способ сушки мелкодисперсного концентрата во вращающихся барабанах

Формула изобретения

СПОСОБ СУШКИ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО КОНЦЕНТРАТА ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ БАРАБАНАХ, включающий подачу основной массы концентрата в двухслойный поток горячих газов, формируемый из центрального высокотемпературного потока продуктов горения и окружного кольцевого потока воздуха разбавления, и стабилизацию температурного потенциала по длине барабана путем регулируемого перемешивания продуктов горения с раздельно подаваемым воздухом разбавления, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества готовой продукции и интенсификации процесса, при содержании в концентрате мелких частиц крупностью 0,01 - 0,10 мм 40 - 50% в первый отрезок времени, равный 0,03 - 0,08 общего времени пребывания концентрата в барабане, температуру центральной части двухслойного потока газов поддерживают постоянной и равной температуре продуктов горения на входе в барабан посредством подачи в него воздуха разбавления со скоростью 1,4 - 1,5 скорости подачи продуктов горения, а при уменьшении содержания мелких частиц в концентрате с 40% на каждые 10% скорость подачи воздуха разбавления снижают с 1,4 на 0,08 - 0,10 скорости подачи в барабан продуктов горения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подготовке сырья в металлургической, строительной и других отраслях промышленности, а именно к сушке подготавливаемых к переделу мелкодисперсных материалов.

Известны способы сушки мелкодисперсного концентрата во вращающихся барабанах, включающие подачу концентрата во вращающийся слой через однородный поток горячих газов, формируемый предварительным перемешиванием центрального высокотемпературного потока продуктов горения с окружным потоком воздуха разбавления, и стабилизацию температурного потенциала по длине барабана.

Недостатки известных способов следующие.

Получение однородного потока продуктов горения с относительно низким температурным потенциалом (до 1000-1100^оС). В таком потоке даже попадающие в него частицы отдают в газовую фазу только небольшую часть внешней влаги и практически полностью сохраняют гидратную влагу. Большая же часть концентрата по известным способам минует поток горячих газов и попадает непосредственно во вращающийся слой. Этот слой получает тепло излучением от светящегося потока газов, контактной теплопроводностью от стенок барабана и конвективной теплоотдачей от омывающего слой потока газов. Все эти формы теплообмена являются недостаточно интенсивными по сравнению с прямой контактной теплоотдачей от газа к находящимся в нем частицам материала. Интенсивность процесса сушки при этом существенно понижается. К тому же недостаточно высокий температурный потенциал не обеспечивает заметного развития процесса дегидратации частиц концентрата. В то же время содержащаяся в концентрате гидратная влага заметно понижает интенсивность последующих металлургических переделов и усложняет их осуществление. Поэтому значительное содержание гидратной влаги в железорудном концентрате обусловливает существенное ухудшение его качества.

Отсутствие приемов регулирования температуры продуктов горения в головной части барабана, в частности по его длине, без изменения количества сжигаемого в переделе топлива. В результате либо ухудшается качество готовой продукции, либо снижается удельная производительность барабана.

Перечисленные недостатки частично устраняются при вводе основной массы железорудного концентрата непосредственно формируемый в барабане двухстойный поток горячих газов. Для этого сушильный барабан оборудуют системой двухступенчатого сжигания топлива и подачи уже подготовленной горячей смеси газов в барабан (такой системой может быть теплогенератор с внутренней пламенной трубой сжигания топлива).

Прототипом является способ сушки мелкодисперсного концентрата во вращающихся барабанах, включающий подачу основной массы концентрата в двухслойный поток горячих газов, формируемый из центрального высокотемпературного потока продуктов горения и окружного кольцевого потока воздуха разбавления, и стабилизацию температурного потенциала по длине барабана путем перемешивания продуктов горения с раздельно подаваемым воздухом разбавления.

Недостатки данного способа следующие.

Подача воздуха разбавления в барабан при условиях, обеспечивающих предельное ускорение процесса его перемешивания с продуктами горения (например, скорость движения воздуха разбавления устанавливали меньшей или равной скорости движения продуктов горения и др.). В результате в головной части барабана температурный потенциал снижается непосредственно в начале барабана, прекращается процесс дегидратации железорудного концентрата, заметно падает скорость удаления из него внешней влаги и ухудшается качество готовой продукции.

Формирование потока горячих газов без учета фракционного состава высушиваемого концентрата. При этом имеет место либо понижение степени дегидратации концентрата, либо снижение интенсивности процесса сушки железорудных частиц.

Целью изобретения является улучшение качества готовой продукции и интенсификация процесса.

Поставленная цель достигается при использовании способа сушки мелкодисперсного концентрата во вращающихся барабанах, включающего подачу основной массы концентрата в двухслойный поток горячих газов, формируемый из центрального высокотемпературного потока продуктов горения и окружного кольцевого потока воздуха разбавления, и стабилизацию температурного потенциала по длине барабана путем регулируемого перемешивания продуктов горения с раздельно подаваемым воздухом разбавления. Согласно изобретению при содержании в концентрате мелких частиц крупностью 0,01-0,10 мм 40-50% в первый отрезок времени, равный 0,03-0,08 общего времени пребывания концентрата в барабане, температуру центральной части двухслойного потока газов поддерживают постоянной и равной температуре продуктов горения на входе в барабан посредством подачи в него воздуха разбавления со скоростью 1,4-1,5 скорости подачи продуктов горения, а при уменьшении содержания мелких частиц в концентрате с 40% на каждые 10% скорость подачи воздуха разбавления снижают с 1,4 на 0,08-0,10 скорости подачи в барабан продуктов горения.

Подготовка к транспортировке бурожелезняковых руд, производимых на их основе мелкодисперсных концентратов и некоторых других дисперных кусковых материалов, требует их предварительной сушки со снижением содержания внешней влаги с 10-14 до 5-6%. Такую сушку в настоящее время производят в горизонтальных сушильных барабанах.

В последнее время в таких барабанах получают заметное развитие процессы, совмещающие удаление внешней влаги с частичной дегидратацией частиц высушиваемого материала. Действительно такие материалы в последующих переделах требуют пониженных затрат топлива на передел и обеспечивают повышение производительности агрегатов с такими переделами. Как известно из прототипа, наиболее действенным способом частичного удаления гидратной влаги из мелких частиц концентрата является их подача непосредственно в поток горячего теплоносителя, т.е. организация прямого контакта сырых частиц с горячими газами. Вместе с тем ряд приемов осуществления способа (уровень температур, расположение наиболее горячей части струи газов в барабане, параметры этих струй в зависимости от содержания мелких частиц в концентрате и др.) остаются неизвестными до настоящего времени. Отсутствие решений по данным вопросам ограничивает производительность сушильных барабанов и обусловливает ухудшение качества готовой продукции. В предлагаемом решении разработан и испытан способ сушки мелкодисперсных железорудных концентратов с включением их в наиболее горячий участок потока продуктов горения, регулируемый по уровню температур и протяженности в зависимости от содержания мелких фракций в высушиваемом материале.

Способ имеет следующие отличительные особенности.

Процессы удаления внешней и гидратной влаги из высушиваемых частиц наиболее интенсивно протекают при их вводе в самую горячую часть потока продуктов горения топлива. Такое решение возможно во вращающемся барабане при прямоточном движении газа и материала с организацией в головной части барабана участка с предельным для процесса температурным потенциалом. Для этого центральная часть вводимого в барабан двухслойного потока горячих газов должна полностью состоять из продуктов горения топлива, сжигаемого с низкими коэффициентами расхода воздуха. На этот участок потока и подают основную массу сырого концентрата. Перемешивание центрального и наружного слоя в двухслойном потоке при этом удаляют от входа газового потока в барабан. Тем самым достигается подача концентрата на наиболее горячий участок струи газов, защита на этом участке стенок барабана от перегрева, во-первых, потоком сырых частиц, во-вторых, окружным потоком атмосферного воздуха, перемешивание продуктов горения с окружным потоком воздуха на подходе к участку завершения формирования вращающегося слоя (на этом участке сырых частиц материала в потоке горячих газов уже нет и становится своевременное понижение температурного потенциала в объеме барабана для защиты его стенок от перегрева). Другие приемы осуществления способа не решают перечисленных задач.

Таким образом, в головной части барабана (в первый отрезок времени общей термообработки материала) температуру центральной части двухслойного потока газов поддерживают постоянной и равной температуре продуктов горения на входе в барабан. Понижение температуры центральной части потока газов в головной части печи возможно только за счет передачи тепла падающим частицам материала (т.е. практически без понижения температурного потенциала на данном участке сушильного барабана), но без передачи тепла окружному потоку воздуха разбавления. Протяженность первого отрезка времени термообработки материала должна составлять 0,03-0,08 общего времени его пребывания в барабане. При меньшей протяженности участка потока газов с предельными температурами (менее 0,03 общего времени пребывания концентрата в барабане) из-за попадания большей части концентрата в зону умеренных температур понижалась степень его дегидратации и ухудшалось качество готовой продукции. При большей протяженности участка потока газов с предельными температурами (более 0,08 общего времени пребывания концентрата в барабане) из-за попадания горячих газов на незащищенные сырым концентратом стенки барабана они перегреваются, понижается коэффициент использования оборудования и, как следствие, производительность процесса.

Протяженность участка потока газов с предельными температурами устанавливают изменением скорости подачи воздуха разбавления в барабан, чем выше скорость движения воздуха разбавления, тем ниже степень его перемешивания с продуктами горения, больше длина участка высоких температур, выше температура центральной части двухслойного потока газов. С другой стороны, дегидратации в потоке газов на значительную величину подвергаются только сырые частицы мелких размеров. Поэтому чем выше содержание мелких частиц в концентрате, тем больше должны быть протяженность и температуры горячего участка потока газов, т.е. тем выше скорость подачи воздуха разбавления в барабан (по отношению к скорости подачи продуктов горения). Основным классом мелкодисперсного концентрата, определяющим степень его дегидратации в потоке газов, является класс 0,01-0,10 мм. При меньшей крупности концентрата (менее 0,01 мм) он не попадает во вращающийся слой и уносится с потоком уходящих газов, что снижает выход годного и производительность барабана. При большей крупности концентрата (более 0,10 мм) интенсивность процесса дегидратации невысока, качество готовой продукции не соответствует требованиям последующих переделов и снижается суммарная интенсивность процесса сушки концентрата. Поэтому основные параметры процесса устанавливают в соответствии с особенностями термообработки класса 0,01-0,10 мм.

Выполнение перечисленных выше условий достигается тем, что при содержании мелких фракций в концентрате 40-50% подачу воздуха разбавления в барабан производят со скоростью 1,4-1,5 скорости подачи в барабан продуктов горения. При большем содержании мелких фракций в концентрате (более 50%) из-за повышения неравномерности удаления влаги из всего потока мелких частиц ухудшается качество готовой продукции. К тому же концентраты на основе бурожелезняковых руд с содержанием мелких фракций в количестве, превышающем 50%, практически не встречаются. При меньшем содержании мелких фракций в концентрате (менее 40% ) и сохранении скорости подачи воздуха разбавления в пределах 1,4-1,5 скорости подачи продуктов горения из-за попадания горячих газов на незащищенные стенки барабана снижаются их стойкость, коэффициент использования оборудования и производительность барабана. При меньшей скорости подачи воздуха разбавления в барабан (менее 1,4 скорости подачи продуктов горения) из-за недостаточной протяженности участка потока газов с предельными температурами ухудшается качество готовой продукции. При большей скорости подачи воздуха разбавления в барабан (более 1,5 скорости подачи продуктов горения) из-за неравномерной термообработки слоя снижается интенсивность процесса сушки концентрата в барабане.

Понижение содержания мелких фракций в концентрате ниже 40% следует сопровождать уменьшением скорости подачи воздуха разбавления в барабан. При уменьшении содержания мелких частиц в концентрате с 40% на каждые 10% скорость подачи воздуха разбавления снижают с 1,4 на 0,08-0,10 скорости подачи в барабан продуктов горения. При меньшем понижении скорости подачи воздуха разбавления (менее 0,08 скорости подачи продуктов горения на каждые 10% снижения содержания мелочи в концентрате) из-за неpавномеpной термообработки слоя уменьшается интенсивность процесса сушки концентрата. При большем понижении скорости подачи в барабан воздуха разбавления (более 0,10 скорости подачи продуктов горения на каждые 10% снижения содержания мелочи в концентрате) из-за недостаточной протяженности участка потока газов с предельными температурами ухудшается качество готовой продукции.

Изменение скорости движения потока воздуха разбавления производят без изменения расходов воздуха и топлива на процесс посредством изменения выходного сечения кольцевого патрубка теплогенератора (диафрагмированием либо шайбированием специальными вставышами).

Участок предельных температур центрального потока продуктов горения начинается от температур газа на выходе из плазменной трубы теплогенератора (1200-1300^оС и выше) и завершается при 700-800^оС.

Сущность изобретения заключается в том, что сушку мелкодисперсного концентрата производят при его включении в наиболее горячий участок продуктов горения, регулируемый по уровню температур и протяженности по содержанию мелких фракций в высушиваемом материале.

П р и м е р 1. На средние режимные параметры. В теплогенератор раздельными потоками подают топливо (природный газ), воздух горения и воздух разбавления. В пламенной трубе теплогенератора воздух горения перемешивают с топливом, полученную смесь сжигают и формируют центральный поток продуктов горения с температурой 1300^оС. Эти продукты на выходе из теплогенератора окружают потоком воздуха разбавления, подаваемым через расположенную вокруг пламенной трубы кольцевую щель, формируют двухслойный поток горячих газов и подают в барабан.

Сушке подвергают мелкодисперсный концентрат с содержанием фракции 0,01-0,10 мм в количестве 45%. Этот концентрат в барабан загружают сверху через торцовой лист непосредственно в двухслойный поток горячих газов. При содержании мелочи в концентрате 45% скорость подачи в барабан воздуха разбавления устанавливают равной 1,45 скорости подачи продуктов горения, т.е. 1,45 5,0 = 7,25 м/с, где 5,0 м/с - скорость подачи в барабан продуктов горения. В результате протяженность участка потока газов с предельными температурами, близкими к 1300^оС, устанавливают равной 0,05 общего времени пребывания материала в барабане. Основная часть сырого концентрата попадает на этот участок струи газов, проходит через него, выделяя в окружающую среду внешнюю и гидратную влагу, и опускается на вращающийся слой материала. Остальная часть материала, минуя горячие газы, попадает на стенки барабана, охлаждает их и также переходит во вращающийся слой. Оба потока концентрата перемешиваются, по мере продвижения к разгрузочному концу барабана усредняются по температуре и влажности и разгружаются на тракт готовой продукции. При таких параметрах процесса производительность вращающегося барабана составляет 130 т/ч (объем барабана - 210 м³), а содержание внешней и гидратной влаги в отгружаемом концентрате 5,4 и 7,2% соответственно. Вращающийся барабан Лисаковского ГОКа объемом 210 м³ с системой ввода части концентрата в горячий теплоноситель имеет производительность 120 т/ч и содержание внешней и гидратной влаги в отгружаемом концентрате 5,7 и 8,4% соответственно. Таким образом, предлагаемое решение превосходит прототип по указанным показателям.

П р и м е р 2. На минимальные значения режимных параметров и на отклонения от них при содержании мелочи в концентрате 40% и выше. Здесь и в следующих примерах приемы выполнения способа идентичны примеру 1. Изменению подлежат только режимные параметры формирования двухслойного потока горячих газов.

Сушке подвергают железорудный концентрат с содержанием мелких частиц крупностью 0,01-0,10 мм в количестве 40%. Скорость подачи в барабан воздуха разбавления устанавливают равной 1,40 скорости движения продуктов горения и тем самым обеспечивают протяженность участка потока газов с предельными температурами равным 0,03 общего времени пребывания материала в барабане.

При таких параметрах процесса производительность вращающегося барабана составляет 128 т/ч, содержание внешней и гидратной влаги в готовом продукте 5,4 и 7,4% соответственно.

Протяженность участка потока газов с предельными температурами возможно понижать только до величины 0,03 общего времени пребывания концентрата в барабане. Так, при протяженности участка потока газов с предельными температурами равном 0,02 общего времени пребывания концентрата в барабане из-за попадания части концентрата в зону умеренных температур содержание гидратной влаги в готовом продукте возрастает с 7,4 до 8,9%.

Скорость подачи в барабан воздуха разбавления при содержании мелочи в барабане свыше 40% возможно понижать только до величины 1,40 скорости подачи в барабан продуктов горения. Например, при скорости подачи в барабан воздуха разбавления равном 1,35 скорости движения продуктов горения из-за неравномерной термообработки вращающегося слоя и снижения стойкости оборудования производительность барабана понижается на 7,8 т/ч.

При скорости подачи в барабан воздуха разбавления 1,40-1,50 скорости движения продуктов горения процессу сушки возможно подвергать концентрат с содержанием мелочи не ниже 40%. Уже при сушке концентрата с содержанием мелочи 35% без корректировки режима движения потока газов из-за неравномерной термообработки слоя и снижения стойкости оборудования производительность барабана понижается на 7,1%.

Крупность подаваемого в барабан железорудного концентрата должна быть не менее 0,01 мм. Так, при крупности частиц 0,008 мм они полностью попадают в поток уходящих газов и производительность барабана уменьшается на 4,2%.

П р и м е р 3. На максимальные значения режимных параметров и на отклонения от них при содержании мелочи в концентрате 40% и выше.

Сушке подвергают железорудный концентрат с содержанием мелочи крупностью 0,01-0,10 мм в количестве 50%. Скорость подачи в барабан воздуха разбавления устанавливают равной 1,50 скорости движения продуктов горения и тем самым обеспечивают протяженность участка потока газов с предельными температурами равным 0,08 общего времени пребывания материала в барабане.

При таких параметрах процесса производительность вращающегося барабана составляет 130 т/ч, содержание внешней и гидратной влаги в готовом продукте 5,2 и 7,1% соответственно.

Протяженность участка потока газов с предельными температурами возможно повышать только до величины 0,08 общего времени пребывания концентрата в барабане. Уже при протяженности участка потока газов с предельными температурами равном 0,09 общего времени пребывания концентрата в барабане из-за неравномерной термообработки слоя и понижения стойкости оборудования производительность барабана понижается с 130 до 124 т/ч.

Скорость подачи в барабан воздуха разбавления при содержании мелочи в барабане свыше 40% возможно повышать только до величины 1,50 скорости движения продуктов горения. Так, при скорости подачи в барабан воздуха разбавления 1,60 скорости движения продуктов горения из-за неравномерной термообработки слоя производительность барабана понижается на 4,7%.

При скорости подачи в барабан воздуха разбавления 1,40-1,50 скорости движения продуктов горения процессу сушки подвергают концентрат с содержанием мелочи не выше 50%. Например, при сушке концентрата с содержанием мелочи 55% без корректировки движения потока газов из-за ухудшения равномерности термообработки слоя содержание гидратной влаги в готовом продукте возрастает на 1,4%.

Крупность мелкой фракции материала, влияющей на режим термообработки во взвешенном состоянии, должна составлять 0,10 мм. Уже при крупности материала 0,15 мм из-за снижения интенсивности процесса дегидратации содержание гидратной влаги в готовом продукте увеличивается с 7,1 до 8,7%.

П р и м е р 4. На минимальные значения режимных параметров и на отклонения от них при содержании мелочи в концентрате ниже 40%.

Сушке подвергают железорудный концентрат с содержанием мелочи 30%. Скорость подачи в барабан воздуха разбавления понижают при уменьшении содержания мелочи в барабане с 40% на каждые 10% с 1,4 на 0,08 скорости движения продуктов горения и устанавливают протяженность участка потока газов с предельными температурами равной 0,04 общего времени пребывания концентрата в барабане.

При таких параметрах процесса производительность вращающегося барабана составляет 132 т/ч, содержание внешней и гидратной влаги в готовом продукте 5,3 и 7,2% соответственно.

Понижение содержания мелких фракций в концентрате с 40% на каждые 10% следует сопровождать уменьшением скорости подачи воздуха разбавления в барабан с 1,4 на величину не менее 0,08 скорости движения продуктов горения. Так, при понижении скорости подачи воздуха разбавления на 0,07 скорости движения продуктов горения на каждые 10% уменьшения содержания мелочи в концентрате из-за неравномерной термообработки слоя и снижения стойкости оборудования производительность барабана понижается на 7,4 т/ч.

П р и м е р 5. На максимальные значения режимных параметров и на отклонения от них при содержании мелочи в концентрате ниже 40%.

Сушке подвергают железорудный концентрат с содержанием мелочи 30%. Скорость подачи в барабан воздуха разбавления понижают при уменьшении содержания мелочи в барабане с 40% на каждые 10% с 1,4 на 0,10 скорости движения продуктов горения и устанавливают протяженность участка потока газов с предельными температурами равной 0,08 общего времени пребывания концентрата в барабане.

При таких параметрах процесса производительность вращающегося барабана составляет 130 т/ч, содержание внешней и гидратной влаги 5,4 и 7,3% соответственно.

Понижение содержания мелких фракций в концентрате с 40% на каждые 10% следует сопровождать уменьшением скорости подачи воздуха разбавления в барабан с 1,4 на величину не более 0,10 скорости движения продуктов горения. Например, при понижении скорости подача воздуха разбавления на 0,12 скорости движения продуктов горения на каждые 10% уменьшения содержания мелочи в концентрате из-за недостаточной протяженности участка потока газов с предельными температурами содержание гидратной влаги в готовом продукте возрастает с 7,3 до 9,1%.

Во всех перечисленных примерах температуру и протяженность высокотемпературных участков контролируют серийными пирометрами и регулируют изменением скорости движения (давления) воздуха разбавления.

Крупность высушиваемого материала контролируют периодически контрольными рассевками.

Скорость движения потоков воздуха разбавления, горения и топлива контролируют серийными диафрагмами и регулируют соответствующими дроссельными заслонками.

Серийные вращающиеся барабаны Лисаковского ГОКа объемом 210 м³ с системой ввода части концентрата в горячий теплоноситель имеет производительность 120 т/ч, содержание внешней и гидратной влаги в отгружаемом продукте 5,7 и 8,4% соответственно.

Применение изобретения обеспечивает повышение производительности сушильных барабанов на 7-8% и снижение содержания внешней и гидратной влаги в отгружаемом концентрате до 4,8-5,2 и 7,0-7,4% соответственно.