Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей
При нагреве нейтральных в энергетическом отношении сыпучих материалов тепло в зону технологического процесса трубчатых вращающихся печей поступает за счет одновременного протекания всех трех видов теплообмена: излучением от факела и раскаленной футеровки, конвекцией и теплопроводностью от поверхности кладки, по которой непрерывно перемещается перерабатываемый материал. Помимо этого необходимо учитывать, что в шихту печей для вельцевания кеков вводится в качестве реагента-восстановителя коксовая мелочь. В результате часть используемой на ее нагрев тепловой энергии генерируется непосредственно в зоне технологического процесса во время частичного окисления углерода и образующихся в результате переработки шихты паров металлического цинка.
Поступившее в слой перемещающегося по печи материала тепло распределяется в нем в основном за счет контактной теплопроводности. Однако в процессе энергичного перемешивания шихты, температура по слою быстро выравнивается и его можно принять тонким в тепловом отношении телом, нагрев которого сопровождается многочисленными эндо- и экзотермическими реакциями. Ввиду большой сложности и недостаточной изученности механизма теплообменник процессов в трубчатых печах, анализ их тепловой работы базируется в основном на изучении эмпирических данных и оценке тепловых балансов печей.
Температурный режим, работы вращающихся печей не изменяется во времени, индивидуален для каждого вида технологического процесса и в значительной степени определяется химическим и фракционным составами перерабатываемых материалов. Обычно его выбирают опытным путем и организуют таким образом, чтобы в печи строго соблюдался график нагрева шихты, задаваемый по технологическим данным.
В качестве примера может быть рассмотрен режим, достаточно хорошо изученных печей, применяемых для спекания шихты на глиноземных заводах. В них до температур порядка 550 °С происходят общие для всех вращающихся печей процессы сушки и удаление гидратной влаги и далее в интервале температур 550 - 1200 °С — реакции образования растворимых соединений алюминия, свойства которых во многом зависит от температурного режима спекания. В процессе нагрева шихта проходит в печи четыре условно выделенные температурные зоны, постепенно превращаясь в спек.
В первой зоне, длина которой составляет около 30 м, происходит нагрев материала от 20 до 300 °С, сопровождающийся его сушкой и обезвоживанием. Температура газов на этом участке печи, если его рассматривать по ходу движения шихты, изменяется соответственно от 200 до 700 °С. Длина второй зоны достигает 16—17 м. В ней материалы нагреваются до 100 °С при полном разложении карбоната кальция и изменении температур топочных газов по длине зоны от 700 до 1400 °С. Третья зона расположена в области интенсивного горении топлива (факела). Температура газов здесь максимальна и определяется величиной 1600—1650 °С. Шихта в этой зоне нагревается до 1200—1260 °С и спекается. В четвертой зоне происходит охлаждение спека до 1100 °С при температуре газов 1000 - 1550 °С.
При неизменном во времени температурном режиме работы печи ее производительность определяется толщиной слоя и физико-химическими свойствами находящегося в ней материала. В среднем по отрасли она составляет величину порядка 12 т/ч спека при расходе 6300-—7300 кДж/кг получаемого продукта. В отличие от спекания технологические процессы, протекающие в других трубчатых печах, идут без оплавления шихты.
Основы расчета ТВП
Из расчетов горения топлива и теплового баланса находят количество газов, образующихся в печи при средней ее температуре Vl , м3/с Тогда внутренний диаметр печи (Dвн, м) может быть найден по формуле: где ωl - допустимая скорость движения газов в печи при средней ее температуре, м/с; скорость газов принимается в пределах 3 - 8 м/с. При влажной шихте скорость берется больше, при cyxoй и мелкой шихте во избежание большого пылеуноса - меньше. Далее находят коэффициент заполнения сечения печи материалом ω. Значение φ определяют из условия прохождения (транспорта) материала через печь при заданной производительности по шихте (G, кг/ч): , где γ - насыпная масса материала в печи, кг/м3; ωм - скорость поступательного движении материала, м/ч (ωм=0,0963Dвнβ/τ0, где τ0 -длительность оборота печи, ч; β - угол наклона печи к горизонту; τ0 и β берутся из заводской практики).
