технологического процесса.

Известь - один из ключевых элементов в жизни. Этот естественный материал вовлечен в производство большинства современных изделий. Производство стали, золота, серебра, меди и пластмасс, а также многих химических изделий и пищевых продуктов. Наиболее важные области применения извести и доломита извести:

­ Металлургия

­ Цветные металлы

­ Строительство

­ Химическая промышленность

­ Пищевая промышленность

­ Сельское хозяйство

­ Агрономия

­ Медицина

­ Обработка сточных вод.

По всему миру производится больше чем 120 миллионов тонн в год извести и доломита извести. Черная металлургия - первичный потребитель с ежегодным спросом приблизительно 40 миллионов тонн.

Высококачественный известняк содержит от 97 до 99 % СаСO3. Требует приблизительно 1.75 тонны известняка, чтобы произвести одну тонну известа. Высококачественный доломит содержит 40 - 43 % МgСО₃ и 57 - 60 % СаСО3. Требует приблизительно 2 тонны доломитного известняка, чтобы произвести одну тонну доломитной извести.

Обжиг известняка и доломита - простой химический процесс. Нагрев карбоната и его разложение происходит согласно соответствующего уравнения.

СаС0₃ + приблизительно 3180 кДж (760 килокалорий) = СаО + СО₂,

3) 2 + приблизительно 3050 кДж (725 килокалорий) - СаО(МgО) + 2 СО₂,

Температура разложения зависит от парциального давления углеродистого диоксида в атмосфере процесса. В атмосфере газа сгорания, нормального давления и 25 % СО₂, разложение известняка начинается при 810°С, в атмосфере 100 % С0₂, начальная температура разложения была бы 900°С. Доломит разлагается в двух стадиях, начинающихся приблизительно при 550°С для МgСО₃ и приблизительно 810°С для СаСО3

Чтобы полностью обжигать известняк и не иметь ядро, теплота, через поверхности известняка должна проникнуть к ядру. Температура 900 °С должна быть достигнута в ядре по крайней мере в течение короткого периода времени, так как атмосфера внутри материала - чистый С02. Каменная поверхность должна быть нагрета больше чем нз 900 °С, чтобы поддержать требуемый температурный градиент и преодолеть эффект изолирования сожженного материала на поверхности известняка. При получении мягко-обожженной извести поверхностная температура не должна превысить 1100 1150°С, иначе произойдет рекристаллизация СаО и как следствие - более низкая реакционная способность продукта и изменения свойств обожженной извести.

Некоторая выдержка или время выдержки требуются, чтобы передать теплоту от газов сгорания до поверхности известняка и затем от поверхности до ядра известняка. Большие камни требуют более длительного времени обжига. Обжиг в более высоких температурах уменьшает необходимое время выдержки. Однако слишком высокие температуры неблагоприятно затронут реакционную способность изделия. Отношение между температурой горения и временем выдержки, требуемого для различного фракционного состава показывается далее.

Фракция Температура Обжига Приблизительное время

[Мм] [°С] [часы]

50 1200 0.7

1000 2.1

100 1200 2.9

1000 8.3

Оборудование для производства извести

Используются два типа обжиговых печей, чтобы обжечь известняк и доломит в современной промышленности:

Ротационные (вращающиеся) обжиговые печи

Вертикальные или шахтные печи.

Ротационные обжиговые печи с подогревателем, обычно перерабатывают известняк фракции 6-50 мм. Тепловой баланс этого типа обжиговых печей характеризован довольно высокими потерями с отходящими газами и через горловину обжиговой печи. Потери с отходящими газами находятся в диапазоне от 20 до 25% , потери через кожух обжиговой печи от 15 до 20% необходимого тепла. Только приблизительно 60% топливной энергии, подаваемой в обжиговые печи с подогревателем, используются для процесса обжига непосредственно.

Для всех типов вертикальных одношахтных печей имеет неустойчивость между теплотой, удалённой от зоны обжига и теплоты, требуемой в зоне прогрева. Даже с идеальным процессом обжига (с избытком воздуха 1.0) отходящий газ с температурой 100°С может быть только с известняком, содержащим меньше чем 88 % СаСОз. Однако, известь, произведенная из такого известняка, имеет ограниченную область применения. В известняках, на практике, намного более высокое содержание карбоната, более высокая температура отходящего газа при производстве, которая является последствием избытка теплоты в зоне прогрева. Как же может избыточная теплота, в зоне обжига обжиговой печи использоваться, чтобы минимизировать потребление теплоты и как современные типы обжиговой печи соответствуют этому аспекту. Совершенное решение этой проблеме - Прямоточно-Противоточная Регенеративная Обжиговая печь Извести (ППР - ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ),

1.1 ППР - ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ

Существуют два главных типа вертикальных шахтных печей. Одна шахта противостоит потоку, нагревающему обжиговую печь и шахта с параллельными потоками, нагревающими обжиговую печь. Стандарт ППР - ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ - обжиговая печь с двумя шахтами чередуя горящее и не горящее действие шахты. Есть две ключевых характеристики ППР - ПЕЧИ:

1) параллельный поток горячих газов и камня в зоне обжига;

2) регенеративный прогрев всего воздуха для горения в процессе.

Обжиговая ППР - печь идеально подходит для производства мягко-обожженной, высоко реактивной извести и доломит извести из-за условий, созданных параллельным потоком камня и газов сгорания в "горящей шахте". Дополнительно, регенеративный процесс обеспечивает самое низкое потребление тепла всех современных обжиговых печей.

Поскольку количество охлаждения воздуха - не достаточно для полного сгорания топлива, дополнительный воздух, должен быть подан через боковые горелки. Как в этом типе обжиговой печи топливо подаётся в нижней части зоны обжига (где материал уже обожжен) температура в этой области значительно выше, чем требуется для производства высоко-реактивной извести.

В ППР обжиговых печах топливо подается в верхнюю часть зоны обжига и выхода газов сгорания, параллельно материалу. Поскольку топливо введено в верхний коней зоны обжига, где материал может поглощать большинство теплоты освобождаемой топливом температура в зоне обжига - обычно 950°С. Из-за этого, параллельное нагревание потока - лучшее решение по производству мягко-обожженной, реактивной извести и доломит извести.

Вторая важная характеристика ППР - ПЕЧИ - регенеративный подогрев воздуха для горения. В обжиговых печах со встречным потоками, воздух для горения - подогревается в охлаждающейся зоне в обожженной извести. Однако прогрев ограничен энтальпией извести. Во встречном процессе нагревания потока есть излишек теплосодержания годного к употреблению, содержимого в отходящем газе, который не восстановлен до истощения. Некоторые отдельные проекты шахтной печи, поэтому включили рекуператоры, чтобы возвратить это отработанное тепло, но такие теплообменники восприимчивы к разрушениям, вызванными пылью, содержащейся вгорячих отходящих газах.

Регенеративный процесс требует двух связанных шахт. Каждая шахта подчинена двум различным режимам работы, "горения" и "не горения". Одна шахта работает на "горение" и одновременно, вторая шахта работает в противотоке. Каждая шахта проводит равное количество времени в режимах работы "не горения" и "горения".

В "горящем способе", шахта характеризована параллельным потоком газов сгорания и сырого камня, принимая во внимание, что, в "не горящем" способе шахта характеризована противоточным потоком сырого камня и отходящих газов.

Регенеративный прогрев воздуха для горения делает тепловую эффективность обжиговой печи фактически независимой от фактора избытка воздуха для горения. Это значительно упрощает регулирование правильной длины пламени, чтобы произвести желательное качество мягко-обожженной извести. Большее количество избытка воздуха - более короткое пламя, и меньшее количество избытка воздуха - более длинное пламя. Длина пламени - один из ключевых факторов, чтобы управлять реакционной способностью негашеной извести. Вообще короткий факел и более горячий огонь уменьшает реакционную способность обожженного изделияю.

Две шахты, обозначили 1 и 2, содержат материал, который будет обожжен. Шахты поочередно или одновременно наполняют известняком в зависимости от вместимости обжиговой печи. Известь выгружается непрерывно из обеих шахт. Топливо подаётся только в одну из двух шахт. Например шахта № 1 горящая шахта и шахта № 2 не горящая шахта. Топливо подается через газовые трубы, фурмы, которые вертикально простираются до зоны прогрева. Более низкий конец трубы, фурмы, отмечает переход к зоне обжига от зоны прогрева. Топливо введено через эти фурмы и равномерно распределено по всей области шахты.

Воздух для горения подаётся под давлением наверху зоны прогрева выше футеровки. Вся система герметична. Воздух для горения - подогревается камнем в регенераторе (зона прогрева) до смешивания с топливом. Воздушно-топливное пламя находится в прямом контакте с материалом обжига, поскольку это проходит через зону обжига сверху донизу (параллельное нагревание потока).

Дымовые газы через соединительный канал проходят из шахты, работающей в прямотоке, в шахту, работающую в противотоке, путешествуя во встречном потоке к камню. Теплота передаётся от газов камню и футеровке в не горящей шахте. Отходящие газы подогревают футеровку в зоне прогрева и подготавливают шахту к следующему циклу горения в этой шахте.

Смена от "горения" до "не горения называется" «периодом переключения». В течение каждого «периода переключения» взвешенное количество известняка наполняет обжиговую печь. Продукт обжига выгружается из обеих шахт непрерывно во время цикла обжига столами разгрузки в герметичный бункер. Воздух на охлаждение непрерывно подаётся снизу в обе шахты, чтобы уменьшить температуру изделия до выгрузки в бункер извести. Во время переключения, когда обжиговая печь разгерметизирована, изделие выгружается из бункера на вибропитатели и конвейера.

Превосходная тепловая конструкция ППР - ПЕЧИ может быть удовлетворительно доказана посредством баланса теплоты. Сумма эффективной теплоты, то есть теплоты, требуемой для разложения, и тепловых потерь обеспечивает тепловую потребность обжиговой печи. Тепловые потери состоят;

* Потеря через футеровку обжиговой печи равняется приблизительно 170 кДж(40 килокалорий) / кг извести,

* Теплосодержание выгружаемой негашеной извести равняется приблизительно 80 кДж (20 килокалорий) / кг извести при разгрузке температура 100°С,

* Теплосодержание, содержимое в отходящих газах приблизительно 290 кДж (70 килокалорий) / кг извести при разгрузке температура 100°С.

Поскольку обжиговая печь не имеет никакого перемещения, как ротационная обжиговая печь, потери через стены может быть сокращенна к минимуму, используя соответствующее свойство теплоизоляционного огнеупора. Дополнительная изоляция, чтобы далее уменьшить стенные потери, была бы слишком дорогостоящая.

Достаточное количество воздуха на охлаждение используется, чтобы уменьшить температуру обожженной извести в охлаждающейся зоне. Нагретый воздух впоследствии используется в процессе, таким образом, улучшающем эффективности обжиговой печи.

Хотя теоретически возможно уменьшить температуру отходящего газа ниже 100°С, это не желательно из-за уплотнения и проблем коррозии при действии в диапазоне точки росы газов.

Рассмотрение этих критериев проекта для тепловых потерей обжиговой печи при производстве извести с 96 % СаО полное тепловое требование - приблизительно 3500 кДж (840 килокалорий) / кг.

ППР - ОБЖИГОВЫЕ ПЕЧИ типично разрабатываются с двумя шахтами прямоугольной или круглой формы. Шахты связаны соединительным каналом в нижней части зоны обжига. Соединительный канал служит как транспортный трубопровод, чтобы позволить горячим газам выходить из "горящей шахты" и входить в "не горящую шахту".

ППР - ПЕЧИ с двумя шахтами используют известняк фракции 40 мм - 120 мм. Когда требуется повышение производительности, используется известняк фракции меньше чем 40 мм, трёх шахтная печь. Маленькая фракция создает большее давление, и увеличивает давление внутри обжиговой печи. Когда используют три шахты, отходящие газы из горящей шахты распределяются в две шахты, таким образом, происходит сокращение газовой скорости и снижение давления приблизительно втрое. Техническое развитие и опыт позволили использовать обжиговых печей с двумя шахтами почти для всех условий и устранили потребность в обжиговых печах с тремя шахтами.

ППР-ПЕЧЬ работает под давлением, поэтому стальной корпус должен быть герметичен. Все открытия наверху обжиговой печи для загрузки известняка и пода шахт для выгрузки извести закрыты гидравлическими задвижками. Узкий диапазон размера камня идеален для любой обжиговой печи, но, из-за разрушительных свойств камня, широко изменяющийся размер по фракции - типичная ситуация в карьере. ППР-ПЕЧЬ может обжигать широкий диапазон по фракции из-за сложной системы загрузки. Их соотношение 4:1. Минимальный каменный размер для стандартного типа ППР-ПЕЧЬ - приблизительно 25 мм с максимальным размером 125 мм. При соответствующем оборудовании загрузки и подачи камня, максимальный размер - 180 мм.

1.2 КАЧЕСТВО ИЗВЕСТНЯКА

Что касается всех типов вертикальных шахтных печей использование твердых, высококачественных, чистых известняков - идеальное условие для безаварийной работы ППР - ПЕЧЕЙ. Однако, вследствие того, что шахты ППР - ПЕЧИ - фактически труба без любых устройств, которые могли затруднять свободный поток известняка и извести, движение материала - медленное и однородное истирание. Это означает, что, и мягкий известняк может быть обожжен в ППР - ПЕЧИ.

Высококачественный известняк и доломит с последовательными химическими свойствами часто не доступны или недостаточны. Изменение содержания карбонатов и примесей может привести к пережогу при производстве в ППР - печи.

1.3 ОСТАТОЧНЫЙ СО2

ППР - ПЕЧЬ позволяет производить известь и доломит известь с остаточными С0₂ 0.5 %, в некоторых случаях даже ниже. Сталелитейная промышленность, самый большой потребитель извести и доломит извести, вообще просит об остаточном содержании С0₂ меньше чем 2 %.