3. Теплотехнологическое оборудование строительной промышленности

3.1. Шахтные печи

В промышленности строительных материалов шахтные печи применяют для обжига кускового сырья: известняка, огнеупорной глины, магнезиального и доломитизированного известняка.

В зависимости от способов сжигания топлива, режимов воздушного дутья и видов обжигаемого материала шахтные печи разделяют на две группы:

а) шахтные печи с внутренним источником тепла (сжигание топлив в слое материала) бывают: работающие по способу черного брикета на угле, работающие на твердом топливе пересыпным способом и работающие на газообразном и жидком топливе;

б) печи с внешним тепловым источником (с обособленной топкой), работающие на жидком, твердом и газообразном топливе.

Общими признаками всех шахтных печей являются: противоточное движение газов и материала, преимущественное влияние на ход обжига конвективного теплообмена и резкая зависимость удельной производительности печей от размеров обжигаемого сырья и скорости фильтрации газов через слой засыпки.

Главными конструктивными элементами шахтных печей являются шахта, загрузочные и выгрузочные механизмы, топливосжигающие и тягодутьевые устройства. Известны различные конфигурации шахты как в плане, так и по вертикальному профилю. Наиболее распространены шахты круглого очертания в плане. Продольный профиль шахты выполняют цилиндрическим или формой двух усеченных конусов, сомкнутых большими основаниями.

Печь изготавливают из стального сварного кожуха, футерованного изнутри огнеупорными камнями. В качестве футеровки шахтных печей используют шамотный кирпич, а для реакционной зоны – хромомагнезитовый кирпич. Кладка из кирпича суживается в нижней части шахты и переходит из круглого сечения в квадратное. Между кожухом и футеровкой в верхней части шахты оставляют кольцевую щель толщиной около 70 мм, которая заполняется теплоизоляционной засыпкой. Верхняя часть высотой около 8 м имеет толщину футеровки 230 мм, а в нижней она увеличивается до 350 мм, выполненной из шамотного легковесного или глиняного кирпича. Высота шахты колеблется от 16 до 23 метров.

Загрузочный механизм должен обеспечивать герметизацию верха шахты и равномерное распределение материала по всему поперечному сечению, выгрузочное устройство обеспечивать механизированную и равномерную подачу обожженного материала из печи и одновременную герметизацию низа печи, предотвращая выбивания воздуха через неплотности подаваемого на обжиг.

Шахтная печь оборудуется приточным вентилятором для подачи вторичного воздуха просасываемого сквозь слой материала и поддерживающего процесс горения в шахте, а также дымососом, обеспечивающим устройством и дымовой трубой.

Процессы обжига в шахтной печи. При установившемся режиме работы печи в шахте существуют три технологические зоны. В средней части размещается зона обжига, в которой происходит горение топлива и развивается конечная температура обжига. Над ней находится зона подогрева. Через эту зону проходят продукты горения из зоны обжига, подогревая загруженный материал, а сами при этом охлаждаются. В верхней части шахты охлажденные отходящие газы покидают ее, направляясь в тяговое устройство. Ниже зоны обжига находится зона охлаждения. В нее поступает атмосферный воздух снизу шахты и перемещаясь вверх, охлаждает материал, нагреваясь снизу вверх, поступает в зону обжига, где он участвует в горении топлива.

Отличительной особенностью процесса обжига в шахтных печах работающих на твердом топливе по способу черного брикета является тесный постоянный контакт внутри каждой гранулы (брикета) между частицами сырья и топлива запрессованного в него. Здесь процессы горения и технологические реакции взаимосвязаны, поскольку свободного доступа окислителя к отдельно взятой частичке топлива препятствуют окружающие ее зерна сырья. Окислитель в момент контакта с горючим забалластирован технологическим углекислым газом. Технологическая двуокись углерода в результате взаимодействия с топливом восстанавливается до окиси углерода, которая затем сгорает в углекислоту в потоке печных газов. Иногда при недостатке в верхней зоне печи кислорода и низкой температуре, окись углерода не переходит в углекислый газ, что приводит к недожогу топлива, в следствие химической неполноты сгорания.

В пересыпных шахтных печах твердое топливо загружают в дробленом виде вместе с обжигаемым сырьем, либо в смеси, либо послойно. Пересыпные шахтные печи применяют преимущественно для обжига извести. Существует множество типоразмеров пересыпных печей производительностью до 500 т извести в сутки.

Шахтные печи работающие на газе имеют большое преимущество перед другими, так как обеспечивают чистоту получаемого продукта и простоту и недороговизну в эксплуатации. Они применяются для получения извести и шамота. Известеобжигательная шахтная печь приводится на рис. 5 [9]. Газ в печь подается по периферии и через так называемый керн, выложенный в центре шахты из огнеупорного кирпича. Расстояние между противоположными горелками составляет не более 1,5 м. При большем расстоянии дымовые газы будут неравномерно распределяться в поперечном сечении печи. Воздух для горения поступает через отверстия для выгрузки материала и через специальные каналы в керне.

Розжиг печи. Перед тем, как разжечь печь, необходимо прикрыть дымовой шибер перед дымососом, опробовать его, вспомогательное оборудование и КИП, чтобы убедиться в их исправности.

При розжиге печи на твердом топливе и с помощью загрузочного устройства шахту печи на 2/3 высоту заполняют балластом (отсортированным щебнем). Затем включают разгрузочное устройство, дутьевой вентилятор или воздуходувку и проверяют исправность их под нагрузкой. Через смотровые окна проверяют также равномерность распределения потока воздуха в поперечном сечении шахты («порывы ветра» устраняют). После проверки загружают в шахту равномерно на слой балласта короткомерные дрова. На них бросают через люки горящие мелкоколотые дрова (в виде вязанок), добиваясь загорания всех дров по сечению шахты.

Затем около 2 часов в шахту периодически подбрасывают дрова, чтобы поддерживать интенсивное горение костра для разогрева футеровки. Через 2 часа, когда дрова обуглятся и осядут плотным слоем, на них засыпают 150-200 кг антрацита или кокса мелкими порциями, чтобы он быстрее разгорелся по всей поверхности слоя. Продолжая засыпать в печь топливо, его общую массу доводят до 400-500 кг. Убедившись в хорошем горении топлива, начинают пополнять печь рабочей топливно-сырьевой шихтой, увеличивая постепенно дутье и тягу.

При работе печи на газе после загорания дров по всему сечению шахты включают минимальную подачу газа в горелочных устройствах. Затее, когда шахта прогреется до рабочего режима, на горящие дрова подают сырьевую шихту, при этом постепенно увеличивая расходы поступающего газа и воздуха, а также тягу.

При выводе печи на рабочий объем режим следует руководствоваться показаниями контрольно-измерительных приборов, избегая визуальных наблюдений через смотровые окна. Продолжительность розжига шахтной печи с момента загорания дров до начала рабочего режима составляет около 16-24 часов.

Обслуживание печей во время работы. Эффективность работы шахтных печей достигается при загрузке её однородной по размерам массой. Температуру отходящих газов необходимо поддерживать в установленных пределах. Она понижается при недостаточной подаче воздуха или избыточной загрузке сырья, а повышается – при опускании уровня загрузки сырья ниже установленного или при избыточной подаче топлива.

Зона горения топлива должна находиться на заданном уровне по высоте шахты. Её выравнивание достигается регулировкой разгрузочного устройства печи: при увеличении разгрузки зона горения опускается, при уменьшении – поднимается. Если требуется повысить нагрев материала в печи, то нужно увеличить подачу топлива и воздуха, но не допуская «сваров» в зоне горения топлива.

Все вопросы, связанные с режимом работы печи решаются администрацией завода, в том числе и инженерами энергетиками.

Остановка печей. Остановка печей производится в следующем порядке.

1. Выключают загрузочный механизм печи.

2. Снижают подачу топлива в горелочные устройства и количество дутьевого воздуха. Уменьшать расходы нужно постепенно, чтобы не нарушилось завершение процесса обжига у остатка сырья. Если печь работает на твердом топливе, то снижает только подачу дутьевого воздуха.

3. После выгрузки последней порции готового продукта отключают разгрузочное устройство, выключают дутьевой вентилятор, перекрывают газ и первичный воздух (при работе печи на газе).

4. Убедившись в отсутствии пламени через смотровое окно и по показаниям контрольных приборов, вновь включают в работу вентилятора на половину мощности и осуществляют продувку шахты примерно 30 мин. Полностью открывать воздушные задвижки не рекомендуется из-за возможности слишком резкого охлаждения и порчи огнеупоров печи.

5. По истечении продувки останавливают вентилятор и прикрывают шибер перед дымососом.