышленности шахтные пересыпные печи
переводят на отопление газообразным топливом. Этот процесс наблю-
дается как в нашей стране, так и за рубежом [36]. Частичная замена
кокса газообразным топливом [37] объясняется теми же причинами.

Шахтные газовые печи. Существующие шахтные газовые печизимеют
традиционную компоновку — в футерованном огнеупорами сосуде рас-
положены зоны подогрева, обжига известняка и охлаждения извести.
Известняк загружают сверху устройствами различной конструкции,
выгружают — снизу. Воздух, необходимый для охлаждения извести и
горения* топлива, вводят в начале зоны охлаждения. Дополнительно
воздух подают в боковые горелки. Для печи такой конструкции при об-
44
жиге известняка узкого фракционного состава,, например 40-80 мм,
равномерном распределении топлива по площади зоны обжига и охлаж-
дающей (нагреваемой) среды в утилизационных зонах удельный расход
теплоты на обжиг должен составлять примерно 4000 кДж/кг извести
при содержании в ней СаООбЩ > 92 %. Фактически данный показатель
определяется способом ввода топлива в печь.

При вводе в печь теплоты с продуктами сгорания (рис. 15, а) рас-
ход теплоты на обжиг превышает 5450 кДж/кг [38]. Это объясняется
повышенным расходом воздуха, необходимым для снижения темпе-
ратуры продуктов сгорания до 1200—1300 °С. Уменьшение коэффициен-
та расхода воздуха, подаваемого в горелочные устройства, до 0,5—0,6
позволяет сохранить указанные выше температуры, снижает водяной
эквивалент газов в зоне подогрева известняка и, следовательно, их тем-
пературу на выходе из печи. Удельный расход теплоты на обжиг снижа-
ется до 3980-4200 кДж/кг. Оба способа ввода топлива в печь ограничи-
вают ее размер до величины, равной удвоенной глубине проникновения
струи в слой. Согласно имеющимся данным, эта величина составляет
0,9-1,0 м.

Для печей, внутренний диаметр (ширина) зоны обжига которых пре-
вышает 2 м, применяют осевую и боковую подачу топлива (рис. 15, б).
Осевой ввод топлива осуществляют центральной горелкой, боковой -
диффузионными, устанавливаемыми по периферии зоны обжига в два
яруса. Конструкции таких печей, центральной и боковой горелок под-
робно описаны в работе [39]. Воздух, необходимый для охлаждения
извести и горения топлива, подаваемого в центральную горелку, вводят
в зону охлаждения. Дополнительно воздух подают в боковые горелки.
В типовой центральной горелке [39] для предотвращения горения топ-
лива в районе ее верхнего колпака используют рециркулят в количест-
ве примерно 3 м3/м3 газообразного топлива. Производительность та-
ких печей не превышает 200 т/сут. Удельный расход теплоты при произ-
водстве качественной извести (СаООбщ > 92 %) составляет от 4400
[36] до 4600 кДж/кг [40] и выше [41]. Имеется опыт работы цент-
ральной горелки на воздухе, подаваемом взамен рециркулята [36].
Боковые горелки диффузионного типа могут быть заменены топка-
ми, работающими с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,6. Одна-
ко эти мероприятия не приводят к существенному изменению удель-
ного расхода теплоты на обжиг, который превышает 4200 кДж/кг, т.е. на
200 кДж/кг больше расчетного. Основной причиной этого является
неравномерное распределение температуры и, следовательно, топлива
по площади зоны обжига [40].

Другим способом ввода топлива в печь большого диаметра является
балочный [39]. В водоохлаждаемые балки (рис. 15, в), устанавливаемые
в несколько ярусов по несколько штук в ярусе, подают топливо и
воздух. Предполагалось, что частое расположение балок в сечении печи
45
Рис. 15. Принцигшальные технологические схемы шахтных известковых газовых печей:

7 - стол выгрузочный; 2 - горелка центральная; 3 - горелка балочная; 4 — горелка "пиковая”; 5 - теплообменник для
подогрева воздуха
обеспечит равномерное распределение топлива в зоне обжига, приведен
к повышению производительности печи и качества извести. Опыт экс-
плуатации печей не подтвердил указанного. В работающих печах [14,
42 и др.] наблюдают существенную неравномерность температурного
поля над работающими балками. Разность температур может дости-
гать 300 °С [42]. Это обстоятельство и дополнительные потери с охлаж-
дающей водой не позволяют получать качественную известь и приводят
к повышению расхода теплоты на обжиг. При этом потери только с ох-
лаждающей водой превышают 15 % общего расхода теплоты на обжиг.
В настоящее время печи с таким вводом топлива не сооружают.

Имеется опыт работы^ шахтной печи, в которую топливо вводят водо-
охлаждаемыми балками и диффузионными горелками [43]. Как и в
случае балочного отопления, удельный расход теплоты на обжиг велик
и составляет не менее 5870 кДж/кг.

Попытка организовать работу печи площади сечения 10 м2 и более
путем применения зон вытянутой формы и ввода топлива боковыми
горелками не привела к успеху. Известь, получаемая в печах этого
типа, так называемых щелевых и кольцевых конструкций Укргипромеза
[44], невысокого качества. Это объясняется неудачной конструкцией
горелочных устройств, приводящей к неравномерному распределению
топлива по сечению зоны обжига. Для печей указанного типа можно
использовать жидкое топливо [45] или совместно жидкое (газообраз-
ное) и твердое [46]. Сжигание жидкого топлива организуют по схеме,
приведенной на рис. 15, а, за счет предварительной газификации ма-
зута. Удельный расход теплоты на обжиг в таких печах не превышает
460 кДж/кг [44]. Применение двух видов топлива способствует сниже-
нию расхода теплоты [46].

Из приведенных данных следует, что в эксплуатируемых шахтных
газовых печах традиционной компоновки по сравнению с шахтными
пересыпными печами расходуется большее количество теплоты. Разни-
ца составляет 500—800 кДж/кг извести. Это свидетельствует о целесо-
образности разработки новых способов, повышающих тепловую эффек-
тивность печей.

За рубежом, кроме печей описанных конструкций, используют аппа-
раты нетрадиционной компоновки. К ним относятся печи фирмы ”Маегг”
и конструкции К. Бекенбаха: сдвоенные и кольцевые. Печь фирмы
”Маегг” двухшахтная (рис. 15, г). Топливо для обжига подают сверху
в одну из шахт так называемыми "пиковыми” горелками. Сюда же под-
водят воздух для горения топлива. Такой способ ввода топлива обес-
печивает равномерное его (и воздуха) распределение по площади зоны
обжига и предотвращает пережог извести, поскольку в области горе-
ния топлива находится сравнительно холодный известняк. Коэффициент
расхода воздуха высокий и составляет не менее 1,5. Он определяется
как условиями спекания обжигаемого известняка, так и стойкостью
горелок. После горения продукты сгорания, двигаясь в прямотоке с ма-
териалом, подогревают и обжигают его и с температурой 1000—1100 °С
по соединительному каналу поступают в другую шахту. Здесь в противо-
токе происходят обжиг и подогрев известняка. Охлажденные примерно
до 100 °С, продукты сгорания удаляются из печи. Воздух, необходи-
мый для охлаждения извести, подают в каждую шахту снизу. Подогре-
тый воздух в обоих шахтах используется во второй шахте. Через 10-
20 мин направление движения газовых потоков меняется на обрат-
ное. Независимо от места сжигания топлива известь выгружают непре-
рывно из обеих шахт. Подогрев воздуха за счет теплоты известняка
позволяет получать удельное количество теплоты для обжига на уровне
3740 кД$/кг извести, в которой содержание СаОоещ составляет > 94 %.
При этом температура продуктов сгорания несколько превышает тем-
пературу точки росы. Особенность конструкции печи и технологии
обжига известняка в ней обусловливают необходимость применения
мини-ЭВМ с емкостью памяти 24-килобита [47]. Это позволяет управ-
лять процессом с высокой точностью во времени, поддерживать на за-
данном уровне материалынне потоки и т.п. Высокая тепловая эффектив-
ность обусловила* широкое распространение этих печей в ФРГ и Япо-
нии [48]. Несколько лет назад первая печь такой конструкции пуще-
на в США [49].

Высокие технико-экономические показатели работы регенеративной
печй, достигнутые после усложнения ее конструкции и технологичес-
кой схемы, обусловливают появление ряда недостатков эксплуатацион-
ного характера, не имеющихся в шахтных газовых печах традиционной
компоновки:

1) низкая стойкость "пиковых” горелок. Длительность их работы,
несмотря на изготовление горелок из специальных сталей и применение
огнеупорных обмазок, не превышает 6 месяцев;

2) повышенная точность регулирования расходов топлива. Колеба-
ния в расходе топлива не должны превышать ± 0,5 % от расчетного (за-
данного). Несоблюдение этого требования приводит к ошлакованию
переходного канала или налипанию в нем пыли;

3) образование спеков, нарушение процесса обжига при использова-
нии загрязненных глинистыми примесями известняков, наличии в них
мелочи. Наличие примесей глины на поверхности частиц приводит к
образованию спеков и расстройству процесса обжига [50]. Примене-
ние послойной загрузки известняка разных классов [35] обеспечива-
ет удовлетворительные показатели процесса, позволяет увеличить раз-
бег отношений диаметров до 1:4, но существенно усложняет технологи-
ческую схему печи и ведение технологии обжига;

4) повышенный выход продуктов сгорания после печи, вызванный
высоким коэффициентом расхода воздуха. Удельный выход их практи-
чески вдвое выше, чем в шахтной газовой печи традиционной комцонов-
48
ки. С помощью имеющихся способов снижения коэффициента расхода
воздуха путем подачи дополнительного топлива в переходной канал1
или выше канала сбоку шахты, работающей с использованием продук-
тов сгорания [51], нельзя устранить недостаток. Подача значительно-
го количества газа в переходной канал ограничена температурой продук-
тов сгорания, которая не должна превышать 1100-1200 °С и только
для немногих видов известняков может составлять 1300 °С. Подача
газа сбоку шахты не обеспечивает необходимой глубины проникнове-
ния струи топлива в слой;

5) малая глубина регулирования и чрезвычайно длительный (до
нескольких суток) период выхода на новый режим обжига. Это позво-
ляет эксплуатировать печь только в постоянном режиме и исключает
возможность остановки ее по любой причине.

Вероятно, в связи с этими недостатками печей фирмы ”Маегг” широ-
кое распространение получили кольцевые печи К. Бекенбаха. Только
в Японии к 1979 г. в этих печах производилось примерно 50 % Всей из-
вести [48]. При этом удельный расход теплоты на обжиг в этих пе-
чах примерно иа 420 кДж/кг выше, чем в печах фирмы ”Маегх” [37].
Технологическая схема кольцевой печи проста (рис. 15, д). Ввод тепло-
ты для обжига осуществляют горелками, устанавливаемыми в один
или два яруса и работающими с коэффициентом расхода воздуха 0,38-
0,47. Воздух для горелок подогревают в трубчатом теплообменнике.
Греющей средой для него являются продукты сгорания, отбираемые из
зоны подогрева известняка. Ввод в печь известняка, воздуха для охлаж-
дения извести, отвод извести из печи производят обычным способом.
При сравнительной простоте конструкции, малых эксплуатационных рас-
ходах и ряде других преимуществ по сравнению с аппаратом фирмы
”Маегх” печь имеет крупный недостаток: поверхность теплообменника
в процессе работы заносится пылью извести и известняка.

Вращающиеся печи. Простейшим типом вращающейся печи является
футерованный внутри огнеупорным кирпичом вращающийся барабан,
наклоненный под углом 3-4 ° к горизонту и имеющий камеры на холод-
ном и горячем концах, называемые загрузочной (холодной) и разгру-
зочной (горячей) головками. Через загрузочную головку в печь вводят
известняк и отводят на очистку продукты сгорания. Низ загрузочной
головки является сборным бункером крупных частиц шали, уносимой
из печи. В разгрузочной головке монтируют горелочные' устройства
для подачи топлива в печь. Сюда же направляют воздух, необходимый
для горения топлива. Низ головки является бункером для извести,
выгружаемой из печи.

В печи осуществляются все стадии обработки известняка: подогрев,
обжиг и охлаждение (частичное) полученной извести. Передача тепло-

1 Патент № 299 781 (Австрия), 1972.
ты от газов к обрабатываемому материалу в печи данного типа осущест-
вляется за счет лучистого теплообмена в системах факел — обрабатыва-
емый материал, кладка — обрабатываемый материал, конвективного
теплообмена и теплопроводности от кладки к обрабатываемому ма-
териалу. Поэтому большая часть теплоты передается материалу в зоне
обжига, где температура газового потока максимальная (> 1500°С).
По мере продвижения газов к холодной головке печи их температура
снижается и общее количество теплоты, передаваемой материалу, су-
щественно уменьшается. Вследствие этого температура продуктов сго-
рания, уходящих из печи, составляет не менее 700-800 °С. Известь,
выгружаемая из печи, частично охлаждается воздухом, идущим на го-
рение. Степень охлаждения зависит от глубины ввода горелочного уст-
ройства в печь, определяющей длительность контакта извести с возду-
хом на данном участке печи. Температура выдаваемой извести при-
мерно 900-1000 °С.

Недостаточная утилизация теплоты уходящих газов, практическое
отсутствие стадии охлаждения и большие потери теплоты в окружаю-'
щую среду вращающимся барабаном обусловливают чрезмерно высо-
кий удельный расход теплоты на обжиг (7370-8450 кДж/кг извести)
[52]. Печи такого типа получили широкое распространение главным
образом в США, где они до энергетического кризиса 1973 г. были прак-
тически единственным обжиговым аппаратом. Это объясняется рядом
преимуществ печей [36, 47]: производством извести однородного
качества; высокой единичной мощностью печей; возможностью ис-
пользовать известняк мелких фракций различных физико-химических
свойств; мобильностью печи, позволяющей быстро менять режимы об-
жига и тем самым влиять на качество извести; легкостью регулирования
режимов горения; возможностью полной автоматизации процесса и вы-
сокой глубиной регулирования, достигающей от 50 до +150% номиналь-
ной производительности.

Ориентировка на вращающиеся печи и отсутствие их теплового совер-
шенствования привели к значительному отставанию известковой про-
мышленности США по сравнению с другими странами по основному
показателю — удельному расходу теплоты на обжиг: в США этот по-
казатель составил [53] 7960, *в Японии [32] - 4820, в ФРГ [54] -
3800 кДж/кг извести.

Стремление сохранить основные преимущества печи и одновременно
повысить ее тепловой к.пл. привели к появлению в технологической
схеме печи утилизационных устройств для подогрева известняка и ох-
лаждения извести. В качестве подогревателей известняка применяют
теплообменники движущегося плотного слоя, движение газов в кото-
рых может осуществляться в режиме противотока, прямотока, перек-
рестного тока либо их сочетаний [12 и др.], циклонные теплообменни-
ки [55 и др.], теплообменники перекрестного тока [12]. Аналогич-
ные аппараты применяют для охлаждения извести. Кроме указанных
теплообменников, здесь используют барабанные, планетарные и аппа-
раты кипящего слоя. При наличии теплообменных устройств длина пе-
чи меньше, диаметр больше. В отличие от печей, не имеющих теплооб-
менников, так называемых длинных вращающихся печей, эти печи по-
лучили название коротких вращающихся печей с теплообменниками.
Температура продуктов сгорания на выходе из печи превышает 1000°С.
Повышенная их энтальпия приводит к частичному обжигу известняка
в подогревателе. Доля обожженного материала в них достигает 30 %
и более [56]. Удельный расход теплоты в таких печах составляет 4750-
6280 кДж/кг [47] и зависит от типа утилизационных устройств, произ-
водительности печи, физико-химических свойств обрабатываемого из-
вестняка и т.п.

Производительность печей составляет от 50 [52] дб 1000 т/сут [57]
и более. Имеются сведения о вводе в эксплуатацию вращающейся печи
производительностью 525 тыс. т/год (1500 т/сут) [58]. Сырьем для
производства извести в печах являются карбонатные породы различных
физико-химических свойств: мел, прочные и рыхлые известняки, ко-"
раллы. Крупность сырья определяется типом печи и подогревателя из-
вестняка и изменяется от 0,09-2,5 [55рдо 19-57,2 мм [59]. Топли-
вом для печи служит газообразное, жидкое и твердое топливо. Вращаю-
щаяся 'печь является единственным типом обжигового аппарата, в кото-
ром без существенных изменений конструкции может быть использо-
ван любой из указанных видов топлива. Она же является единствен-
ным аппаратом, в котором широко используют пылеугольное топли-
во [60].

Повышенный расход теплоты на обжиг во вращающихся печах опре-
делил разработку и внедрение ряда способов, повышающих тепловой
к.п.д. печей данного типа. В длинных вращающихся печах основным
способом снижения расхода теплоты на обжиг является интенсифика-
ция конвективного теплообмена в холодном конце печи, осуществля-
емая путем установки различных приспособлений, распределяющих
материал по поперечному сечению печи или образующих промежуточ-
ную поверхность нагрева. Характеристика этих устройств приводится
в работе [39]. Общим техническим решением, обеспечивающим сни-
жение расхода теплоты на Обжиг как в длинной, так и в короткой вра-
щающейся печи является устройство для адиабатической выдержки
извести перед ее охлаждением. В длинной вращающейся печи примене-
ние устройства обеспечивает снижение расхода теплоты на 4,4 % [61].
Аналогичный результат достигается в короткой вращающейся печи
[62 и др.]. В обоих аппаратах обжиг проводят при минимальном коэф-
фициенте расхода воздуха. В коротких печах коэффициент расхода
воздуха на срезе горячей головки < 1. Возникающий при этом недожог
используют для организации горения на выходе из печи перед подо-
гревателем известняка. Необходимый для горейия кислород посту-
пает с подсосами холодного воздуха.

Для снижения расхода теплоты на обжиг целесообразно применять
кислород. Повышение температуры факела интенсифицирует теплооб-
мен в збне обжига, а снижение количества продуктов сгорания перед
подогревателем известняка уменьшает потери теплоты с уходящими га-
зами. С целью снижения потерь теплоты в окружающую среду необ-
ходимо увеличивать термическое сопротивление футеровки печей. Ра-
боты в этом направлении проводят как в СССР, так и за рубежом. Не-
смотря иа это,потерй теплоты значительны по сравнению с шахтными
печами, что требует разработки новых способов теплового совершенст-
вования процесса.

Печи кипящего слоя. Классическая технологическая схема извест-
ковой печи КС включает зоны подогрева известняка, обжига, охлажде-
ния полученной извести (рис. 16). Воздух, необходимый для обжига,
подают в зоны охлаждения извести. После зон подогретый воздух нап-
равляют в зону обжига, куда рдновременно вводят топливо. Продукты
сгорания после зоны обжига направляют в зоны подогрева известняка.
Основные показатели работы печей приведены в табл. 6. Как следует
из приведенных данных, печи КС уступают шахтным по показателю рас-

Рис. 16. Технологические схемы эксплуатируемых известковых печей КС:
а - печь фирмы ”Оогг-ОНчег” (США); б - печи КС Макеевского металлургичес-
кого комбината [ 17] и Руставского металлургических завода (27]; в - печь КС
Карагандинского металлургического комбината] 23]
Таблица 5. Основные показатели работы
известковых печей КС

Наименование показателя Печи
США ммк* РМЗ КарМК**
Обжигаемый известняк:
месторождение Штат Фло- рида Еленовское Цителицкарское Южно-Топарское
крупность, мм 0,1-3,36 3-10 12-25
Топливо Нефть Природный газ Пропан-бутановая смесь
Производительность печи, т/сут 220 300 150 1000
Содержание СаОобщ в извести, % 95 95 86
Расход теплоты, кДж/кг 4720 4600 4490
Расход электроэнергии, кВт ч/т * 1 40 46 85 50
Температура извести, выгружа- емой из печи, °С 300 950 150

* МКК — Макеевский металлургический комбинат. РЗМ — Руставский метал-
лургический завод. |

*' КарМК - Карагандинский металлургический комбинат.

хода теплоты на обжиг. Несмотря на это они являются наиболее техно-
логичными аппаратами для обжига мелкого известняка (й?ср <10 мм),
обеспечивающим получение высокореакционной однородной по качест-
ву извести с наименьшими затратами теплоты и электроэнергии на про-
цесс. Это обусловлено следующими преимуществами печи кипяще-
го слоя:

1) высокой скоростью теплопередачи, что позволяет вести обжиг
при температуре, не превышающей 1000 °С, и получать при этом высо-
кореакционную однородную по качеству известь;

2) простртой и высокой тепловой эффективностью сжигания топли-
ва в кипящем слое;

3) простотой пуска и остановки печи. Так, для пуска и выхода на
полную нагрузку печи КС-300 Макеевского металлургического комби-
ната достаточно 12-20 ч. Пуск шахтной газовой печи в тех же условиях
требуем до 200 ч;

4) снижением выбросов оксидов азота по сравнению с шахтной и вра-
щающейся печами.
Недостатком печей КС является истирание известняка в зонах подо-
грева и извести в зонах обжига и охлаждения. Общее количество выно-
симой пыли превышает 20 % при обжиге известняка крупностью < 3 мм
[11] и составляет 25 % при обжиге известняка крупностью < 10 мм
[17] и ~ 35 % при обжиге известняка крупностью < 25 мм [63]. К не-
достаткам этих печей следует отнести также сравнительную сложность
конструкции. Печь представляет собой совокупность не менее четырех
аппаратов кипящего слоя, связанных между собой транспортными
линиями для газа и материала. В печах расходуется дополнительное
количество электроэнергии на преодоление сопротивления промежуточ-
ных решеток, чего не наблюдается в шахтных и вращающихся печах.

Обжиг известняка на движущейся колосниковой решетке с исполь-
зованием коксика крупностью < 3 мм. Аппараты для осуществления
этого процесса - машины ОПР и ПОР [64] получили в 60-е годы ши-
рокое распространение на металлургических предприятиях. В них полу-
чают горячую известь крупностью 3—10 мм для агломерационного про-
цесса. Из-за низкого качества извести (содержание СаООбщ в ней не
превышает 75 %) и сброса в атмосферу оксида углерода (до 30 кг ут/т
извести) эти машины выводят из эксплуатации.

К этому же классу машин относится аппарат КМ-14, разработанный
на металлургическом комбинате "Запорожсталь”. Его подробное опи-
сание приведено в монографии Р.С. Бернштейна [13]. Как и машины
ОПР, ПОР, аппарат не отвечает требованиям санитарных норм на выб-
рос оксида углерода, масса которого составляет до 25 % от массы топ-
лива, расходуемого на обжиг. По этрй причине аппарат не может быть
рекомендован для эксплуатации.

Аппараты с движущейся колосниковой решеткой, работающие на
газообразном топливе, подаваемом в виде продуктов сгорания, эксплу-
атировались за рубежом [65]. При обжиге известняка крупностью
10-30 мм удельный расход теплоты на обжиг составляет 5450 кДж/кг
при очень низкой удельной нагрузке на площадь решетки [~ 0,33 г/
сут-м2)]. По приведенным показателям аппараты уступают вращаю-
щимся печам.

Известковые аппараты циклонного типа. Состоят из 2-4 циклонов
для подогрева известняка [66, 67], декарбонизатора [68] или печи КС
с технологическим циклоном [66], в которых происходит обжиг подо-
гретого известняка, и не менее двух циклонов для охлаждения извес-
ти. В качестве исходного сырья используют известняки различных
месторождений крупностью < 2 мм [66] или частично обожженную
известковую пыль [67], в качестве топлива — природный газ, жидкое
топливо или пылеугольное твердое, сжигаемое в декарбоиизаторе (печи
КС). Минимальный расход теплоты на процесс 4820 кДж/кг при обжи-
ге известняка [68] и 2400 кДж/кг при обжиге известковой пыли, обож-
женной на 50 % [67]. Количество электроэнергии, затрачиваемой на
процесс, ~20 кВт ч/т. Процесс отработан на установках производитель-
ностью 9-10 т/сут [67, 68]. Имеются установки производительностью
150 [68] и 500 т/сут [47].

Циклон как теплообменник работает в режиме смешивающего тока.
Поэтому удельный расход теплоты 4850 кДж/кг является минимально
возможным. При прочих равных условиях (производительности, ка-
честве извести и т.д.) удельный расход теплоты в циклонном процес-
се выше, чем в кипящем слое вследствие более развитой поверхности
циклонных аппаратов и, как следствие, повышенных потерь в окру-
жающую среду. Вторым недостатком аппаратов с циклонными тепло-
обменниками является их громоздкость: высота установки достигает
40-50 м. В силу этого циклонные теплообменники относятся к аппа-
ратам экзотическрго типа. Их использование обосновано только в двух
случаях: при дожигании пыли из известковых аппаратов других типов
либо для обжига дешевого известняка крупностью < 3 мм.

2. СПОСОБЫ ТЕПЛОВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПЕЧЕЙ

Адиабатическая выдержка извести, предшествующая ее охлаждению.
Способ базируется на следующих физических предпосылках. Материал,
выходящий из зоны обжига, состоит из частиц различной степени обжи-
га. Часть из них обожжена на 100 % и практически нагрета до темпера-
туры процесса. Вторая часть обожжена примерно на 100 %. Температура
в центре частиц равна температуре диссоциации, поверхность практи-
чески нагрета до температуры процесса. Оставшаяся часть материала
содержит неразложившееся ядро известняка, температура которого
равна температуре диссоциации. Температура поверхности этих частиц
меньше температуры процесса и определяется условиями теплоподво-
да к поверхности. Поскольку ?ср 1а, масса частиц имеет избыточ-
ную теплоту, которая в определенных условиях может быть использо-
вана на диссоциацию известняка, содержащегося в полуобожженных час-
тицах. Для этого известь после зоны обжига необходимо выдержать в
условиях отсутствия теплоотвода от нее, т.е. в адиабатическом бункере.
В этих условиях избыточная теплота извести, перегретой сверх темпера-
туры диссоциации, израсходуется на диссоциацию имеющегося в ней
известняка.

Технологическую и тепловую эффективность адиабатической выдерж-
ки определим следующим образом. Количество теплоты, которое содер-
жится в извести, выгружаемой из зоны обжига, и может быть исполь-
зовано на разложение известняка, составляет

△2 = хсСа0 (?п ^д) + [ (1 - х)------------] X

К
, СаО, (1 — п)

Х сСаО ('СаО ~ гд) +-------------сСаО, (ГД ~ гд) ♦ (34)

где х - доля продукта, обожженого на 100 %; ?д - температура диссо-
циации известняка в условиях адиабатической выдержки, °С; ТСа0 -
средняя температура извести, содержащейся в недообожженном мате-
риале, °С; К = СаСОэ (1 - 0,44т?) + 0,478М8СО3 + Лр.

При составлении уравнения (34) предполагалось, что продукт, обож-
женный на 100 %, имеет среднемассовую температуру, равную темпера-
туре поверхности частиц. Это предположение вносит определенную по-
грешность в расчеты, -поскольку часть полностью обожженного мате-
риала не догревается до температуры 1п.

Масса известняка, которая может быть разложена за счет избыточ-
ной теплоты извести, составит

ДССаСО, = (35)

где в'а - тепло диссоциации известняка для условий адиабатической
выдержки, кДж/кг; 01 - коэффициент, учитывающий потери тепла
в окружающую среду; — коэффициент, учитывающий незавершен-
ность процесса теплообмена адиабатической выдержки.

Увеличение степени обжига за счет проведения адиабатической вы-
держки равно (ДС/^д)0102 = СаСОэ [(1 - т?)/А?] - [(1 - т?')//С], от-
куда

1?’ -1? « (Д С^дСаСОз ) 01 02 ,

(36)

Время, необходимое для передачи избыточной теплоты извести Д@,
определяется совместным протеканием двух процессов: передачей
теплоты теплопроводностью от массы извести с температурой I > 1'д и
ее усвоением реагирующим известняком. Первый процесс более про-
должительный и определяет длительность адиабатической выдержки.
Точное решение задачи о диссоциации недожога в условиях адиабати-

Рис. 17. Изменение расхода теплоты на обжиг в
зависимости от качества производимой извести по
данным (69]:

1 - работа печи,без адиабатической выдержки;

2 - то же, с адиабатической выдержкой
ческой выдержки отсутствует. Необходимые для практических расче-
тов зависимости получим из опытных данных.

Результаты изучения влияния адиабатической выдержки на качество
получаемой извести и расход топлива на обжиг приведены в работе
[69] и на рис. 17. Для их обобщения предположим, что закономер-
ность передачи теплоты в системе описывается уравнением

△2= 2ХсаО^ К^СаО — +^г)1тв> (37)

где <1\ — средний размер частиц, содержащих массу неразложившегося
известняка; мм; (12 — средний размер частиц, обожженных на 100 %,
мм; тв — время адиабатической выдержки, ч; А — опытный коэффи-
циент, учитывающий огрубленность модели.

При составлении уравнения (37) сделаны следующие допущения:

1) размер неразложившегося ядра значительно меньше размера
с?! + , что соответствует действительности при адиабатической выдерж-
ке извести, обожженной до более 93 %;

2) неразложившееся ядро известняка окружено сплошным слоем из-
вести толщиной (с?1 + ^г)/2 со средней температурой гСа0.Несоответст-
вие этого положения фактической модели учитывается опытным коэф-
фициентом А.

Определяя среднюю температуру

?СаО = (^нач ~ ^кон)/2= 1/2(х?п + (1 — х)?Ср + 1,05?д),

где 1,05 — коэффициент, учитывающий незавершенность теплообмена
в условиях адиабатической выдержки, и привлекая опытные данные
[69], по уравнению (37) получаем значение 2ХСа0Л = 200. На основа-
нии этого время адиабатической выдержки определим из уравнения

тв = 200Д2(с?1 + с?2)/(^саО + ^д) • (38)

Адиабатическую выдержку извести перед ее охлаждением применяют
во вращающихся печах, обеспечивая снижение расхода теплоты на 3—5 %,
массовой доли углекислого газа в извести на 3-5 % [62, 69]. Приме-
нение адиабатической выдержки извести предусматривают в некоторых
известковых печах1.

Повысить эффективность адиабатической выдержки можно следую-
щим образом. Температура диссоциации в зоне обжига известковых пе-
чей, работающих на газообразном топливе, составляет 840—850 °С. В
адиабатическом бункере эта же температура равна 900 °С, поскольку
реагирующую частицу окружает атмосфера углекислого газа, выделяю-

1 Патент № 58311 (Румыния), 1975; патент № 57-31519 (Япония), 1972; па-
тент № 57630 (ЧССР), 1975.
щегося при разложении известняка в бункере. В результате этого запас
теплоты в извести снижается и требуется дополнительный нагрев до
900 °С. Количество теплоты, требуемой для этого, велико и составляй
примерно 50 кДж/кг известняка. Между тем известно, что снижение
парциального давления углекислого газа до 20 кПа приводит к сни-
жению температуры диссоциации до 800 °С и не* вызывает снижения
скорости диссоциации известняка (70]. Такой способ адиабатической
выдержки позволит увеличить запас теплоты в извести и дополнитель-
но высвободить-для разложения известняка примерно 50 кДж/кг. Для
осуществления этого способа в адиабатический бункер следует подавать
газообразную среду, не содержащую углекислого газа и нагретую до
температуры, превышающей 800 °С. В качестве такой среды следует
использовать воздух, выходящий после охлаждения извести и являю-
щийся единственной газообразной средой в данном процессе, максималь-
но удовлетворяющей поставленным условиям [71]. Применение воздуха
ниже заданной температуры вызывает снижение запаса теплоты в из-
вести. В данном случае он будет равен

где Д<2 - располагаемый запас теплоты, определяемый по уравнению
(34), кДж/кг; - расход воздуха на адиабатический бункер, м3/ч;

- температура воздуха, поступающего в адиабатический бункер, °С.

Расход воздуха для продувки адиабатического бункера необходимо
принимать минимальным, обеспечивающим скорость его движения
0,1-0,15 м/с. Соблюдение этого требования позволит получить нера-
венство А<?саСО (гд ~ 'д) > - гохл) и увеличить количест-

во известняка ДэССаСО5, разлагающегося в адиабатическом бункере.
Подачу заданного количества воздуха в адиабатический бункер следует
организовать путем поддержания на его выходных сечениях опреде-
ленного перепада давления Др. Расчет этой величины производят по
формуле

X (И'в + И'и)1 [(1-е)^]1

△р = х,------------рв------------

а 2 еэ

(39)

где X] - коэффициент сопротивления. Для принимаемых скоростей
движения Х1 = 400/Ке - 40Ш/(И'в + И/и)р; И - высота слоя материала
в адиабатическом бункере, м; — фактор формы. (По опытным дан-
ным, равен 1,8). Определяющую температуру для расчета в первом при-
ближении можно принять равной температуре диссоциации в бункере.

Для расчета адиабатического бункера необходимо зиать пофракцион-
ную степень обжига получаемого продукта. Ниже приведены результаты
опытов автора, полученные для печи КС [17] при обжиге известняка
Еленовского месторождения крупностью 3-12 мм:
Размер фракций, мм . . . 1-3 3-5 5-7 7-10 10-12

Стейень обжига, %.... 100 100 98 90 77

Тепловой расчет печи, имеющей адиабатический бункер, приведен
в гл. VI.

Адиабатическая выдержка известняка, проводимая после подогрева
перед обжигом. Сущность процесса заключается в следующем. Темпе-
ратура продуктов сгорания после короткой .вращающейся печи, посту-
пающих в подогреватель известняка, составляет 1000-1200 °С. В подо-
гревателе происходит частичная диссоциация известняка. При этом
средняя температура материала значительно ниже температуры его
поверхности. Адиабатическая выдержка известняка позволяет усред-
нить температуру материала по всему объему частицы, что увеличивает
в последующей стадии обжига теплопередачу к обжигаемому материалу.
Вследствие этого удельный расход теплоты на обжиг может снижаться
до 200 кДж/Кг. Адиабатическая выдержка известняка применяется в
работающих печах [72 и др.], предусматривается в конструкциях соз-
даваемых печей шахтного типа.1 -

Увеличение водяного эквивалента обжигаемого известняка. Для
зон подогрева любой эксплуатируемой известково-обжигательной печи
соблюдается неравенство (13), что ие позволяет охладить смесь про-
дуктов сгорания и углекислого газа, уходящих из зоны обжига, до
температуры известняка, подаваемого на подогрев. Очевидно, что соз-
дание условий, при которых И/(П.с. + со,)/^м < 1, устранит потери
теплоты с уходящими газами.

Наиболее простым способом достижения поставленного условия яв-
ляется ввод в печь совместно с обжигаемым известняком инертного
огнеупорного материала и последующее его выделение из продукта,
выгружаемого из печи. Количество поданного инертного материала
определяется из уравнений:

(гудс)в/(сСа0 +Амсм) <1,1; (40)

^(п.с + СО,)/(^»сСаСО3 +^мСм)<1; (41)

^ух-'^р- (42)

Подача инертного материала, определяемая по неравенству (40),

предотвратит дополнительные потери с известью, уходящей из печи.

Выполнение неравенств (41) и (42) обеспечит минимальные потери
теплоты с уходящими газами и отсутствие конденсации водяных паров,
имеющихся в продуктах сгорания, в системе их очистки. Предлагаемый
процесс можно осуществить в любой известково-обжигательной печи

1 Патент№58311 (Румыния), 1975; патент№57670 (ЧССР), 1975.
при разделении продукта, выгружаемого из печи. Однако такого реше-
ния пока нет. Опыт работы в области производства извести и ее гаше-
ния позволяет рекомендовать к внедрению следующую технологичес-
кую схему печи (рис. 18). Обжиг производят совместно с инертным

Рйс. 18. Технологическая схема извест-
ковой печи повышенной тепловой эф-
фективности, работающей с промежуточ-
ным теплоносителем и производящей
гашеную известь:

1 — подогреватель известняка; 2 - зона
обжига; 3 - охладитель извести; 4 -
аппарат для гашения извести; 5 - ап-
парат пылеулавливающий) 6 - вибро-
грохот; 7 - удаление непогасивщихся
зерен

материалом, количество которого определяют по неравенствам (40)-
(42). Полученный продукт направляют в гаситель кипящего слоя, для
работы которого используют воздух и водяной пар (воду). Образу-
ющуюся известь - пушонку удаляют вместе с воздухом и в аппаратах
очистки отделяют от него. Выгружаемый из аппарата продукт подверга-
ют обработке на грохоте, что позволяет разделить инертный материал
и непогасившиеся частицы. Очевидно, что в качестве обжигового аппа-
рата следует использовать печь кипящего слоя или вращающуюся, в ко-
торых обжигают материал крупностью < 25 мм. Это обусловлено необ-
ходимостью уменьшения затрат энергии в гасителе кипящего слоя. Схе-
ма имеет ограниченное применение, поскольку ее продуктом является
мелкодисперсный (крупностью < 1 мм) гидрооксид кальция.

В качестве промежуточного инертного материала можно использо-
вать известняк. В этом случае в известково-обжигательном аппарате
производят известь пониженной степени обжига (не более 80 %). Полу-
обожженный продукт подвергают разделению. Получаемую мелкодис-
персную известь направляют потребителю,известняк- на обжиг. Ука-
занный способ обжига применительно к работе машины КМ-14 и печи
КС описан в работах [73, 74]. В качестве разделителя продукта приме-
няют аппарат кипящего слоя. Условия его работы с учетом естественно-
го истирания материала в кипящем слое изучали на модели размером
170 X 170 мм. В качестве материала применяли известь крупностью 3-
10 мм, обожженную на 70%. Ожижающей средой служил воздух, Опыты
проводили при числах псевдоожижения, равных двум и более, и высоте
слоя 170 мм, т.е. в условиях, обеспечивающих максимальное истирание
материала. Результаты испытаний показали, что производительность
процесса разделения, оцениваемая в кг извести /ч на м2 решетки, в 2 ра-
за и более меньше удельной нагрузки обжигового аппарата, в данном
случае печи КС. Несмотря на удовлетворительную степень разделения
(> 90 %) и получение высококачественной мелкодисперсной извести,
содержащей более 98 % активного оксида кальция, процесс неэкономи-
чен, поскольку энергетические затраты на разделение превышают полу-
чаемую экономию тепла.

Интенсификация истирания получена путем впрыска в слой воды в
количестве, примерно равном стехиометрическому. При этом степень
разделения составила 90—95 %, известь крупностью < 1 мм была пога-
шена на 30-35 %. Процесс может быть рекомендован для получения
агломерационной извести и известкового молока.

Подогрев воздуха, используемого на горение, теплом продуктов
сгорания, уходящих из зоны обжига. Физической основой данного
способа повышения тепловой эффективности процесса обжига является
следующее. Для з^н подогрева известняка всех эксплуатируемых и пре-

Рис. 19. Принципиальные технологические схемы известковых печей, работающих
с регенерацией теплоты:

а - подогрев воздуха, уходящего из охладителя; б - нагрев части холодного воз-
духа, используемого в процессе
длагаемых (см. рис. 8) к внедрению печей наблюдается неравенство,
выраженное формулой (13), поскольку продукты сгорания перед зо-
ной содержат большее количество теплоты, чем нужно для подогрева
известняка до температуры диссоциации. В зоне охлаждения извести
соблюдается неравенство (14). При охлаждении в режиме движущегося
плотного слоя Известь в ней охлаждается практически до температуры
воздуха, подаваемого в зону. При этом воздух нагревается до темпера-
туры примерно 400 °С. Точное значение г“ определяется коэффициен-
том расхода воздуха, удельным расходом теплоты на обжиг и др., од-
нако во всех случаях гв < ?„ с, где 1° с - температура продуктов сгора-
ния, уходящих из зоны обжига. Это обстоятельство позволяет организо-
вать так называемую "перекачку” тепла сверху вниз, т.е. осуществлять
подогрев воздуха теплом продуктов сгорания, уходящих из зоны обжи-
га, в дополнительно устанавливаемом теплообменнике. Способ разра-
ботан до его применения в известковых печах.

Варианты его конструктивного оформления применительно к ус-
ловиям известковой печи определяются технологической схемой печи,
типом используемого теплообменника и т.п. Рассмотрим использование
способа применительно к печи, технологическая схема которой пред-
ставлена на рис. 8, в. Принципиальная схема организации процесса обжи-
га известняка для анализируемого случая дана на рис. 19, а. При работе
печи избыточное количество теплоты продуктов сгорания перед зоной
подогрева известняка составит

61 ~ упЯссп.с(Гп.с-Гр) "^1сСаСОэГД"6мвСО3 ~6н,О’ (43)

где СмвСО > 6н о ~ количество теплоты, расходуемой соответственно
на диссоциацию углекислого магния и испарение влаги известняка,
кДж/кг извести.

Теплота, которая усваивается воздухом в теплообменнике

Йз = у^дсв о; - ф.

(44)

Приравнивая правые части уравнений (43) и (44) и учитывая к.п.д.
теплообменника, получаем

гв = гв + ^т[^п.с(?п.с — *р) ~ ^СаСО3 ?Д — ^р! ’ (4$)

_ (’'УЯс>п.с ш _ *>ССаСО3 _ бмвСО3+бн,О

где И'п с =--------, И'СаСО =----------, И'п =---5— ----—-

(у™с)я СаС°3 (рУДс)в Р (рУМв

Совместное решение уравнения (45) и уравнений теплового состоя-
ния зон позволяет рассчитать тепловое состояние печи и, следовательно,
температуру газов, выходящих из печи (см. гл. VI). Способ описан
в ряде патентов. В промышленности способ применения не нашел из-з|
конструктивных трудностей создания рекуперативного теплообменник
ка, обеспечивающего подогрев воздуха до 800 °С и выше. Очевидно,
реализация способа в промышленном масштабе возможна при исполь-
зовании регенеративного двухзонного теплообменника, имеющего
движущуюся насаДку из огнеупорного материала.

Рассмотрим организацию процесса обжига при применении способа,
в котором осуществляют подогрев части воздуха, используемого для
горения (рис. 19, б). Организация процесса должна удовлетворять
следующим условиям:

(Г1С)в/сСа0 > 1,

где Г1В - количество воздуха, используемого на охлаждение извести.

Соблюдение этого условия позволит получить в охладителе извести
примерное равенство

'СаО«^ <47>

и предотвратить пртери тепла с известью:

(ггс)в/(ртс)п.с<1. (48)

где ггв, гп.с “ соответственно количество воздуха и продуктов сгора-
ния, подаваемых в теплообменник (см. рис. 19, б).

Соблюдение этого условия позволит получить температуру продук-
тов сгорания на выходе из теплообменника, равную (или большую)
температуре точки росы, что позволит сбросить их в атмосферу без
дополнительных мер по утилизации их теплоты.

С учетом выбора участвующих в процессе обжига материальных по-
токов по уравнениям (46)-(48) температура воздуха после теплооб-
менника составит

'в = 'в + $т [И,п.с(*п.с ~ /р) ~ ^СаСО3^Д ~ >

где /п.с - температура продуктов сгорания, подаваемых в теплообмен-
ник. Она может быть меньше температуры зоны обжига, т.е. в теплооб-
менник могут быть поданы продукты сгорания из зоны подогрева из-
вестняка.

Способ реализован в кольцевой печи К. Бекенбаха [37]. Опыт ее
эксплуатации показывает, что фактическое удельное количество тепло-
ты составляет 3770—3980 кДж/кг. Повышенное (по сравнению с воз-
можной минимальной) количество теплоты объясняется более высо-
ким коэффициентом расхода воздуха (1,3 и более) и ограничениями,
накладываемыми на степень подогрева воздуха в трубчатом теплооб-
меннике применяемыми материалами. Очевидно, что создание конструк-
ции печи и горелочных устройств для нее, позволяющих снизить коэф-
фициент расхода воздуха до 1,1, и повышение температуры подогрева
воздуха будут способствовать снижению удельного расхода теплоты до
3550 кДж/кг и менее.

Подогрев воздуха, расходуемого на горение, можно организовать
за счет тепла известняка, предварительно нагретого теплом продуктов
сгорания, уходящих из зоны обжига. Пример осуществления такого
способа — регенеративная печь фирмы ”Маегх”. Удельное количество
теплоты, расходуемое в печи, составляет 3550-3980 кДж/кг при вы-
соком качестве производимой извести и "мягком” ее обжиге. Такой
расход теплоты является наименьшим, получаемым в промышленных
известковых печах. Повышение тепловой эффективности печи достигну-
то существенным усложнением технологической схемы и применением
способа перекидки потоков.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕЧЕЙ
ПОВЫШЕННОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Шахтная пересыпная печь. Удельный расход теплоты на обжиг в ап-
парате данного типа составляет ие более 3770 кДж/кг, что соответству-
ет уровню работы лучших известково-обжигательных печей. Такие
показатели работы печи получают при ее стационарной работе в условиях
равномерной загрузки известняка, отвода получаемой извести и рас-
пределения топлива в слое шихты, т.е. при отказе от послойной загруз-
ки топлива и известняка. Топливо по сечению и высоте слоя зоны обжи-
га должно распределяться таким образом, чтобы в сечении слоя факела
от горящих кусков соприкасались .друг с другом, а горящий ряд кус-
ков топлива был отделен от последующего по высоте расстоянием,
равным высоте факела. Такое распределение можно получить при оп-
ределенном соотношении размеров кусков обжигаемого известняка и
используемого топлива [1]. Исходные материалы заданного грануло-
метрического состава до загрузки в печь предварительно перемешивают
путем параллельного дозирования в скип или кюбель [46] либо сов-
местной подачей известняка и топлива на транспортные устройства до
загрузки в скип [75].

Таким образом, специфические условия работы шахтных пересыпных
печей требуют выполнения загрузки шихты в печь по определенной
системе и выбора топлива и известняка определенного гранулометричес-
кого состава. Тепловая оптимизация работы печей этого типа неразрывно
связана с оптимизацией технологической схемы печи в целом. Необхо-
димость такой оптимизации подтверждается, например, такими данны-
ми. На шахтной пересыпной печи производительностью! 10 т/сут в ре-
зультате замены послойной загрузки известняка совместным дозиро-
ванием известняка и топлива в скип расход теплоты на обжиг снизил-
ся на 7,36 %.

Шахтная газовая печь. При тепловой оптимизации шахтных газовых
печей необходимо соблюдать следующие условия:
1) неравенство (13) для зоны охлаждения извести и снижение водя-
ного эквивалента греющей среды в зоне подогрева известняка с целью
реализации неравенства (14);

2) равномерное распределение топлива и воздуха в сечениях зоны
обжига;

3) применение регенерации тепла, характерной для печи К. Бекенбаха.

Соблюдение первого условия приводит к необходимости такой орга-
низации процесса горения, при которой общий коэффициент расхода
воздуха несколько больше единицы. При этом второе условие не долж-
но нарушаться. Выполнение второго условия заставляет увеличивать
массу вводимой газовой струи, соблюдая первое условие. Это дости-
гается сокращением общего числа горелочных устройств и организацией
их работы по двухпроводному принципу, Сжигание газа можно осущест-
влять как в выносимых топках, так и в слое зоны обжига. Во всех
случаях режим смещения газа и воздуха, коэффициент его расхода,
применение дефлегматоров горения (например, пара) должны обеспе-
чивать температуру продуктов сгорания меньше температуры начала
образования соединений типа СаО • 8Юг и др. Третье условие следует
выполнять с учетом требования формулы (13), т.е. без дополнительных

Рис. 20. Модернизированные технологические схемы известковых шахтных печей:
а - печь диаметром < 2 м; б - печь диаметром > 2 м; 1 - стол выгрузочный; 2 -
коллектор воздушный; 3 - горелка боковая; 4 - короб газоотводящий; 5 - цик-
лон; б — теплообменник рекуперативный; 7 — трубопровод; 8 - вентилятор;
9 - теплообменник; 10 - циклон; 11 - горелка центральная
потерь теплоты с известью, выгружаемой из печи. Выполнение этого
требования возможно при делении общего потока воздуха, подавае-
мого в печь, на два потока. Один из них следует направить на охлажде-
ние извести, другой - в теплообменник, и далее в горелочные устрой-
ства. Разработанные с учетом описанных требований технологические
схемы печей представлены на рис. 20, соответствующие расчету -- в
гл. VI.

Как следует из полученных данных (см. гл. VI), удельный расход
^еплоты на обжиг в шахтной печи практически равен расходу ее в ре-
генеративных печах фирмы "Маегх”, а технологические схемы печи,
системы управления технологией обжига значительно упрощены. По
предложенным схемам могут быть модернизированы эксплуатируемые
газовые шахтные печи.

Остановимся на краткой характеристике предлагаемых решений.
Технологическая схема печи, представленная на рис. 20, а, может быть
использована для аппарата, диаметр (ширина) которого не превышает
2 м. Газообразное топливо вводят в печь на границе зон обжига и ох-
лаждения двухпроводными горелками, в которые подают воздух, нагре-
тый в теплообменнике. Последний устанавливают на тракте продук-
тов сгорания, уходящих из печи. Воздух в нем подогревают до 200 °С.
При этом температура продуктов сгорания после теплообменника не
превышает 200 °С.

Для аппарата, диаметр (ширина) которого превышает 2 м, следует
применять технологическую схему, представленную на рис. 20, б. Ее
особенностью является ввод газообразного топлива в приосевую зону
печи центральной горелкой и в пристенную — боковыми. Центральная
горелка должна обеспечивать глубокое проникновение топлива в слой.
Типовая конструкция этого устройства [39] не отвечает поставлен-
ному требованию. Подача в слой топлива и рециркулята из многочис-
ленных отверстий горелки приводит к его горению в ограниченном объе-
ме, сечение которого несколько превышает сечение верхнего бронево-
го козырька. Этот недостаток устранен в конструкции горелки, описан-
ной в' работе [76]. С ее помощью осуществляется струйный ввод газа
и рециркулята. Горелка внедрена на типовой шахтной газовой печи
производительностью 100 т/сут Донецкого металлургического завода
и обеспечила по сравнению с работой центральной типовой горелки сни-
жение расхода топлива на 10 % при одновременном повышении качест-
ва извести, оцениваемого по содержанию СаООбщ> на 9 %. Характерной
особенностью работы новой горелки является повышение темпера-
туры футеровки (на уровне +1 мм от верхнего козырька) на 100 °С.
Опыт работы с центральной горелкой описанной конструкции и боко-
выми,, работающими с коэффициентом расхода воздуха < 0,5, позво-
лил разработать анализируемую технологическую схему печи. Для
работы центральной горелки необходим рециркулят, выполняющий
тройственную роль. Он является охлаждающей средой для горелки,
дефлегматором горения и увеличивает массу истекающей струи. Пос-
леднее свойство позволит увеличивать глубину проникновения струи
топлива и, следовательно, изменять соотношения расходов газа через
боковые и центральную горелки. Тракт рециркулята целесообразно
выполнять отдельно, с самостоятельной системой очистки [77] и тепло-
обменником, охлаждающей средой для которого служит атмосферный
воздух. Это способствует увеличению срока службы горелки в результа-
те снижения количества пыли в рециркуляте и его температуры. Послед-
нее позволяет при необходимости снизить его расход на 0,5—1,0 м3/м3
газообразного топлива.

Вследствие применения рециркулята на печи несколько увеличен
расход топлива. Несмотря на это, печь остается конкурентоспособной
по отношению к печи фирмы ”Маегг” благодаря простоте конструк-
ции, применению рядовых конструкционных сталей и др.

Вращающаяся печь. Строительство вращающихся печей экономичес-
ки целесообразно только с утилизационными теплообменниками дви-
жущегося плотного слоя, обеспечивающими максимально возмож-
ную степень утилизации теплоты извести и продуктов сгорания. При
этом условии установка теплообменных устройств в барабане лишена
смысла: повышенная температура продуктов сгорания, уходящих из
барабана, приводит к повышению степени обжига известняка в подогре-
вателе и не вызывает увеличения потерь теплоты с уходящими газами.
К установке следует рекомендовать схему печи, представленную на
рис. 8, б. Именно для такой технологической схемы печи получен удель-
ный расход теплоты на обжиг наименьший дм вращающихся печей —
5240 кДж/кг. Дальнейшее снижение расхода теплоты возможно путем
применения устройства для адиабатической выдержки извести перед ее
охлаждением и применения регенерации теплоты. Первое направление
достаточно подробно изложено в разд. 2. Рассмотрим второе.

Регенерацию теплоты во вращающихся печах в промышленной прак-
тике не применяют. Из опубликованных разработок нам известны две.
В первой из них1, предложена печь, оснащенная двумя подогревателями
известняка, работающими поочередно. В один из теплообменников пода-
ют продукты сгорания прсле вращающегося барабана, во второй - воз-
дух, который далее используют для горения. Затем происходит пере-
кидка газовых потоков. В разработке [79] использован этот же прин-
цип, причем неподвижные шахты заменены вращающимися барабана-
ми. Для такой печи удельный расход теплоты на обжиг составляет 4000-
4200 кДж/ кг. Обе разработки основаны на принципе работы печи фирмы
”Маегг” и имеют практически все недостатки, присущие этому спо-
собу обжига.

1 Патент № 47-49994 (Япония), 1972.
Простой и высокоэффективный способ регенеративного подогрева
воздуха представлен на рис. 21. Известняк, подогретый в теплообмен-
нике 4, подают в печь и в теплообменник 5. В нем охлаждающей сре-
дой является воздух, используемый далее для горения. Охлажденный
известняк направляют в теплообменник 4. Как следует из описания, в
теплообменнике 4 путем создания циркуляции известняка увеличивают
водяной эквивалент материала. Выбирая кратность циркуляции, можно
выполнить условие (14) либо получить заданную температуру уходящих
газов, при которой .отсутствует конденсация влаги. Другим способом
управления долей регенерируемой теплоты является изменение темпе-
ратуры известняка, подаваемого в теплообменник 5, путем отбора
определенного количества известняка на той или иной ступени его
подогрева.

Осуществление такого способа регенеративного подогрева возду-
ха совместно с применением устройства для адиабатической выдерж-
ки извести и подачей для ее охлаждения воздуха по уравнению IV в *
» позволит получить удельный расход теплоты на обжиг до

4500 кДж/кг (см. гл. VI). Ддполнительным фактором, обеспечивающим
повышение к.ц.д. печи и надежности работы теплообменника 4, явля-
ется выделение пыли из продуктов сгорания после печи [62], что предот-
вращает забивание живого сечения опускающегося слоя известняка.
Для отделения пыли устанавливают циклон после печи перед теплооб-
менником 4. Целесообразно утилизировать теплоту этой пыли.

Рис. 21. Технологическая схема вращающейся известковой печи с регенерацией
теплоты:

1 — охладитель; 2 - бункер адиабатической выдержки; 3 - барабан вращающий-
ся; 4 - подогреватель известняка; 5 - теплообменник; 6, 7 - вентиляторы дуть-
евые
Во всех случаях сооружения и модернизации вращающихся печей сле-
дует принимать меры по усилению тепловой изоляции корпуса печи.

Машины КМ-14. Ликвидировать основной недостаток аппарата (выб-
рос оксида углерода в атмосферу) невозможно, поскольку слоевое
ежигание топлива по принятой технологии обжига приводит к образова-
нию оксида углерода и его поступлению в продукты сгорания. Для
снижения выбросов этого соединения и повышения качества получае-
мой извести следует организовать процессы охлаждения получаемого
продукта и разделения его на известь и известняк в аппарате кипящего
слоя (см. разд. 2 и 7).

Печи кипящего слоя. Противоточная организация процесса обжига
в целом в технологической схеме печи КС традиционной компоновки
не обеспечивает получения удовлетворительного удельного расхода
теплоты на обжиг, поскольку в каждой зоне печи смешивающий ток вы-
зывает снижение температурного напора и появление четких температур-
ных ступеней от зоны к зоне. Вторым недостатком классической тех-
нологической схемы известковой печи КС является неравномерное пре-
бывание материала в зонах. Это делает необходимым увеличение объема
слоя, что в свою очередь обусловливает рост скорости истирания в зо-
нах печи и дополнительную затрату электроэнергии на подачу воздуха.
Очевидно, сохраняя кипящий слой в зонах печи,* целесообразно осу-
ществлять его в режиме перекрестного тока. Рассмотрим методы рас-
чета этого процесса.

Первые расчетные зависимости для определения конечной температуры сред,
участвующих в теплообмене, для случая охлаждения материала получены Н.И.
Гельпериным. Используя эти данные, В.М. Дементьев получил следующие зави-
симости:

температура материала после теплообменника

'м = 'в+('мХ-'в)е-И'’ (49)

средняя температура воздуха после теплообменника

'в = 'в+ (1-е)-’*>!, (50)

гдеЙ/= (Гс)в/(Ос)м.

С учетом потерь теплоты в окружающую среду приведенные уравнения име-
ют вид:

Гм=^*(^х-Ф« 9°-с.

0* Л* 0

'в = 'в+ 9°с )/—^1,

®о.с

где 0о.с ~ коэффициент, учитывающий потерю теплоты в окружающую среду;
01 - коэффициент, учитывающий недогрев воздуха.
С использованием указанного метода для случая подогрева материала полу-
чены следующие уравнения:

температура материала после теплообменника

'м - - <'& ~ 'й*)г-М° сН', (51)

средняя температура продукте» сгорания после теплообменника

1 _ е-Мо.с**

'«-« =~ <'& - 'м--------------------• <52)

Для зон подогрева печи характерно наличие эндотермических реакций (испа-
рение влаги, разложение углекислого магния, частичное разложение углекислого
кальция). Для этого случая уравнения (51), (52) записываются следующим об-
разом (791:

Гм = *пХс (»ХХс - Ф -) «‘ *. <53>

м п.с п.с м

р ГВХ _ /у_____ (;ВХ _ ,ВХ___, (54)

П с п с СМИ/ ПС “ смИ> } и/

где 8 у - удельные затраты теплоты на проведение эндотермических реакций в
теплообменнике, кДж/кг.

Здесь и далее для упрощения записи уравнений опускаем значения 0О С, вг в
степени е.

При расчете теплообменника, когда эндотермическая реакция проведена на дли-
не 11 < X, уравнения (53), (54) целесообразно представить в следующем виде:

( = т»х - - Ив* - Iя* - е-% -т— <551

“ "-С СмИ' (п<С М емИ/) ЛЛ* ( }

_ /

8уЬ 8у1 1-«

'п.с = ?пХ ~ —----~ 'м - ’ <56>

«м’»' ™

где / - текущая длинаЛ м.

Расчет теплообменника следует вести по участкам.

В приведенных уравнениях принимались постоянными теплофизические свойст-
ва веществ, участвующих в теплообмене. Рассмотрим точное решение задачи. Пред-
положим, что удельные теплоемкости материала и газообразной среды описывают-
ся зависимостями

«м = <?ом+". св = с<,в+*Х

Получено уравнение для расчета температуры материала на выходе из тепло-
обменника:

Ь Ъ

2-7м + 1-/7) (2-т“х + 1 + 77) , С2 «3 1 — , । х< ь‘м + сз^м — 7вх Я’=е"^(57)
б & (2-<м +1 +77) (2~е^х +1 - П) к С2 с2 лавх>з/+с гвх - г
где с, = сва, /в = Св,вх

с«м

Л= (—7вх + 1)«з, Я1 = (--+__) Я->, П1 =

с’ с, 2Ь 2Ь

Среднюю температуру воздуха на выходе из теплообменника определяют по
уравнению теплового баланса аппарата.

Температура материала при его подогреве и отсутствии в слое эндотермичес-
ких реакций равна

' (2^ + 1-Я)(2АГм + 1+Я)

. I--------------------------- х

(2±-г»х + 1+Я) (2^„ + 1-Ю

х{^м)^^УтЦ^=е-у^ (58)

Ъ{1л + с11м~ Лт.с I

где/7 = ( /п.с + 1)°’’, П3 = (-)П'1, /п.с = сп.сгп*с’

с3 с3 2Ь

Средняя температура продуктов сгорания иа выходе из теплообменника оп-
ределяется так же, как и в предыдущем случае. При подогреве материала и нали-
чии в слое эндотермических реакций температуру его на выходе из теплообменни-
ка определяют по уравнению

(2^/»х + 1-П)(2^-Гм + 1+П') (

<? 3 С<| И з

. 1 --------------------------------| X

(Л“ + 1+77) (2-~-/м + 1 -/7) .

с'3 с3

х •*‘с<»гмХ-/п.с _ е4® (59)

С1?М +сзгм ~ ^п.с

4С> , » . С°М 0 , „„ , VI,

ГДеП = {------- /кс + Н’’’, П3--------------,с, =^Уд,с3 = с3»>У«

(с'3)г сг 2с,

Лье = СП.С^п*с1'вД -

Сопоставление результатов расчетов, полученных по точным (57) - (59) и при-
ближенным (49), (50), (53), (54) зависимостям показывает, что для зон подо-
грева известняка расхождение .между значениями температур сред, участвующих
в теплообмене, составляет ± 2,5 %. Аналогичные величины для зои охлаждения
извести равны: для температуры материала, выходящего из зоны, +20 %, для тем-
пературы ожижающей среды, уходящей из зоны, - 12 %.

Из приведенных данных следует, что для зон подогрева известняка можно
применять более простые приближенные зависимости - (53), (54). Для зон ох-
лаждения извести во всех случаях необходимо использовать точную зависимость
(57) во избежание получения чрезмерных погрешностей в определении темпера-
туры извести и средней температуры воздуха, уходящих из зоны.

При совместной работе аппаратов перекрестного тока возможны
два крайних случая:

1) ожижающая среда перед первой решеткой по ходу движения мате-
риала зоны полностью перемешивается. Ее температура по длине тепло-
обменника одинакова и равна Г2 (рис. 22);

2) перемешивание ожижающей среды перед решеткой зоны отсут-
ствует. Закон изменения температуры по длине теплообменника зада-
- 1

етсяуравнением Г2 = (1/Ь) //(О <2Ь.

_ о

Первый случаи реализуется при установке зон в отдельных корпу-
сах и их соединении трубопроводами, второй - при установке зон в
одном корпусе, когда время прохождения ожижающей среды надслое-
вого пространств^ составляет десятые доли секунды.

Охлаждение материала при полном перемешивании ожижающей среды
перед решетками зон. Расчет теплообменников в этом случае сводится
к совместному решению системы четырех уравнений (см. рис. 22, а):

П = Г2 + (611/1 > (60)

Г1 = Г2 + (Г0-Г2)[(1-е-й/*)/И/1], (61)

Г1 = Гвя+(П-г;)е'*'’, (62)

Г2 = ^+(Г1-ф[(1-е-й/’)/^]> (63)

№с. 22. Принципиальная схема совместной работы двух теплообменников пере-
крестного тока:

-► предлагаемое движение материала
которую можно преобразовать следующим образом [79]:

Г2 - Го

е-(И'1+И',)

1 - К2 (1 - е~ ’*'»)

(1 - е~ и'«) - (1 - е~ ’*'») (Кг - е~

1- К2 (1- е~и'1)

.(64)

7 = , ГК + ^(1-^,)^ н (1-к,)(1-к,)

1 01 1-К1(1-е-и'1) В

(65)

где*! = (1-6-^)/^, Кг = (Г-е-^)/^.

Аналогичным образом можно получить уравнения для расчета темпе-
ратуры теплоносителей при совместной работе трех и более теплооб-
менников.

Охлаждение материала при отсутствии перемешивания ожижающей
среды перед решетками зон. Температура ожижающей среды, входя-
щей в слой зоны 1 (рис. 22, б), определяется уравнением

г2 = Г* + (г0 - г“) е~ **11 “ (//А >1. (66)

Подставляя значение этой температуры в дифференциальное уравне-
ние процесса и разделяя переменные, получаем

= (^)])_ (67)
'о ~ Ъ

Решение уравнения (67) имеет вид

Г2 = Г« + (Го - Г«) е~ « - ‘-"Ч (68)

С учетом полученного значения температуры г2 по уравнениям (62),
(63) определяют температуру материала на выходе из теплообменника
г2 и среднюю температуру воздуха г2. Средняя температура воздуха,
I

уходящего из теплообменника, Г1 = (1/1) /7(Г1)й1. Интеграл этого
уравнения представляет собой разность двух’трудносходящихся рядов.
Вследствие этого величину г2 следует определять из уравнения тепло-
вого баланса зоны 1.

Охлаждение материала. Оптимизация работы двух теплообменников.
При отсутствии перемешивания ожижающей среды перед решеткой зоны
1 (см. рис. 22) разность температур материала и воздуха в начале зоны
максимальная и равна Го - Г2. На выходе из нее указанная разность
минимальная и равна теоретически нулю, т.е. работа верхней зоны про-
текает в условиях прямотока. Очевидно, что изменение температурно-
го профиля ожижающей среды на обратный позволит повысить тепло-
вую эффективность работы зоны и двухзонного теплообменника в це-
лом. Необходимого изменения достигают подачей материала, выходя-
щего из зоны 1, в противоположный конец зоны 2. На рис. 22, б это
изменение показано пунктиром. При этом в обеих зонах получают
параллельное движение материала. Конструктивное осуществление
такого способа описано в работе [80].

Метод расчета теплообменника заключается в. следующем [81].
Определяют температуру материала, уходящего из зоны 1, по уравнению
гн+ (?о + (69)

Далее с использованием уравнения_теплового состояния зоны 1,
уравнений (62), (63) определяют 12, г2. По полученным уравне-
ниям для условий ?УД = 1,617, = 2,45, И>2 — 2,53, Го = 950°С,

= 100°С рассчитан двухзонный теплообменник перекрестного тока
для охлаждения извести. Результаты расчета представлены в табл. 6.

Таблица 6. Параметры работы двухзонного теплообменника
для охлаждения материала

Темпе- Полное перемеши- Отсутствие перемешивания

ратура ванне ожижающей ------------------------------------

1г 109 11,4 105

Как следует из приведенных данных, улучшение условий теплооб-
мена в зоне 1 путем организации параллельного хода материала в зонах
приводит к повышению к.пд. теплообменника в целом. Это позволяет
рекомендовать данную схему теплообмена во всех случаях совместной
работы теплообменников перекрестного тока.

Подогрев материала при полном перемешивании ожижающей среды
перед решетками зон. Расчет теплообменника сводится к совместному
решению системы уравнений:

Г1 = - (Гг - *о)

(70)
Г1=Г2-(Г2-Го)[(1-^й/‘)/И/1], (71) (72) (73)

Используя метод, изложенный в работе [79], преобразуем систему
уравнений (70)-(72) следующим образом:

П = Го + Г* с > (74)
Г 2 = Го + Г®хс , (75)
7 -МГ (1-ЛГ,)(1-М П *о Ии + - ] +гп>с (76)
Кге~^ (1-К,) Г2 = Го + ^Х У П У гдеЛГ= 1/[1 -Кх (1 - е"*'*)]. (77)

Подогрев материала при отсутствии перемешивания ожижающей
среды перед решетками зон. Используя прием, изложенный выше, полу-
чаем значение температуры материала, уходящего из зоны 1:

Г, = гвх _ (гвх _ - (И/,/^) (1 - е-И'.) ] (78)

Затем по уравнению теплового состояния зоны рассчитывают Г1. Урав-
нения (75) — (77) позволяют определить величины г2, г2 •

Подогрев материала при его параллельном ходе в зонах. Температура

материала, уходящего из зоны 1, для данного случая равна Г, = твх _ (Твх -Тп)е-1 ‘п.С V П.с ‘<Ме (79)

Прочие температуры сред, участвующих в теплообмене, определяют
по уравнениям (76), (77) и теплового состояния зоны 1.

При наличии в слое эндотермических реакций расчет теплообменни-
ка для различных случаев его работы ведут по следующим уравнениям:
для полного перемешивания ожижающей среды перед решетками

Г1 = г2 - (^1/^1)- [г2 - &1/сИ0 -г0]е-й/1, Л = Г2 - (г1/сИ^1) - [Г2 - (^/сИ^) -г0]М, Г 2 = гпХс - - 1гпХс “ (Уг/сИ^) -Г1]е~И'>, (80) (81) (82) 75
Г2 = 1“х - (^2/^2) - [1“хс - С^г/сИ',) - П]К2;

(83)

из уравнений (80)—(83) получаем

Г1 = (1/ТУ)(1-/:2)(1-е-й'‘)[/“хс-и2/СИ'2)]+/ое-й/‘ -

- (1-е-н',)#1/сИ'1, (84)

Г1 = (1 - К.)|[1 + (К2/Ю (1 -е-*')] [(1 ~К2) (4хс-&2Ж)) -

-?1/сИ'1^-Г0[(1-^)(Кг/ЛОе-и'‘ -*1}. (85)

'2= [Г“х- (^/^2)]|[(1-е-^) + (1-К2)(1-е-^)Х

X е-^'/ТУ] + (е-^'/ТУ) [Гое-’*'* - (^1/сИ/1)(1 - е"^)] ; (86)

для отсутствия перемешивания ожижающей среды перед решетка-
ми зон-.

при#1 = О

п = [^пХс- ^/^2)НГ»Х- (^/ЭД

(87)

Таблица 7. Параметры работы двухзонного теплообменника
для подогрева материала*

Темпе-
ратура

Полное перемеши-
вание ожижающей

Отсутствие перемешивания

среды перед решет-
кой зоны 1

771/689 661/598 859/810
524/336 442/363 370/279
867/819 814/776 907/876
920/893 901/877 935/924

* В числителе — при отсутствии эндотермических реакций, в знаменателе — при
их наличии.
при^1 =/=0

П « 1'пХс- &1ММ - (Ы^)] - [Г“хс- (^1Ж) -

- (*М)-10]е~^ -(^^Х!-^)) (88)

При известных значениях г 1, определяемых по формулам (87), (88),
прочие неизвестные рассчитывают по формулам (82), (83) и уравнению
теплового состояния зоны 1.

Эффективность работы теплообменников для рассмотренных случаев
работы характеризуется данным табл. 7 при следующих исходных дан-
ных:^ = 2,19, И/2 = 1,77,Удх = !> *пХс. = 950 °С, 10 = 20°С.

Как следует из табл. 7, во всех случаях работы теплообменников
перекрестного тока, предназначенных для использования тепла про-
дуктов сгорания, уходящих из зоны обжига, известняк подогревается
до температуры диссоциации или выше, что говорит о частичном раз-
ложении известняка в устройстве. В аналоге — двухзонном теплооб-
меннике смешивающего тока — температура подогрева известняка ни-
же температуры его диссоциации. Для получения максимального к.п.д.
теплообменника необходимо предотвратить перемешивание ожижаю-
щей среды перед решеткой зоны 1 и организовать в зонах параллель-
ный ход материала.

Полученные аналитические зависимости для равчета теплообменников
перекрестного тока, охватывающие практически все возможные вариан-
ты организации отжига известняка, позволяют определить тепловые по-
казатели работы известковой печи КС. В качестве примера рассмотрим
пятизонную печь кипящего слоя, имеющую в зонах утилизации двух-
зонные теплообменники с параллельным движением материала в них.
Тепловые показатели такой печи определяют путем решения системы
уравнений, включающей зависимости (79), (81), (82), (62), (63), (69),
уравнения теплового состояния зон обжига и первой зоны подогрева.
Печь потребляет на 13,7 % топлива меньше, чем аналогичная пятизонная
печь с зонами, работающими в режиме смешивающего тока [11]. Повы-
шенная тепловая эффективность работы печи КС с зонами перекрест-
ного тока, сниженный пылеунос, уменьшение аэродинамического сопро-
тивления, упрощение конструкции промежуточных решеток — все это
свидетельствует о целесообразности сооружения именно таких печей.

При наличии кипящего слоя в утилизационных зонах независимо от
способа организации теплообмена в нем можно дополнительно повысить
тепловую эффективность обжига с помощью устройства для адиабати-
ческой выдержки извести, повышения водяного эквивалента материала
в зонах подогрева известняка и последующего (после печи) разделе-
ния извести и известняка, организации второй зоны обжига.

Рассмотрим расчет печи в этом случае. Остановимся на последнем.
В известковой печи КС, утилизационные зоны которой работают в режи-
77
ме смешивающего тока, известняк, поступающий в зону обжига, недо-
грет до температуры диссоциации, несмотря на то что продукты сгора-
ния перед зоной имеют избыточное количество теплоты, которое мо-
жет быть израсходовано на процесс разложения. Этот парадокс объяс-
няется снижением температурного напора в зонах нагрева известняка,
вызванным организацией теплообмена в режиме смешивающего тока.
Частично устранить этот недостаток можно путем подачи части извест-
няка, идущего на обжиг, в первую по ходу продуктов сгорания зону
подогрева. Его количество равно

С= ”пДс(^ -*д-ДО01/Яд + ССаСО,('о -'п). (89)

где - разность температур, характеризующая незавершенность теп-
лообмена в зоне,°С; ?п - температура известняка, поступающего в
зону, °С.

Конструктивное оформление способа описано в работе [82]. Способ
позволяет обжигать часть известняка, используя избыточную энталь-
пию продуктов сгорания зоны обжига, т.е. первая по ходу продуктов
сгорания зона подогрева известняка становится второй зоной обжига.
Организация обжига известняка описанным способом в пятизонной
печи КС позволяет снизить расход топлива на 2,5 — 3,5 % по сравнению
с печью-прототипом [И] без дополнительного увеличения сопротив-
ления печи и снижения качества извести.

Из изложенного следует, что применение в утилизационных зонах
известковой печи КС перекрестного тока совместно с организацией
адиабатической выдержки извести позволит снизить удельный расход
теплоты на обжиг на 14-18 %, т.е. до 4350 кДж/кг.

Применение плотного слоя в утилизационных зонах этой печи поз-
волит упростить ее конструкцию (три аппарата, соединенных между со-
бой транспортными линиями для передачи материала и греющей среды)
и повысить тепловую эффективность. Для создания такого аппарата
необходимо решить следующие вопросы:

о равномерном распределении загружаемого материала по поверх-
ности слоя в теплообменнике без усложнения по сравнению с аппара-
тами КС системы подачи материала;

о равномерном сходе материала в условиях плоского поля скоростей
греющей (нагреваемой) среды по сечению теплообменника;

о сохранении глубины регулирования системы, присущей аппарату
кипящего слоя.

Первые два требования можно удовлетворить, проводя теплообмен
в слое, находящемся на пороге ожижения. При этом слой сохраняет
свойства, присущие кипящему и плотному слоям. При равномерном
распределении ожижающей среды по площади решетки в слое наблюда-
ется равномерное распределение ожижающей среды и материала. Его
перемешивание отсутствует. Частицы имеют только вертикальную сос-
тавляющую скорости. Слой имеет нулевой угол естественного откоса,
что позволяет организовать загрузку материала в аппарат так же.как в
аппаратах КС. Чтобы сохранить глубину регулирования печи в целом,
необходимо значение этой величины поддерживать на определенном
уровне для каждого аппарата, входящего в технологическую схему
печи, т.е. изменение расхода ожижающей среды в зоне обжига, приво-
дящее к колебанию расхода воздуха в зоне охлаждения извести и про-
дуктов сгорания в зоне подогрева, не должно нарушать заданный ре-
жим работы зон. Особенность их работы требует различного решения
поставленной задачи.

Для аппарата, в котором охлаждают известь, характерен избыток
охлаждающего воздуха в количестве ДрУд = - (0,91-0,95)сСа0/св,

где 0,91-0,95 — коэффициент, обеспечивающий сохранение условия
(15). Очевидно, что для работы теплообменника, в котором охлажда-
ется известь, следует использовать [ (0,91-0,95) сСа0/св] воздуха, под-
водя его под решетку теплообменника. Избыток воздуха, равный Дгвд
и необходимый для горения топлива в зоне обжига, должен быть подан
над слоем теплообменника любым известным способом, обеспечиваю-
щим смешение двух потоков. Такой способ охлаждения извести и его
конструктивное оформление описаны в работе [83]. Способ позволя-
ет в широких пределах изменять производительность печи, сохраняя
при этом заданную температуру извести после охлаждения, избыток
воздуха для горения топлива и аэродинамический режим работы тепло-
обменника. Разработан способ автоматического управления работой
теплообменника [84].

В аппарате сложного профиля для подогрева известняка (рис. 23)
на высоте происходит утилизация избыточной теплоты продуктов
сгорания, которая расходуется на разложение известняка. Температура
продуктов сгорания в выходном сечении
этого участка примерно равна температуре
диссоциации. На высоте й2 известняк подо-
гревается до температуры, равной температу-
ре диссоциации, и происходит диссоциация
углекислого магния. На высоте й3 осущест-
вляются подогрев известняка и его сушка.
Характерные сечения аппарата (см. 1, 2, 3, 4

Продукты
сгорания

Рис. 23. Профиль аппарата движущегося плотного
слоя для подогрева известняка

-----'Продукты
сгорания
на рис. 23) выбирают из условия нахождения слоя на высоте кг + к2 на
пороге ожижения, на высоте к3 — в состоянии ожижения при числе
псевдоожижения 1,2.

Выбранный профиль аппарата позволяет повышать расход ожижаю-
щей среды на 16,6 % путем увеличения числа псевдоожижения в слое
высотой к3 до 1,4. При этом слой на участках Л1, к2 будет находить-
ся на грани псевдоожижения. На такую же величину можно снизить
расход ожижающей среды. При этом слой на участке к3 будет нахо-
диться на грани ожижения, на участках к2, к2 - при числе псевдоожи-
жения, примерно равном 0,80-0,85. В обоих случаях сохраняются про-
тивоточное движение, материала и греющей среды на участках кх, к2,
равномерное распределение загружаемого материала по площади ап-
парата и отсутствие его подвисания по всей высоте.

Использование аппарата, приведенного на рис. 8, в, при охлаждении
извести по способу, предложенному в работе [83], позволяет создать
в технологической схеме печи поток воздуха в количестве примерно
0,4 м3/кг и использовать его только для горения топлива. Это дает
возможность подогревать его различными способами, т.е. использовать
регенерацию теплоты. Такие технологические схемы печей КС пред-
ставлены на рис. 24. В схеме, приведенной на рис. 24, а, предусмотрен
подогрев воздуха в трубчатом теплообменнике 1, греющей средой в

Рис. 24. Технологические схемы известковых печей КС, имеющие регенеративный
подогрев воздуха:

1 - теплообменник рекуперативный; 2 - теплообменник двухзонный с циркули-
рующей огнеупорной насадкой; 3 - теплообменник, греющей средой в котором
является циркулирующий известняк; 4 — подогреватель известняка; 5 - зона
обжига; 6 - охладитель
котором являются продукты сгорания, уходящие из зоны обжига. Спо-
соб впервые применен в кольцевой печи К. Бекенбаха и в настоящее
время широко используется в печах этого типа. Температура подогре-
ва воздуха достигает 500 °С. Конструктивная простота и технологич-
ность данного решения очевидны. Забирая греющую среду на той или
иной стадии процесса (до зоны подогрева, после печи, на любой про-
межуточной стадии подогрева известняка), можно в широких пределах
изменять температуру воздуха. Недостатками данного способа является
забивание поверхностей нагрева пылью и необходимость применения
высоколегированных сталей для выполнения этих поверхностей из-за
высокой температуры подогрева.

В схеме, представленной на рис. 24, б, предусмотрен подогрев воз-
духа в двухзонном теплообменнике 2 с циркулирующей огнеупорной
насадкой. Греющей средой для теплообменника являются, как и в пре-
дыдущем случае, продукты сгорания, уходящие из зоны обжига. При
некотором усложнении технологической схемы печи возможно приме-
нение высокотемпературных продуктов сгорания и, следовательно,
увеличение температуры подогрева воздуха. Способ исключает забива-
ние поверхностей нагрева пылью, поскольку в процессе движения огне-
упорной насадки налипшая на нее пыль в нижней зоне теплообменника
удаляется в результате истирания и уносится подогретым воздухом.

По схеме, представленной на рис. 24, в, воздух подогревается теп-
лом известняка, нагретого в зонах подогрева. Способ подробно опи-
сан в работе [85]. Его недостатком является необходимость использо-
вания не менее двух аппаратов для подогрева известняка, что услож-
няет эксплуатацию печи и удорожает ее конструкцию. Наиболее целе-
сообразно применение способа для печи КС, имеющей три зоны подо-
грева известняка, работающие в режиме кипящего слоя.

В схеме, представленной на рис. 24, г, предусмотрен подогрев воз-
духа теплом известняка, циркулирующего между зоной подогрева
и теплообменником 3. Такое решение исключает применение легирован-
ных сталей, промежуточного теплоносителя (огнеупорной насадки) и
незначительно усложняет технологическую схему печи. Отсутствие жест-
кой технологической связи между теплообменником 3 и печью упро-
щает ее эксплуатацию и позволяет снизить до минимума затраты на
реализацию способа не только для вновь сооружаемых печей, но и для
эксплуатируемых. При этом конструкция теплообменника 3 может
быть геометрически подобна конструкции подогревателя известняка.

Применение в печах КС регенеративного подогрева воздуха по одно-
му из разработанных способов позволяет снизить удельный расход теп-
лоты на обжиг всего продукта до 3720 кДж/кг. При этом удельное ко-
личество продуктов сгорания в этих печах примерно в 1,5 раза меньше,
чем в печах фирмы ”Маегх”.
4. "МАЛАЯ” ТЕПЛОВАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
ИЗВЕСТКОВО-ОБЖИГАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

Обжиг известняка в печи любого типа связан с непроизводитель-
ными расходами (потерями) теплоты, появление которых обуслов-
лено конструктивным оформлением способа обжига. Примерами таких
потерь являются: потери теплоты в окружающую среду переточными
устройствами печи КС; потери с воздухом, охлаждающим внутренний
цилиндр кольцевой печи К. Бекенбаха [46]; потери с продуктами сго-
рания в печи фирмы "Маета”, связанные с высоким значением коэффи-
циента расхода воздуха и т.д. Для их ликвидации необходима разработка
оригинальных технических решений, позволяющих вернуть непроизво-
дительно расходуемую теплоту в процесс обжига. Затраты на их внед-
рение должны быть минимальными, поскольку экономия от их реали-
зации невелика. Примерами таких решений являются:

1. Организация подогрева воздуха, подаваемого на обдув оси клапа-
на переточного устройства печи КС. Применяемая конструкция пере-
точных устройств в эксплуатируемых печах КС предусматривает пода-
чу воздуха для обдува оси клапана, однако входную и выходную трубы
переточного устройства не изолируют. В работе [86] предложено заклю-
чить их в кожух и в образующуюся полость ввести воздух, используе-
мый далее для обдува оси клапана. Таким образом, потери теплоты
в окружающую среду от переточного устройства должны снизиться с
одновременным снижением расхода воздуха, необходимого для его
работы. Такое простое решение экономит на печи КС-1000 [23] при-
мерно 1 м3/ч пропан-бутановой смеси.

2. Предварительный подогрев воздуха, подаваемого на охлаждение
извести, теплотой, теряемой корпусом печи в окружающую среду [87].
Предложение позволяет экономить примерно 25 кДж/кг при минималь-
ных усложнении конструкции печи и дополнительных расходах электро-
энергии на подачу воздуха. Аналогичное мероприятие можно осущест-
вить на вращающихся печах для утилизации теплоты, теряемой горя-
чей. зоной печи. Возможная экономия в этом случае составит не менее
550 кДж/кг.

3. Возврат в процесс теплоты воздуха, охлаждающего внутренний
цилиндр кольцевой печи, путем установки дополнительного теплообмен-
ника для подогрева воздуха, расходуемого на горение топлива [46].

Важным фактором повышения теплового к.п.д. печи является оп-
тимизация работы основных конструктивных узлов печи, обеспечи-
вающая расчетные условия теплообмена в зонах. Рассмотрим этот вопрос
применительно к печи КС.

Характерной особенностью процесса обжига известняка, осуществля-
емого в печи КС, является налипание пыли, образующейся в зонах,
на решетки утилизационных зон и горелочные устройства. Процесс
приводит к перераспределению ожижающей среды по площади решеток.
Для условий работы зон подогрева известняка это обстоятельство вызы-
вает увеличение степени незавершенности теплообмена. В зоне обжига
перераспределение ожижающей среды изменяет коэффициент расхода
воздуха по площади решетки, вызывая появление химического недо-
жога в продуктах сгорания, уходящих из зоны. Кроме этого, налипание
пыли на решетках приводит к росту аэродинамического сопротивления
зон, что заставляет преждевременно останавливать печь и вручную
устранять появляющиеся настыли. Эти недостатки были ликвидированы
следующим образом. Решетку зоны подогрева реконструировали, поме-
стив в ее отверстия металлическую П-образную вставку, препятствую-
щую образованию Наростов в них [88]. Наросты пыли устранили спо-
собом самоочищения. Для этого на поверхность решеток поместили
стальные шары [89]. Под воздействием воздушных струй они перека-
тывались по поверхности решетки, зачищая ее до металлического блес-
ка. Внедрение описанных решений на печи КС Макеевского металлур-
гического комбината [17] позволило исключить применение ручного
труда наг чистку решеток и увеличить длительность работы печи до
100-150 суток (примерно в 10—15 раз). В результате стабилизации
теплообмена в зонах подогрева известняка температура уходящих га-
зов снизилась на 40-60°С, что обеспечило снижение удельного расхода,
теплоты на обжиг примерно на 3 %. .

Оптимизация процесса сжигания топлива в печах всех типов имеет
решающее значение. Этот вопрос применительно к печам КС был решен
следующим образом. На опытной установке изучили структуру прире-
шеточной области кипящего слоя. Было установлено, что факел ожи-
жающей среды, истекающий из горелки, образует объем, свободный
от обрабатываемых частиц. Выше этого объема факел заполняют час-
тицы как у его основания, так и по периферии [90]. С учетом полу-
ченных данных и создавалась решетка зоны обжига. В объем факела,
свободный от частиц, ввели газообразное топливо. Это позволило орга-
низовать равномерное распределение газообразного топлива по площа-
ди воздушной струи. В этом объеме начинается процесс образования
гомогенной смеси топливо — воздух. Дальнейшие этапы горения - окон-
чание процесса смещения, подогрев и воспламенение смеси - протека-
ют в расположенных выше объемах факела и слоя одновременно с про-
цессом теплообмена газ - частица. Конструкция решеток зон для печей,
производящих горячую известь, описана в работе [91], для печей, имею-
щих зоны охлаждения извести, — в работе [92]. Распределение газо-
образного топлива по сечению воздушной струи производится газовым
соплом специальной формы [93]. Высота установки сопла определена
экспериментально [23, 27]. Промышленные исследования созданных
решеток подтвердили эффективность их работы: исключены свары, вы-
горание кладки, химический недожог [94, 95]. При температуре обжи-
га 950—1000 °С срок службы таких решеток превышает 10 лет, срок
службы газового сопла — 1—3 года. Следует отметить, что в конструк-
ции этих решеток высоколегированная сталь марки Х18Н9Т применя-
ется только для газовых сопел.

Опыт совершенствования горелочных устройств .шахтных печей опи-
сан в разд. 3 гл. IV.

5. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ОРГАНИЗАЦИИ
ПРОЦЕССА ОБЖИГА

Выполнение требований к организации процесса обжига (см. гл. III) и разра-
ботанные на их основе технические решения (см. раздел 3 гл. IV) не всегда мо-
гут быть реализованы. Среди причин, приводящих к такому положению, следует
отметить физико-химические свойства известняка и топлива, отсутствие оптималь-
ных конструктивных решений того Или иного узла обжиговой печи или ее техноло-
гической схема и, наконец, объем производства извести. Два последних факто-
ра тесно связаны. Так, создание шахтной газовой печи производительностью свы-
ше 600 т/сут в настоящее время невозможно, поскольку отсутствуют способы
равномерного распределения топлива в объеме слоя зоны обжига и их конструк-
тивное оформление. Аналогичное положение создается при необходимости исполь-
зовать в качестве топлива уголь с высоким выходом летучих. Как правило, в этом
случае используют вращающуюся печь, в которой топливо сжигается в виде пыли.
Наличие пылеприготовительных отделений в технологической схеме увеличива-
ет капитальные затраты на сооружение печи и удорожает ее эксплуатацию. Влияние
физико-химических свойств известняка на конструктивное оформление процесса
обжига рассмотрим на примерах.

В качестве исходного сырья используют известняк, содержащий органичес-
кие горючие примеси. К классу таких материалов относится известняк'Алексеев-
ского месторождения, содержащий битоминозные примеси, которые в зоне подо-
грева подвергаются крекингу. Выделяюииеся смолистые вещества откладываются
в газоходах, очистительных устройствах, на роторе дымососа, что делает невозмож-
ным ведение процесса обжига по традиционной схеме. Очевидно, одним из спосо-
бов осуществления процесса обжига известняка является его подача непосредствен-
но в зону обжига, работающую в режиме кипящего слоя. Выделяющиеся горю-
чие вещества в этом случае сгорают в слое и надслоевом объеме, что позволяет
получать на выходе из аппарата высокотемпературные продукты сгорания, не
содержащие смолистых веществ. Технологическая схема печи для рассматриваемо-
го случая представлена на рис. 25', а. Крупность получаемой в такой печи извести
не превышает 10-20 мм. При необходимости получения извести большей круп-
ности в качестве обжигового аппарата следует применять вращающуюся печь, в
которой температура уходящих газов примерно равна 1000 °С. Вторым способом
обжига такого известняка является его газификация и дальнейшая обработка
традиционными способами.

В качестве исходного сырья применяют крупнокристаллический известняк,
разрушающийся при нагреве до размеров кристаллов. К таким материалам от-
носится известняк Чегоянского месторождения (размер кристаллов 1,025 мм).
Малый размер кристаллов заставляет применить в качестве обжигового аппара-
та печь кипящего слоя (рис. 25, б). Регенеративный подогрев воздуха в печи позво-
ляет получить удельный расход теплоты < 4200 кДж/кг, несмотря на наличие цир-
куляционных потоков пыли между утилизационными зонами. Достоинством пред-
лагаемой схемы является возможность применения известняка крупностью (0-
25) - (0-30) мм. В зоне подогрева 1 происходит разрушение кристаллов извест-
няка до размера 1,025 мм. Измельченные кристаллы улавливаются циклоном и
подвергаются дальнейшей обработке в расположенных ниже зонах.

В качестве исходного сырья используют сернистый .известняк и производят
низкосернистую известь. Этот вопрос касается сталеплавильного производства
черной металлургии. Его решение в зарубежной практике основано на применении
печей, не имеющих подогревателей известняка, либо на применении способа непря-
мого подогрева известняка до температуры ~ 340 °С с последующим прямым подо-
гревом продуктами сгорания. Нецелесообразность использования первого пути
очевидна, поскольку повышенный расход топлива на обжиг увеличивает стоимость
извести и, в конечном счете, производимой с ее применением стали. Второй способ,
позволяющий получать известь в заданном качестве при умеренных затратах тепла
на обжиг, базируется на следующих факторах. В процессе обжига сера, содержа-
щаяся в известняке, переходит в продукты сгорания и усваивается мелкодисперс-
ной известью, образующейся при истирании в зоне обжига. В подогревателе из-
вестняка сера из этих продуктов снова переходит в известняк. Процесс происходит
в основном при температуре < 340 °С, т.е. в верхней части подогревателя. Непря-
мой нагрев известняка, исключающий контакт с ним продуктов сгорания и пыли
извести, и позволяет избежать циркуляции серы в печи. Следовательно, заменяя
двухступенчатый подогрев известняка одноступенчатым, при котором исполь-
зуется промежуточный газовый теплоноситель, можно получить требуемый резуль-
тат. Технологическая схема известковой печи, работающей по указанному спосо-
бу, представлена на рис. 5.

Основным достоинством предлагаемой технологической схемы печи явля-
ется возможность применения стандартных аппаратов для проведения всех тех-
нологических процессов. Так, в качестве зоны обжига могут быть использованы
аппарат кипящего слоя, вращающийся барабан, либо шахтная,печь с малой высотой
слоя. Схема допускает применение регенерации тепла по одному из способов,
представленных на рис. 24.

Рис. 25. Технологические схемы известково-обжигательных печей:

I - зона обжига; 2 - охладитель; 3-5 - аппараты теплообменника с циркули-
рующей огнеупорной насадкой; 6, 7 - зоны подогрева известняка; 8 - циклон
Глава V. ПОДГОТОВКА ИЗВЕСТНЯКА
К ОБЖИГУ

Под термином "подготовка известняка к обжигу” понимают совокуп-
ность операций, проводимых с исходной горной массой, позволяющих
получить необходимое для обжига количество известняка заданного
гранулометрического и химического составов. В систему подготовки
известняка к обживу включены операции дробления и грохочения полу-
ченной после него массы материала. Эти процессы изучены и достаточно
полно освещены в специальной литературе [96]. При наличии глинис-
тых примесей в значительных количествах известняк промывают. Эта
операция применяется как в отечественной, так и в зарубежной практике.

В условиях централизованной добычи известняка подготовку его
проводят на горнодобывающих предприятиях и поставляют потребителю
(производителю извести). В процессе транспортирования и перегрузок
качество известняка в результате появления в нем мелочи ухудшается.
Применение такого известняка приводит к перераспределению греющей
среды в объеме обжигового аппарата, что увеличивает его аэродинами-
ческое сопротивление и снижает качество получаемой извести. В связи
со сказанным целесообразно проводить грохочение известняка перед
обжигом непосредственно у производителя извести. Данная операпия
обязательна при получении известняка широкого гранулометрического
состава и обжиге известняка узких классов у производителя извести.
Она необходима также при использовании способа обжига типа "сэнд-
вич” [97].

Описанные способы подготовки известняка к обжигу позволяют
получить материал заданного химического и гранулометрического
составов, содержащий определенное количество минусовой фракции,
прошедшей через грохот, Частицы известняка имеют остроугольную фор-
му и пониженную механическую прочность в связи с дефектами структу-
ры куска материала, возникающими при дроблении. Это приводит к до-
полнительному образованию пыли известняка и мелочи в обжиговом ап-
парате. При подготовке известняка не устраняется влага.

Очевидно, что для снижения расхода теплоты на обжиг за счет умень-
шения его потерь с пылью и испарением влаги (см. гл. III), устране-
ния неравномерного распределения греющей среды по объему обраба-
тываемого слоя существующие операции подготовки известняка долж-
ны быть дополнены новыми, устраняющими указанные недостатки.
Основой физического воздействия на материал в новых операциях долж-
на быть слабоударная обработка, приводящая к окатыванию частиц и
их упрочнению. Последующие стадии обработки должны Обеспечивать
удаление образовавшихся пыли и мелочи.

Слабоударную обработку известняка можно проводить в аппаратах
кипящего слоя и во вращающихся барабанах. В первом случае подби-
86
рают основные конструктивные узлы и режимы работы, влияющие на
процесс истирания материала в слое. Унос образующейся пыли обеспе-
чивается ожижающей средой. Во втором случае необходимое взаимодей-
ствие между частицами материала достигают путем установки в бара-
бане различных перегребающих устройств, выбора угла наклона бара-
бана и скорости его вращения. Для удаления пыли, образующейся при
обработке, во вращающийся барабан подают газообразную среду, дви-
гающуюся в противотоке с материалом. Эти два аппарата позволяют
обработать известняк, крупность которого составляет 0,1-200 мм,
т.е. охватывает весь спектр гранулометрических составов известняка,
обжигаемого в известковых аппаратах.

Обработка известняка в аппарате КС. Исследованию подвергали
материалы, характеристика которых представлена в табл. 8. Их задан-
ная крупность получена путем рассева на лабораторных ситах. Исклю-
чение составил стыльский товарный доломит. Необходимое для опытов
количество материала было отобрано из текущего выхода промышлен-
ной технологической линии. Частицы всех используемых материалов
имели остроугольную форму с различной поверхностью грацей. Извест-

Таблица 8. Характеристика исследованных материалов

Месторождение Крупность, мм Химический состав, %
СаСО, МвСО, Пр
Еленовское. Комсомольское рудоуправление 0,63-3 3-5 ' 5-8 8-12 12-25 96 2 2
Камыш-Бурунское 3-10 97 1 2
Студеновское • 12-25 98,20 1,10 0,7
Сокольско-Ситов ское 12-25 94,71 1,15 4,14
Голиковское 12-25 95,90 1,40 2,7
Донское 12-25 90,75 4,90 4,35
Стыльский товарный доломит 10-30 53,78 42,89 3,33
Вельское (мел) 3-10 93,93 1,19 4,88
Отходы известняка Новотроиц- кого рудоуправления Отходы доломита: 0-20 92,9 1,9 5,2
Новотроицкого рудоуправления 0-20 59,25 31,3 9,45
Докучаевского доломитового 0-20 48,25 40,04 11,71
комбината 0-25 0-40 ' 52,62 53,21 ' 38,07 39,33 9,41 7,46
Отходы двломитизированного известняка Докучаевского рудоуправления 0-20 61,6 34,43 3,97
няки Еленовского, Студеновского и Сокольско-Ситовского место-
рождений имели сравнительно гладкую поверхность граней. Шерохова-
тая поверхность с многочисленными малого размера раковинами харак-
терна для известняков Голиковского и Донского месторождений. Эти
углубления заполнены пылью известняка и глиной. Аналогичную поверх-
ность с более глубокими раковинами, заполненными пылью известняка,
имел известняк Камыш-Бурунского месторождения. Для мела Вольско-
го месторождения и стыльского товарного доломита характерна только
шероховатость поверхности, определяемая размерами кристаллов и их
сростками. Состояние поверхности материала и определило количество
пыли, которая удалялась из материала при его ручной промывке .стру-
ей воды.

Опыты проводили в аппарате кипящего слоя, конструкция которого
приведена на рис. 26. В качестве решетки использовали металлический
лист толщиной 5 мм, в котором отверстия заданного размера размеща-
лись в вершинах квадрата. Геометрические размеры (диаметр, сечение)
аппарата и использованных решеток приведены в табл. 9.

Технологическая схема аппарата обеспечивала соблюдение и контроль
любого аэродинамического режима работы: от фильтрации в плотном
слое до начала уноса из слоя частиц нижних фракций. В качестве ожи-

Рис. 26. Конструкция аппарата кипящего слоя:
1 - сменная обечайка; 2, 3 - отборы давления;

4 - решетка; 5 - диафрагма измерительная

Рис. 27. Влияние времени обработ-
ки т материала в слое на изменение
его массы и среднего диаметра при
числе псевдоожижения, равном 2:
1 - известняк Камыш-Бурунского
месторождения крупностью 3—10 мм.
Размер аппарата 175 X 175 мм; 2 -
известняк Студеновского месторож-
дения крупностью 12-25 мм. Диа-
метр аппарата 150 мм, решетка жи-
вым сечением 2,1 %; 3 - то же, из-
вестняк отмыт
Таблица 9. Характеристика решеток для аппаратов КС
различных размеров

Параметры решеток Размеры аппарата, мм диаметр 260 диа- 175 X метр X 175 150
Диаметр отверстий в решетке, мм Живое сечение решетки, % 5 7 9 10 12 14 5 5 2,1-19 2,1 9,4 13 13 17,7 2,1 2,1

жающей среды использовали воздух, температура которого составляла
15—20 °С. Погрешность измерения его расхода составляла 1 %.

Методика проведения опытов заключалась в следующем. Навеску ма-
териала загружали в аппарат. Массу навески выбирали таким образом,
чтобы высота плотного слоя в аппарате была равна его диаметру. Для
загружаемого материала определяли: влажность, гранулометрический и
химический составы. В аппарат подавали воздух в количестве, обеспе-
чивающем требуемое число ожижения. Момент установки заданного ко-
личества воздуха считали за начало опыта. Через 15 мин подачу воздуха
прекращали. Материал выгружали, подвергали взвешиванию и рассеву.
Определяли содержание влаги в нем. Химический анализ материала
проводили как в среднем по массе, так и отдельно для каждой фракции.
В процессе опытов число псевдоожижения изменяли в интервале 1,2-
2,56, высоту слоя - в интервале 0,2—2,04 приведенного диаметра аппа-
рата, время обработки — от 3 до 60 мин.

Результаты опытов представлены на рис. 27. Как следует из при-
веденных данных,скорость истирания, определенная как изменение мас-
сы навески в единицу времени, снижается с увеличением времени об-
работки. Наибольшую скорость истирания наблюдали в первые 15 мин
обработки. Опыты, проведенные с отмытым известняком, грануломет-
рический и химический анализы пыли, уносимой из аппарата, показали,
что в течение 15 мин обработки из слоя уносится пыль известняка и
глины, находящаяся на поверхности частиц, и происходит первичное
окатывание частиц. При этом удаляются острые кромки. Размер уноси-
мых частиц составляет 0—1 мм. При дальнейшей обработке удаляются
примеси, находящиеся в наиболее глубоких раковинах, и происходит
окатывание частиц. Размер частиц уносимой из аппарата пыли умень-
шается до 0-0,3 мм, что указывает на уменьшение процесса скалыва-
ния острых граней. Такой характер обработки наблюдается в интервале
15—30 мин. В дальнейшем происходит окатывание частиц с постоянным
темпом замедления скорости истирания. При достаточной длительности
опыта (2 ч и более) частицы внешним видом напоминают морскую
гальку. Истирание при этом практически прекращается.

В процессе обработки происходит изменение среднего размера кус-
ков обрабатываемого материала (см. рис. 27). Оно вызвано в основ-
ном окатыванием частиц. Для известняка с размером кусков 12-25 мм
на их уменьшение влияет процесс разрушения частиц, имевших до об-
работки дефекты структуры (трещины, включения инородного материа-
ла и пр.). Изменение размера частиц сопровождается уменьшением фак-
тора формы. Так, для известняка Еленовского месторождения круп-
ностью 3—10 мм начальный фактор формы составляет 1,82 и умень-
шается до 1,1—1,2 после обработки в слое в течение 20 мин.

Плотный известняк, имеющий начальную7 влажность 0,5-1 %, теря-
ет ее практически полностью после 15 мин обработки в слое. Влаж-
ность пористого известняка, например Камыш-Бурунского месторожде-
ния, за то же время обработки уменьшается с 5—6 до 2—3 %.

В итоге после обработки в кипящем слое получают известняк с кус-
ками округлой формы, практически полностью лишенный влаги (или
со значительно уменьшенным влагосодержанием). Дальнейшая обработ-
ка такого известняка в обжиговом аппарате сопровождается понижен-
ным (на 50 % и более) выделением пыли.

Имеется промышленный опыт примененйя такой обработки. Перед
печью кипящего слоя был установлен аппарат КС, в котором аэродана-
мическая обработка известняка совмещалась с сушкой [11]. В резуль-
тате вынос пыли из печи снизился на 50 %, расход топлива - на 7,1 %.

Отделение примесей с поверхности материала при обработке его в
аппарате КС позволило выдвинуть тезис о возможности обогащения
таким способом отходов карбонатных материалов, образующихся на
дробильно-обогатительных фабриках. Для проведения опытов были
выбраны типичные отходы, характеристика которых приведена в табл. 8.
Они различаются не только количеством примесей и их химсоставом,
но и типом связи примесей с поверхностью частиц. В отходах известня-
ка Новотроицкого рудоуправления примеси представлены мелочью
известняка крупностью < 1 мм, перемешанной с глиной. Они практичес-
ки не налипают на поверхность частиц. Отходы доломита Данковского
доломитного комбината содержат в основном глинистые примеси. Боль-
шая их часть находится на поверхности частиц, заполняя впадины и ра-
ковины поверхности. Удалить глину из этих дефектов поверхности за-
частую не удается даже при промывке струей воды на сите.

Кинетику удаления примесей из этих отходов исследовали по опи-
санной выше методаке в аппарате кипящего слоя площадью 175 X
X 175 мм2 [98]. Получаемый после обработки материал (рис. 28) ока-
тан, лишен мелочи крупностью < 1 мм и примесей как в свободном
состоянии, так и на поверхности частиц. Степень удаления примесей
составила 98—99 %. В результате интенсивного соударения частиц в слое
Рис. 28. Отходы доломита Данковского доломитового комбината до (а) и после
(б, в) обработки в кипящем слое

примеси удаляются из всех дефектов поверхности частиц, включая глу-
бокие раковины (см. рис. 28). Одновременно материал в слое подсу-
шивается. При исходной влажности отходов менее 5-6 % конечная влаж-
ность продукта практически нулевая. При большей исходной влажности
они нуждаются в предварительной подсушке (перед обработкой в слое).
Уносимый из слоя материал по химическому составу соответствует
требованию ГОСТ 14050-78 на известковую муку первого сорта.

Расход электроэнергии на обработку отходов составляет 10—15 кВт х
х ч/т и зависит от размера обрабатываемого материала. При применении
двухзонного аппарата КС [99] расход воздуха на обработку составляет
1100—1300 м3/т отходов.

На основании опытов для переработки отходов рекомендуется техно-
логическая схема (рис. 29), включающая аппарат кипящего слоя 1,
систему очистки воздуха от пыли, состоящую из аппаратов 2, 3 и гро-
хота 4, на котором происходит выделение мелочи заданного размера.
Улавливаемая системой очистки пыль может быть использована для
известкования почв либо сгранулирована на тарельчатом грануляторе
5 и в виде гранул направлена в отвал. Наличие глины в пыли обуслов-
ливает комкуемкость продукта при его влажности 4—6 %. Образующие-
ся гранулы размером 8—10 мм обладают прочностью на сжатие 10—20 Н.

Рис. 29. Технологическая схема переработки отходов карбонатных материалов
в аппарате кипящего слоя

Выделенная на грохоте 4 мелочь может быть использована в качестве
наполнителя в дорожном строительстве либо додроблена до размера
< 1 мм и использована в виде муки.

Обработка известняка во вращающемся барабане. Обработку прово-
дили в барабане диаметром 0,7 м, длиной 1,2 м. Частота вращения ба-
рабана составляла 0,6 с-1. В качестве обрабатываемого материала был
выбран известняк Комсомольского рудоуправления крупностью 10-
30 и 40—80 мм, который не содержат мелкие (меньше нижнего пре-
дела крупности) и крупные (больше верхнего предела крупности) кус-

Таблица 10. Изменение гранулометрического состава известняка
при его обработке во вращающемся барабане в течение 10 мин

Показатели Крупност» известняка, мм
10-30 40-80
Количество мелочи, % 12 4,65
Чисйо .разрушающихся кусков, % Не определяли 1 -2
Количество пыли крупностью < 1 мм, % 2 До 2
ки. Мегодика проведения опытов заключалась в следующем. В бара-
бан загружали 20 кг исследуемого известняка. После обработки в тече-
ние 10 мин материал извлекали, отделяли минусовой класс. Оставший-
ся материал подвергали вторичной обработке.

Обработка известняка в барабане приводит к образованию в мате-
риале довольно значительного количества мелочи (табл. 10, рис. 30).

Рйс. 30. Относительное изменение массы извест-
няка крупностью 40-80 мм, обрабатываемого
во вращающемся барабане

В(с. 31. Минусовой класс, образую-
пжйся при обработке известняка
крупностью 40-80 мм во вращаю-
щемся барабане:

а — обработка в течение 10 мин; б -
вторая обработка в течение 10 мин;
в - третья обработка в течение
10 мин
Она образуется как за счет кусочков материала, скалываемого с ис-
ходных частиц, так и вследствие их разрушения. Максимальный выход
мелочи наблюдается после первых 10 мин обработки. Изменение гра-
нулометрии минусовой фракции при увеличении времени обработки
видно из рис. 31. Абсолютный выход мелочи также уменьшается с уве-
личением времени обработки, т.е. каждые последующие 10 мин обработ-
ки дают меньшее количество мелочи. В массе минусовой фракции содер-
жится пыль, размер частиц которой < 1 мм (табл. 10).

Обработанный материал окатан (рис. 32). За первые 10 мин обра-
ботки имеющиеся острые грани сглаживаются. На основании опытов
можно рекомендовать длительность обработки материала в барабане

Рис. 32. Кусок известняка после
обработки в течение 30 мин
(начальная масса 600 г) :

1 - кусочки, которые будут
удалены при последующей об-
работке

равную для условий опытов 10 мин и технологическую схему процесса
обработки, представленную на рис. 33. Включение продувки барабана
воздухом в перечень технологических операций предусматривает удале-
ние выделяющейся при обработке пыли и сушку материала, что улучша-
ет технологические и сантехнические условия процесса грохочения.

'Рис. 33. Технологическая схема
предобжиговой обработки из-
вестняка во вращающемся ба-
рабане:

1 - барабан; 2 - бункер; 3 -
питатель; 4 - грохот; 5, 6 -
аппараты сантехнической очист-
ки воздуха от пыли
Из рассмотренных данных следует, что проведение предобжиговой
слабоударной обработки известняка в аппарате КС или во вращающемся
барабане с последующим отделением на грохоте минусовой фракции
позволяет получить материал, который максимально соответствует
условиям работы обжиговых аппаратов всех типов. Применение тако-
го материала повысит производительность печей (шахтных и вращаю-
щихся) , снизит расход теплоты на обжиг и вынос пыли из печи, повы-
сит качество получаемой извести.

Г л а в а VI. ПРИМЕРЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА

ИЗВЕСТКОВЫХ ПЕЧЕЙ

Приведенные ниже данные являются первой стадией теплового расче-
та известково-обжигательного процесса. Они позволяют определить
удельный расход теплоты на обжиг и температуру сред, участвующих в
процессе. Вид топлива, используемого для обжига, не влияет на резуль-
таты расчета. Вторым этапом тепловых расчетов является выявление
условий, обеспечивающих принятую степень незавершенности теплооб-
мена. В результате выполнения этой части расчетов определяют высоту
слоев в печах КС и шахтной, длину барабана и высоту слоев в утилизаци-
онных зонах вращающейся печи. Методики расчетов описаны в работах
[1,4 и др.].

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

Для расчетов' используют известняк, химический состав которого приведен в
табл. 2. Кристаллическая влага и горючие в известняке отсутствуют. Поверхност-
ная (гидратная) влажность известняка принята по данным эксплуатации печей,
предназначенных для обжига известняка Еленовского месторождения: для печей
кипящего слоя 3 %; для вращающихся печей 2 %; для шахтных печей 1 %. Исход-
ные данные, необходимые для расчета теплового состояния печи, приведены ниже
(см. табл. 2):

Топливо..........................Природный газ

Температура окружающей среды, °С . . . 10
Температура природного газа, вводимо-
го в печь, °С . . . •..............8

Температура воздуха, подаваемого в
печь, с учетом его подогрева в воздухо-
дувной машине, °С:

кипящего слоя..................80

вращающуюся....................50

шахтную........................40 .
Удельная теплота диссоциации, кДж/кг:

известняка........................1780

углекислого магния................1300

Температура диссоциации, °С:
известняка'........................850

углекислого магния.................600

Степень обжига известняка
в зоне обжига, %....................95

Химический состав извести после 100 %-иого обжига:

количество материала, образующегося после обжига 1 кг известняка, равно: 0,96 X
X 0,56 + 0,02 0,478 + 0,02 = 0,56716 кг/кг;

содержание оксида кальция СаО = (0,96 0,56/0,56716) 100 = 94,79 %;

содержание оксида магния МвО = (0,02 0,478/0,56716) 100 = 1,69 %;

содержание прочих элементов Пр = (0,02/0,56716) 100 = 3,52 %.

Результаты дальнейших расчетов также отнесены к 1 кг известняка, загружаемо-
го в печь.

2. ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Рассмотрим печь кипящего слоя с двумя зонами подогрева извест-
няка и зоной охлаждения извести. Расчет материальных потоков в печи
приведен ниже. При расчете приняты следующие количества уноса мате-
риала из зон: зона подогрева 1-3 % от загружаемого материала в зону;
зона подогрева 2—2 % от количества материала, образующегося в зоне
после разложения углекислого магния; зона обжига - 10 % от коли-
чества материала, образующегося в зоне после обжига; зона охлаждения
извести — 5 % от количества извести, загружаемой в зону.

Зона подогрева 1. В зону загружают 1 кг известняка. Коли-
чество сухого материала равно 0,97 кг, влаги — 0,03 кг. Из зоны уносит-
ся пыли исходного известняка в количестве 0,97 • 0,03 = 0,0291 кг/кг.
Количество материала, передаваемого в зону подогрева 2, составляет
0,97-0,0291 = 0,9409 кг/кг. '

Химический состав материала, передаваемого в зону подогрева 2 и
уносимого из зоны подогрева 1, соответствует химическому составу
исходного известняка.

Зона подогрева 2. Количество углекислого магния, при-
ходящего в зону, равно 0,9409 • 0,02 = 0,01882 кг/кг. При разложе-
нии углекислого магния в зоне образуется: СО2 = 0,01882 • 0,522 =
= 0,009823 кг/кг; М8О = 0,01882 - 0,009823 = 0,008997 кг/кг.

Расчет химического состава материала в зоне, образующегося после
разложения углекислого магния, приведен в табл. 11.

Количество пыли, уносимой из зоны, равно 0,9311 0,02=0,01862 кг/
кг. Количество материала, переданного в зону обжига, составляет 0,9311 -
-0,01862 = 0,9125 кг/кг.

Химический состав материала, переданного в зону обжига, уносимо-
го из зоны подогрева 2, приведен в разд. 1 данной главы.
Таблица 11. Химический состав материала в зоне
Химическое соединение Количество материала кг/кг %
СаСО, МвО Пр 0,9409 • 0,96 = 0,9033 97,01 0,008997 0,97 0,9409 - 0,02 = 0,01882 2,02 Итого 0,9311 100

Зона обжига. Количество известняка, разлагающегося в зоне,
равно 0,9125 -0,9701 -0,95 = 0,841 кг/кг. При разложении известняка
образуется углекислого газа 0,841 0,44 = 0,37 кг/кг. После разложе-
ния известняка в зоне осталось материала 0,9125 - 0,37 = 0,5425 кг/кг.
Расчет химического состава материала в зоне, образующегося после
разложения углекислого кальция, приведен в табл. 12.

Таблица 12. Химический состав материала в зоне обжига
Химическое соединение Количество материала кг/кг %
СаО СаСО, МвО Пр 0,841 • 0,56 = 0,4709 86,81 0,9125 • 0,9701 • 0,05 = 0,04426 8,16 0,9125 • 0,0097 = 0,008851 1,63 0,9125 • 0,0202 = 0,01843 3,40 Итого 0,5425 100

Расчет химического состава материала, поступающего в зону обжи-
га, при 100 %-ном обжиге приведен в табл. 13.

Таблица 13. Химический состав материала в зоне обжига
Химическое соединение Количество материала кг/кг %
СаО МвО Пр 0,9125 • 0,9701 • 0,56 = 0,4557 94,35 0,91-25 • 0,0097 = 0,008851 1,83 0,9125 0,0202 = 0,01843 3,82 Итого 0,483 100
Сопоставление химических составов извести, получаемой при 100%-.
ном обжиге исходного известняка и материала, загружаемого в зону
обжига, указывает на необходимость учета истирания и химических
реакций, протекающих в зонах подогрева, при определении расчетных
качественных показателей извести.

Количество материала, уносимого из зоны обжига, равно 0,5425 х
х 0,1 = 0,05425 кг/кг. Количество материала, передаваемого в зону
охлаждения, равно 0,5425 - 0,05425 = 0,4882 кг/кг.

При истирании материала в кипящем слое происходит удаление
наружных поверхностей слоев частиц. Поскольку недожог сосредото-
чен в центре частиц, унос представляет собой известь, обожженную
на 100 %. Его химический состав приведен в табл. 13. В уносе содер-
жится:

СаО = 0,05425 • 0,9495 = 0,05118 кг/кг;

МвО = 0,05425 • 0,0183 = 0,000993 кг/кг,

Пр = 0,05425 • 0,0382 = 0,00207 кг/кг.

На основании этих данных в табл. 14 представлен расчет химичес-
кого состава извести, передаваемой в зону охлаждения.

Таблица 14. Химический состав извести, передаваемой
в-зону охлаждения

Химическое Количество извести

соединение -------------------------------------------

кг/кг %

СаО 0,4709 - 0,05118 = 0,4197 85,97
СаСО, 0,04426 9,06
МвО 0,008851 - 0,000993 = 0,007858 1,62
Пр 0,01843 - 0,00207 = 0,01636 3,35
Итого 0,4882 100

Зона охлаждения. Из зоны уносится следующее количество
извести 0,4882 • 0,05 = 0,02441 кг/кг, в том числе:

СаО = 0,02441 0,9435 = 0,02303 кг/кг,

МвО = 0,02441 • 0,0183 = 0,0004476 кг/кг,

Пр = 0,02441 0,0382 = 0,0009325 кг/кг.

Количество материала, выдаваемого из печи, составляет 0,4882 -
- 0,02441 = 0,4638 кг/кг. Расчет химического состава извести, выда-
ваемой из печи, приведен в табл. 15.
Таблица 15'. Химический состав извести,
выдаваемой из печи

Химическое соединение Количество извести
кг/кг %

СаО 0,419,7 - 0,02303 = 0,3967 85,53
СаСО, 0,04426 9,54
МвО 0,007858 - 0,0004467 = 0,007412 3,33
Пр 0,01636 - 0,0009325 = 0,01523 1,60
Итого 0,4636 100

В извести содержитсяСОг 9,54 -0,44 = 4,2%,СаО85,53+ (9,54 -4,2) =
= 90,85 %.

Степень обжига известняка, определяемая
извести, выдаваемой из печи, составила
П = [ 1 - Х0,042/0,96 • 0,44) ] / (1 - 0,042) =
— 94 %. Фактическая степень обжига соста-
вила 95 %. Расхождение между величина-
ми, равное 1 %, обусловлено истиранием й
уносом в зонах обжига и охлаждения про-
дукта, обожженного на 100 %. Это расхож-
дение следует учитывать при расчете ма-
териального и теплового балансов рабо-
тающей печи. Материальные потоки в печи
представлены на рис. 34.

Рис. 34. Материальные потоки в печи КС тради-
ционной компоновки: .

1 - зона подогрева 1; 2 - зона подогрева 2; 3 -
зона обжига; 4 - зона охлаждения

по химическому составу

/ Расчет тепловых параметров процесса обжига базируется на реше-
нии уравнений теплового состояния зон печи. При их составлении пред-
полагали, что температуры материала, уходящего из зоны, и ожижаю-
щей среда, уходящей из слоя, равны между собой. Предположение
99
справедливо при обработке частиц известняка, средний размер которых
меньше или равен 5-6 мм. Температуру обжига (слоя зоны обжига)
приняли равной 950 °С. Такую температуру используют в промышлен-
ных печах КС, в которых обжигают известняк крупностью 3-10 мм.

Зона подогрева 1

Приход теплоты, кДж/кг С сухим материалом 0,97 0,675 X X 10= 6,54 С влагой 0,03 • 4,19 • 10 = 1,26 Расход теплоты, кДж/кг С пылыо извести и известняка 0,1264спГ! С углекислым газом 0,3798ссо/1
С пылью извести и известняка 0,09728 спгг С углекислым газом 0,3798сСо/3 С продуктами сгорания 11,44ггСд>сГ 2 С продуктами сгорания 11,44 г г^п.с^ 1 С водяным паром 0,03сц2о( 1 С известняком, передаваемым в зону подогрева 2, 0-Э409сСаСо3г ( На испарение влаги 0,03 2258,4 = = 67,75 В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: (0,09728сп + 0,3798сео2 + И,441’гсп.с)Г2 =
= (0,1264сп + 0,3798ссо2 + 11,44ргспс + 0,03сн ,0+0,9409ссасо3)?1 +
+ 70,45. (90)

Зона подогрева 2

Приход теплоты, кДж/кг С известняком из зоны подогре- ва 1 0,9409сСаСО/1 С пылыо извести 0,07866 X X 0,89 -950= 66,52 С углекислым газом 0,37 • 1,28 X X 950 = 450,52 С продуктами сгорания 11,44»г 1,54-950= 16757,6 Расход теплоты, кДж/кг С известняком, передаваемым в зону обжига, 0,9125сСаСО3*а С пылью извести и известняка 0,09728 сп1г С углекислым газом 0,3798есо/г С продуктами сгорания 11,44ггсп СГ2 На диссоциацию углекислого магния 0,01882-1300= 24,47 В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: 0,9409есаСО3?1 + 16757,6гг =

= (0,9125сСасо3 + 0,09728сп + 0,3798ссо3 + 11,44ггсп.с)?2 -

- 534,77. (91)

Зона обжига

Приход теплоты, кДж/кг С известняком из зоны подо- грева 2 0,9125ссасо/ з Расход теплоты, кДж/кг С известью, передаваемой в зону охлаждения, 0,4882 0,89 • 950 = = 412,77
С воздухом из зоны охлаждения
10,65ггсв?охл

С химическим теплом природного
газа 35615гг

С физическим теплом природного
газа г г0,84 • 8 = 6,7

С пылью из зоны охлаждения
0,02441 сп?охл

Баланс теплоты: 0,9125ссаСО3г2
+ 18864,1 гг = 2449,81.

Зона охлаждения

Приход теплоты, кДж/кг
С известью из зоны обжига
0,4882 0,89 • 950 = 412,77

С воздухом 10,65г г • 1 80 =
= 852гг

С пылью извести 0,07866 • 0,89 X

X 950 = 66,52

С углекислым газом 0,37 • 1,28 X

X 950= 450,52

С продуктами сгорания 11,44гг х

X 1,54-950= 16757,6г г

На разложение известняка
0,841 -1780= 1497

В окружающую среду 14

+ (10,65ггсв + 0,02441сп)/охл +

(92)

Расход теплоты, кДж/кг
С известью, уходящей из печи, и
пылью извести, уносимой из зоны,
0,4882спГохл

С воздухом, идущим в зону обжига,
10,65 ггсвГохл

В окружающую среду 4,5

Баланс теплоты: 852гг + 408,27 = (0,4882сп +

+ 10,65ггсв)/охл.

Результаты решения системы уравнений (90)-(93) представлены
в табл. 16. Там же приведены значения к.п.д. печи, определяемые по
уравнению к.п.д. = (Яд+^дмеСО3 +'•)/*•

Рассмотрим печь кипящего слоя с двумя зонами подогрева известняка, зоной
охлаждения извести и камерой адиабатической выдержки. Расчет материальных
потоков в печи приведен ниже. Степень обжига известняка, загружаемого в зону
обжига, принимаем равной 94 %.

Зоны подогрева 1 и 2

Расчет материальных потоков в зонах аналогичен предыдущему.

Зона обжига

Количество известняка, поступающего в зону, равно 0,9125 кг/кг. Количество
известняка, разлагающегося в зоне, равно 0,9125 0,9701 • 0,94 = 0,8321 кг/кг. При
разложении известняка образуется углекислого газа 0,8321 • 0,44 = 0,3661 кг/кг.
После разложения в зоне остается материала 0,9125 - 0,3661 = 0,5464 кг/кг.

Расчет химического состава материала в зоне после разложения углекислого
кальция приведен в табл. 17.

Количество материала, уносимого из зоны, равно 0,05425 кг/кг. Количество
материала, передаваемого в зону охлаждения, 0,5464 - 0,05425 = 0,4921 кг/кг.

Расчет химического состава извести, передаваемой в зону охлаждения, приве-
ден в табл. 18.
Таблица 16. Тепловые показатели работы печей КС

Показатели Печи
традиционной компоновки с камерой адиабатичес- кой вы- держки с зоной ох- лаждения в движущемся слое с зонами подогрева перекрестного тока с эонами ути- лизации в движущемся плотном слое с регенерацией теплоты
/. = ГУХ,°С 464 415 -/- 283
Гух,°<* — — 465 330/345* 388
769 820 — -/850 •— 710
Г* °С — — — — — 288
'охл.°С 312 280 412 430/497 460 535
П,,% — — — -/1,5 6,03 —
кДж/кг извести 5681,3 5673,3 5007 4470,7/4487,5 4676 4378,6
уг, мэ/кг извести 0,1596 0,1593‘ 0,14 0,1306/0,131 0,123 0,1313
к.п.д. печи,% 60,3 62,89 65,12 67/- 69.73 78,14
Вынос пыли из печи,% 27,25 27,65 21,1 13,32/13,32 17,05 21,1
СаОпб„, в извести, % 90,85 92,64 91,04 91,17/91,17 90,89 91,03
СаОобщ в пыли, % 79,10 75,86 75,85 78/78 94 79
* В числителе затраты тепла иа разложение известняка в зоне подогрева 2 равны нулю, в знаменателе — не равны нулю.
Таблица 17. Химический состав материала в зоне обжига

Химическое соединение Количество материала
кг/кг %
СаО 0,8321 • 0,56 = 0,466 85,29
СаСОэ 0,9125- 0,9701 • 0,06 = 0,05311 9,72
М§О 0,9125 • 0,0097 = 0,008851 1,62
Пр 0,9125 0,0202 = 0,01843 3,37
1 Итого 0,5464 100

Таблица 18. Химический состав извести, передаваемой
в зону охлаждения

Химическое соединение .Количество извести
кг/кг %

СаО 0,466 - 0,05118 = 0,4148 84,29
СаСО, 0,05311 10,79
М§О 0,008851 - 0,000993 = 0,007858 1,60
Пр 0,01843 - 0,00207 = 0,01696 3,32
Итого 0,4921 100

Камера адиабатической выдержки

Количество необожженного материала 10,79 (1 + 0,009958 + 0,02083) = 11,12 %,
где 0,009958 - количество оксида магния, приходящееся на единицу массы угле-
кислого кальция, %; 0,02083 - то же, примесей.

Для последующих расчетов необходимо знать распределение недожога в извес-
ти, выходящей из зоны обжига. Соответствующие данные представлены в разд. 2
гл. IV. На основании этих данных и приведенных выше расчетов получаем. Ко-
личество извести, обожженной на 100 % и не содержащей недожога, составляет
0,4921 • 0,45 = 0,2205 кг/кг. Количество недожога 0,4921 0,1112 = 0,05472 кг/кг.
Количество извести, в которой содержится недожог, равно 0,4921 - 0,2205 -
- 0,05472 = 0,2169 кг/кг. Для дальнейших расчетов принимаем1: температуру дис-
социации в зоне обжига 850 °С, в камере адиабатической выдержки 800 °С; тем-
пературу извести, обожженной на 100 %, равной 950 °С, температуру извести,
содержащей недожог, равной (950 + 800) /2 = 875 °С

На основании полученных и принятых данных определяем количество теплоты,
которая содержится в материале, выходящем из зоны обжига, расходуемой на
диссоциацию недожога (см. формулу (34) ] :

ДС = 0,2205 (0,897 • 950 + 6,88 • 800) + 0,2169(0,888 • 875 - 0,88 800) +

+ 0,05472 (1,068 • 850 - 1,056 • 800) = 52 кДж/кг.

Принимаем 9, = 0,98, — 0,95 и по формуле (35) определяем количество

известняка, разлагающегося в камере адиабатической выдержки:
ДС = (52/1672) 0,98 • 0,95 = 0,02895 кг/кг,

где 1672 - теплота диссоциации углекислого кальция, определенная по формуле

(21) для рассматриваемых условий, кДж/кг.

Из разлагающегося известняка выделяется СО, 0,02895 • 0,44 = 0,01274 кг/кг,
остается СаО 0,02895 - 0,01274 = 0,01621 кг/кг.

Расчет химического состава извести после адиабатической выдержки приве-
ден в табл. 19.

Таблица 19. Химический состав извести после
адиабатической выдержки

Химическое соединение Количество извести ...1 — - -- кг/кг %
СаО СаСО3 М§О Пр 0,4148 + 0,01621 = 0,431 89,91 0,05311 - 0,02895 = 0,02416 5,04 0,007858 1,64 0,01636 3,41

Итого 0,4794 1 00

Зона охлаждения

Из камеры адиабитической выдержки в зону загружается 0,4794 кг/кг. Из
зоны уносится извести 0,4794 • 0,05 = 0,02397 кг/кг, в том числе:

СаО = 0,02397 • 0,9435 = 0,02262 кг/кг,

МвО = 0,02397 0,0183 = 0,0004387 кг/кг,

Пр = 0,02397 • 0,0382 = 0,0009156 кг/кг.

Количество материала, выдаваемого из печи, равно 0,4794 - 0,02397 =
= 0,4554 кг/кг.

Расчет химического состава извести, выдаваемой из печи, приведен в табл. 20.

Таблица 20. Химический состав извести,
выдаваемой из печи

Химическое Количество извести
кг/кг %
СаО 0,431 - 0,02262 = 0,4084 89,67
СаСО3 0,02416 5,31
МёО 0,007858 - 0,0004387 = 0,00742 1,63
Пр 0,01636 - 0,0009156 = 0,01545 3,39
Итого 0,4554 100
В извести содержится СО, 5,31 • 0,44 ₽=
= 2,34 %, СаО 89,67 + (5,31 - 2,34) = 92,64 %.

Материальные потоки по печи представлены
на рис. 35.

Рис. 35. Материальные потоки в печи КС, имею-
щей бункер адиабатической выдержки извести
(позиции те же, что иа рис. 34)

Расчет тепловых параметров процесса обжига ,

Тепловое состояние зон подогрева 1 и 2 описывается уравнениями (90) и (91).
Зона обжига - камера адиабатической выдержки

Приход теплоты, кДж/кг С материалом из зоны подогрева 2 0,9125есасо/з Расход теплоты, кДж/кг С известью, передаваемой в зону ох- лаждения, 0,4794 • 0,88 • 803 = = 338,76
С воздухом из зоны охлаждения 10>б5ггсв^охл С химической и физической тепло- той природного газа 36521, 7гг С пылыо извести из зоны охлаж- С пылью извести 0,07822 0,89 X X 950 = 66,14 С углекислым газом 0,3788 • 1,28 X X 950 = 460,67 С продуктами сгорания 16757,6нг
дения 0,02397спГохл 6 На разложение известняка 0,8321 • 1780= 1481,14 В окружающую среду 14
Баланс теплоты : 0,9125сеасоэ*а + (10,65»гсв + 0,02397сп)Гохл +
+ 18864,1 = 2360,71.

(94)

Зона охлаждения

Приход теплоты, кДж/кг
С известью из зоны обжига
0,4794 • 0,88 • 803 = 338,76

С воздухом 852гг

Расход теплоты, кДж/кг

С известно уходящей из печи, и
пыдью извести, уносимой из печи,
0,4794спГохл

С воздухом, идущим в зону обжига,
10>6тгсв^охл

В окружающую среду 4,5

Баланс теплоты: (852гг + 334,36) = (0,4794сп + 10,651'гсв)Гохл. (95)

Результаты решения системы уравнения (90), (91), (94), (95) представлены
в табл. 16.

Рассмотрим печь кипящего слоя с зоной охлаждения извести в движущемся
плотном слое. При принятых исходных данных (см. разд. 1 гл. VI) материальные
потоки в зонах подогрева и обжига для рассматриваемого случая приведены на
рис. 34. Изменения наблюдаются в зоне охлаждения.

Зонаохлаждения '

В зону подают 0,4882 кг/кг извести. Из зоны уносится 0,000788 кг/кг извести,
степень обжига которой равна 100 %. В том числе:

СаО = 0,000788 • 0,9435 = 0,0007435 кг/кг,

МеО = 0,000788 0,0183 = 0,00001442 кг/кг,

Пр = 0,000788 • 0,0382 = 0,0000301 кг/кг.

Величина уноса из зоны определена из условия получения запыленности возду-
ха, выходящего из слоя, примерно равной 1 г/м3. Количество материала, выдава-
емого из печи, равно 0,4882 - 0,000788 = 0,4874 кг/кг.

Расчет химического состава выдаваемого продукта приведен в табл. 21.

В извести содержится СО2 9,08 • 0,44 — 4 %; СаО 85,96 + (9,08 - 4) = 91,04%.

Таблица 21. Химический состав извести

Химическое соединение Количество извести кг/кг %
СаО СаСО3 МвО Пр 0,4197 - 0,0067435 = 0,4189 85,96 0,04426 9,08 0,007858 - 0,00001442 = 0,007844 ч 1,61 0,01636 - 0,0000301 = 0,01633 3,35 Итого 0,4873 100
Расчет тепловых параметров процесса обжига

С учетом изменения количества пыли, проходящей через зоны обжига и подо-
грева, уравнения (90)-(92) примут вид:

(0,07366сп + 0,3798сСо, + 11,44ггсп.с)/3 = (0,1027сп + 0,3798сСо3 +

+ 11,44ггсп.с + 0,03сн2о + 0>9409есаСО3)'1 +70,45; (96)

0,9409ссаСоэ 1 [+16757,6гг = (0,9125ссаСО3 + О,О7366<?П +

+ 0,3798сСОз + 11,44ргсп.с)г3 - 534,77; (97)

0,9125сСаСОзГ3 + (Ю.бЗГгС,, + 0,000788сп)7охл - 18864,1 гг =

= 2449,81. (98)

Зона охлаждения
Приход теплоты, кДж/кг
С известью из зоны обжига
0,4882 • 0,89 - 950.= 412,77
С воздухом 1065 гг • 1 • 80 =
= 852
9

Расход теплоты, кДж/кг

С известью, уходящей из печи,
0,4874 • 1,01 • 110= 54,23

С пылью извести 0,000788спгохл

С воздухом, идущим в зону обжига,

Ю.бЗГрСвТохд

В окружающую среду 4,5

Баланс теплоты: 852гг + 354 = (0,000788сп + 10,65>>гсв)7охл. (99)

Результаты решения уравнения (96) - (99) представлены в табл. 16.

Рассмотрим печь кипящего слоя с зонами подогрева, работающими
в режиме перекрестного тока, и зоной охлаждения извести, работаю-
щей в режиме движущегося плотного слоя. В расчетах принимаем:

1. Вынос- пыли из зон подогрева и обжига уменьшается и соответ-
ственно составляет 1,5 % от количества материала, загружаемого в
зоны подогрева, и 7 % от количества материала, образующегося в зоне
обжига после разложения известняка. Уменьшение выноса пыли по срав-
нению с работой печи КС традиционной компоновки обусловлено сок-
ращением времени пребывания материала в слое соответствующих зон.

2. Разложением известняка в зоне подогрева 2 пренебрегаем.

3. В зонах подогрева организован параллельный ход материала.

Расчет материальных потоков в печи приведен ниже.

Зона подогрева 1

В зону загружают 1 кг известняка. Количество сухого материала
равно 0,97 кг, влаги — 0,03 кг. Из зоны уносится пыли исходного из-
вестняка 0,97 • 0,015 = 0,146 кг/кг. Количество материала, подаваемо-
го в зону подогрева 2, составляет 0,97 - 0,0146 = 0,9554’кг/кг.

Химический состав материала, передаваемого в зону подогрева 2 и
уносимого из зоны подогрева 1, соответствует химическому составу
исходного известняка.
Зона подогрева 2

Количество углекислого магния, приходящего в зону, равно 0,9554 х
х 0,02 = 0,0191 кг/кг. При разложении углекислого магния в зоне обра-
зуется: СО2 = 0,0191 0,522 = 0,00997 кг/кг; М^О = 0,0191 -0,00997 =
= 0,00913 кг/кг.

Расчет химического состава материала в зоне, образующегося после
разложения углекислого магния, приведен в табл. 22.

Таблица 22. Химический состав материала
в зоне подогрева 2 ,

Химическое Количество материала

соединение------------------------------------------------------

кг/кг %

СаСОэ 0,9554 • 0,96 = 0,9172 97,02

МвО 0,00913 0,96

Пр 0,9554 0,02 = 0,0191 2,02

Итого 0,9454 100

Количество пыли, уносимой из зон, равно 0,9554 • 0,015 = 0,01433 кг/кг.
Количество материала, переданного в зону обжига, составляет 0,9454 -
0,01433 = 0,9311 кг/кг.

Химический состав уносимого из зоны материала, передаваемого
в зону обжига, приведен в табл. 22.

Зона обжига

Количество известняка, разлагающегося в зоне, равно 0,9311 • 0,9702 х
х 0,95 = 0,8582 кг/кг. При разложении известняка образуется1 углекис-
лого газа 0,8582 • 0,44 = 0,3776 кг/кг. После разложения известняка в
зоне осталось материала 0,9311 - 0,3776 = 0,5535 кг/кг.

Расчет химического состава материала в зоне, образующегося после
разложения углекислогр кальция, приведен в табл. 23.

Таблица 23. Химический состав материала
в эоне обжига

Химическое соединение Количество материала
кг/кг % '

СаО 0,8582 0,56 = 0,4806 86,83
СаСО, 0,9311 0,9702 • 0,05 = 0,04517 8,16
МвО 0,9311 • 0,0096 = 0,008939 1,61
Пр 0,9311 0,0202 = 0,0188 3,40
Итого 0,5535 100
Количество материала, уносимого из зоны обжига, равно 0,5535 • 0,07 =
= 0,03875 кг/кг. Количество материала, передаваемого в зону охлаж-
дения, составляет 0,5535 — 0,03875 = 0,5148 кг/кг.

Расчет химического состава материала, передаваемого в зону охлаж-
дения, приведен в табл. 24.

Таблица 24. Химический состав материала, передаваемого
в зону охлаждения

Химическое у Количество материала

соединение --------------<-------------------------------------

кг/кг %

СаО 0,4806 - 0,03875 - 0,9435 = 0,444 86,26
СаСО, 0,04517 8,78
МвО 0,008939 - 0,03875 0,0183 = 0,00823 1,60
Пр 0,0188 - 0,03875 • 0,0382 = 0,01732 3,36
Итого 0,5147 100

Зона охлаждения

Из зоны уносится 0,000788 кг/кг пыли извести, в том числе:

СаО = 0,600788 • 0,9435 = 0,0007435 кг/кг,

М8О = 0,000788 • 0,0183 * 0,00001442 кг/кг,

Пр = 0,000788 • 0,0382 = 0,0000301 кг/кг.

Количество материала, выдаваемого из печи, равно 0,5148 - 0,000788 -
= 0,514 кг/кг.

Расчет химического состава извести, выдаваемой из печи, представ-
лен в табл. 25.

Таблица 25. Химический состав извести

Химическое соединение Количество извести
кг/кг %
СаО 0Д44 - 0,0007435 = 0,4433 86,25
СаСО, 0,04517 8,79
м?о 0,00823 - 0,00001442 =» 0,008216 1,60
Пр 0,01732 - 0,0000301 = 0,01729 3,36
Итого 0,514 100
В извести содержится: СО2 =
= 8,79 - 0,44 = 3,87 %; СаО = 86,25 +
+ (8,79-3,87) = 91,17%.

Материальные потоки по печи пока-
заны на рис. 36.

Рис. 36. Материальные потоки в печи КС,
имеющей зоны подогрева, работающие в ре-
жиме перекрестного тока, в зону охлаж-
дения, работающую в режиме движущего-
ся плотного слоя (позиции те же, что на
рис. 34)

Расчет тепловых параметров процесса обжига

При выполнении расчетов вводится допущение о том, что эндотерми-
ческие реакции в зонах подогрева 1 (испарение влаги) и 2 (диссоциация
углекислого магния) оканчиваются на выходе из зон.

Зона подогрева известняка

Тепловое состояние зон описывается уравнениями (82), (83), (88)
и уравнением теплового состояния зоны подогрева 1. Определим вели-
чины, входящие в указанные уравнения;

= 0,03 • 2258,4 = 67,75 кДж/кг,

г./сСаСО, = 67,75/0,6788 И*1 = 99,8/ И'1;
8г = 0,0191 • 1300 = 24,81 кДж/кг,
^т/^СаСО, И'г = 24,81/ссасо3 ^2 '>

_ И.44ргсп,с + 0,3876сСО1 + 0,05387сп

* <с<?) СаСО, 0,97 ' °>6788 + °’03'4>19

= 14,59ггспс + 0,494ссо3 + 0,0687сп; (100)

11,44гг • 1,525 + 0,3776 • 1,266 + 0,03954 • 0,897

и/2 = —г—:------------------------------------=

0,9554еСасо3

18,26гг + 5,04

= ------г-----. (101)

сСаСО3

С учетом полученного уравнения (82), (83) и (88) примут вид:

*(950 - 99,8 24,81 <?СаСО3и'а 99,8 _ (950
24,81 е "а 1 • И'а (102)
сСаСО,^! 1
^2 = 950- 24,81 Г950 24,81 .ц, П) е сСаСО3 ^а (ЮЗ)
сСаСО3 ^а
?! = 950- 24,81 Г950 - 24,81 1-е'и'1 ^1) (104)
сСаСОэи'» сСаСО3и'а ^а

Уравнение теплового состояния зоны подогрева 1: '

Г2 (11,44ггсп.с + 0,3876сСо3 + 0,05387сп) = Г, (11,44ггсп.с +

+ 0,3876ссо, + 0,06847сп + О.ОЗсщо) + 0,9554с<^асо3 +

+ 83,2. (105)

Зона обжига

0,9331сСасо/2 + (10,651>гсв + 0,000788 сп)ГОхл + 18464,1 рг =

= 2469,44. (106)

Зона охлаждения

(10,65ггсв + 0,000788сп)ГОхл = 852гг + 373,66. (107)

Результаты решения системы уравнения (100) —(107) представлены
в табл. 16.
Рассмотрим печь кипящего слоя с зонами, подогрева, работающими в режиме
перекрестного тока, и зоной охлаждения, работающей в режиме движущегося
плотного слоя (с учетом разложения известняка в зоне подогрева 2). Расчет произ-
водится по методу, изложенному выше. При этом в» = 0,0191 • 1300 + 0,9554 X
X 0,96т)] 1780, где во втором слагаемом учтены затраты теплоты на диссоциацию
углекислого кальция в Зоне подогрева 2, г)> - степень обжига известняка в зоне
подогрева 2. Определяют путем расчета. Результаты решения системы уравнений,
определяющих тепловое состояние процесса, представлены в табл. 16.

Рассмотрим печь кипящего слоя с зонами утилизации в движущемся плотном
слое. В расчетах принимаем:

1.В подогревателе известняка существует уровень, на котором температура
материала равна температуре диссоциации. Температура греющей среды на этом
же уровне превышает температуру диссоциации на 30 °С.

2. Пылеунос из утилизационных зон принимаем по данным работы шахтных
известковых печей: в зоне подогрева известняка - 0,005 кг/кг известняка: в зоне
охлаждения извести - 0,0008 кг/кг известняка.

Химический состав уноса из зоны подогрева: исходного известняка 85 %, из-
вести 100 %-ного обжига 15 %. Химический состав уноса из зоны охлаждения соот-
ветствует химическому составу извести 100 %-ного обжига.

Расчет Материальных потоков в печи
приводится ниже

Зона подогрева [объем слоя выше уровня 1—1 (см. рис. 37) ].

В зону загружают 1 кг известняка. Количество сухого материала равно 0,97 кг,
влаги - 0,03 кг. Из зоны уносится пыли исходного известняка 0,005 • 0,85 =
= 0,00425 кг/кг. В зоне остается исходного известняка 0,97-0,00425 = 0,9658 кг/кг.
Количество углекислого магния в материале 0,9658 • 0,02 = 0,01932 кг/кг.

При разложении углекислого магния в зоне образуется: СО2 = 0,01932 • 0,522 -
— 0,0101 кг/кг; МвО — 0,01932 - 0,0101 = 0,00922 кг/кг. Передано материала
в расположенный ниже объем слоя 0,9658 - 0,0101 = 0,9557 кг/кг.

Расчет химического состава материала, передаваемого на дальнейшую обработ-
ку, представлен в табл. 26. <

Таблица 26. Расчет химического состава материала
в зоне

Химическое соединение Количество материала /
кг/кг %

СаСО, 0,9658 0,96 = 0,9272 97,02
МвО • 0,00922 0,96
Пр 0,9658 • 0,0? = 0,01932 2,02 4
Итого 0,9557 100
— —1
Зона подогрева [объем слоя ниже уровня 1-1 (см. рис. 37) ].

I Степень обжига известняка в объеме равна г)1. Разложилось известняка 0,9272ц,
кг/кг. При разложении известняка образуется углекислого газа 0,9272 т» ь . 0,44 =
= 0,408г)1 кг/кг. После разложения известняка в объеме остается материала
0,9557 - 0,408ц, = 0,9557(1 - 0,4269ц,) кг/кг.

Расчет количества и химический состав материала в объеме приведен в табл. 27.

Таблица 27. Расчет химического состава материала
в объеме

Химическое соединение

Количество материала, кг /кг

СаСО, 0,9272(1
СаО 0,9272ц, - 0,408ц, = 0,5192ц,
МвО • 0,00922
Пр 0,01932

Из объема уносится извести, обожженной на 100 %, 0,005 - 0,00425 =
= 0,00075 кг/кг. В зону обжига передается! 0,9557(1 -0,4269ц,) -0,000751 кг/кг.

Зона обжига

Суммарная степень обжига известняка в зоне подогрева (ниже уровня 1-1) и
зоне обжига должна быть равна 95 % Количество известняка, разлагающегося в
печи, равно 0,9272 0,95 = 0,8808 кг/кг.

При разложении известняка образуется: СО, = 0,8808 0,44 = 0,3876 кг/кг;
СаО = 0,8808 - 0,3876 = 0,4932 кг/кг. Разлагается известняка в зоне обжига
0,8808 - 0,9272ц, = 0,8808(1 - 1,0527ц,) кг/кг. Образуется углекислого газа в
зоне обжига 0,3876 - 0,408ц, = б,3876(1 - 1,0527ц,) кг/кг.

В зоне образуется пыли извести в количестве 0,082 кг/кг. Повышенное по срав-
нению с предыдущими расчетами количество пыли в зоне определяется практичес-
ким отсутствием окатывания материала в зоне подогрева. В унесенной пыли содер-
жится: СаО = 0,082 • 0,9435 = 0,07734 кг/кг; МвО = 0,082 • 0,0183 = 0,0015 кГ/кг;
Пр = 0,082 • 0,00382 = 0,003132 кг/кг.

Расчет количества и химический состав материала, передаваемого в зону охлаж-
дения, приведен в табл. 28.

Таблица 28. Количество и химический состав извести,
передаваемой в зону охлаждения

Химическое соединение Количество извести кг/кг %
СаО СаСО3 МвО Пр 0,4932 - 0,07734 = 0,4159 85,54 0,9272 • 0,05 = 0,04636 9,54 0,00922 — 0,0015 = 0,00772 1,59 0,01932 -0,003132 = 0,01619 3,33 Итого 0,4862 100
Зона охлаждения

Из зоны уносится 0,0008 кг/кг извести. В том числе:

СаО = 0,0008 • 0,9435 = 0,0007548 кг/кг;

МвО = 0,0008 • 0,0183 = 0,00001464 кг/кг;

Пр = 0,0008 • 0,0382 = 0,00003056 кг/кг.

Т а*б л и ц а 29. Количество и химический состав извести,
выдаваемой из печи

Химическое Количество извести

соединение —------------------------------------------------2—

кг/кг 1 %

СаО 0,4159 - 0,0007548 = 0,4152 85,54
СаСО, 0,04636 9,55
МвО 0,00772 - 0,00061464 = 0,0077 1,58
Пр 0,01619 - 0,00003056 = 0,01616 3,33
Итого 0,4854 100

Расчет количества и химический состав
материала, выдаваемого из печи, приведен в
табл. 29.

В извести содержится: СО, = 9,55 • 0,44 =
= 4,2 %; СаО = 85,54 + 9,55 • 0,56 = 90,89 %.

Материальные потоки в печи показаны иа
рис. 37.

Рис. 37. Материальные потоки в печи КС, утили-
зационные зоны которой работают в режиме
движущегося плотного слоя:

1 - зона подогрева; 2 - зона обжига; 3 - зона
охлаждения
Расчет тепловых параметров процесса обжига

Зона подогрева [объем слоя выше уровня 1-1 (см. рис. 37) ].

Приход теплоты, кДж/кг С сухим материалом 0,97 X X 0,675 • 10 = 6,54 * Расход теплоты, кДж/кг С известняком, передаваемым в нижерасположенный объем, 0,9557-1,081 -850= 878,14
С влагой 0,03 • 4,19 • 10 = = 1,26 С пылью извести 0,08355 X X 0,8882 • 880 = 65,3 С углекислым газом 0,3876 X X 1,2725 -'880= 434,03 С продуктами сгорания 11,44г г -1,5294 -880 = = 15396,3 С пылью извести и известняка 0,0878спТ ух С углекислым газом 0,3977ссо/ух С продуктами сгорания 11,44 г геп ,сТух С водяным паром 0,03сн2о?ух На испарение влаги 0,03 • 2258,4 = = 67,75 На диссоциацию углекислого магния 0,01932 • 1300 = 25,12 В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: 15396,Згг = (0,0878сп + 0,3977сСОа + 11,44ггсп.с +

+ 0,03сНаОгух + 474,38. (108)

Зона подогрева [объем слоя ниже уровня 1-1 (см. рис. 37) ]

Приход теплоты, кДж/кг С известняком из вышерасполо- женной зоны 878,14 Расход теплоты, кДж/кг, С материалом, передаваемым в зо- ну обжига, ( 0,9557(1 - 0,4269ц)) - - 0,000751 1,073 • 870 = = 891,85(1 - 0,4269л,) -0,7
С пылью извести 0,0828 0,897 X X 950 = 70,56 С углекислым газом 0,3876 (1 - С пылью извести 65,3 С углекислым газом 434,03

- 1,05227л,) 1,282-950 =
= 472,1(1 - 1,б522ц,)

С продуктами сгорания С продуктами сгорания 15396,Згг
11,44гг -1,542-950 = = 16757,6гг На диссоциацию известняка 0,9272л, • 1780= 1650,42л, В окружающую среду 7

Баланс теплоты: 58,37гг + 1 = 75,75л,- (109)

Зонаобжига Приход теплоты, кДж/кг С материалом из зоны подогрева 891,85(1 -0,4269л,) -0,7 Расход теплоты, кДж/кг С известью, передаваемой в зону охлаждения, 0,4862 • 0,897 900 = = 414,32
С воздухом из зоны охлаждения
10,65 Уг<?в^охл

С химической теплотой природ-
ного газа 35615гг

С физической теплотой природ-
ного газа 6,7гг

С пылью извести из зоны ох-
лаждения 0,0008спТОхл

С пылью извести 70,56

С углекислым газом 472,1 61-
- 1,0522л,)

С продуктами сгорания 16 75 7,6 г г

На диссоциацию известняка 0,8808 (1
- 1,0527гц) 1780= 1567,82(1 -
- 1,0527л,)

В окружающую среду 12

Баланс теплоты: (10,65ггсв + 0,0008сп) гохл + 18864,1т>г =

= 1766,45л, +1645,65.

Зона охлаждения

(Ю.ббГгСв +0,0008сп) ГОХд = 852рг + 369,55.

(ПО)

(Ш)

Рис. 38.' Принципиальная схема И материальные потоки в печи КС с регенератив-
ным подогревом воздуха:

1 - эона подогрева 1; 2 - зона подогрева 2; 3 - зона обжига; 4 - зона охлаждения
Результаты решения системы уравнений (108)-(111) приведены в табл. 16.
Следует отметить, что пыль, уносимая из печи, содержит большее количество ок-
сида кальция, чем основной продукт. В печи производят высококачественную
известь двух классов: крупностью 3-10 мм, например, и < 1 мм. Если предполо-
жить, что 95 % уносимой из печи пыли извести улавливается, то удельный расход
теплоты на обжиг всего продукта, производимого печью, составит 3720,7 кЖд/кг,
что только на 160 кДж/кг превышает рекламируемое значение удельного расхода
Теплоты 'для печей фирмы ”Маетг”, но меньше фактически расходуемого на этих
печах.

Рассмотрим печь кипящего слоя с движущимся плотным слоем в
зоне охлаждения извести и регенеративным подогревом воздуха тепло-
той циркулирующего известняка. Примем, что при организации подо-
грева осуществляется разделение потока воздуха. Один поток направ-
ляют в зону охлаждения извести, другой - на регенеративный подогрев.
При этом расход воздуха, идущего на охлаждение извести, выбирают
таким образом, чтобы обеспечить охлаждение извести до температу-
ры, примерно равной температуре воздуха, подаваемого для охлажде-
ния. Технологическая схема печи с описанной организацией процесса
обжига представлена на рис. 38. Выбор именно такой схемы обусловлен
удобством постадийного проведения модернизации работающей печи и
минимальными затратами на ее осуществление. На первой стадии мо-
дернизации устанавливают эону охлаждения извести в движущемся плот-
ном- слое. Параметры работы печи для данного случая рассчитывают
по приведенной выше методике. На второй стадии модернизации осу-
ществляют регенеративный подогрев части воздуха, расходуемого
для обжига. Расчет материальных потоков в печи приведен ниже.

Циркуляция известняка в системе зона подогрева 1 - теплообмен-
ник практически не приводит к увеличению выноса пыли из печи, по-
скольку в системе циркулирует окатанный материал. Поэтому мате-
риальные потоки в зонах подогрева 1 и 2 обжига, рассчитанные выше
и приведенные на рис. 34, справедливы и для данного случая.

Зона охлаждения

В зону поступает 0,4882 кг/кг извести, в том числе: СаО = 0,4197;
СаСОэ = 0,04426; М^О = 0,007858; прочих 0,01636 кг/кг (см. табл. 14).

Из эоны уносится 0,000788 кг/кг извести 100 %-ного обжига, в том
числе: СаО = 0,0007435, М§О = 0,00001442, прочих 0,0000301 кг/кг.

Из цечи выдается 0,4882 — 0,000788 *= 0,4874 кг/кг извести, в том
«меле: СаО = 0,4197 - 0,000788 = 0,4189 кг/кг; СаСО3 = 0,04426 кг/кг;
М&О = 0,007858 - 0,00001442 = 0,007844 кг/кг; Пр = 0,01636 -
-0,0003010 = 0,01606 кг/кг.

В извести содержится; СО2 = (0,04426/0,4874)0,44-100 = 4 %;
СаО у [(0,4189 + 0,04426 • 0,56)/0,4874] 100 = 91,03 %.

Материальные потоки в печи показаны на рис. 38.
Расчет теплоемх параметров процесса обжига

Зона охлаждения

Количество воздуха, необходимого для работы зоны охлаждения,
определяем из условия (гс)2в =1,1 (6с) сао Принимая значения тепло-
емкостей воздуха по параметрам входа, извести - по параметрам выхо-
да, получаем г2В = 1,1 0,4874(0,784/1,303) = 0,337, где г2в - объем-
ный расход воздуха, идущего на охлаждение извести, м3/кг.

С учетом полученного запишем тепловой баланс охладителя извести.

Приход теплоты, кДж/кг С известью из зоны обжига 0,4882 • 0,89 • 950 = 412,77 С воздухом 0,337 • 1,303 • 80 = = 35,13 Расход теплоты, кДж/кг С известью, уходящей из печи, 0,4874 • 0,784 • 110= 42,03 С пылью извести 0,000788 <?саогохл
С воздухом, идущим в зону обжига, 0,037 свГ охл В окружающую среду 4,5

Баланс теплоты: (О,337св +
'охл = 803 °С.

0,000788ссао) ?охл = 401,37, откуда

Теплообменник

Транспортирование материала из теплообменника в зону подогрева
2 осуществляется простыми устройствами (при условии получения на
выходе из теплообменника относительно холодного материала). Это
можно получить при соблюдении условия

Н5 = 1,1^цсСаСоэ, (112)

где — удельное количество известняка, циркулирующего в системе
зона подогрева 1 - теплообменник, кг/кг; гв - объемный расход воз-
духа, подаваемого в теплообменник, м3/кг. .

Определим величины, входящие в уравнение (112). Объемный рас-
ход воздуха, подаваемого в теплообменник, равен 1>в = г^д - 0,337.
Минимальное удельное количество известняка, циркулирующего в сис-
теме, получаем для минимального расхода топлива на процесс. Задаваясь
этой величиной, равной 0,06 м3/кг, получаем

(10,65 • "0,065 - 0,337) 1,303

= ----------------------- = 0,417 кг/кг.

1,1 • 0,746

Принимаем &а = 0,42 кг/кг. Поскольку, как будет получено далее,
фактическое значение гг > 0,06, принятое количество циркулирующего
материала обеспечит примерное равенство температур воздуха на входе
в теплообменник и известняка, уходящего из него. С учетом получен-
ных данных запишем тепловой баланс теплообменника.
Приход теплоты, кДж/кг
С известняком из зоны подогре-
ва 1 0,42ссаСО/1

С воздухом (10,65гг -
-0,337) 1,303 • 80 = 1110,2гг -
- 35,13

Расход теплоты, кДж/кг

С известняком, уходящим из тепло-
обменника, 0,42 • 0,746 110 =

= 34,46

С воздухом, уходящим в надслоевое
пространство зоны охлаждения,
(10,651>г-0,337)свг*

В окружающую среду 4,2

Баланс теплоты: 0,42ссаСО/1 + 1П0,2рг= (10,65уг- 0,337)свГ* +

+ 73,79. (ИЗ)

Зона подогрева 1
Приход теплоты, кДж/кг Расход теплоты, кДж/кг
С сухим исходным известняком С известняком, уходящим из зоны,
0,97 • 0,675 10 = 6,54 1,361сСаСО/1
С влагой 0,03 • 4,19 • 10 = С пылью извести и известняка
= 1,26 ( 0,1027спГ,
С циркулирующим известняком 0,42-0,784 -110= 36,22 С углекислым газом 0,3798ссо/1
С пйлью извести и известняка С продуктами сгорания
0,07366спг2 11,44ггсПвСГ!
' С углекислым газом 0,3798Ссо/г С водяным паром О.ОЗсщоТ,
С продуктами сгорания На испарение влаги 0,03 2258,4 =
11,44^гсПфС12 = 67,75
/ В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: (0,07366сп + 0,3798сео, + 11,44угспс)Г2 =

= (1,361ссаСО3 + 0,1027сп + 0,3798есо2 + И,44угсПфС +

+ 0,03сН1о)Г1 +34,23. (114)

Зона подогрева 2

Тепловое состояние зоны определяется зависимостью (92).

Надслоевое пространство зоны охлаждения. В надслоевом пространст-
ве зоны охлаждения извести происходит перемешивание воздушных
потоков, выходящих из слоя зоны охлаждения извести и теплообмен-
ника. Среднюю температуру смеси определяют по уравнению

10,651>гсвГ0ХЛ = (Ю,65гг — 0,337 )свГ* +402,9. (115)

Зона обжига

Приход теплоты, кДж/кг Расход теплоты, кДж/кг
С известняком из' зоны подогре- ва 2 0,9125есасо/г С известью, передаваемой в зону охлаждения, 0,4882 - 0,89 950 = = 412,77
С воздухом из надслоевого С пылью извести 0,05504 • 0,89 X
пространства зоны охлаждения
10,65 г тСл1 охл

С химической и физической
теплотой природного газа
35621,Ъ>т

С известью из зоны охлажде-
ния 0,000788спГохл

X 950— 46,53

С углекислым газом 0,37 • 1,28 X
X 950 = 450,52

С продуктами сгорания X

X 1,54 - 950 = 16757,6гг
На разложение известняка
0,841 1780= 1497

В окружающую среду 14

Баланс теплоты: 0,9125сеасО,?2 + (Ю,65ргсв + 0,000788сп)тохл +
+ 18864,11>г= 2420,82. (116)

Результаты решения системы уравнений (113), (114), (92), (115) и
(116)- приведены в табл. 16.

3. ШАХТНАЯ ГАЗОВАЯ ПЕЧЬ

Рассмотрим шахтные газовые печи традиционной компоновки, имею-
щие центральную горелку и один ярус боковых горелок. Предполагает-
ся, что греющая среда равномерно распределена по сечению и объему
слоя всех зон печи. При расчетах учитывается, что в печи имеется два
уровня, четко разделяющие слой материала в печи на три зоны: подогре-
ва известняка, обжига и охлаждения извести. Температура материала
на уровнях равна температуре диссоциации. Незавершенность теплооб-
мена составляет 30 °С.

Рассмотрим шахтную газовую печь с центральной горелкой, в кото-
рую вводят рециркулят. Расчет материальных потоков в печи приве-
ден ниже.

Зона подогрева

В зону загружают 1 кг известняка. Количество сухого материала
равно 0,97, влаги - 0,03 кг. Из зоны уносится пыли известняка в коли-

Таблица 30. Количество и химический состав материала,
передаваемого в зону обжига

Химическое соединение Количество материала кг/кг ' %
СаСО, МвО Пр 0,965 • 0,96 = 0,9264 97,02 0,0092 0,960 0,965 • 0,02 = 0,0193 2,02 Итого 0,9549 100 1
честве 0,005 кг/кг. Химический состав уносимой пыли соответствует
химическому составу исходного известняка. Количество сухого извест-
няка в зоне 0,97 - 0,005 = 0,965 кг/кг. Количество углекислого1 маг-
ния взоне 0,965 • 0,02 = 0,0193 кг/кг.

При разложении углекислого магния в зоне образуется: СО2 = 0,0193 X
X 0,522 = 0,0101 кг/кг, М^О = 0,0193 - 0,0101 = 0,0092 кг/кг.
В зону обжига передается материала 0,965 - 0,0101 = 0,9549.

Расчет количества и химический состав материала, передаваемого в
эону обжига, приведены в табл. 30.

Зона обжига

Количество известняка, разлагающегося в зоне, равно 0,9264 0,95 =
= 0,88 кг/кг. При разложении известняка в зоне образуется углекис-
лого газа 0,88 • 0,44 = 0,3872 кг/кг.

Расчет количества материала в зоне и его химический состав приве-
дены в табл. 31.

Таблица 31. Количество и химический состав материала
в зоне обжига

Химическое ' Количества материала
сцсДШМНив кг/кг , %
СаО 0,88 - 0,3872 = 0,4928 86,81
СаСО3 0,9264 - 0,88 = 0,0464 8,17
М8О 0,0092 1,62
Пр 0,0193 3,40
Итого 0,5677 100

В целях упрощения расчетов принимаем, что унос пыли извести из
печи в количестве 0,0008 кг/кг происходит из зоны охлаждения. Тогда
в зону охлаждения будет передано 0,5677 кг/кг извести (см. табл. 31).

Зона охлаждения

Из зоны уносится 0,0008 кг/кг (см. расчет печи кипящего слоя с зо-
нами утилизации в движущемся плотном слое данной главы). Расчет
количества материала, выдаваемого из печи, и его химический состав
приведены в табл. 32.

В извести содержится: СО2 = 8,18 • 0,44 = 3,6 %; СаО = 86,79 +
+ (8,18 — 3,6). = 91,37%.

Материальные потоки в печи показаны на рис. 39.
Таблица 32. Расчет количества и химический состав
материала, выгружаемого из печи

Химическое соединение Количество материала
кг/кг %

СаО 0,4928 - 0,0007548 = 0,492 86,79
СаСО3 0,0464 8,18
МёО 0,0092 - 0,00001464 = 0,069185 1,62
Пр 0,0193 - 0,00003056 = 0,01927 3,41
Итого 0,5669 100

Тепловое состояние печи.рассчитано для следующих условий:

1. В центральную горелку подают газообразного топлива 60 % от его
общего количества. Для работы горелки используют рециркулят в ко-
личестве 3 м3/м3 природного газа. Температура рециркулята равна
температуре уходящих из печи газов.

2. На боковые горелки подают газообразного топлива 40 % от его
общего количества. Для работы горелок используют воздух. Его коли-
чество соответствует коэффициенту расхода, равному 0,5.

н2о»аоз

МдС03=4ЖЗ

СпСО3=Д#

Ур=1,8уг

ув =б,здуг

_____2

\1м=850°С

| {ш=в20°С

Т_____/_

\+„=850°С

\{п.с~вв0оС

Количество воздуха, подавае-
мого на боковые горелки, рав-
но р| = 0,4рг 0,5 • 9,68 =
= 1,936рг м3/кг. Количество
воздуха, направляемого на ох-
лаждение извести, равно р2хл =
= рг -1,1-9,68 - 1,936рг =
= 8,712рг м3/кг. Количество ре-
циркулята на центральную горел-
ку Рр = 0,6рг -3 = 1,8рг м3/кг.

Рис. 39. Материальные потоки в шахт-
ной газовой известковой печи:

1 - зона подогрева; 2 - зона обжига
Зона подогрева Приход теплоты, кДж/кг С сухим материалом 0,97 • 0,675 X X 10 = 6,54 С влагой 0,03 • 4,19 10 = 1,26 С пылью извести 0,0008 0,888 X X 880 = 0,625 С углекислым газом 0,3872 X X 1,27-880= 432,73 С продуктами сгорания и рецир кулятом 11,44гг • 1,53 • 880 + + 1,8гг • 1,57 • 880 = 17889,69»г Расход теплоты, кДж/кг С пылыо извести и известняка 0,0058спгух С углекислым газом 0,3973сро/ух С продуктами сгорания и рецирку- лятом 11,44ггсп ,с(уХ + + 1,8ггспсГуХ = 13,24ггсп сГуХ С водяным паром 0,03снгоГух С материалом, передаваемым в зону обжига, 0,9543 • 1,073 • 850 = = 870,92 На диссоциацию углекислого магния 0,0193 • 1300 = 25,07 На испарение влаги 0,03 2258,4 = = 67,75
В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: 17889,69 уг = (0,0058 сп + 0,3973 ср о г +

+ 13,24 гсй.с + 0,03сн2 о) ?ух + 533,1. (117)

Зона обжига

Приход теплоты, кДж/кг С материалом из зоны подогре- ва 2 870,92 Расход теплоты, кДж/кг С известью, передаваемой в зону охлаждения, 0,5677 • 0,888 • 850 = = 428,64
С воздухом из зоны охлаждения 8,7121'гсвТохл С воздухом, подаваемым в боко- С пылыо извести 0,625 С углекислым газом 432,73

вые горелки, 1,936>'г 1,301 X

X 40= 100,75 С продуктами сгорания и рецир- кулятом 17889,69гг
С химической теплотой газообраз- ного топлива 35615РГ С физической теплотой газа, идущего в боковые горелки, На разложение известняка 0,88 X X 1780= 1566,4 В окружающую среду 14

0,4гг • 0,84 • 8 = 2,69

С физической теплотой газа,
вводимого через центральную
горелку, О.бРу • 1,47?охл ~
= О.ввРгГдхл

С рециркулятом 1,8ггспх1охп

В записи статей баланса учтено, что газообразное топливо и рецирку-
лят, подаваемые центральной горелкой, подогреваются в зоне охлаж-

дения до температуры Тохл.

Баланс теплоты: (8,712угсв + 0,881>г + СТОХЛ +
+ 17828,751>г = 1571,48.

(И8)

Зона охлаждения

Приход теплоты, кДж/кг
Сизвестью из зоны обжига 428,64

С воздухом 8,712 V г • 1,3 • 40 =
= 453,44 гг

С рециркулятом 1,8ггсп.сгух

Расход теплоты, кДж/кг
С известью, уходящей из печи,
0,5669 • 0,746 • 70 = 29,6

С воздухом, идущим в зону обжи-
та, 8,712РрСщ/охл

С рециркулятом 1.8ргсп сгохл

С физической теплотой газообраз-
ного топлива О^вГрГокл

С пылью извести 0,0008спгохл

В окружающую среду 4,5

Баланс теплоты: 453,441>г + 1,8ргсп-сГух + 394,54 =;
= (8,712ггсв + 1,8 ггспс + 0,88гг + 0,0008сп)гохл.

(П9)

Результаты решения системы уравнений (117)-(119) приведены
в табл. 33.

Таблица 33. Тепловые показатели работы шахтных
газовых печей с центральной горелкой

Показатели Печи
с введением рециркулята с введением воздуха с регенератив- ным подогре- вом части воз- духа
Температура, °С: 200
307 255
8, к%к/кг Иг, м’ /кг 608 4127,2 534 4022,4 570 3771
0,116 0,113 0,106
К.п.д. Печи, % 70,9 72,75 77,6
Вынос пыли из печи, % 1,02 1,02 1,02
Содержание СаОоещ в извес- тив 91,37 91,37 91,37 ‘

Аналогичным образом. рассчитывают показатели работы печей, в
центральную горелку которых подают воздух, и печей с регенератив-
ным подогревом воздуха, вводимого в боковые горелки (рис. 40,
табл. 33).
Рис. 40. Принципиальная схема и материальные потоки в шахтной газовой извест-
ковой печи

4. ВРАЩАЮЩАЯСЯ ИЗВЕСТКОВАЯ ПЕЧЬ. РАБОТАЮЩАЯ
НА ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ

Рассмотрим вращающуюся печь с утилизационными зонами в движу-
щемся плотном слое. Расчет материальных потоков в печи выполнен
с учетом следующих предположений'

1. Пылеобразование при обжиге составляет 0,065 кг/кг, что при-
мерно соответствует 10 % производительности печи. Такое пылеобра-
эование наблюдают в эксплуатируемых отечественных вращающихся
печах. Для упрощения расчетов принято, что все количество пыли гене-
рируется во вращающемся барабане.

2. Пыль в количестве 0,05 кг/кг улавливается в пылевой камере
перед подогревателем известняка и выводится из процесса. Пыль в
количестве 0,015 кг/кг уносится в подогреватель известняка.

3. Уносимая из вращающегося барабана пыль на 70 % состоит из
материала, обработанного в подогревателе, на 30 % - из извести, обож-
женной иа 100%. Ее химический состав приведен в табл, 13.

4. В подогревателе известняка имеется уровень, на котором его
125
Рис. 41. Материальные потоки во вращающейся печи, утилизационные зоны кото-
рой работают в режиме д вижущегося плотного слоя

температуре равна температуре диссоциации. Ниже этого уровня идет
частичная диссоциация известняка до степени обжига т?1

Зона подогрева [объем слоя выше уровня 1-1 (рис. 41) ].

В зону загружают 1 кг известняка: Количество сухого продукта
равно 0,98 кг, влаги 0,02 кг. Количество углекислого магния в мате-
риале 0,98 • 0,02 = 0,0196 кг/кг. При разложении углекислого магния в
зоне образуется: СОг - 0,0196 • 0,522 = 0,01023 кг/кг; М$>О = 0,0196 -
- 0,01023 = 0,009369 кг/кг. Передано материала в расположенный ниже
объем слоя 0,98 - 0,01023 = 0,9698 кг/кг.

Расчет количества и химический состав материала, передаваемого
на дальнейшую обработку, приведены в табл. 34.

Зона подогрева [объем слоя ниже уровня 1-1 (см. рис. 41) ].

В объеме разложилось известняка 0,9408 кг/кг. При разложении из-
вестняка образуется углекислого газа 0,9808 г?! -0,44= 0,4315 кг/кг.
Во вращающийся барабан передается 0,9698 - 0,4315т?! = 0,9698(1 -
— 0,445 41) кг/кг.
Таблица 34. Расчет количества и химический состав
материала

Химическое соединение Количество материала кг/кг %
СаСО3 МвО Пр 0,98 • 0,96 = 0,9408 97,0 0,009369 0,98 0,98 • 0,02 = 0,0196 2,02 Итого 0,9698 100

Вращающийся барабан

Из вращающегося барабана уносится: пыли^известняка 0,065 • 0,7 =
= 0,0455 кг/кг; пыли извести 0,065 - 0,0455 = 0,0195 кг/кг.

В уносимом известняке содержится: СаСОз - 0,0455 • 0,97 =
= 0,04414 кг/кг; М^О = 0,0455 • 0,0098 = 0,00045 кГ/кг; Пр = 0,0455 х
х 0,202 = 0,00091 кг/кг.

В уносимой пыли извести содержится: СаО = 0,0195 • 0,9435 =
= 0,0184 кг/кг; М^О - 0,0195 0,0382 = 0,0007 кг/кг; Пр = 0,0195 X
X 0,0183 = 0,0004 кг/кг.

В материале, который подвергается обжигу в подогревателе и во
вращающемся барабане, содержится: СаСОз = 0,9408 - 0,04414 =
= 0,8967 кг/кг; МвСО3 = 0,009369 - 0,00045 = 0,008919 кг/кг; Пр =
= 0,0196 - 0,0455 = 0,01869 кг/кг.

Количество известняка, разлагающегося в подогревателе и враща-
ющемся барабане, равно 0,8967 • 0,95 = 0,8519 кг/кг.

При разложении известняка образуется: ССЬ = 0,8519 0,44 =
= 0,3748 кг/кг; СаО = 0,8519 - 0,3748 = 0,4771 кг/кг.

Расчет количества и химический состав -материала, передаваемого в
зону охлаждения, приведены в табл. 35.

Таблица 35. Количество и химический состав извести,
передаваемой в зону охлаждения

Химическое соединение Количество извести ( кг/кг %
СаО СаСОз М8О Пр 0,4771 - 0,0184 = 0,4587 89,38 0,8967 - 0,8519 = 0,0448 8,73 0,008919 - 0,0007 = 0,008219 1,60 0,01869 - 0,0004 = 0,01829 0,29

Итого

0,53

100
В извести содержится: СО2 = 8,74 • 0,44 = 3,84 %; СаО = 89,38 4
+ (8,73 - 3,84) = 94,27 %.

При расчете тепловых параметров процесса принимаем следующие
исходные предпосылки:

1. Температура продуктов сгорания, выходящих из вращающегося
барабана и поступающих в подогреватель известняка, составлйет 950 °С.
Температура извести, уходящей в ее охладитель, равна 1100 °С.

2. Потери теплоты в окружающую среду вращающимся барабаном
составляют 15 % от ^е прихода. ч

Зона подогрева [объем слоя выше уровне 1-1 (см. рис. 41) ].

Приход теплоты, кДж/кг С сухим материалом 0,98 • 0*675 X х 10= 6,615 С влагой 0,02 • 4,19 • 10 = 0,838 С пылью 0,0'15 • 0,888 • 880 = = 11,725 С углекислым газом 0,3748 • 1,27 X X 880 = 419,56 С продуктами сгорания 11,44гг X X 153 -880= 15396,3»г Расход теплоты, кДж/кг С известняком, передаваемым в расположенный ниже объем, 0,9698- 1,073-850= 884,21 С пылью 0,015спг ух С углекислым газом 0,3806сСогГух С продуктами сгорания 11,44ггспсГух С водяным паром 0,02сн,О?ух На испарение влаги 0,02 X X 2258,4 = 45,17 На диссоциацию углекислого магния 0,0196 • 1300 = = 25,48 В окружающую среду 10,5

Баланс теплоты: 15396,3гг = (0,015сп + 0,3806<?соа +

+ 11,44ггеп.с + 0,02сц2о?ух + 526,6. (120)

Зона подогр ев а [объем слоя ниже уровня 1-1 (см. рис. 41) ]

Приход теплоты, кДж/кг С известняком из расположен- ной выше зоне 884,21 С пыьлю 0,015 • 0,897 • 950 = = 12,78 С углекислым газом (0,3748 - -0,4315ч.) 1,28-950 = = 456,36 - 524.7л, С продуктами сгорания 11,44г,. • 1,54 -950 = = 16757,6гг Расход теплоты, кДж/кг С материалом, передаваемым во вра- щающийся барабан, 0,9698 (1 - - 0.445ч,) 1,07 • 870 = 905,01 - - 402,73ч, С пылью 11,725 С углекислым газом 419,56 С продуктами сгорания 15 396,3 г г На диссоциацию известняка
X 0,9408ч, 1780= 1674,6ч, В окружающую среду 7
Баланс теплоты: 135,45уг + 1 — 178,76тн.

Вращающийся барабан

Приход теплоты, кДж/кг

С материалом из зоны подогрева
905,01 - 402.73л,

С физической и химической тепло-
той природного газа 35621,7м,-

С воздухом из зоны охлаждения
10,65ггсятохл

Расход теплбты, кДж/кг

С известью, передаваемой в
зону охлаждения, 0,53 • 0,905 X
X 1100= 527,64

С пылью 0,065 • 1,06 • 950 =
= 65,2

С углекислым газом 456,36 -
- 524,7 л,

С продуктами сгорания
16757,6рг

На диссоциацию известняка
1516,38 - 1674,62

Баланс теплоты: ^гОв^охл + 1494) = 198,49 - 205,2тн.

Зона охлаждения
”г(св^охл ~ 65,15) = 46,05.

(121)

(122)

(123)

Результаты решения системы уравнений (120)-(123) приведены
в табл. 36.

Аналогичным образом рассчитывают вращающуюся печь с утилиза-
ционными зонами в движущемся плотном слое й регенеративным подо-
гревом воздуха циркулирующим известняком, а также печи с регенера-
тивным подогревом воздуха в теплообменнике с движущейся огнеупор-
ной насадкой (рис. 42, табл. 36).

Таблица 36. Тепловые показатели работы вращающихся печей
с утилизационными зонами в движущемся слое

Показатели

. Печи

без циркуля* ции извест- няка с циркуля- цией извест- няка с регенеративным подо- гревом воздуха
*ц=0,45 Яц = 0,5
Температура, °С:
'ух 311 248 214 -•
*охл 395 830 790 —
; П,.% 18,9 . — — —
Я, кДж/кг 5261 5080 4986 4800
»г, м’/кг 0,1477 0,1426 0,14 —.
К.П.Д. печи, % 56,22 58,9 — —
Вынос пыйи из печи, % 12,26 12,66 12,66 —
Содержание Са0общ в извести, % 94,27 94,27 94,27 —
••—от!

Рис. 42. Принципиальная схема и материальные потоки во вращающейся печи,
имеющей регенеративный подогрев воздуха в теплообменнике с движущейся
огнеупорной насадкой

5. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

Печи кипящего слоя. Анализ результатов расчетов, приведен-
ных в табл. 16, показывает, что радикальным способом снижения удель-
ного расхода теплоты на обжиг является применение в утилизацион-
ных зонах печи движущегося плотного слоя. Печь выдает в этом случае
даа продукта: крупный (например, фракции 1-10 мм), содержащий
> 94 % СаОобщ и мелкий (например, фракции 0-1 мм), содержащий
> 91 % СаОобщ. Удельный расход теплоты на обжиг всего продукта,
содержащего > 91 % СаОобщ, составит 3720 кДж/кг, что примерно соот-
ветствует удельному расходу теплоты в печах фирмы ”Маегх”.

Повысить тепловую эффективность работы такой печи можно путем
подогрева части воздуха, используемого в процессе, л теплообменни-
ке, греющей средой которого являются продукты сгорания, уходящие
из печи. Удельный расход теплоты в этом случае будет снижен на 80-
130
120 кДж/кг и абсолютное его значение будет равно расчетному рас-
ходу теплоты в печи фирмы ”Маегг”.

Сохранение кипящего слоя в зонах подогрева может быть оправ-
дано в особых случаях, например, при обжиге известняка широкого
гранулометрического состава (0-10 мм). При этом работа утилиза-
ционных зон подогрева должна быть организована в режиме перекрест-
ного тока с параллельным движением материала в зонах. Повысить
тепловую эффективность работы печи можно также путем регенера-
тивного подогрева воздуха, например, теплотой циркулирующего из-
вестняка.

Внедрение теплообменников с движущимся плотным слоем в утили-
зационных зонах работающих печей КС возможно путем установки па-
раллельно с работающими зонами аппарата с движущимся слоем. Пер-
вым этапом такой модернизации следует считать установку зоны охлаж-
дения извести, работающей в режиме движущегося плотного, слоя. Кон-
струкция таких теплообменников разработана и освоена в промышлен-
ной практике. Осуществление' мероприятия позволит снизить расход
теплоты на обжиг на 11,9 %, уменьшить вынос пыли из печи и повысить
качество получаемой извести. Последующими этапами модернизации
печей являются установка теплообменника движущегося плотного
слоя в зонах подогрева известняка и регенеративный подогрев части
воздуха, расходуемого на обжиг. Реализация этих мероприятий поз-
волит расходовать теплоты на обжиг примерно 3800 кДж/кг. Капиталь-
ные затраты на сооружение такой печи и эксплуатационные издержки
будут меньше, чем для печи фирмы ”Маегг”.

Шахтные газовые печи. Первыми способами повышения
тепловой эффективности шахтных газовых печей были мероприятия,
направленные на равномерное распределение топлива по сечению и объе-
му слоя зоны обжига. К ним относится применение фракционирован-
ного известняка и горелочных устройств, обеспечивающих подачу в слой
большой массы. К ним относятся^центральная горелка конструкции Дон-
ниичермета и Донецкого металлургического завода, боковые горелки
типовой конструкции, устанавливаемые в один ряд. Внедрение перечис-
ленных мероприятий позволяет вдвое снизить затраты на изготовление
горелочных устройств, повысить качество извести и снизить расход
топлива на обжиг. Снижение значительное и может достигать 25 %.

Следующим этапом модернизации шахтных печей следует считать
выявление технологических режимов и конструкции центральной го-
релки, исключающих подачу рециркулята на горелку. Внедрение этой
рекомендации позволит снизить расход тепла на обжиг на 2,5 % и умень-
шить расход электроэнергии на 2-2,5 %. Последующее внедрение реге-
неративного подогрева части воздуха, используемого в процессе обжига,
в рекуперативном теплообменнике позволит пдлучить удельный расход
теплоты на обжиг < 377 кДж/кг, что Практически равно расходу в пе-
чах фирмы "Маегх”. Конкурентоспособность шахтной печи с учетом
предложенных изменений значительно повысится с связи с уменьше-
нием капитальных затрат на сооружение собственно печи, газоочистки,
установку приборов КИП и средств управления процессом (отсутствует
ЭВМ, применяемая на Печах фирмы "Маегх”)- Такая печь не требует
затрат ручного труда при эксплуатации. Срок службы ее горелочных
устройств на порядок выше.

Вращающиеся печи. Существенное повышение технико-эко-
номических показателей работы отечественных вращающихся печей
возможно путем внедрения подогревателей известняка, не имеющих
водоохлаждаемых деталей, и охладителей извести, работающих с коэф-
фициентом расход воздуха 1-1,1. Осуществление этих рекомендаций
позволит значительно снизить расход теплоты. Независимо от осущест-
вления этих рекомендаций следует проводить адиабатическую выдержку
извести перед ее охлаждением. По данным зарубежного опыта, это
мероприятие позволяет снизить расход теплоты на обжиг на 4 % и более.
Высокая эффективность применения адиабатической выдержки во вра-
щающихся печах объясняется повышенной температурой обжига и,
следовательно, высокой энтальпией продукта, уходящего из вращаю-
щегося барабана. Примерно на такую же величину снижается расход
топлива при подогреве воздуха, расходуемого на горение топлива, в
рекуперативном теплообменнике.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Табунщиков Н.П. Производство извести. М.: Химия, 1974. 240 с.

2. Монастырей А.В. Производство извести. М.: Высшая школа, 1978. 216 с.

З. Брянцева Н.Ф., Глухова Р.Н., Лащу к В.В. и др. - В кн.: Строительные и тех-
нические материалы из минерального и техногенного сырья Кольского полу-
острова. Л.: Наука, 1979, с. 16-33.

4. Табунщиков Н.П., Аксенов Э.Т., Гуревич Г.Я., Шевченко Л.Д. Производство
извести и сатураторного газа на сахарных заводах. М.: Легкая'и пищевая про-
мышленность, 1981.174 с.

5. Теплотехнический справочник. Т.1./Под ред. Юренева В.Н., Лебедева П.Д. М.:
Энергия, 1975. 744 с.

6. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов.
М.: Стройиздат, 1982. 288 с.

7. ОЬм К.Н., МипсВЬегц И'.. ЯаМег М. - Хетеп1-Ка1к-СИр5, 1978, Вб 31, № 8,
3. 373-385.

8. Дией Н. - Хешем- Ка1к-С1ра, 1981, № 1, 8. 20-26. ।

9. Табунщиков Н.П., Шевцов ЛД. - Сахарная промышленность, 1976,№ 2, с. 46-49.

10- ДульневГ.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных
материалов. М.: Энергия, 1974,178 с.

11. 5сйа/ёгМ., ВгапбММ. - 2етёп1-Ка1к-С1ра, 1964, № И, 8. 515-519.

12, ОиеггМ. - РН апб Оиаггу.^1979, № 5, р. 61-64.

13. Бернштейн Р.С. Повышение эффективности агломерации. М.: Металлургия,
1979.143 с.

14. Сельский Б.И., Зибарев Н.А., Житников В.П. И др. - Сталь, 1982, № 4, с. 34-35.

15. Малкин Ю.Е., Куртов А.Ф- - Строительные материалы, 1979, № 2, с. 4-5.

16. Серегин А.М. - Промышленность строительных материалов. Серия 8. Про-
мышленность автоклавных и местных вяжущих. Науч. тр./ЦНИИТЭстром.
) М.: ЦНИИТЭстром, 1981, вып. 11, с. 11.

17. Нехлебаев Ю.П., Бондаренко Д.Т., Лузовский Е.В. - Металлург, 1974, № 9,
с. 13-15.

18. А.с. 855365 (СССР) 1Нехлебаее Ю.П, Бондаренко Д.Т., Конев В.В. и др. Опубл.
вБ.И', 1981,* 30, с. 175.

19. ПотдзН.Р. - Хешепг-КаВс-Сфа, 1981,Н» 1,8.27-35.

20. Мазуров Д-Я- - Строительные материалы, 1981, * 1, с. 11-13.

21. Зац О.В., Нехлебаев Ю.П. - Сталь, 1983, * 3, с, 85-87.,

22. Бартов А.Т., Белов В.Н., Варламов А.Е. р др. Высокотемпературные процес-
сы химической технологии и перспективы их развития. Л.: Наука, 1980.
205 с.

23. Нехлебаев Ю.П., Бондаренко Д.Т., Конев В.В. и др. - Промышленность строи-
тельных материалов. Серия 8. Промышленность автоклавных материалов и
местных вяжущих. Науч. тр./ЦНИИТЭстром. М.: ЦНИИТЭстром, 1976, вып. 8,
с. 33-36.

24. Нехлебаев Ю.П., Тернов С.А., Зац О.В. и др. - Алгоритмы и программы отрас-
левого фонда. Науч. тр./МЧМ УССР. Промшь: Днепр, 1980, вып. 3, с. 19.

25. Есин О.А-, Гельд П.В. физическая химия пирометаллургических процессов.
4.1. Свердловск: Метуллургиздат, 1962.700 с.

26. Токарева Е.В., Филыаин В.Н. Обжиг мелко кускового карбонатного сырья в
ппхтных печах с поперечным током теплоносителя. Харьков, 1977.14 с. (деп.в
ОНИИТЭхим, Черкассы, 30ноября, 1977, № 11-384/77 цеп.)

27. Миндели М.Ш., Нехлебаев Ю.П., Татарадзе 3-С. и др. - Металлургическая и
горнорудная промышленность: Науч. тр./МЧМ УССР. Днепропетровск: Про-
мт нь, 1980, № 3, с. 63-64.
28. Еппп Еи^епе й. - РИ аш! Оиатгу, 1979, V. 71, № 4, р. 73-75.

29. Фильшин В.Е., Амстиславский В.А., Бердник ВИ. Оценка работы известковых
печей на твердом топливе по составу отходящих газов. Харьков: Научно-ис-
следовательский и проектный институт основной химии. 1980, 18 с. (Дел. в
ОНИИТЭхим, Черкассы, № 379, ХП.-Д-80) .

30. Фильиин В.Е., Ильяшенко И.И. К вопросу управления процессом обжига в
шахтных известковых печах, работающих на газообразном топливе. Харьков:
Научно-исследовательский и Проектный институт основной химии, 1976. 12 с.
(деп. в ОНИИТЭхим, Черкассы, № 930/76).

31. ВаПеу Я.В., НИИзоп ТВ. - Коек. Ргой., 1981, V. 84, № 11, р, 56,58 60,62.

32. Токоро Кэнъши - Никкокё гетто, Зар. СЬеш. 1пд. А88ос. Мои., 1979, V. 32, № 2,
р. 17-22.

33. А.с. 178728 (СССР)/Табунщиков Н.П. Опубл, в Б.И., 1973, № 43, с. 214.

34. А.с. 748103 (СССР) /Амстиславский В.А., Фильшин В.Е. Опубл, в Б.И., 1980,
№26, с. 152.

35. РН апд Оиатгу, 1981, V. 73, № 11, р. 85-87.

36. НдЩе к'. - Хешей! - Ка1к - С1р5, 1978, № 8, 8. 399-403.

37. 8сЫе1Е., Вегепз 1.М. - Хешей! - Ка1к - Огре, 1974, № 1, 8. 1-7.

38. НесНег П - Сае, 1Уатте, 1п!„ 1975, Вд 24, №4, 8. 157-158.

39. Монастырев А.В., Александров А.В. Печи для производства извести: Справоч-
ник. М.: Металлургия, 1979. 232 с.

40. Третъяков Е.В„ Манжула П.В., Кривенко П.Т., Нехлебаев Ю.П. и др. - Сталь,
1975, №12, с. 48-49.

41. Бердник В.И., Фильшин В.Е., Кухтенков КМ. и др. Освоение шахтной из-
вестковой печи со ступенчатым вводом природного газа и воздуха. Харьков:
Научно-исследовательский и проектный институт основной химии, 1983. 10 с.
(деп. в ОНИИТЭХим, Черкассы, № 461 ХП-Д-831).

42. Малкин Ю.Е., Куфтов А.В. - Строительные материалы, 1979, № 2, с. 4-5.

43. Фильшин В,Е., Ильяшенко Е.И., Калинчук В.Ф. Получение высокообожженной
извести в шахтных печах на газообразном топливе. Харьков: Научно-исследова-
тельский и проектный институт основной химии, 1973.6 с. (деп.в ОНИИТЭхим,
Черкассы, № 64/73).

44. А.с. 744203 (СССР) /Зинченко А.С., Симонов О.А., Городецкий А.Н. и др.
Опубл, в Б.И. 1980, № 24, с. 133.

45. Натгшапп I., Мсктапп Я. - ВамГоГПп-дихТпе, 1978, А21. № 6, 8. 7-9.

46. • ВескепЬаи I!.. 2лезе1 Р. - Хешеп!-Ка1к-61р8,' 1982, № 6, 8. 279-289.

47. СеЫсаМ., Ггутап I. - Сетеп!-1Уарпо-С1р8, 1981, № 1, 8.1-5.

48. Уэда Дзинти, Хосачана Хироси - Фунтай то Когё, 8о1Н18 НагкП. Ргосе88. 1па.,
1977, V. 9, №4, р. 29-50. ।

49. Нехой 5. - Р51 апб Оиатгу, 1980, V. 72, № 11, р. 57-59,90.

50. 8т1аек1а 8., Зейгаз К. - Сетеп!-1Уарпо-С1р5, 1980, Вд. 33, № 1, 8. 23-27.

51. ЕтззЬгиппеп I., к'а/йеП Н., Заки Г. - Ваи8!оГГшди5!пе, 1976, А4, 8. 11-13.

52. 1етт 8. - Коек. Ргодистя, 1976, № 7, р. 76-78.

53. Соп Т., Вскм/анкор?Г. - РН апд Оиатгу, 1979, V. 21, № 12, р. 100-103.

54. Наизег Ц„ Зоскет Е. - ГЪС-Вег., 1980, № 4, 8.17-22.

55. ТкрИЗ. - Сетеп!-1Уарпо-С1р8, 1980, № 6, 8.140-143.

56. йогтеп к>.й. - РН апд Оиатгу, 1981, V. 73, № 11, р. 73-75.

57. ВоЬеНзоп I. - Коек. Ртод., 1978, V. 81, № 10, р. 59-62.

58. Хег/лт 8. - РН апд Оиатгу, 1981, № 5, р. 96-98.

59. РН апд Оиатгу, 1980, V. 72, № 11, р. 96-98.

60. СиззсМск К. - Мпип§. Еп§. (118А), 1979, V. 31, № 5, р. 565-566.

61. Бо^1аз I. - РН апд Оиаггу, 1977, № 5, р. 65-67.

62. Имамури Т. - Санге' кикай, 1978, т. 5, № 332, с. 36-37.
63. Ванжа А.Н., Школьников В.Н. и др. - Черная металлургия, Бюл. НГИ, 1980,
выл. 23, с. 42-44.

64. А.с. 123171 (СССР) /Плоткин Н.З., Орешкин Г.Г., Рудков А К. Опубл, в Б.И.,
1959, №20, с. 21.

65. 1п<1и8«. НеаХ., 1966, V. 33, № 5, р. 898, 900.

66: ТаыаИМД. - Коек. Рюб., 1978, V. 81, № 8, р. 82-84.

67. Вогтеп Н'.Л - РИ апб Оиаггу, 1978, № 5, р. 52, 64.

68. Ипд И.В. - 2етепХ-Ка1к-С1р5, 1980, Вб. 33. № 10, 8. 493-497.

69. Тосики Санари - Сэкко то сэккай,.1971, № 114, с. 217-222.

70. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. 446 с.

71. А.с. 837953 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Зац О.В., Дидковский В.К. и др. Опубл,
в Б.И., 1981, №22, с. 105.

72. Сипели, ЬеХопз, р1аХге$, сЬаех, 1980, Вб. 722, №1,8. 41-43.

73. А.с. 969765 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Конев В.В., Бондаренко Д.Т и др. Опубл,
в Б.И., 1982, №40, с. 103.

74. А.с. 1048283 (СССР) /Волохов В.А., Нехлебаев Ю.П., Ванжа А.В. Опубл, в Б.И..
1983, №38, с. 146.

75; Фильшин В.Е., Ворошилов Г.Н., Жезлов А.И. и др. Освоение шахтной пере-
сыпной печи производительностью (400-450 т извести в сутки). Харьков:
Научно-исследовательский и проектный институт основной хомии, 1979, 11 с.
(деп. в ОНИИТЭхим, Черкассы, № 178 ХП-Д80).

76. А.с. 970041 (СССРУ/Нехлебаев Ю.П., Куклин Г.Б., Дюдкин Д.А. и др. Опубл,
в Б.И., 1982, №40, с. 147.

77. А.с. № 996816 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Куклин Г.Б., Дюдкин Д.А. и др. Опубл,
в Б.И., 1983, №6, с. 194.

78. РирсМ. - 2етепТ-Ка1к-С1р5, 1982, № 6, 8. 311-312.

79. Нехлебаев Ю.П., Дорогой И.А., Бондаренко Д.И. и др. - Инженерно-физичес-
кий журнал, 1976, т. XXXI, № 4, с. 737.

80. А.с. 729425 (СССР)/Нехлебаев Ю.П., Дорогой И.А., Бондаренко Д.Т. и др.
Опубл, в Б.И., 1980, № 15, с. 141.

81. Дорогой И.А., Нехлебаев Ю.П. - Инженерно-физический журнал, 1980, т.
XXXVIII, №2, с. 339-340.

82. А.с. 1030632 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Конев В.В., Зав ражи н И-И. и др. Опубл,
в Б.И., 1983, №27, с. 155.

83. А.с. 863526 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Ванжа А.Н., Бондаренко Д.Т. и др. Опубл.
вБ.И., 19.81, №34, с. 117.

84. А.с. 953412 (СССР) /Коновалов Н.Ф., Нехлебаев Ю.П., Ванжа А.Н. и др. Опубл,
в Б.И., 1982, № 31, с. 221.

85. А.с. 924487 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Конев В.В., Бондаренко Д. Т. и др. Опубл,
в Б.И., 1982, № 16, с. 185.

86. А.с. 977916 (СССР) /Ванжа А.Н., Волохов В.А., Коновалов Н.Ф. и др. Опубл,
в Б.И., 1982, №44, с. 165.

87. А.с. 649936 (СССР) /Ильяшенко Н.И. Опубл, в Б.И., 1979, № 8, с. 173.

88. А.с. 974081 (СССР) /Нехлебаев Ю.П., Чеботарев А.П., Бойко А.В. и др. Опубл,
в Б.И., 1982, №42, с. 173.

89. А.с. 907376 (СССР)/Чеботарев А.Д., Максименко Г.М., Бойко А.В. и др.
Опубл.в Б.И., 1982, № 7, с. 173. ч ,

90. Бондаренко Д.Т., Нехлебаев И).П. - Химическая промышленность, 1983,
№ 8, с. 504-506.

91. А.с. 586309 (СССР) /Бондаренко Д.Т.. Нехлебаев Ю.П., Дементьев В.М. н др.
Опубл, в Б.И., 1977, № 48, с. 120.

92. А.с. 783547 (СССР) /Ванжа А.Н., Бондаренко Д.Т., Нехлебаев Ю.П. и др. Опубл.
вБ.И., 1980, №44, с. 153.
93. А.с. 825130 (СССР) /Бондаренко Д. Т., Ванжа А.Н., Нехлебаев Ю.П. и др. Опубл.
вБ.И., 1981, № 16, с. 37.

94. Бондаренко Д.Т., Нехлебаев Ю.П. - Промышленная теплоэнергетика, 1984,
т. 6, №2, с. 86-91.

95. Бондаренко Д.Т., Ванжа А.Н., Нехлебаев Ю.П. и др. - В кн.: Тепло-массопе-
ренос в аппаратах с дисперсными системами. Минск: Наука, 1983, с. 79-90.

96. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. Т. 1./Под ред.
Богданова О.С. М.: Недра, 1982. 365 с.

97. Рп апй Оиаггу, 1981, V. 73, № 11, р. 85-87.

98. Нехлебаев Ю.П., Бондаренко Д.Т., Пирич Э.И., Андрющенко И.В. - В кн.:
Комплексное использование минерального сырья: Науч. тр./Ан. КазССР.
Алма-Ата: АН КазССР, 1982,» 11, с. 41-44.

99. А.с. 956059 (СССР) /Рябчий М.Е.,‘Долженков Ф.Е., Нехлебаев Ю.П. и др. Опубл.
вБ.И., 1982,» 33, с. 33.