Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 Для обжига извести применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся и др. Используют также установки для обжига извести во взвешенном состоянии, в кипящем слое, на специальных решетках и т. д.

Наибольшее распространение получили шахтные печи, представляющие собой полый цилиндр, имеющий наружный стальной кожух толщиной около 1 см и внутреннюю огнеупорную кладку, вертикально установленный на фундаменте. Эти печи характеризуются непрерывностью действия, пониженным расходом топлива и электроэнергии, а также простотой в эксплуатации. Строительство их требует относительно небольших капиталовложений.

В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие на короткопламенном твердом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым материалом; так как известняк и кусковое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи — пересыпными ( 10); на любом твердом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках, размещаемых непосредственно у печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

Кроме того, применяют печи, в которых известняк обжигается за. счет сжигания короткопламенного топлива, вводимого в шахту вместе с сырьем, и одновременно длиннопламенного топлива, сжигаемого в выносных топках.

По степени обжига различают извести мягкообожжен-ные, среднеобожженные и сильнообожжениые. Первые характеризуются отсутствием пережога и быстрой гаси-мостыо. В сильнообожженных известях может присутствовать пережог, для них характерно замедленное гашение,

По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, в ней различают три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения.

В зоне подогрева, к которой относят верхнюю часть печи с температурой печного пространства не выше 850 °С, материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскаленными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь, благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся в верх печи

Зона обжига размещается в средней части печи, где температура обжигаемого материала изменяется от 850 до 1200°С и затем до 900 °С; здесь известняк удаляется углекислый газ.

Зона охлаждения —нижняя часть печи, В этой зоне известь охлаждается от 900 до 50—100°С поступающим снизу воздухом, который далее поднимается в зону обжига.

Движение воздуха и газов в шахтных печах обеспечивается работой вентиляторов, нагнетающих в печь воздух и отсасывающих из нее дымовые газы. Прогнвоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на подогрев сырья, а теплоту обожженного материала —на подогрев воздуха, идущего в зону обжига. Поэтому для шахтных печей характерен низкий расход топлива. Расход условного топлива в этих печах составляет примерно 13—16% массы обожженной извести, или 3800-^4700 кДж на 1 кг.

Суточная производительность шахтных печей, работающих по пересыпному способу, — 50, 100, 200 т и более. Суточный выход, или съем извести, характеризуемой активностью около 93 %, при расчете на 1 м3 внутреннего полезного объема этих печей и размере обжигаемых кусков 80—120 мм достигает 700—900 кг/м3. Внутренним полезным объемом печи считается объем шахты от уровня ввода воздуха внизу шахты до уровня отвода газообразных продуктов в верхней ее части. Наибольший суточный выход извести с 1 м3 объема печи до 1100—1300 кг.

В шахтных пересыпных печах известь загрязняется золой и остатками несгоревшего топлива. Возможно также образование значительного количества пережога вследствие соприкосновения раскаленных кусков антрацита или кокса с. обжигаемым известняком. Это особенно заметно при нарушении теплового режима и чрезмерном форсировании печей за счет высоких температур обжига.

Шахтные печи с выносными топками отличаются от пересыпных тем, что топливо в них не загружают непосредственно в шахту вместе с известняком, а сжигают в выносных топках, из которых раскаленные продукты горения поступают в печь и обжигают известняк. Выносные топки позволяют использовать для обжига извести любые виды твердого топлива, в том числе и длинно-пламенные с большим содержанием летучих (торф, сланцы, бурые угла), а также получать известь, не засоренную зольными остатками, что является большим достоинством этих печей. Кроме того, для них характерен повышенный расход топлива на обжиг извести, достигающий в печах с топками полного сгорания 25 %, а в печах с полугазовыми топками 18—20 % массы продукта.

За рубежом предложен также способ подачи антрацита, кокса или каменного угля в виде пыли внутрь шахты на пять уровней по ее высоте. Для этой цели внутри шахты выкладывают стенку, разделяющую пополам зоны охлаждения и обжига. Снаружи в эту стенку вводят трубы, через которые с воздухом вдувается угольная пыль. При этом на самый верхний горизонт шахты подается около 40% всей пыли, на второй — 25—30 % и на три нижних горизонта —остальное количество. Благодаря такому распределению топливо сгорает равномерно, известняк подвергается мягкому обжигу при температурах, не превышающих 1200°С. В этом случае куски не спекаются, а зола легко отделяется от извести при просеивании ее через сито с отверстиями в свету 2 мм. Расход угля составляет около 12—13%  массы извести.

Печи, работающие на нефти, характеризуются тепловым коэффициентом полезного действия около 0,65 и уступают пересыпным печам, КПД которых достигает 0,85—0,88.

Природный газ начали использовать и для обжига извести в шахтных печах. По одним проектам газ вводят в центр шахты печи, откуда он проникает в зону обжига и сгорает между кусками известняка. По другим вариантам предусматривается более эффективное введение газа на разные горизонты по высоте зоны обжига. Обычно газ вводят на четыре-пять горизонтов, причем на верхний горизонт подают до 35—40 % всего количества необходимого топлива, что способствует созданию в зоне обжига равномерной температуры около 1200°С, обеспечивающей получение мягкообожжеиной извести. Съем извести в таких печах при обжиге материала в кусках 5—10 см может достигать 1,5 т/м3 в сутки.

 Применяют и газовые шахтные печи, в которых теплоноситель движется поперек хода обжигаемого материала в вертикальной шахте. При этом шахта в плане имеет сильно вытянутое прямоугольное сечение с расстоянием между удлиненными стенками 25—40 см. Через эти стенки на трех-четырех уровнях зоны обжига подается газообразное топливо в смеси с воздухом. При обжиге мелкокускового известняка (3—5 см) суточный съем с 1 м3 полезного объема печи может достигать 15— 20 т.

Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород (мела, туфа, ракушечника) в виде мелких кусков. Вращающиеся печи допускают возможность полной механизации и автоматизации процесса обжига. Наконец, в них можно применять все виды топлива — пылевидное твердое, жидкое и газообразное.  .»

Расход условного топлива во вращающихся печах значителен и достигает 25—30 % массы извести, или 6700—8400 кДж на 1 кг. Недостатки вращающихся печей — большой расход металла на 1 т мощности, повышенные капиталовложения и значительный расход электроэнергии.

Для обжига извести применяют вращающиеся печи длиной 30—100 м, диаметром 2—4 м, с углом наклона 3—4° и частотой вращения 0,5—1,2 об/мин. Удельная суточная производительность их достигает 500—700 кг/м3 в расчете на пряный объем обжигательного барабана. С увеличением длины печей производительность их возрастает, а расход топлива снижается.

Для уменьшения расхода топлива на обжиг извести во вращающихся печах и для утилизации теплоты газов, выходящих из печей с температурой 750—800 °С, применяют разные способы. В частности, за печами ставят нагреватели, в которые направляют предназначенный для обжига кусковой материал. Отсюда с температурой 500—800РС он поступает во вращающуюся печь, а из нее в холодильник. При таком способе работы печи расход теплоты на обжиг снижается до 4600—5030 кДж/кг извести.

Применяют самые разные конструкции нагревателей сырья (шахтные, ступенчатые, циклонные и т. п.). Работают они за счет теплоты отходящих газов. Созданы также установки, представляющие собой сочетание шахтной печи диаметром до 6—8 м с вращающейся печыо диаметром около 2,5 м. При этом мелкокусковой фракционированный известняк обжигается на 80 % в шахте с применением кокса и окончательно — во вращающейся печи. Суточная производительность подобной установки достигает 400—500 т при затрате теплоты около 4200 кДж/кг.

В последние годы ведется интенсивная разработка способов и установок, предназначенных преимущественно для получения извести из мелкокусковых и даже пылевидных материалов. Такие способы позволяют не только использовать мелочь, но и резко интенсифицировать процесс обжига и увеличить удельную производительность установок.

Обжиг известняка в кипящем слое по технико-экономическим показателям характеризуется высоким съемом и повышенным расходом топлива — 4600—5480 кДж иа 1 кг извести.

Применение в известковой промышленности установок для обжига карбонатных пород в кипящем слое позволяет рационально использовать большие количества мелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах, а также на заводах, оборудованных шахтными и даже вращающимися печами. Недостатком этих установок является повышенный расход топлива и электроэнергии.

Обжиг измельченного известняка во взвешенном состоянии в опытном порядке осуществляют в циклонных топках. В них тонкоизмельченные частички карбонатного сырья увлекаются потоком раскаленных газов и обжигаются. Осаждается обожженная известь из газового потока в пылеосадительных устройствах. В табл. 8 приведены некоторые технико-экономические показатели для различных известеобжигательных печей.

Выбор типа печи для обжига извести определяется производительностью завода, физико-механическими свойствами и химическим составом известняка, видом топлива и требуемым качеством извести.

Для известковых заводов годовой мощностью 100— БОО тыс. т и более рекомендуются шахтные пересыпные и газовые печи производительностью до 200 т/сут и более или вращающиеся печи производительностью до 300—500 т/сут. Заводы меньшей мощности могут быть оснащены пересыпными и газовыми печами производительностью 50, 75 или 100 т/сут. Известняк с большим содержанием углекислого магния или глинистых примесей, требующий обжига при пониженной температуре, следует обжигать во вращающихся или шахтных газовых печах, в которых проще регулировать температуру обжига.

Складирование и транспортирование комовой извести. Выгружаемую из печей комовую известь транспортируют на склад в вагонетках либо пластинчатыми или ленточными конвейерами со стальной лентой, для которой не опасна повышенная температура извести.

Комовую известь следует хранить только в механизированных складах бункерного типа или в силосах. При этом необходимо обеспечивать надлежащую герметизацию и аспирацию мест возможного пылеобразования с последующей очисткой запыленного воздуха.

Перевозить известь следует в специально оборудованных автомашинах, вагонах и т.п. При хранении и транспортировании комовой негашеной извести необходимо оберегать ее от увлажнения, так как при этом не только ухудшается ее качество, но может резко повыситься температура и возникнуть пожар (при соприкосновении с горючими материалами).

Себестоимость комовой воздушной извести колеблется в широких пределах и зависит от мощности предприятий, оснащенности их современной техникой, близости месторождений сырья, вида и стоимости топлива. На передовых заводах с благоприятными условиями производства себестоимость извести нередко составляет 11— 13 руб/т.

На крупных заводах выработка рабочего достигает 900— 1000 т в год.