шахтная газовая печь для обжига кусковых материалов (варианты)

Формула изобретения

1. Шахтная газовая печь для обжига кусковых материалов, включающая футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, содержащую воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха в пространство печи, расположенную в зоне охлаждения, крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий центральную керамическую опору, установленную на воздухоохлаждаемой балке, и простенки в форме арок с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, опирающихся с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральную керамическую опору, а также керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в два яруса, отличающаяся тем, что в качестве центральной керамической опоры выполнен цельный столб с пазами, в которых каждый со своей стороны расположены простенки, а газораспределительный керн выполнен на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств и выложен из огнеупорного материала на связке из самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)-мертеля.

2. Шахтная газовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала использован кирпич.

3. Шахтная газовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала использованы блоки.

4. Шахтная газовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы диффузионные газовые горелки.

5. Шахтная газовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы горелки полного сжигания газа.

6. Шахтная газовая печь по п.1, отличающаяся тем, что в каждом простенке на одной стороне выполнены три отверстия верхнего и два отверстия нижнего жаровых каналов, а на обратной стороне - два отверстия верхнего и три отверстия нижнего жаровых каналов.

7. Шахтная газовая печь по п.6, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы диффузионные газовые горелки, которые расположены на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

8. Шахтная газовая печь по п.6, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы горелки полного сжигания газа, которые расположены на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

9. Шахтная газовая печь для обжига кусковых материалов, включающая футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, содержащую воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха в пространство печи, расположенную в зоне охлаждения, крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий простенки с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, из которых два противоположных простенка выполнены в форме арок, одним крылом опирающихся на футеровку шахты с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки, а также керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в два яруса, отличающаяся тем, что в газораспределительном керне из двух других противоположных простенков, разделенных температурным швом, выполнена и размещена своим основанием на воздухоохлаждаемой балке поперечина с пазами, в которых каждый со своей стороны расположены другим крылом простенки в форме арок, опирающиеся на поперечину с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки, при этом газораспределительный керн выполнен на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств и выложен из огнеупорного материала на связке из самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)-мертеля.

10. Шахтная газовая печь по п.9, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала использован кирпич.

11. Шахтная газовая печь по п.9, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного материала использованы блоки.

12. Шахтная газовая печь по п.9, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы диффузионные газовые горелки.

13. Шахтная газовая печь по п.9, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы горелки полного сжигания газа.

14. Шахтная газовая печь по п.9, отличающаяся тем, что в каждом простенке на одной стороне выполнены три отверстия верхнего и два отверстия нижнего жаровых каналов, а на обратной стороне - два отверстия верхнего и три отверстия нижнего жаровых каналов.

15. Шахтная газовая печь по п.14, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы диффузионные газовые горелки, которые расположены на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

16. Шахтная газовая печь по п.14, отличающаяся тем, что в качестве периферийных топливосжигающих устройств использованы горелки полного сжигания газа, которые расположены на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к шахтным газовым печам для обжига кусковых материалов, например известняка, и может быть использовано в черной и цветной металлургии, химической, содовой, сахарной промышленности, промышленности строительных материалов.

Известна шахтная газовая печь Союзгипрострома, содержащая футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, два типа топливосжигающих устройств в виде периферийных и центральных балочных горелок, установленных на нижнем и верхнем ярусах (Монастырев А.В., Галиахметов Р.Ф. Печи для производства извести: Справочник. - Воронеж: Истоки, с.88, 2011).

Известна шахтная печь для обжига известняка, содержащая керамический керн, состоящий из простенков и центрального столба, снабженного металлическими воздухоохлаждаемыми балками-фиксаторами. Данная печь имеет кожух, футеровку шахты, выносные топки, водоохлаждаемые опорные балки под керн, центральный столб, газоохлаждаемые балки-фиксаторы, опирающиеся на кожух печи, простенки, пазы в футеровке шахты и центральном столбе, в которые с зазорами на температурные расширения входят простенки (патент RU № 2194931, F27B 1/02, 2001).

Это известное устройство имеет ряд недостатков. Металлические воздухоохлаждаемые балки-фиксаторы, входящие в тело керна (и простенков и центрального столба), ослабляют его за счет различных температурных расширений металла и керамики. Наличие в зоне обжига водоохлаждаемых опорных балок под керн и, как следствие, потери части тепла в зоне обжига печи с охлаждающей водой, требует наличия водооборотного цикла с химводоочисткой.

Известна шахтная противоточная печь для обжига известняка и доломита, включающая зоны подогрева, обжига и охлаждения, выносные топки, содержащая футерованную шахту и газораспределительный керамический керн крестообразной формы, внутри которого выполнены жаровые каналы с отверстиями для выхода газов в слои, состоящий из четырех простенков, выполненных в форме арок, опирающихся одним крылом на футеровку шахты печи, а другим - на центральную керамическую опору, которая, в свою очередь, стоит на воздухоохлаждаемой опорной балке, расположенной в зоне охлаждения и имеющей окна, через которые охлаждающий воздух подается в пространство печи, при этом два простенка представляют собой монолитную крестовину, имеющую пазы, в которые входят два других простенка, каждый со своей стороны, и в местах стыковки простенков друг с другом и с футеровкой шахты имеются зазоры для возможности свободных температурных деформаций (патент RU № 2327936, МПК F27B 1/02, С04В 2/12, 2008). Данное решение принято за прототип варианта 1 изобретения как наиболее близкое по совокупности существенных признаков.

Известна шахтная противоточная печь для обжига известняка и доломита, включающая зоны подогрева, обжига и охлаждения, выносные топки, содержащая футерованную шахту и газораспределительный керамический керн крестообразной формы, внутри которого выполнены жаровые каналы с отверстиями для выхода газов в слой, состоящий из двух крестовин, одна из которых цельная и опирается своим основанием на воздухоохлаждаемую балку, расположенную в зоне охлаждения и имеющую окна, через которые охлаждающий воздух подается в пространство печи, а вторая состоит из двух простенков, выполненных в форме арок, опирающихся одним крылом на футеровку шахты печи, а другим - на первую крестовину, имеющую пазы, в которые входят простенки, каждый со своей стороны, и в местах стыковки крестовин с футеровкой шахты печи и в местах стыковки простенков с первой крестовиной имеются зазоры для возможных температурных деформаций (патент RU № 2327936, МПК F27B 1/02, С04В 2/12, 2008). Данное решение принято за прототип варианта 2 изобретения как наиболее близкое по совокупности существенных признаков.

Однако данные известные устройства имеют ряд недостатков:

- обжиг загрязненных известняков и известняков, склонных к разрушению при нагревании могут привести к сводообразованию, закупорке печи и нарушению газодинамики печи;

- как при изменении температуры в печи монолитный керн изменяет свою высоту гораздо быстрее шахты печи, и при малейшем затруднении скольжения в пазах разрушается сам или разрушает футеровку шахты печи;

- применяемые периферийные диффузионные горелки не обеспечивают равномерного распределения температур в простеночной области и по сечению печи, создают высокотемпературные очаги горения, а между горелками наблюдаются пониженные температуры;

- расположение периферийных горелок в центре между керновыми топками, особенно в случае наличия в керне с одной стороны простенка 3 отверстия, с другой - 2 отверстия, приводит к перекосу температурного поля внутри слоя.

Таким образом, конструкции известных шахтных печей требуют дальнейшего усовершенствования.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение технико-экономических показателей и эффективности работы шахтных печей для обжига кускового материала путем внесения соответствующих конструктивных изменений и использования современных кладочных материалов.

Технический результат заключается в повышении качества обжига кускового материала за счет обеспечения равномерного распределения продуктов горения в пристеночной и центральной области поперечного сечения шахты печи и, как следствие, увеличение качества обжига и производительности шахтной газовой печи, а также устранение сводообразования и повышение надежности и долговечности керна, следовательно, работы печи с более длительным сроком между капремонтами.

Сущность изобретения (вариант 1) заключается в том, что в шахтной газовой печи для обжига кусковых материалов, включающей футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, содержащую воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха в пространство печи, расположенную в зоне охлаждения, крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий центральную керамическую опору, установленную на воздухоохлаждаемой балке, и простенки в форме арок с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, опирающихся с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки одним крылом на футеровку шахты, другим - на центральную керамическую опору, а также керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в два яруса, особенность состоит в том, что в качестве центральной керамической опоры выполнен цельный столб с пазами, в которых каждый со своей стороны расположены простенки, а газораспределительный керн выполнен на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств и выложен из огнеупорного материала на специальной связке - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС-мертеля. Также особенность и в том, что в качестве огнеупорного материала могут быть использованы, например, кирпич, блоки. В качестве периферийных топливосжигающих устройств могут быть использованы диффузионные газовые горелки или горелки полного сжигания газа. Кроме этого, в каждом простенке могут быть выполнены на одной стороне три отверстия верхнего и два отверстия нижнего жаровых каналов, а на обратной стороне - два отверстия верхнего и три отверстия нижнего жаровых каналов. При этом в качестве периферийных топливосжигающих устройств могут быть использованы диффузионные газовые горелки или предпочтительней использовать горелки полного сжигания газа, расположенные на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

Сущность изобретения (вариант 2) заключается в том, что в шахтной газовой печи для обжига кусковых материалов, включающей футерованную шахту с зонами подогрева, обжига и охлаждения, содержащую воздухоохлаждаемую балку с окнами для подачи охлаждающего воздуха в пространство печи, расположенную в зоне охлаждения, крестообразный в поперечном сечении газораспределительный керн, включающий простенки с выполненными внутри каждого из них жаровыми каналами с отверстиями для выхода газов в слой материала, из которых два противоположных простенка выполнены в форме арок, одним крылом опирающихся на футеровку шахты с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки, а также керновые и периферийные топливосжигающие устройства, установленные в два яруса, особенность состоит в том, что в газораспределительном керне из двух других противоположных простенков, разделенных температурным швом, выполнена и размещена своим основанием на воздухоохлаждаемой балке поперечина с пазами, в которых каждый со своей стороны расположены другим крылом простенки в форме арок, опирающиеся на поперечину с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки, при этом газораспределительный керн выполнен на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств и выложен из огнеупорного материала на специальной связке - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС-мертеля. Также в качестве огнеупорного материала могут быть использованы, например, кирпич, блоки. В качестве периферийных топливосжигающих устройств могут быть использованы диффузионные газовые горелки или горелки полного сжигания газа. Кроме этого, в каждом простенке на одной стороне выполнены три отверстия верхнего и два отверстия нижнего жаровых каналов, а на обратной стороне - два отверстия верхнего и три отверстия нижнего жаровых каналов. При этом в качестве периферийных топливосжигающих устройств могут быть использованы диффузионные газовые горелки или предпочтительней использовать горелки полного сжигания газа, расположенные на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками в сторону простенка с двумя отверстиями.

Совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат.

Выполнение газораспределительного керна на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств обеспечивает его доведение до зоны более низких температур, что позволяет исключить сводообразование, а, значит, повышает надежность и долговечность работы печи в целом.

В решении использованы новые технологии кладки наиболее напряженной и ответственной конструкции печи - газораспределительного керна. Использование в кладке для связывания огнеупорных материалов, таких как кирпич, блоки, известной специальной связки - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС-мертеля повышает механическую прочность и обеспечивает конструкции надежность и долговечность. Выполнение керна на обычной связке приводит к его разрушению примерно за год. СВС-мертель сваривает (СВС-процесс) огнеупорный материал кладки керамическим швом, причем прочность шва превышает прочность самого материала. Данное обстоятельство увеличивает прочность кладки, препятствует выпадению огнеупорного материала из кладки и образованию локальных мест прогара или перегрева газораспределительного керна шахтной печи. Новая связка обеспечивает увеличение прочности, устойчивости к деформациям и термоударам. Это приводит к увеличению межремонтного периода работы, стабилизирует технологический процесс, повышает степень обжига кускового материала. Причем, эксплуатационные характеристики специальной связки - СВС-мертеля приобретаются в процессе рабочего режима, что обеспечивает технологичность ее использования в качестве кладочного раствора.

Выполнение в первом варианте в качестве центральной керамической опоры цельного столба и во втором варианте поперечины из двух простенков, разделенных температурным швом, повышает прочность и устойчивость керна.

Смещение периферийных диффузионных газовых горелок по горизонтали на 15° от центра между керновыми топками в сторону простенка с двумя отверстиями для выхода газов в слой обеспечивает более равномерное распределение продуктов горения в простеночной и центральной области поперечного сечения шахты печи, следовательно, позволяет увеличить качество и производительность шахтной печи. Замена периферийных диффузионных газовых горелок на горелки полного сжигания газа, аналогичным керновым горелкам, но меньшей мощности, устраняет возможность спеков и сводообразования при высокотемпературных очагах горения. При этом обеспечивается равномерность обжига кускового материала по сечению шахты печи посредством равномерного распределения газового потока по объему слоя, что снижает удельный расход топлива на обжиг и увеличивает качество обожженного материала.

Таким образом, повышаются технико-экономические показатели и эффективность работы шахтных газовых печей, обеспечивается получение готового продукта высокого качества.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами:

На фиг.1 представлена шахтная газовая печь для обжига кускового материала вариант 1, общий вид зоны обжига, разрез А-А на фиг.3; на фиг.2 - то же, разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.3 - то же, разрез В-В на фиг.1; на фиг.4 -то же, разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.5 - шахтная газовая печь для обжига кускового материала, вариант 2, общий вид зоны обжига, разрез А-А на фиг.7; на фиг.6 - то же, разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - то же, разрез В-В на фиг.5; на фиг.8 - то же, разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.9 - то же, что на фиг.6 с периферийными горелками прямого сжигания газа.

Шахтная газовая печь для обжига кусковых материалов, например известняка, включает заключенную в кожух 1, шахту 2, футеровку 3. Футерованная шахта 2 имеет технологические зоны подогрева (не показано), обжига (не указано) и охлаждения (не указано). Она содержит газораспределительный керн 4 с простенками 5, внутри которых выполнены верхние и нижние жаровые каналы 6 с отверстиями 7 на каждой стороне для выхода продуктов сгорания в слой материала. Также шахта 2 содержит расположенную в зоне охлаждения воздухоохлаждаемую опорную балку 8 с узлом центрального подвода воздуха на охлаждение и окнами 9, через которые охлаждающий воздух подается в пространство печи. В первом варианте решения керн 4 включает также установленную на воздухоохлаждаемой балке 8 керамическую опору 10, в качестве которой выполнен цельный столб с пазами (не указано), в которых расположены каждый со своей стороны простенки 5. Шахта 2 снабжена установленными в два яруса керновыми топливосжигающими устройствами 11 и периферийными топливосжигающими устройствами 12, штуцерами 13 ввода воздуха в приемный бункер кускового материала, разгрузочным устройством 14. Газораспределительный керн 4 в поперечном сечении имеет крестообразную форму. В первом варианте все простенки 5 имеют форму арок, которые опираются одним крылом на футеровку 3 шахты 2, а другим - на центральную керамическую опору 10. При этом места стыковок простенков 5 с центральным столбом и с футеровкой 3 шахты 2 имеют зазоры для возможности свободных температурных деформаций. Во втором варианте в газораспределительном керне 4 два противоположных простенка 5 выполнены в форме арок, а из двух других противоположных простенков 5, разделенных температурным швом, выполнена и размещена своим основанием на воздухоохлаждаемой балке 8 поперечина с пазами (не указано).

В пазах поперечины каждый со своей стороны расположены простенки 5 в форме арок, опирающиеся с зазором для возможных температурных деформаций в местах стыковки одним крылом на футеровку 3 шахты 2, а другим крылом - на поперечину. Газораспределительный керн 4 выполнен по высоте на 2-3 м выше уровня верхнего яруса топливосжигающих устройств 11, 12 и выложен из огнеупорного материала, например, кирпич, блоки, на специальной связке - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС-мертеля. В частности, выполнен из огнеупорного кирпича на связке из СВС-мертеля (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза), производства фирмы «МАВР», г.Жуковский. В качестве топливосжигающих устройств 11 используются горелки полного сжигания газа (выносные топки). В качестве периферийных топливосжигающих устройств 12 могут быть использованы диффузионные газовые горелки, которые желательно заменить горелками полного сжигания газа аналогичным керновым горелкам (выносным топкам), но более низкой мощности. В каждом простенке 5 на одной стороне могут быть выполнены, например, три отверстия 7 верхнего и два отверстия 7 нижнего жаровых каналов 6, а на обратной стороне - два отверстия 7 верхнего и три отверстия 7 нижнего жаровых каналов 6. В этом случае периферийные топливосжигающие устройства 12 (как диффузионные газовые горелки, так и горелки полного сжигания газа) расположены на каждом ярусе со смещением по горизонтали на 15° от центра между простенками 5 в сторону простенка 5 с двумя отверстиями 7.

Шахтная печь с газораспределительным керном 4 работает следующим образом. Известняк, поступающий из зоны подогрева печи, распределяется керном 4 на четыре сектора, где обжигается продуктами сгорания топлива, поступающими из отверстий 7 простенков 5, и периферийных топливосжигающих устройств 12. Разность температур по сечению печи по опытным данным составляет 40-50°C, что позволяет достичь степени обжига 96-98%.

Технико-экономические преимущества предложенного технического решения состоят в следующем:

- повышена прочность и долговечность керна;

- повышена надежность работы керна и печи в комплекте;

- повышено качество обжига;

- снижена возможность сводообразования, тем самым повышена безаварийная работа печи в целом;

- увеличено время между капитальными ремонтами.

Таким образом, задача, на решение которой направлено техническое решение, выполняется, при этом достигается получение вышеуказанного технического результата.