Теплообменники различных систем

21.8.1. Теплообменник «Дополь» фирмы «Полизиус». Способ «Дополь» фирмы «Полизиус» заключается в предварительном * подогреве цементной сырьевой муки в системе двойных суспен­зионных потоков. В теплообменнике «Дополь» первая, третья и четвертая ступени (считая снизу) выполнены в виде параллель­но расположенных двойных циклонов. Вторая ступень, так на­зываемая вихревая шахта, выполнена в виде одинарного проти — воточного теплообменного элемента (рис. 21.12).

Газоходы нижней (самой горячей) ступени имеют эллипти­ческое поперечное сечение; считают, что здесь, в противополож­ность квадратному сечению, снижается образование настылей. Разделение газового потока на две струи позволяет использо­вать для такого же количества газа циклоны меньшего размера с более высокой степенью осаждения. Главной целью способа «Дополь» с двойными циклонами было достижение очень высо­кой производительности печи без фундаментальных изменений проекта теплообменной системы и без строительства дополни­тельных теплообменных установок. Параллельно ожидали так­же улучшения осаждения в циклонах. Для предотвращения не­равномерного нагрева в двойных циклонах оба потока сырьевой муки встречаются в вихревой шахте (ступень 2) и перемешива­ются между собой. Уже выпущены теплообменники «Дополь» производительностью до 7200 т/сут.

Ниже приведена расходная часть теплового баланса тепло­обменника «Дополь» производительностью 4000 т/сут [255].

Расход тепла

Компоненты

Ккал/кг клинкера

%

Теоретический расход тепла

415

56,8

Потери тепла с клинкером после холодиль­

10

1,4

Ника

Потери тепла с отработанным воздухом

83

11,3

Холодильника

Расход тепла на испарение влаги из сырья

3

0,4

Потери тепла с отходящими газами

150

20,5

Потери тепла в окружающую среду, в том

70

9,6

Числе иа излучение и т. д.

Всего

731

100,0

Расход энергии в четырехступенчатом теплообменнике «До­поль», считая от загрузки сырьевой муки в теплообменник до выхода-клинкера из холодильника, составляет 13 кВт-ч/тклин — кера при количестве отходящих газов около 1,3 м3/кг клинкера и температуре их на выходе из теплообменника 310° С.

21.8.2. Теплообменник фирмы «Бюлер-Миаг». Теплообмен­ник «Бюлер-Миаг» состоит из трех ступеней с двойными цик­лонами, работающими параллельно, и одинарной конической вихревой шахты, служащей IV ступенью, где теплообмен осу­ществляется в противотоке (рис. 21.13).

Сырьевая мука подается в верхнюю ступень (Z,) теплооб­менника навстречу потоку газа и, достигнув IV ступени, нагре­вается до 800° С.

Сырьевая мука, осажденная в ступени Zz, попадает в вихре­вую шахту. Часть сырьевой муки, поступившей в теплообменник и находящейся в шахте, снова подается к ступени Z3 с подни­мающимися вверх отходящими печными газами. Благодаря та­кой циркуляции сырьевой муки удлиняется время ее нахожде­ния в наиболее горячей зоне, что доводит степень декарбониза­ции до 50% и более.

Внутри шахты теплообменника концентрация материала в газовом потоке возрастает, что приводит к возникновению так называемого пылевого облака, непрерывно оседающего через переходную камеру во вращающейся печи навстречу потоку га­зов.

По данным изготовителя, устройство четвертой ступени в ви­де конической шахты приводит к значительному улучшению эк­
сплуатации по сравнению с обычными циклонными теплообмен­никами. В циклонных теплообменниках подогретая сырьевая мука из нижней циклонной ступени подается в переходную ка­меру через трубопровод со свободным поперечным сечением площадью около 0,5 м2. В рассматриваемой же системе средняя площадь сечения зоны между конической шахтой и переходной камерой в 14 раз больше. Это особенно выгодно при высокой концентрации щелочей (К2О, Na20), хлоридов и сульфатов в сырьевой муке. Поскольку щелочные конденсаты и настыли воз-

Теплообменники различных систем

Рис. 21.12. Схема теплообмен­ника «Дополь» фирмы «Поли­зиус»

А — вращающаяся печь; В — за­грузка сырьевой муки; С — отходя­щие газы к обеспылнвателю; I — ступень I (два параллельных цик­лона с теплообменом в прямотоке); 2—ступень II (вихревая шахта с теплообменом в противотоке; 3 — ступень 111 (аналог ступени IV); 4 — ступень IV (аналог ступени I)

14

I 1

С

Рис. 21.13. Схема теплообмен­ника фирмы «Бюлер-Миаг»

Теплообменники различных систем

1 — переходная камера; 2 — шахта теплообменника; Z — циклоны

Никают преимущественно в переходной зоне между вращающей­ся печью и теплообменником и на нижней циклонной ступени, они могут стать причиной затруднений в работе вследствие за­купорки относительно узких трубопроводов сырьевой муки. В конструкции с большим поперечным сечением на выходе из противоточной ступени таких проб­лем не возникает даже при значи­тельной концентрации названных компонентов.

Даже если концентрация этих нежелательных примесей возраста­ет, то при необходимости получить так называемый низкощелочной клинкер предусматривают байпас — ную линию, относительно устойчи­вую против закупорки, чтобы сни­зить до минимума количество не­прерывно проходящих через тепло­обменник печных газов.

Удельный расход тепла в тепло­обменнике фирмы «Бюлер-Миаг» составляет 750—800 ккал/кг клин­кера.

Теплообменники типа «Бюлер— Миаг» выпускаются по лицензиям в США фирмой «Аллис-Чалмерс», Милуоки, штат Висконсин, и в Ис­пании фирмой ATELNSA, Мадрид.

В этих теплообменниках можно осуществлять первичное кальцини­рование путем установки простых горелок на противоточной ступени без дорогостоящей реконструкции или установки дополнительных ем­костей. Испытания на крупной тех­нологической установке показали, что при этом достигается степень декарбонизации 85—90%.

Теплообменники различных систем

T> Газ Материал

Рис. 21.14. Конструкция и тех­нологическая схема суспензи­онного теплообменника ZAB

1 — подача сырьевой муки; 2 — циклонные ступени; 3 — шахтиая ступень 1; 4 — шахтиая ступень 2; 5 — шахтная ступень 3; 6 — печь

21.8.3. Суспензионный теплооб­менник ZAB. Суспензионный тепло­обменник SKET/ZAB (ГДР) состо­ит из трех шахтных ступеней и расположенных над ними двух циклонных ступеней [255Ь, 255с]. В шахтных ступенях парал­лельно осуществляются теплообмен и основные технологиче­ские процессы; циклонные ступени служат для упорядоченного завершения теплоотдачи от газов к материалу и для транспор­тирования материала (рис. 21.14).

Шахтные ступени характеризуются овальными поперечными сечениями и зигзагообразным расположением вертикальных шахт.

Г

Теплообменники различных систем

Схематически траектории сырьевой муки можно представить в виде нитей, спускающихся преимущественно по периферий­ным зонам против потока газов к загрузочному отверстию печи. При этом только часть сырьевой муки входит в каждую ниже­лежащую ступень; другая часть уносится газовым потоком и в

Теплообменники различных систем

Рис. 21.15. Диаграмма температуры t и давления Ар в теплообменнике ZAВ в зависимости от высоты Н над уровнем оси печи в верхнем обрезе

Слева — схема теплообменника с расположением точек замера температуры (темные точки) и давления (крестики); 12 — точки замеров, в том числе: 1—2 — после тепло­обменника; 3—5 — в циклонной ступени; 1; 6 — на входе в циклонную ступень 2; 7— в газоходе ступени 2; 8—11 — в шахтных ступенях 1—3; 12 — на обрезе печи

Зависимости от условий сепарации (оседания) на соответствую­щей шахтной ступени снова попадает в первичный поток сырь­евой муки или выносится из него. В связи с этим на отдельных шахтных ступенях и между ними возникают четко выраженные материальные циклы [255 d].

Благодаря простой конструкции газоходов статические по­тери тяги в теплообменнике ZAB на 250—400 мм вод. ст. ниже по сравнению с теплообменниками других систем при одинако­вых температурных условиях (рис. 21.15) [255 е, 255 f].

Подогреватель ZAB изготовляют в одно — или двухбашенном исполнении. Однобашенная конструкция целесообразна до про­изводительности 2000 т клинкера в сутки.

Согласно литературным данным, суспензионный подогрева­тель ZAB отличается надежностью в работе независимо от со-

Держания летучих компонентов в цементной сырьевой муке [255g, 255h] по следующим причинам:

Наличие шахтных ступеней боль­шого объема и в связи с этим — ми­нимальная кривизна траектории движения газов;

Постоянный интенсивный контакт обеих фаз;

Комбинированный поток матери­ала и газа в переходной зоне между подогревателем и вращающейся печью.

Изготовители шахтных теплооб­менников указывают, что в противо­положность циклонным теплообмен­никам шахтные ступени большого объема в нижней зоне подогревате­ля не чувствительны к щелочному конденсату, так как в этой системе осаждение происходит в основном в потоке сырьевой муки. Новые пуб­ликации результатов испытаний поз­воляют оценить щелочную устойчи­вость в работе циклонных и шахт­ных теплообменников [255h—ш].

21.8.4. Противоточный суспензи­онный теплообменник фирмы «Крупп». Описанные выше суспен­зионные теплообменники работают как ступенчато-прямоточные систе­мы или имеют в своем составе одну или две противоточные ступени, где теплообмен происходит в так назы­ваемых вихревых камерах. Теплооб­менник, разработанный фирмой «Крупп» (рис. 21.16), является поч­ти полностью противоточным, за ис­ключением верхней ступени, кото­рая с целью сброса пыли выполне­на в виде циклонной. Он состоит из верхней двойной циклонной ступени с трактом для восходящего потока газа и самонесущей цилиндрической шахты. Соплообразные сужения разделяют шахту на четыре каме­ры. Над каждым сужением рас­положена конусная конструкция

Теплообменники различных систем

Рис. 21.16. Противоточный теп­лообменник фирмы «Крупп» (конструкция и технологичес­кая схема)

/ — подача сырьевой смеси; 2— циклонная ступень 1; 3 —камера I; 4— камера II; 5 —камера III; б — камера IV; 7 — печь

Для равномерного распределения опускающейся суспендирован­ной сырьевой муки. Таким образом, теплообменник работает в пять ступеней. Исходная сырьевая мука вводится между верх­ней камерой шахты и циклонной ступенью, уносится вверх га­зовым потоком, подогревается, сепарируется от газа в циклонах и попадает в верхнюю камеру шахты, откуда спускается из ка­меры в камеру навстречу потоку газа и поступает в выгрузоч­ную шахту, а затем во вращающуюся печь. На отдельных сту­пенях противоточного теплообменника фирмы «Крупп» уста­навливается следующая температура, °С [256]:

Циклонные ступени…………………………………………………………………………….. 340—360

Камера I……………………………………………………………………………………………….. 450—470

Камера II………………………………………………………………………………………………. 525—550

Камера III……………………………………………………………………………………………… 600—650

Камера IV……………………………………………………………………………………………… 700—750

Выпускная шахта………………………………………………………………………………… 1000

Удельный расход тепла в противоточных суспензионных теп­лообменниках фирмы «Крупп» составляет 800—900 ккал/кг клинкера.

Большое поперечное сечение противоточных теплообменни­ков и соответственно низкая скорость газового потока служат причиной относительно низких потерь тяги — около 270 мм вод. ст., причем 40% потерь приходится на шахту, а 60% — на цик­лоны и газоход. Удельный расход энергии составляет 16,9 кВт-ч/т [257].

Таблица 21.5. Рабочие характеристики вращающихся печей с противоточными теплообменниками фирмы «Крупп»

Показатель

Завод s

Завод F

Размер печи Dy^L, м

3,45X48

3,8X60

Уклон печи, %

3,5

3,5

Частота вращения печи, об/мин

0—2

1—1,5

Холодильник

«Фуллер»

«Фуллер»

Топливо

Мазут

Мазут

Низшая теплота сгорания, ккал/кг

9780

9600

Силикатный модуль

3,0

2,2

Глиноземный модуль

0,9

2,0

Коэффициент насыщения известью

93,7

‘ 90,6

Производительность, т/сут

580

850 "

Удельный расход тепла, ккал/кг клинкера

835

805

Температура отходящих газов, °С

360—400

350—380

Потери тяги в теплообменнике, мм вод. ст.

270

250

В табл. 21.5. приведены эксплуатационные характеристики двух вращающихся печей с противоточными теплообменниками фирмы «Крупп».

Удельный расход энергии в вентиляторе установки S состав­ляет 3,5 кВт-ч/т клинкера; содержание пыли в отходящих газах 38 г/м3, а общие потери тепла во внешнюю среду — 80 ккал/кг клинкера.

В настоящее время про — тивоточные теплообменники фирмы «Крупп» работают в однобашенном исполнении до производительности 1000 т/сут; для большей произ­водительности установка выполняется в виде двухба — шенной системы.

Размеры шахты противо — точного теплообменника фирмы «Крупп» производи­тельностью 1000 т/сут: диа­метр корпуса 7 м, внутрен­ний диаметр 6,5 м, высота 47 м. Отношение диаметра к высоте 1 :7. Площадь на­ружной поверхности шахт­ной башни равна 1033 м2. Для сравнения укажем, что площадь наружной поверх­ности четырехступенчатого циклонного теплообменника той же производительности равна 1610 м2.

Теплообменники различных систем

Рис. 21.17. Конструкция противоточного теплообменника завода «Пржеров»

1 — вращающаяся печь; 2 — загрузочная ка­мера печи; 3 — тракт отходящих газов; 4 — шахта с противоточным теплообменником;

5 — трубопровод исходной сырьевой муки;

6 — рассеивающий конус; 7 — маятниковый клапан; 8 — верхняя циклонная ступень; 9 — нижняя циклонная ступень; 10 — трубопровод отходящих газов теплообменника; 11 — ниж­няя часть шахты теплообменника; 12 — венти­лятор теплообменника; 13 — ресивер насоса сырьевой муки; 14 — крышка шахты’ теплооб­менника

21.8.5. П ротивоточный суспензионный теплообмен­ник завода «Пржеров», ЧССР. Этот суспензионный подогреватель сырьевой му­ки состоит из вертикальной шахты с противоточным теп­лообменником, двух ступе­ней двойных циклонов и га­зохода, соединяющего шахту с циклоном. Верхняя бата­рейная циклонная ступень выполняет функции обеспы­ливающих устройств, в то время как нижние пары циклонов служат для рецир­куляции и подогрева сырье­вой муки. Газоход для пода­чи отходящих газов враща-

Таблица 21.6. Размеры теплообменников завода «Пржеров», ЧССР

Производи­тельность, т/сут

Расход тепла, ккал/кг

Размеры печи (0 X L), м

Размеры теплообменника (Диаметр X высота), м

Мазут уголь

400

850

3,2X48

3,99X17

3,99X17

600

840

3,6X54

4,30X18

4,30X18

800

820

4,0X58

4,90X21

5,49X23

1000

800

4,2X60

5,49X23

5,49X23

1200

780

4,2X68

5,80X24,5

6,20X26

1400

780

4,4X72

6,20X26

6,60X28

1600

770

4,6X76

6,60X28

6,60X28

2000

760

4,8X80

2X5,49X23*

2X5,49X23*

2500

760

5,4X84

2X5,80X24*

2X6,20X26*

3000

750

5,6X90

2 X 6,20 X 26*

2X6,60X28*

* Двухбашенное исполнение.

Ющейся печи в шахту теплообменника расположен тан­генциально, чтобы придать газу спиральное, а суспензии сырь­евой муки — турбулентное движение (рис. 21.17). Для полноты диспергирования сырьевой муки и повышения равномерности ее распределения в шахте газоход на входе в шахту имеет в ниж­ней части рассеивающий конус.

Этот теплообменник характеризуется простотой конструкции и технологичностью. Нет расширенных стыков, что сводит к ми­нимуму возможность подсоса наружного воздуха.

Огнеупорная футеровка состоит преимущественно из кир­пичей стандартных размеров. Самонесущая конструкция не тре­бует большой опорной поверхности, что значительно снижает стоимость строительства. Расход энергии незначителен, так как потери тяги при полной производительности не превышают 350 мм вод. ст.

Отходящие газы печи на входе в теплообменник имеют тем­пературу 950—1050° С; максимальная температура отходящих газов теплообменника 360° С. Содержание пыли в отходящих газах теплообменника 30—50 г/м3.

Тепловая эффективность теплообменника зависит прежде всего от отношения высоты шахты к диаметру. Это отношение выбирается так, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между капитальными затратами и эксплуатационными расхо­дами. Диаметр шахты определяется требуемыми характеристи­ками газового потока (табл. 21.6 [258, 259]).

Здесь следует отметить, что машиностроительный завод «Пржеров» изготовляет комплекты оборудования для цемент­ных заводов.

Добавить комментарий

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