книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов

УД К 6 6 6 * 9 .0 4 1 .9 .0 9 6 .5

П ечатается по решению секции литературы

по

технологии

строительных

материалов

редакцион­

ного совета

Стройиздата

от 23 апреля

1 9 7 1

г.

ительных материалов - обж иг кусковы х

и

зер ­

нистых материалов в кипящем с л о е ,

описаны

конструкции

печей. Даны рекомендации

по

при­

менению обжига материалов в кипящем

с л о е ,

приведены

технико-экономические преимущества

нового способа.

Книга предназначена для научных

работни­

ков и инженерно-технических работников

пред

приятий

промышленности строительных

материа­

лов.

Табл.

2 5 , рис. 6 4 , список ли т.: 1 2 1

назв.

В промышленности строительных материалов за

последние годы все больший удельный вес

среди

изделия и конструкции, в том числе

из

бетонов

на пористых заполнителях, бетонов

автоклавного

объем производства пористых заполнителей

наме­

чено увеличить в девятой пятилетке

в 2 - 2 ,5 раза,

выпуск вяжущих материалов для изделий

авто­

клавного твердения в 1 ,5 раза. В

производстве

кепамических стеновых материалов

будет

возрас­

новых для отечественной промышленности

изделий

бусловливает необходимость повышения

техни-

еского уровня их производства и

требований,

предъявляемых к ним и к материалам, из

которых

они изготовляю тся. Э то относится, в

частности, к

качеству наиболее распространенного

в

настоящее

время пористого заполнителя - керамзита,

который

JAHMO получать с широким диапазоном

грану-

лического состава (в том числе керамзитово-

.песка) и однородным по насыпной

м ассе. В ес ь -

кажным

является расширение сырьевой

базы

ьгковой

промышленности и доведение

качества

токлавных изделий с заданными свойствами.

В нед ­

рение в производство эффективной добавки

к глино

м ассе -

дегидратированной

глины

-

позволит

п6'

высить

качество крупноразмерных стеновы х

м а те ­

риалов.

В производстве строительны х м атериалов

одниД

из важнейших этапов является термическая

обра­

ботка изделий: правильный выбор способа

терм о­

обработки и тепловых агр егатов,

а

также

режи­

мов их эксплуатации, обеспечивает получение

вы­

сококачественной продукции.

В отечественной промышленности

строи тельн ы х

материалов

основными

тепловыми

агрегатам и

для

термической обработки

кускового

материала

явля­

ются шахтные

печи

(д ля

обж ига

известняка)

и

вращающиеся

барабанные

(известняка,

керамзита-

перлита). Эти печи пригодны в основном для

о б 1

жига кусков больш ого

размера, для тепловой

же

обработки мелких фракций они недостаточно

эф­

фективны как по производительности, так и

по

расходу

тепла.

В производстве

кальциевой извести

в С С С Р

пре­

имущественно

использую тся

шахтные

печи

(в

кото­

рых обжигают известняк с разм ером куска

5 0 ’

2 0 0 м м ),

что обусловлен о,

главны м

обр азом ,

о*

носительной простотой их конструкции и

услови ­

ями эксплуатации,

сравнительно невысокими

капи-

таловложениями в строительство, высокими

уд ель ­

ными сьемами и низкими удельными

расходами

тепла.

Однако

эти печи имеют

ряд серьезн ы х

недо­

статков: в

них невозможно

обж игать

м елкие

ф р ^

ции известняка (в

р езульта те чего возрастаю т

е го

отходы ), обжиг происходит в течение

дли тель­

ного времени, неравномерность

распределения

температуры в печи не обеспечивает получение

из­

вести

с постоянными

свойствами

и

т.д .

Б олее эффективными являются вращающиеся

ne­

tt, нашедшие широкое применение для обжига

из-

эстняка за рубежом и в производстве

пористых

аполнителей как в отечественной, так и в

миро-

ой практике. Во вращающихся печах можно

обжи­

вать кусковой и гранулированный материал

разме­

ром 5 - 5 0 м м ; интенсивность обжига в

них

значи­

тельно выше, чем в шахтных печах, и,

соответст­

венно, меньше его продолжительность; в

зависи­

м ости о т технологических требований можно

варьи­

При обж иге во вращающихся печах нагрев

про­

исходит в процессе пересыпания кусков

(гр ан ул),

когда они попадают на поверхность слоя или

со­

прикасаются с нагретой футеровкой. Основное

ко­

личество тепла передается обжигаемому материалу

|учеиспусканием от футеровки и движущегося

на­

встречу

сырцу газового потока.

Д ля

интенсификации

обжига мелкозернистых

ма­

териалов оптимальными

являются условия,

обес­

печивающие

наилучший

контакт между твердой

и

газообразной

фазами,

достаточную относительную

центрацию твердой фазы

в единице объема.

Как показали обширные исследования и

опыт,

накопленный

в различных отраслях

производства,

- эти условия

лучше в сего

обеспечиваются в

про­

с л о е .

Кипяший слой, по сравнению с другими

мето­

дами термической обработки,

обеспечивает

наи­

большую интенсивность

теплообмена и

физико­

химических

процессов,

протекающих в

обраба­

ты ваемом

м атериале. Он может применяться

для

кусков разм ером

примерно до

2 0 мм, но

особенно

эффективен при обработке мелких зерен.

Кипящий слой

обеспечивает

контакт

каждого

зерна с газовой

фазой,

но расход газов при

этом

значительно меньш е, чем в аналогичных

условиях

при обж иге во взвешенном состоянии,

пр им ен им ом ,

например, в производстве перлитового песка.

Обжигаемый зернистый материал находится

в

печи в виде псевдоожиженного слоя, из

которого

выходит ("с л и в а е т с я ")

готовый

продукт. Из

слоя

удаляется столько

же

готового

материала,

сколько

в него поступает сырца. П оэтом у

производитель­

ность тепловых агрегатов с кипятим слоем

прак­

тически обусловливается количеством

тепла,

кото­

рое может быть выделено в процессе обж ига

или

подведено в слой в

единицу времени,

М инимальное

время пребывания материала в слое должно

обес­

печивать завершение физико-химических

реакций,

присущих каждому технологическом у процессу.

При

обжиге полидисперсных материалов часть зерен

-

наиболее мелкая фракция, выносится из слоя

с

отходящими газам и.

Принцип псевдоожижения порошковых

материа­

лов может быть успешно использован в

сам ы х

разнообразных процессах. Он уже давно

применя­

ется для пневмотранспорта, воздушного

обогащ е­

ния полезных ископаемых, классификации зерен

по

их величине и плотности. Одним из первых

направ­

лений в использовании кипящего слоя при

вы соких

температурах была

газификация

м елкозерн истого

топлива в газогенераторах Винклера, позднее

для

каталитического крекинга нефти в процессах

ор га ­

нического синтеза

(например, синтеза

каучука

и

д р .). В дальнейшем

кипящий слой

стали применять

во многих высокотемпературных

процессах

экзо­

термического характера.

Несколько позднее кипящий слой начали

исполь­

зовать для низко- и высокотемпературных

про­

цессов, требующих

подвода тепла извне - сушки

и

обжига. Именно эти процессы представляю т

инте­

рес для промышленности строительны х

материалов.

дятся в основном к

организации подвода тепла в

слой, утилизации тепла готового продукта и

отхо­

дящих газов (тем пература которых почти не

отли­

чается от температуры слоя) с одновременной

их

очисткой от выносимых ими пылевидных фракций.

Подвод тепла в

кипящий слой термообрабатывае­

низкотемпературных процессах,

а также в

ряде

случаев и для высокотемпературных.

Основной

трудностью при подаче газов с

высокой температу­

печить

равномерное распределение

газообразной

фазы в

слое. П оэтом у в последнее время имеются

предложения по

применению безрешеточных

тепло­

вых агрегатов

фонтанирующего типа.

Сжигание топлива в слое является наиболее эф­

фективным с теплотехнической точки зрения;

ос­

новная трудность при организации подвода

тепла

этим способом заключается в обеспечении

равно­

мерного

распределения топлива в слое,

исключаю­

лучению однородного продукта, а в

случае обжига

спекающихся материалов приводят к

образованию

спеков.

К настоящему времени полностью освоено

сжи­

гание твердого топлива в слое (при подаче

его

вм есте с обжигаемым сырцом или отдельно) и

га­

зообразного топлива, подаваемого различными

спо­

собами в слой. В С С С Р

и за

рубеж ом

ведутся ра­

боты по освоению сжигания в

слое жидкого топлива

(в частности при обж иге

спекающихся

м атер и алов).

Утилизация тепла отходящ их газов

и готового

продукта при процессах,

требующих подвода тепла,

или м н огокам ерного), правильный

выбор

систем ы

теплообменников и пылеулавливающих

устройств,

обеспечивающих отбор тепла и осаждение

м елких

фракций готового м атериала, выбор типа

решеток и

перетоков, способа охлаждения

и

др.

представляю т

задачи, которые должны реш аться

в первую очередь

в зависимости о£ особенностей проводимого в

ки­

пящем слое технологического процесса.

Д ля обеспечения оптимальных

условий

обж ига

большую роль играет автоматизация процессов,

ко­

торая в печах с кипящим слоем

обеспечивается л е г ­

че, чем в печах других типов.

Особенно больш ое значение

им еет автоматизация

процесса в случае спекающихся материалов,

где

незначительные нарушения тем пературного режима

приводят к образованию спеков.

За последние десятилетия как

за рубеж ом,

так

и в С С С Р проведены исследования и

проектные

ра­

боты , позволившие внедрить процессы

в

кипяшем

с л о е в ряд отраслей промышленности.

В

первую

ти, цветной и черной м еталлургии.

Определенные

достижения в

этой области

имеются

также и в

про­

мышленности

строительных

материалов.

В

ряде

стран

применяются сушилки с

кипящим

с л о е м

для

сушки

песка, известняка

и других инерт­

ных материалов. Принцип псевдоожижения

исполь­

з у е т с я также

в установках

для дегидратации глины,

в холодильниках

и

т,п. В

С С С Р кипящий

слой

ис­

пользую т

для

сушки

минеральных, органических

и

других

продуктов в химической

промышленности,

цветной

металлургии и

т.д. [9 8 ].

В Советском Сою зе

институтом

ВНИИСТРОМ

ты по получению дегидратированной глины

термо­

обработкой

в

кипящем слое,

которые

послужили

основанием

для разработки

Гипростромом

отделе­

ния дегидратации глины с печами кипящего

слоя,

включенного в типовой проект кирпичного

завода

№ 4 0 9 - 2 1 - 3 7 .

В

США

в конце 4 0 - х годов был

разработан

способ обжига известняка в кипящем слое;

агре­

гат, сконструированный для этого процесса,

в

дальнейшем

подвергался усовершенствованию. Мно­

гокамерные

печи для

обжига известняка в кипящем

слое

эксплуатируются на ‘известковых

предприятиях

СШ А

и Европы.

В С С С Р

на М акеевском металлургическом заво­

де им. С .М . Кирова

была смонтирована й

освоена

• трехкамерная

печь с

кипящим слоем для

обжига

известняке,

с

использованием газообразного

топли­

кипящем слое, разработанный и

экспериментально

проверенный ВН И И СТРОМ ОМ , на основе

которого

Ленгипростромом выполнен проект цеха по

произ­

водству

доломитизированной

извести для

Горь­

ковской

области

мощностью

2 1 5

тыс. т/год.

Во В Н И И С ТРО М Е разработан

способ

обжига

вспучивающихся

материалов

(глин, сланцев,

трепе­

лов, перлита) в

печах с кипящим слоем . В

основ­

тых песков, в первую очередь керамзитового,

по­

требность в котором при производстве

плотных

легких бетонов доходит до 30% , выход же

его

на

1975 г. потребность в керам зитовом песке

со­

ставит около 15 млн. м

На основе исследований и экспериментальных ра-

бо^, проведенных во В Н И И С ТРО М Е ,

Куйбышевским

институтом Гипронефтестрой

была запроектирована

полупромышленная установка

с печами

кипящего

слоя для получения керам зитового песка

произво­

дительностью 5 7 0 0 м

в го д 7

которая

бы ла

по­

строена на Комбинате

строительны х

материалов в

г, Куйбышеве, Эта установка была освоена

инс­

титутом В Н И И С ТРО М

и НИИкерамзит.

Выпус­

каемый ею керамзитовый песок использовали

для

производства керамзитобетонных

изделий

на

ж еле­

зобетонны х заводах в

г . Куйбыш еве.

В результа те опыта, накопленного в

процессе

работы этой установки, а также данных,

полученных

на полупромышленных установках

В Н И И С Т Р О М А ,

Гипронефтестроем был

выполнен

проект

экспери­

песка обж игом

в

печах

с

кипящим

слоем

общей

мощностью

1 0 0

тыс. м

в год,

с

двумя

линиями

тепловых агрегатов

с

кипящим

слоем .

Построен­

ный в пос,

Смьпиляевке Куйбышевской

области

экспериментальный

завод

керам зитового

песка

ус­

пешно эксп луатируется в течение нескольких

л е т ,

что позволило

институту

Гйпростром

разработать

и внести в действующий типовой проект

керамзи­

тового завода

цех

керам зитового

песка

с

печами

кипящего слоя

№

4 0 9 - 2 4 - 9 .

С лед ует

отм ети ть приоритет С С С Р

в

исполь­

зовании принципа кипяшего слоя для обж ига

порис­

ты х заполнителей

(а в т. св.

В Н И И С Т Р О М А

№ 2 3 8 3 9 1 ,

запатентованное во

Франции,

Англии,

И тали и ), так

как

ранее этот способ обж ига

за

ру­

беж ом не применялся.

За последнее время в зарубежной

литературе

стали появляться

отдельны е сообщения о

приме-