Как работает вращающаяся печь? Практическое руководство по принципу работы

Если вы когда-нибудь стояли возле цементного завода или завода по переработке лития, вы, вероятно, замечали длинный стальной цилиндр, медленно вращающийся днем и ночью. Этот цилиндр представляет собой вращающуюся печь, одну из самых мощных частей термического оборудования в современной промышленности. Нас, производителя горелок для вращающихся печей компании Jiangsu Jufeng Thermal Technology (GENERALFLAME), часто спрашивают, как на самом деле работают эти машины. В этом руководстве мы объясняем принцип простым языком, опираясь на то, что мы узнали из проектов сжигания, обслуживающих клиентов по производству цемента, лития, никеля, оксида цинка и предприятий по переработке отходов в стране и за рубежом.

Что такое вращающаяся печь?

Вращающаяся печь представляет собой непрерывно работающий термический процессор, построенный вокруг длинного, слегка наклоненного стального цилиндра. Корпус облицован огнеупорным кирпичом, установлен на опорных кольцах и опорных роликах и вращается системой привода со скоростью, которая обычно находится в диапазоне от 0,5 до 5 оборотов в минуту. Сырье непрерывно поступает в приподнятый верхний конец, и по мере вращения печи слой материала поднимается, переворачивается и постепенно перемещается вниз по склону к нижнему разгрузочному концу.

На выпускном конце горелка зажигается в направлении, противоположном потоку материала. Такое противоточное устройство является центральным в работе печи: самое горячее пламя встречает материал непосредственно перед его выходом, а выхлопные газы возвращаются вверх по цилиндру и предварительно нагревают поступающее сырье. В зависимости от процесса одна и та же машина может сушить, прокаливать, спекать, восстанавливать или термически разрушать огромный спектр материалов.

Основные компоненты вращающейся печи

Хотя печи различаются по размеру и режиму работы, большинство из них имеют одно и то же основное оборудование:

• Корпус печи: сварной стальной цилиндр, обычно наклоненный под уклоном от 2 до 4 процентов, в котором происходит весь процесс.
• Огнеупорная футеровка: износостойкий кирпич или литой материал, изолирующий оболочку и выдерживающий температуру выше 1000 °С.
• Опорные кольца и опорные ролики: стальные шины и ролики, которые несут огромный вращающийся вес печи.
• Упорные ролики: устройства, которые не дают печи медленно скатиться вниз по склону.
• Система привода: венцовая передача, шестерня и двигатель с регулируемой скоростью, а также вспомогательный привод для медленного вращения во время остановов.
• Горелка: установленный через колпак печи на разгрузочном конце, он передает все технологическое тепло.
• Подающее и разгрузочное оборудование: дозирующие желоба на входе и охладитель на выходе, рекуперирующий тепло горячего продукта.
• Уплотнения печи: установлен на обоих концах для ограничения нежелательного проникновения воздуха.

Каждая часть существует для поддержания баланса трех вещей: движения материала, подвода тепла и потока газа.

Как работает вращающаяся печь, шаг за шагом

1. Кормление. Подготовленный материал, будь то измельченная руда, известняк, окатыши или отходы, непрерывно дозируется в верхнюю часть с контролируемой скоростью.
2. Транспортировка и смешивание. При каждом обороте кровать частично поднимается по вращающейся стене; плавный наклон позволяет гравитации сдвинуть его на небольшой шаг вперед, прежде чем он успокоится. Постоянное перемешивание обновляет поверхность материала, что необходимо для равномерного нагрева.
3. Тепловложение. Горелка выпускает контролируемое пламя на выпускном конце. Горячие газы текут противотоком к материалу, передавая тепло излучением и конвекцией по мере продвижения к штабелю.
4. Химическая трансформация. По мере того, как слой проходит через все более горячие зоны, влага испаряется, карбонаты разлагаются, кристаллические фазы трансформируются или частицы спекаются вместе, в зависимости от процесса.
5. Разгрузка и охлаждение. Готовый материал выпадает из нижнего конца, обычно в решетку или вращающийся охладитель, где он охлаждается, а его тепло рекуперируется для предварительного нагрева воздуха для горения.

Технологические зоны внутри печи

Инженеры обычно описывают печь, разделяя ее длину на зоны, каждая из которых выполняет свою функцию:

Границы никогда не бывают жесткими. В цементной печи максимальная температура в зоне обжига составляет около 1450 ° C, что приводит к образованию клинкера; прокаливание извести достигает температуры около 1100 °C; а профили обжига лития или никеля адаптированы к химическому составу руды. Общим для всех процессов является необходимость стабильной, контролируемой температурной кривой от подачи до выгрузки.

Как тепло распространяется по печи

Внутри цилиндра работают сразу три механизма. Излучение пламени и раскаленного огнеупора преобладает при высокой температуре, поэтому форма пламени имеет такое большое значение. Конвекция переносит тепло от газового потока к поверхности материала и открытой стенке. Проводимость завершает цикл: стена поглощает тепло, когда она обращена к пламени, а затем отдает его основанию, вращающемуся под ним. Таким образом, огнеупорная футеровка действует как вращающийся регенератор тепла, и ее состояние напрямую влияет на расход топлива. Противоточный поток газа связывает все воедино, поскольку горячий выхлоп отдает большую часть оставшегося тепла холодному поступающему потоку. Хорошо управляемая печь гораздо более эффективна, чем кажется на первый взгляд.

Горелка: место, где горение сочетается с контролем процесса

С нашей точки зрения, горелка – это то место, где печь либо работает, либо уступает. Пламя должно проникать достаточно глубоко в печь, чтобы нагреть слой, но при этом оставаться достаточно дисциплинированным, чтобы избежать обгоревшего огнеупора и локальных горячих точек, которые могут повредить корпус. Слишком короткое и жесткое пламя концентрирует тепло возле вытяжки; тот, который слишком длинный и ленивый, тратит топливо и может унести несгоревший материал в газовый поток. Современные многоканальные горелки позволяют операторам независимо регулировать вихревой и осевой поток воздуха, формируя пламя в соответствии с материалом, огнеупором и топливом. Для более глубокого взгляда наш типы горелок вращающихся печей и руководство по проектированию подробно объясняет регулировку пламени.

Горелка вращающейся печи с регулируемым многоканальным контролем пламени Горелка вращающейся печи GeneralFlame ALVS работает с мазутом, природным газом, пылевидным углем, нефтяным коксом и биомассой. Благодаря независимой регулировке вихревого и осевого потока воздуха, а также запатентованному соплу Лаваля, он формирует длину и ширину пламени для защиты огнеупорного материала во время нагрева слоя печи. Посмотреть продукт →

Подбор топлива для процесса

Выбор топлива влияет как на эксплуатационные расходы, так и на выбросы. Пылевидный уголь по-прежнему широко распространен на цементных и известковых заводах, природный газ обеспечивает чистое и контролируемое сгорание, а многие операторы теперь используют совместное сжигание альтернативных видов топлива, таких как биомасса или твердые отходы, полученные из твердых отходов, чтобы сократить расходы и выбросы углерода. Благодаря хорошо спроектированной системе сжигания или многотопливной горелке совместного сжигания установка может переключаться или смешивать виды топлива без ущерба для стабильности пламени.

Многотопливная горелка совместного сжигания для вращающихся печей Эта горелка совместного сжигания, доступная в комбинациях газ-нефть, газ-уголь, газ-биомасса и дизель-уголь, позволяет предприятиям переключаться или смешивать виды топлива для сокращения затрат и выбросов. Регулируемый осевой и вихревой поток воздуха поддерживает стабильность пламени и удерживает пламя сосредоточенным вблизи материала, не касаясь его. Посмотреть продукт →

Как держать выбросы под контролем

Высокие температуры пламени неизбежно приводят к образованию оксидов азота, а неполное сгорание может привести к образованию угарного газа. Современные электростанции решают эту проблему с двух направлений: технология горелок с низким содержанием NOx, которая смешивает топливо и воздух для охлаждения ядра пламени, и последующие системы SNCR (селективного некаталитического восстановления), которые впрыскивают аммиак или мочевину в дымовые газы для преобразования оставшихся NOx в безвредные азот и воду. Мы предоставляем обе части этого уравнения для операторов вращающихся печей.

Горелки с низким уровнем выбросов NOx для цементных и промышленных печей Сочетая ступенчатое сжигание с рециркуляцией дымовых газов, эта горелка с низким уровнем выбросов NOx охлаждает ядро пламени, чтобы ограничить образование оксида азота в источнике. Он подходит для предприятий по производству цемента, керамики, металлургии и предприятий по переработке отходов в энергию, сталкивающихся с ужесточением ограничений на выбросы при работе вращающихся печей. Посмотреть продукт →

Где используются вращающиеся печи

Как только вы поймете принцип работы, вы начнете замечать печи в тяжелой промышленности:

• Цемент и известь: Классическими применениями являются образование клинкера и обжиг известняка.
• Литиевые материалы: сподуменовые и лепидолитовые концентраты перед выщелачиванием подвергаются фазовому превращению в печах.
• Ферроникель: Латеритную никелевую руду сушат и предварительно восстанавливают на стадии вращающейся печи-электропечи (РКЭФ).
• Оксид цинка: печи обжигают и испаряют цинксодержащие материалы с получением оксидного продукта.
• Железорудные окатыши: многие линии по производству окатышей завершают отверждение во вращающейся печи.
• Обращение с отходами: Сжигание опасных и твердых отходов зависит от печей для полного термического уничтожения.

Что определяет производительность печи

По нашему опыту, бесперебойную работу печи определяют пять факторов:

• Время проживания: задаваемый скоростью вращения и наклоном, он должен соответствовать реакции, которую требует материал.
• Температурный профиль: каждая зона должна удерживать свою цель без превышения.
• Контроль пламени: форма, длина и импульс определяют распределение тепла и срок службы огнеупора.
• Консистенция корма: колебания нарушают тепловой баланс в течение нескольких минут.
• Состояние уплотнений и накладок: ложный воздух и изношенный огнеупор незаметно увеличивают счета за топливо.

По сути, вращающаяся печь элегантно проста: поверните наклонную трубу, загрузите материал с одного конца, подожгите контролируемое пламя с другого, а остальное пусть сделает физика. Поддержание его эффективности на протяжении десятилетий, за счет смены топлива и ужесточения ограничений на выбросы, — вот в чем заключается настоящая инженерная задача. Если вы планируете построить новую печную линию или пытаетесь улучшить существующую, наши инженеры по сжиганию всегда рады поговорить, поэтому, пожалуйста, свяжитесь с нашей командой за советом, адаптированным к вашему материалу и процессу.