Обжиговая печь для известняка. Принцип работы.

В обжиговой печи для производства негашеной извести происходит процесс обжига известняка (CaCO3) на высоких температурах с использованием природного газа в качестве топлива.

Под тепловым воздействием известняк разлается на оксид кальция (негашеная известь) и диоксид углерода (углекислый газ):
CaCO3 + Тепло   ↔    CaO + CO2
100 гр.                         56 гр. 44 гр.
На данную химическую реакцию оказывают влияние следующие факторы:
— Температура разложения.
— Химический состав известняка.
— Физические характеристики известняка (фракция).
— Технические характеристики печи.

ТЕМПЕРАТУРА РАЗЛОЖЕНИЯ

Температура разложения зависит от парциального давления углекислого газа (CO2).

Теоретически в атмосфере отработанных газов (атмосфера внутри печи), при отрицательном давлении и концентрации углекислого газа CO2 на уровне 25%, процесс разложения начинается при температуре 810°C, тогда как при 100% концентрации CO2 процесс начнется при температуре 900°C, как это показано на графике 2.1.

На практике для полного разложения известкового камня требуется избыточное количество тепла, поскольку образующийся на поверхности известняка слой оксида кальция является термоизолятором.

По этой причине поверхность известкового камня должна быть разогрета более, чем до 900°C, в особенности если речь идет о производстве извести с низкой реактивностью. Для этого необходимо разогреть поверхность камня почти до1300 °C с частичным спеканием породы.

График 2.1

График 2.1

Под реактивностью в данном случае подразумевается временной интервал и достаточный запас энергии для проведения полного цикла реакции гидратации при производстве негашеной извести. По этой причине контроль над вышеуказанными значениями при обжиге является важным фактором.

На графике 2.2 показано, каким образом соотносятся время кальцинации известкового камня круглой формы и теплопотребление при постоянной температуре 1100°C. В первый час обжига теплопотребление заметно выше, затем оно существенно падает, так как уже образовавшийся на поверхности камня оксид кальция (CaO), как сказано выше, работает в качестве теплоизолирующего слоя.

График 2.2

График 2.2

Процент объема пустот не изменяется, если обжигу подвергаются камни неправильной формы. Площадь поверхности зависит от крупности фракции.

На практике при качественном просеве процент объема пустот при заполнении печи камнями неправильной формы может достигать 50%, но при движении внутри печи известняк подвергается дроблению и процент пустот может доходить до 25%, как показано на графике 2.3:

График 2.3

График наглядно демонстрирует, что чем больше площадь поверхности, тем эффективнее работает печь.

Таким образом, необходимо учитывать время нахождения известняка в печи и теплопоглощение в процессе перемещения камня из зоны предварительного нагрева в зону обжига. Это позволит избежать снижения качества получаемого продукта и сократить излишки тепловой энергии.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗВЕСТНЯКА

Известняки, сложенные кальцитом, в основном содержат карбонат кальция (CaCO3). В качестве примесей обычно присутствуют: некоторое количество карбоната магния (MgCO3), оксиды кремния (SiO2), железа (Fe2O3), алюминия (Al2O3). Известняк – это устойчивая порода, не меняющая своей структуры при температурах до 600 °C; при более высоких температурах слаборастворим в воде и выделяет углекислый газ.

Главной характеристикой известняка является его способность разлагаться при высоких температурах, образуя при этом негашеную известь, для получения которой в промышленных масштабах известняк является единственным сырьем.

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗВЕСТНЯКА

Важнейшими физическими характеристиками известнякового камня являются размер и форма, которые определяют площадь соприкосновения с воздухом, что в свою очередь влияет на теплоемкость, скорость проникновения тепла внутрь зерна и в конечном итоге на качество получаемого продукта.

C другой стороны, размер и форма зерен являются определяющим фактором на распределение газовых потоков по образующимся пустотам.

Соответственно, чем меньше фракция камня, тем больше площадь поверхности. При этом снижается скорость проникновения тепла внутрь камня и активная поверхность (см. таблицу ниже).

Диаметр в дюймахЗерен на куб. футПлощадь поверхности зерна в кв. дюймахОбщая площадь поверхности в кв. дюймахОбщий объем в куб. футахОбъем полостей в куб. футах
1"18873,145925,180,5700,430
2"23612,572966,520,5720,438
3"7028,271978,900,5720,438
4"2950,271457,830,5620,438
5"1578,541178,100,5680,432

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОШАХТНОЙ ПЕЧИ CBK

В процессе проектирования такие параметры как высота печи, поперечное сечение, футеровка, загрузочный шлюз, разгрузочный механизм, система подачи и сгорания топлива, использование тепловой энергии и тд., задаются с учетом физической и химической структуры известняка. Этому уделяется особое внимание, так как изучение свойств исходного сырья – залог получения готового продукта надлежащего качества и заявленных характеристик.

Печь модели CBK подразделяется на четыре основные секции, а именно (сверху вниз):

  • Секция загрузки
  • Секция предварительного нагрева
  • Секция кальцинации или обжига
  • Секция охлаждения

CBK схема

ОПИСАНИЕ СЕКЦИЙ ПЕЧИ

СЕКЦИЯ ЗАГРУЗКИ

Секция загрузки расположена непосредственно под загрузочными шлюзами. В этой секции поступающий в печь известняк распределяется по шахте и получает первичный противоточный прогрев горячими отработанными газами (180÷300°C).

СЕКЦИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА

В секции предварительного нагрева известняк продолжает разогреваться горячими отработанными газами, но на более высоких температурах (от 900°C to 300°C снизу вверх) и в конечном итоге после полного прохождения секции доводится до температуры 800÷850°C.

ЗОНА ОБЖИГА

В зоне обжига при температурном режиме от 900°C до 1150°C, происходит реакция разложения известняка (CaCO3) на оксид кальция (CaO) и диоксид углерода (CO2); тепловой ток обеспечивается излучением тепла и конвекцией.

СЕКЦИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ

Секция охлаждения необходима для доведения полученной извести с температуры обжига (1100°C) до температуры выгрузки (< 100°C) в процессе теплообмена с воздухом, который поступает с днища печи, проходит через слой горячей извести и в результате теплообмена нагревается до 900°C.

Комментирование закрыто