PL174983B1 - Piec szybowy do wysokotemperaturowej obróbki materiałów mineralnych, zwłaszcza do spiekania kruszyw z popiołów elektrownianych - Google Patents

Abstract

1. Piec szybowy do wysokotemperaturowej obróbki materialów mineralnych, zwlaszcza do spie- kania kruszyw z popiolów elektrownianych, zawiera- jacy zabudowane na górnym koncu szybu urzadzenie zasypowe oraz króciec odciagu gazów odlotowych, w czesci srodkowej strefe wygrzewania wsadu, gazami spalinowymi uzyskanymi z obwodowo zainstalowa- nych palników gazowych, na dolnym koncu szybu urzadzenie odbierajace produkt, a ponadto wyposa- zony w zespól sterowania procesem, szczególnie temperatura pracy pieca, znamienny tym, ze palniki gazowe (6) zabudowane sa w co najmniej jednej, przylegajacej z zewnatrz do szybu (1) komorze spala- nia (5), polaczonej z przestrzenia robocza szybu (1) przez azurowa scianke (7), przy czym w kazdej komo- rze spalania (5), w poblizu azurowej scianki (7) znaj- duje sie dysza powietrza wtórnego (8), polaczona ze zródlem cisnienia przez regulator przeplywu (9), sterowany sygnalem od zainstalowanego w azurowej sciance (7) czujnika temperatury (11). f i g . 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec szybowy opalany gazem, służący do wysokotemperaturowej obróbki materiałów mineralnych. Rozwiązanie pieca nadaje się szczególnie do spiekania popiołów pochodzących z kotłów opalanych pyłem węglowym, w celu uzyskania produktu w postaci kruszywa używanego jako wypełniacz mieszanin budowlanych.

W technologiach materiałów mineralnych osiągnięcie założonego przebiegu fizyko-chemicznego wymaga często zachowania bardzo wąskiego zakresu temperatur procesu. Przykładowo proces spiekania popiołów elektrownianych prowadzony być musi w zakresie od 1260° do 1290°, w temperaturach - nawet niewiele niższych - nie występuje

174 983 odpowiednio silne spojenie ziarn, natomiast powyżej temperatury 1290° granulki zlepiają się ze sobą.

Piec o konstrukcji szybowej, z grawitacyjnie przemieszczającym się wsadem, przy przeciwprądowym przepływie gazów spalinowych o wysokiej temperaturze, jest urządzeniem konstrukcyjnie prostym, a jednocześnie cechuje się dużą wydajnością i sprawnością cieplną. Jednak dotychczasowe rozwiązania pieców, zarówno pracujących na paliwie stałym metodą na tak zwany wsad mieszany lub na przesypkę, jak i piece wykorzystujące paliwo gazowe - spalane w zabudowanych obwodowo w ścianach szybu palnikach lub wprowadzane lancami wewnątrz wsadu - nie pozwalają na regulację i uzyskanie ściśle określonej temperatury procesu, utrzymanie jej jako stałej i to praktycznie jednakowej na całym przekroju poprzecznym pieca. Dlatego prowadzone w znanych piecach szybowych procesy obróbki wysokotemperaturowej materiałów mineralnych, w tym szczególnie spiekania, cechują się niejednorodnym produktem, o znacznym udziale odpadu.

Przykładowo, znane jest rozwiązanie przedstawione opisem międzynarodowego zgłoszenia wynalazku nr WO 9106514, dotyczącego technologii wytwarzania drobnych elementów budowlanych, w którym operację spiekania granulatu utworzonego z mieszaniny gliny, drobnoziarnistego węgla i wapna prowadzi się w piecu szybowym techniką wsadu mieszanego - paliwem jest węgiel wprowadzony w masę granulatu.

W znanych piecach przestrzeń robocza szybu zamknięta jest u góry urządzeniem zasypowym oraz króćcem odciągu gazów odlotowych, a u dołu urządzeniem odbierającym produkt. W części środkowej znajduje się strefa wygrzewania wsadu gazami spalinowymi, uzyskanymi z obwodowo zainstalowanych w ścianach szybu palników gazowych. Proces nadzorowany jest z zespołu sterowania w oparciu o sygnały wejściowe z czujników temperatury, stopnia napełnienia, składu i ciśnienia gazów odlotowych oraz innych. W niektórych rozwiązaniach, w strefie dolnej szybu tworzona jest strefa chłodzenia produktu, której działanie opiera się na nadmuchu zimnego powietrza przez dysze zabudowane w dnie szybu.

W piecu szybowym według wynalazku palniki gazowe zabudowane są w co najmniej jednej, przylegającej z zewnątrz do szybu komorze spalania - połączonej z przestrzenią roboczą szybu przez ażurową ściankę. W każdej komorze spalania, w pobliżu ażurowej ścianki znajduje się dysza powietrza wtórnego, połączona ze źródłem ciśnienia przez regulator przepływu, sterowany sygnałem od czujnika temperatury zainstalowanego w ażurowej ściance.

Spalanie paliwa realizowane jest w wydzielonej komorze spalania, płomień o wysokiej temperaturze nie ma bezpośredniego kontaktu z wypalanym materiałem. Spalanie paliwa gazowego prowadzone jest z najkorzystniejszym współczynnikiem nadmiaru powietrza, wytworzone gazy spalinowe rozcieńczane są powietrzem w strefie przed ażurową ścianką tak, by uzyskały temperaturę wymaganą dla danego procesu technologicznego. Warunek ten spełniony jest przez bezpośrednie sprzężenie regulacyjne temperatury gazów wpływających do szybu i regulatora przepływu powietrza wtórnego. Dobrane i odpowiednio uwzględnione: wydajność palnika, geometryczne wymiary komory spalania i ażurowej ścianki, wymiary poprzeczne szybu oraz aerodynamiczne właściwości struktury wsadu jaką ma na wysokości komory spalania - stanowią, że występujące w komorze spalania nadciśnienie wywołuje dośrodkowe przenikanie strumienia gazu przez wsad na głębokość zapewniającą praktycznie jednorodną temperaturę na całym przekroju szybu.

Istota rozwiązania może być realizowana w piecu posiadającym wiele obwodowo zabudowanych komór spalania, względnie z jedną komorą w postaci pierścienia obejmującego szyb ażurową ścianką oraz z symetrycznie zabudowanymi na obwodzie ścianki zewnętrznej palnikami gazowymi. W rozwiązaniu wielokomorowym każda z komór ma kształt stożkowy, skierowana jest dośrodkowo większą podstawą ku ażurowej ściance, palnik gazowy wbudowany jest wpółosiowo na mniejszej podstawie.

W korzystnym wykonaniu ażurowa ścianka perforowana jest szczelinami ukierunkowanymi pod kątem ostrym względem pionu, a krawędzie szczelin po stronie przestrzeni

174 983 roboczej szybu są zaoblone. Pionowo przemieszczająca się masa wsadu wywołuje, przy takim ukształtowaniu, oddziaływanie wytaczające granulki po zaoblonej krawędzi szczeliny.

Rozwinięcie wynalazku polega na rozszerzeniu działania pieca o funkcje chłodzenia produktu. Strefa chłodzenia ograniczona jest od góry zestawem dysz nadmuchu zimnego powietrza, a na dole w pobliżu urządzenia odbierającego ma kanał odciągowy. Współbieżny obieg powietrza w strefie chłodzenia, oddzielony od przeciwbieżnego obiegu gazów w strefie wygrzewania, stanowi że temperaturę obróbki wyznacza jedynie ciepło komory spalania. Niewielka część doprowadzonego dyszami powietrza przepływa w kierunku górnym, wspomagając utlenianie składników palnych wsadu, przykładowo cząsteczek pyłu węglowego w popiele elektrownianym.

Intensywność chłodzenia - zwłaszcza przy dużych wymiarach poprzecznych szybu może być zwiększona przez wprowadzenie perforowanej rury odciągowej, w osi szybu strefy chłodzenia. Na wysokości dysz nadmuchu zimnego powietrza rura odciągowa zamknięta jest stożkową osłoną, a na drugim końcu połączona jest z kanałem odciągowym.

Kolejne rozwinięcie wynalazku polega na wyposażeniu pieca w kanały powietrza, prowadzone wzdłuż szybu między otworami wlotowymi - wykonanymi od strony przestrzeni roboczej w ścianie szybu - a komorami spalania. Doprowadzenie powietrza o wysokiej temperaturze poprawia przebieg spalania gazu.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis przykładowych wykonań pokazanych na rysunku w ujęciu schematycznym. Figura 1 rysunku przedstawia przekrój osiowy pieca, fig. 2 - przekrój poprzeczny pieca z wieloma komorami spalania, fig. 3 - przekrój pieca z komorą pierścieniową a fig. 4 widok czołowy ażurowej ścianki z fragmentem układu pokazującego przekrój szczeliny.

Na górnym końcu szybu 1 znajdują się: urządzenie zasypowe 2 - którym dozowany jest wsad materiału mineralnego oraz króciec odciągu gazów odlotowych 3. Dolny koniec szybu 1 zamknięty jest urządzeniem odbierającym 4, z obrotową tarczą wybierającą produkt obróbki. Piec posiada zewnętrzne komory spalania 5 przytwierdzone do szybu 1 od strony zewnętrznej oraz wbudowane w konstrukcję szybu 1 tak, że z przestrzenią roboczą pieca połączone są poprzez ażurową ściankę 7. Piec może być wyposażony w wiele, zabudowanych symetrycznie na obwodzie szybu 1 komór spalania 5 - co zobrazowane jest prawą stroną przekroju na fig. 1 oraz fig. 2, względnie posiada jedną, pierścieniową komorę spalania 5 - co przedstawia lewa strona fig. 1 i fig. 3 rysunku.

W rozwiązaniu wielokomorowym pieca, komory spalania 5 mają kształt stożkowy, osią i większą podstawą skierowane są do środka szybu 1, na mniejszej podstawie zabudowane mają palniki gazowe 6. W celu zapewnienia pełnej jednorodności warunków obróbki wsadu, komory spalania 5 zabudowane mogą być na dwóch poziomach, z przesunięciem kątowym, zapewniającym w rzucie pionowym pokrycie ściankami ażurowymi 7 całego obwodu szybu.

Pierścieniowa komora spalania 5 obejmuje obwód szybu 1 ciągłą ażurową ścianką 7. Osie otworów wylotowych ażurowej ścianki 7 ukierunkowane są dośrodkowo, albo mogą być pochylone w kierunku stycznym - co nadaje strumieniem gazu oddziaływanie obracające wsad wokół osi szybu 1. Palniki gazowe 6 zabudowane są symetrycznie na obwodzie zewnętrznej ścianki komory spalania 5, ich ukierunkowanie jest zgodne z osiami otworów w ażurowej ściance 7: dośrodkowe lub styczne.

Do komory spalania 5, przed ażurową ścianką 7, doprowadzone są dysze powietrza wtórnego 8, zasilane zimnym powietrzem przez regulator przepływu 9. Sygnał regulujący ilość doprowadzanego powietrza ustalany jest w zespole sterowania 10 na podstawie sygnału temperatury gazów wypływających z komory spalania 5 do szybu 1, sygnału mierzonego czujnikiem 11 zabudowanym w ażurowej ściance 7.

Na figurze 4 pokazany jest widok ażurowej ścianki 7 od strony szybu 1 dla pieca z wieloma stożkowymi komorami spalania 5. Pochylenie pod kątem ostrym a względem pionu szczelin tworzących ażurową ściankę 7 oraz zaoblenie krawędzi zewnętrznych stwarza warunki eksploatacyjnego samooczyszczania się szczelin - co ideowo wyjaśnia naniesiony na rysunku układ sił oddziaływujących na granulkę.

174 983

W opisywanym wykonaniu pieca, pod strefą wygrzewania A znajduje się strefa chłodzenia B. Od góry wyznaczona jest zestawem dysz nadmuchu powietrza zimnego 11, a na dole - w pobliżu urządzenia odbierającego 4 - kończy ją kanał odciągowy 13. W ścianie szybu 1, nieco powyżej dysz nadmuchu powietrza zimnego 11, wykonane są otwory wlotowe 15 do kanałów powietrza 14. Kanały powietrza 14 przebiegają wzdłuż szybu 1 i doprowadzone są do komór spalania 5.

W piecu o dużej wydajności i znacznej średnicy szybu 1, wzdłuż strefy chłodzenia B zabudowana jest perforowana rura odciągowa 16, usytuowana w osi szybu 1. U góry, na wysokości dysz nadmuchu zimnego powietrza 12 zamknięta jest stożkową osłoną a dolnym końcem połączona jest z kanałem odciągowym 13.

Wsad - przykładowo w postaci granulatu uformowanego z masy zawierającej popiół oddzielony z gazów spalinowych kotła opalanego palnikami na pył węglowy ładowany jest w sposób ciągły do szybu 1 urządzeniem zasypowym 2. Osuwając się szybem 1 odbiera ciepło od przeciwprądowo przepływających gazów mieszanki spalinowo-powietrznej osiągając wymaganą temperaturę spiekania 1275 ± 10°C w strefie ażurowych ścianek 7. Poniżej, w strefie chłodzenia B następuje założone procesem obniżenie temperatury produktu.

174 983

f<9-3

174 983

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec szybowy do wysokotemperaturowej obróbki materiałów mineralnych, zwłaszcza do spiekania kruszyw z popiołów elektrownianych, zawierający zabudowane na górnym końcu szybu urządzenie zasypowe oraz króciec odciągu gazów odlotowych, w części środkowej strefę wygrzewania wsadu, gazami spalinowymi uzyskanymi z obwodowo zainstalowanych palników gazowych, na dolnym końcu szybu urządzenie odbierające produkt, a ponadto wyposażony w zespół sterowania procesem, szczególnie temperaturą pracy pieca, znamienny tym, że palniki gazowe (6) zabudowane są w co najmniej jednej, przylegającej z zewnątrz do szybu (1) komorze spalania (5), połączonej z przestrzenią roboczą szybu (1) przez ażurową ściankę (7), przy czym w każdej komorze spalania (5), w pobliżu ażurowej ścianki (7) znajduje się dysza powietrza wtórnego (8), połączona ze źródłem ciśnienia przez regulator przepływu (9), sterowany sygnałem od zainstalowanego w ażurowej ściance (7) czujnika temperatury (11).
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada wiele, usytuowanych symetrycznie na obwodzie szybu (1) komór spalania (5), o kształcie stożkowym, skierowanych dośrodkowo większą podstawą stożka ku ażurowej ściance (7), a na mniejszej podstawie mających współosiowo zabudowane palniki gazowe (6).
3. 3. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada jedną komorę spalania (5), w postaci pierścienia obejmującego szyb (1) ażurową ścianką (7) oraz z zabudowanymi symetrycznie na obwodzie ścianki zewnętrznej palnikami gazowymi (6).
4. 4. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że ażurowa ścianka (7) perforowana jest szczelinami ukierunkowanymi pod kątem ostrym («) względem pionu, a krawędzie jej szczelin po stronie przestrzeni roboczej szybu (1) są zaoblone.
5. 5. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że przy dolnym końcu szybu (1) posiada strefę chłodzenia (B), ograniczoną od góry zestawem dysz nadmuchu powietrza zimnego (12), a na dole, w pobliżu urządzenia odbierającego (4) ma kanał odciągowy (13).
6. 6. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że posiada prowadzone wzdłuż szybu (1) kanały powietrza (14), łączące otwory wlotowe (15), wykonane od strony przestrzeni roboczej w ścianie szybu (1), z komorami spalania (5).
7. 7. Piec według zastrz. 4, znamienny tym, że posiada perforowaną rurę odciągową (16), usytuowaną w osi szybu, która u góry, na wysokości dysz nadmuchu zimnego powietrza (12) zamknięta jest stożkową osłoną a drugim, dolnym końcem połączona jest z kanałem odciągowym (13).