Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей

При нагреве нейтральных в энергетическом отношении сыпучих материалов тепло в зону технологического процесса трубчатых вращающихся печей поступает за счет одновременного проте­кания всех трех видов теплообмена: излучением от факела и раскаленной футеровки, конвекцией и теплопроводностью от по­верхности кладки, по которой непрерывно перемещается пере­рабатываемый материал. Помимо этого необходимо учитывать, что в шихту печей для вельцевания кеков вводится в качестве реагента-восстановителя коксовая мелочь. В результате часть используемой на ее нагрев тепловой энергии генерируется непо­средственно в зоне технологического процесса во время частич­ного окисления углерода и образующихся в результате пере­работки шихты паров металлического цинка.

Поступившее в слой перемещающегося по печи материала тепло распределяется в нем в основном за счет контактной тепло­проводности. Однако в процессе энергичного перемешивания шихты, температура по слою быстро выравнивается и его можно принять тонким в тепловом отношении телом, нагрев которого сопровождается многочисленными эндо- и экзотермическими реакциями. Ввиду большой сложности и недостаточной изученности механизма теплообменник процессов в трубчатых печах, анализ их тепловой работы базируется восновном на изучении эмпири­ческих данных и оценке тепловых балансов печей.

Температурный режим, работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологиче­ского процесса и в значительной степени определяется химическим и фракционным составами перерабатываемых материалов. Обычно его выбирают опытным путем и организуют таким образом, чтобы в печи строго соблюдался график нагрева шихты, задаваемый по технологическим данным.

В качестве примера может быть рассмотрен режим, достаточно хорошо изученных печей, применяемых для спекания шихты на глиноземных заводах. В них до температур порядка 550 °С про­исходят общие для всех вращающихся печей процессы сушки и удаление гидратной влаги и далее в интервале температур 550 - 1200 °С — реакции образования растворимых соединений алю­миния, свойства которых во многом зависит от температурного режима спекания. В процессе нагрева шихта проходит в печи четыре условно выделенные температурные зоны, постепенно

превращаясь в спек.

В первой зоне, длина которой составляет около 30 м, проис­ходит нагрев материала от 20 до 300 °С, сопровождающийся его сушкой и обезвоживанием. Температура газов на этомучастке печи, если его рассматривать по ходу движения шихты, изме­няется соответственно от 200 до 700 °С. Длина второй зоны дости­гает 16—17 м.В ней материалы нагреваются до 100 °С при пол­ном разложении карбоната кальция и изменении температур топочных газов по длине зоны от 700 до 1400 °С. Третья зона расположена в области интенсивного горении топлива (факела). Температура газов здесь максимальна и определяется величиной 1600—1650 °С. Шихта в этой зоне нагревается до 1200—1260 °С и спекается. В четвертой зоне происходит охлаждение спека до 1100 °С при температуре газов 1000 - 1550 °С.

При неизменном во времени температурном режиме работы печи ее производительность определяется толщиной слоя и физико-химическими свойствами находящегося в ней материала. В среднем по отрасли она составляет величину порядка 12 т/ч спека при расходе 6300-—7300 кДж/кг получаемого продукта. В отличие от спекания технологические процессы, протекающие в других трубчатых печах, идут без оплавления шихты.

Основы расчета ТВП

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

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

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

,

где γ - насыпная масса материала в печи, кг/м³;

ω_м - скорость поступательного движении материа­ла, м/ч (ω_м=0,0963D_внβ/τ_{0 ,} где τ₀ -длитель­ность оборота печи, ч; β - угол наклона печи к горизонту; τ₀ и β берутся из заводской прак­тики).

После вычисления φ находят размеры хорды откры­той поверхности шихты l₁ и дуги l₂ закрытой поверхно­сти материала (рис. 133) по площади заполнения сече­ния печи шихтой . Плотность теплового потока на открытую поверхность шихты (q^') рассчитывается по методике, описанной для пламенных печей. Плотность теплового потока к шихте на закрытой части стенки печи (q") по Д. А. Диомидовскому принято считать как переданное излучением и рассчитывать по уравнению:

q^"=

где Т_CT и T_M — средние температуры стенки и материала.

Средняя температура материала принимается как среднеарифметическая температура материала в начале и конце печи

Средняя температура футе­ровки берется как среднеариф­метическая средних температур газа и материала .

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

Приведенная степень черноты ε_прив рассчитывается по фор­муле для параллельных поверхностей:

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

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

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

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

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

Теория работы печей для обжига в перегребаемом слое пока­зывает, что производительность и размеры вращающихся бара­банных печей в основном зависят от важнейших процессов, про­текающих в этих печах: физико-химического процесса обжига; движения газов; движения материалов; процесса теплообмена. В соответствии с этим вращающиеся барабанные печи следует рассчитывать также как обжиговые аппараты, как транспортные уст­ройства, обеспечивающие определенные показатели движения газов и материалов и как теплообменные устройства, обеспечи­вающие передачу к материалу необходимого количества тепла.

В расчете этого типа печей также определяют следующие не менее важные их характеристики: