Циклонный теплообменник фирмы «Гумбольдт»

Однако реализация идеи заняла длительное время, и прошло почти 20 лет после опубликования патента до начала промыш­ленного внедрения циклонных теплообменников в цементной промышленности, осуществленного фирмой «Гумбольдт».

Первый циклонный теплообменник фирмы «Гумбольдт», мо­дифицированный Ф. Мюллером, пущен в эксплуатацию в 1951 г,

В печах с теплообменниками фирмы «Гумбольдт» процесс обжига разделяется на две фазы; обычный обжигательный ци­линдр значительно укорачивается, и подогрев, а также частичное кальцинирование сырьевой муки под действием горячих г азов осуществляются в циклонном теплообменнике.

Циклонный теплообменник состоит из четырех циклонов, рас­положенных один над другим. Для лучшей сепарации самый верхний циклон выполнен в виде батарейного, например двой­ного [235]. Циклоны соединены газоходами квадратного и толь­ко самый верхний — круглого сечения. Каждый циклон и соот­ветствующий газоход образуют одну ступень подогрева. Ступени теплообменника нумеруют сверху вниз от І до IV. Разгру­зочное отверстие циклона соединено с выпускным трубопрово­дом сырьевой муки, ведущим в расположенный под циклоном газоход следующей ступени. Выпускной трубопровод ступени IV ведет во вращающуюся печь.

21.2.1. Размер частиц и оседание их в циклонах. Теплообмен в отдельных газоходах и циклонах суспензионного циклонного теплообменника происходит при параллельном движении газов и материала. Однако в целом циклонный теплообменник рабо­тает по принципу противотока. Теплообмен между газом и. сырьевой мукой осуществляется в суспендированном, т. е. взве­шенном, состоянии. Большая площадь поверхности сырьевой, муки в суспензионном теплообменнике обусловливает быстрый и интенсивный теплообмен.

Время оседания частиц сырьевой муки в циклонах теплооб­менника сокращается пропорционально квадрату их диаметра. Для улучшения оседания в циклонах размеры частиц должны быть примерно одинаковы.

При одинаковых размерах время оседания в циклоне зависит от плотности частиц. Однако это не приводит к заметному рас­слоению сырьевой муки, так как в выпускных трубопроводах и газоходах снова происходит перемешивание.

21.2.2. Размер частиц и время нагрева. Время нагрева ча­стиц сырьевой муки, суспендированных в газовом потоке, отно­сительно невелико. Это следует из диаграммы на рис. 21.1, где — показано время, необходимое для нагрева частиц известняка различного размера [236].

На рис. 21.2 представлено время, требуемое для нагрева ча­стиц кварца диаметром 0,1 и 0,16 мм в потоке газа. Сравнение кривых нагревания кварца и известняка показывает, что части­цы кварца нагреваются быстрее известковых (рис. 21.3). Так, частица известняка диаметром 0,1 мм за 0,1 с в потоке газа с температурой 750° С нагревается до 515° С, а частица кварца — до 650° С.

Время нагрева, приведенное на рис. 21.3, относится к иде­альным условиям, при которых каждая суспендированная ча­стица полностью омывается горячими газами. Однако практи­чески формируются агломераты из частиц сырья, что замедля­ет теплообмен.

Циклонный теплообменник фирмы «Гумбольдт»

Рис. 21.1. Зависимость тем­пературы поверхности час­тиц t, % к температуре га­за, от размера частиц и времени нагревания т

Циклонный теплообменник фирмы «Гумбольдт»

Рис. 21.3. Зависимость тем­пературы поверхности час­тиц кварца (1) и известня­ка (2) диаметром 0,1 мм в потоке газа температурой 750° С от времени нагрева­ния т

T.% 100

80 60 10 20

О О, OS 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Г, с

Рис. 21.2. Зависимость тем­пературы частиц t кварца диаметром 0,1 и 0,16 мм в потоке газа, °/о к темпера­туре газа, от размера час­тиц и времени нагревания т

Частицы большей крупности требуют больше времени на нагрев (см. рис. 21.1). Крупные частицы оседают в циклоне, не достигнув температуры окружающих газов. Это снижает интен­сивность теплообмена и служит причи­ной блокировки нескольких циклонов в батарею для улучшения теплообме­на. Перемещаясь по ступеням тепло­обменника, сырьевая смесь встречает газы все более высокой температуры и постепенно нагревается до температу­ры, требуемой на входе в печь.

21.2.3. Размеры циклонных тепло­обменников. Высоту и диаметр отдель­ных циклонов назначают в соответст­вии со следующими правилами. Диа­метры циклонов II, III и IV одинаковы. Газоходы и циклоны футеруют штуч­ными или набивными огнеупорами. Выпускные трубопроводы также за­щищают огнеупорной массой.

Высота цилиндрической части цик­лонов II, III и’IV принимается неболь­шой, так как на этих ступенях не тре­буется высокой степени оседания. При этом уменьшаются потери тяги и строительная высота конструкции. Только циклон ступе­ни I рассчитан на высокую ступень оседания; эта ступень всегда

Состоит из двух циклонов независимо от размера теплообмен­ника.

Потери тяги в циклонном теплообменнике составляют около 55—60 мбар.

Концентрация пыли в отходящих газах циклонного теплооб­менника составляет 80—115 г/кг клинкера, т. е. в среднем около 10% массы клинкера, или 50—72 г/кг сырьевой муки (6% массы).

Количество отходящих газов циклонного теплообменника равно 1,4—1,5 м3/кг клинкера (при нормальных условиях).

Для предотвращения аэродинамических и эксплуатационных трудностей при чрезмерно крупных по сечению газоходах и цик­лонах циклонные теплообменники производительностью 2000 т/сут и более выполняются в виде спаренных систем, т. е. двух теплообменных линий, работающих с одной вращающейся печью. Каждая из двух ветвей циклонов оборудована собствен­ным вентилятором отходящих газов; при перерыве в эксплуата­ции одной из ветвей печь может работать с помощью другой.

21.2.4. Теплообмен в циклонных теплообменниках. Основной теплообмен происходит в газоходах. Теплотехнические испыта­ния четырехступенчатого теплообменника на Спасском цемент­ном заводе (СССР) показали, что на 80% теплообмен осущест­вляется в газоходах и только 20% приходится на циклоны [237].

Теплосодержание отходящих газов четырехступенчатого цик­лонного теплообменника позволяет эффективно использовать их для сушки сырьевых материалов. Отходящими газами с темпе­ратурой 330° С можно подсушить сырьевые материалы до влаж­ности 8,5% [232Ь], достаточной для подачи в теплообменник.

Время пребывания частиц сырьевой муки в четырехступен­чатом циклонном теплообменнике высотой около 50 м состав­ляет примерно 25 с. За это время сырьевая мука нагревается от 50 до 800° С, а выходящие из печи газы охлаждаются от 1100 до 330° С. Скорость газов и материала в газоходах составляет 20— 22 м/с. Основное время затрачивается на осаждение в циклонах и на проход через выпускные трубопроводы. Объем газов, опре­деляемый производительностью установки, и скорость газов в газоходах — основные факторы, определяющие любой размер теплообменника. Основное правило для расчета газоходов и цик­лонов соответствует формуле

Q2/S5 = const,

Где Q — объем газов; S — внутренний диаметр газоходов или циклонов.

21.1.5. Температура газов и материала. На рис. 21.4 пред­ставлена температура газов и материала на отдельных ступенях теплообменника. Относительно высокая температура материала на входе во вращающуюся печь дает возможность значительно уменьшить ее размеры при L/D от 14:1 до 16:1.

На рис. 21.5 даны температуры газов, материала и футеров­
ки для работающей с теплообменником вращающейся печи, обо­рудованной планетарным холодильником (типа «Унакс» фирмы «•Смидт»).

Циклонный теплообменник фирмы «Гумбольдт»

F Рис. 21.5. Температура t 3200 газов и материала во вращающейся печи с 2800 теплообменником

2400 А — печные газы; В — футе­ровка печи; С — материал; 2000 1 — выгрузочный конец; 2 — порог; 3 — зона охлажде — 1600 ния; 30иа спекания; 5 — переходная зона; 6 — зона кальцинирования II; 7 — зо­на кальцинирования I; 8 — загрузочный конец

21.2.6. Удельная производительность печи. Степень декарбо­низации. Среднее значение удельной производительности печи с суспензионными теплообменниками составляет 1,75 т/(м3-сут)

Рис. 21.4. Температура материала М и отходящих газов Г на различных сту­пенях (I—IV) циклонного теплообменника

Л — подача сырьевой муки; 2— теплообменник; 3— выгрузка материала в печь; 4 — от­ходящие газы печи; 5 — вентилятор; 6 — вращающаяся печь; 7 — устройство для сжига­ния топлива; 8 — подача клинкера к клинкерному холодильнику

(учтен внутренний объем печи). Из практики известна удельная производительность до 2,3 т/ (м3 • сут). Это достигнуто помимо. других мер в результате повышения окружной скорости печи до 50 см/с [237а]

При температуре сырьевой муки на входе в печь 800° С сте­пень декарбонизации составляет примерно 10% [238]. Потери при прокаливании сырьевой муки на входе во вращающуюся
печь трудно точно измерить, так как рециркуляция пыли из печи искажает истинную картину и получаются завышенные значе­ния степени декарбонизации.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *