3. Обжиговые агрегаты

Цементный клинкер обжигают по вращающихся печах, являющихся основным оборудованием обжиговых агрегатов. В зависимости от способа обжига клинкера (мокрый или сухой) вращающиеся печи оснащают и оборудуют внутри — или запечными теплообменнымн устройствами. Кроме того, печи оборудуют холодильниками, дымососами, пылеулавливающими аппаратами, форсунками и др.

Рис. 14 Вращающаяся печь 5X185 м

1 -дымосос; 2 — электрофильтр; 3- пыльная камера; 4 — корпус вращающейся печи; 5 — опора; 6 — привод; 7 — холодильник

1. Вращающиеся печи (рис. 14 и 15) состоят из следующих основных элементов: цилиндрического корпуса с бандажами и векцовой шестерни, привода, роликоопор, теплообменных устройств, холодноА и горячей головок.

Рис.  15. Вращающаяся печь 6,4/7X95 м.
1 — циклоны; 2 — батарейные циклоны; 3 — вращающаяся печь; 4 — опоры; 5 — холодильник

В комплект печного агрегата входят холодильник, механизмы для подачи и сжигания топлива, тягодутьевые устройства и система пылеочистки отходящих печных газов. Техническая характеристика печей основных типоразмеров представлена в табл. 18 и 19.

ТАБЛИЦА 18. Техническая характеристика вращающихся печей мокрого способа производства


ТАБЛИЦА 19. Техническая характеристика технологических линий с печными агрегатами для сухого способа производства

Корпус печи сваривают из стальных листовых обечаек длиной 2—6 м и толщиной 32—120 мм. Материал — листовая сталь марок М16С (ГОСТ 6713—53 [здесь и далее: необходима проверка актуальности ГОСТ, т.к. использованы старые источники, изданные в советсткие времена]) и ВМСтЗ (ГОСТ 380-71). Для печей, работающих в северо-восточных районах страны, рекомендуется низколегированная сталь марки 09Г2С (ГОСТ 4543—71). Сваривают сталь электродами из сварной проволоки, покрытыми обмазкой ВИАС-100.

Участок обечайки, где устанавливают бандажи, изготовляют из более толстого стального листа, чем весь корпус печи.

Корпус печи изгибается между опорами, сминается на них и скручивается при вращении окружным усилием привода печи, приложенным к зубчатому колесу, надетому на корпус:
    (15)
где — напряжение в теле обечайка, кгс/м3 (МПа); Ми и Мл изгибающие и крутящие моменты, Нм; W — момент сопротивления обечайки, м3 ( ); Dк — диаметр обечайки, м; — толщина листа.

Межопориый изгибающий момент, Нм:

где Р — масса межопорного участка корпуса печи, т; l— расстояние между опорами, м;

Крутящий момент, Нм:

где N — мощность вращения печи, кВт;  — частота вращения печи, об. в 1 мин.

Толщина обечайки корпуса печи, м, должна удовлетворять условию:

      (16)

Бандажи (ОСТ 22-170-71) изготовляют следующих типов: опорный и опорно-упорный. Материал бандажей — конструкционная легированная литая сталь марок 20ГСЛ и ЗОГСЛ (ГОСТ 7832—65) и кованая сталь марки 35ХГСА (ГОСТ 4543—71) или стали других марок, физико-механические свойства которых не ниже, чем у указанных.

Поковки для кованых бандажей должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8479—70, твердость их — не ниже 167—207 НВ.

На рис. 16 представлено крепление бандажа на подбандажной обечайке для печей 5X185, 4X60 и 4X150 м. На подбандажную обечайку наваривают прокладки толщиной 25 мм и более (изготовленные по соответствующему радиусу). На рис. 17 изображено крепление бандажа на печи 4,5/5X135 м. Бандаж относительно подбандажной обечайки имеет зазор порядка 42 мм (по радиусу), который затем ликвидируют при помощи заранее обработанных прокладок толщиной 40 мм. На рис. 18 показано крепление бандажа с подбандажной обечайкой — «посадка с тепловым натягом».

В последние годы стали применять вварные бандажи, которые оказались очень надежными в эксплуатации.

Рис. 16. Крепление бандажа на корпусе печей 5X185, 4X60 и 4X150 м
1— бандаж; 2 — прокладка yпоpa; 3 — упор; 4 — прокладка

Рис. 17. Крепление бандажа на корпусе печи 4,5/5X135 м
1 — бандаж; 2 — опорный башмак; 3 — корпус печи

Рис. 18. Крепление бандажа методом «посадка с тепловым натягом»
1 — бандаж; 2 — зазор; 3 — башмак; 4 — корпус печи

Роликовые опоры для бандажей монтируют на металлической раме, которую устанавливают на (массивном железобетонном фундаменте. Нагрузки на опоры основных типов печей представлены в табл. 20.

ТАБЛИЦА 20. Характеристика корпусов вращающихся печей и нагрузок на опоры

На рис. 19 показан общий вид типовой роликоопоры. На сварной раме основания установлено по две пары подшипников скольжения, на вращающиеся оси которых плотно насажены ролики. В опорах, рассчитанных на нагрузку в 400, 500, 630, 800 и 1600 т, применяют четырехрядные подшипники с коническими роликами, а в опорах, под нагрузкой 160 и 315 тс (1600 и 3150 кН) — двухрядные сферические роликовые и упорные подшипники с коническими роликами для восприятия соответственно радиальных и осевых усилий в упорных устройствах.

Рис. 19. Роликоопора 1 — рама; 2 — ролик; 3 — подшипник

На рис. 20 показана схема гидроупора вращающейся печи 5X185 м. Подшипники опор и ролики снабжены системой водяного охлаждения. Смазка подшипников опор печи — жидкая черпаковая из масляных ванн подшипников.

Рис. 20. Гидроупор
1 — упорный ролик; 2 — направляющие; 3 — гидроцилиндр; 4 — станина

Ролики опорные и контрольные изготовляют из конструкционной легированной литой стали марок 20ГСЛ и 30ГСЛ по ГОСТ 7832—65. Для осей опорных роликов используют конструкционную сталь марок 45 и 50 (ГОСТ 1050—60). Поковки для осей опорных и контрольных роликов относятся к группе V поковок (ГОСТ 8479—70).

Привод печи. Печь приводится во вращение электродвигателем через понижающий частоту вращения редуктор, подвенцовую и венцовую шестерни. На рис. 21 показан общий вид двустороннего привода печи.

Рис. 21. Общий вид двустороннего привода вращающейся печи
1—кожух; 2 — зубчатый венец; 3 — электродвигатель; 4 — упругая муфта; 5—главный редуктор; 6 — вспомогательный редуктор; 7 — промежуточный вал; 8 — подвенцовая шестерня

Уплотнения корпусов современных печей бывают двух типов: создающие механическое трение и аэродинамические.

Тягодутьевым устройством печи является дымосос (табл. 21), устанавливаемый за печью. Характеристика вентиляторов подачи первичного воздуха дана в табл. 22.

ТАБЛИЦА 21. Техническая характеристика дымососов к вращающимся печам

ТАБЛИЦА 22. Техническая характеристика вентиляторов подачи первичного воздуха к вращающимся печам мокрого способа производства при сжигании жидкого и твердого топлива*


* При сжигании природного газа первичный воздух не нужен.

Холодильники — барабанные, рекуператорные и колосниковые — предназначены для окончательного охлаждения клинкера.
Рекуператорный холодильник (рис. 22) состоит из нескольких барабанов диаметром от 1,1 до 2,1 и длиной от 6 до 20 м, закрепленных по окружности корпуса. В горячей часта рекуператор футеруют бронеплитами из жароупорного чугуна. Соединяют рекуператоры с печью сменными патрубками из жароупорного чугуна.

Рис. 3.22. Рекуператорный холодильник
1—корпус рекуператора; 2 — выходная решетка; 3 — пересыпающие лопасти; 4 — броневые плиты с направляющими лопастями; 5 — течка; 6 — сменный патрубок

Колосниковые горизонтальные холодильники (рис. 23 и 24) применяют на современных высокопроизводительных печах для охлаждения клинкера до 50—80°С. С этой целью принудительно продувают холодный воздух через слой горячего клинкера. Применяют холодильники с однократным или двукратным прососом воздуха. Технические характеристики колосниковых холодильников, изготовляемых отечественными заводами, приведены в табл. 23 и 24, а характеристика оборудования системы охлаждения и обеспыливания — в табл. 25, 26 и 27.


Рис. 23. Колосниковый холодильник типа "Волга-75СА1"
1— привод; 2 — шахта; 3 — камера; 4 — колосники; 5 — дробилка; 6 — колосниковые плиты; 7 — привод; 8 — разгрузочная воронка; 9 — конвейер


Рис. 24. Колосниковый холодильник типа "Волга-С"
1 — шахта; 2 — место подачи острого дутья; 3 — камеры; 4 — подвижные колосники; 5 — неподвижные колосники; 6 — разгрузочная воронка; 7 — дробилки клинкера

ТАБЛИЦА 23. Техническая характеристика колосниковых холодильников к печным агрегатам, изготовленных заводом «Волгоцеммаш»

ТАБЛИЦА 24. Техническая характеристика модернизированных колосниковых холодильников типа «Волга»

ТАБЛИЦА 25. Техническая характеристика тягодутьевых машин, комплектующих отечественные колосниковые холодильники переталкивающего типа

ТАБЛИЦА 26. Техническая характеристика системы обеспыливания холодильников

ТАБЛИЦА 27. Техническая характеристика тягодутьевого оборудования модернизированных колосниковых холодильников типа «Волга»


В зависимости от особенностей конструкции холодильников расход воздуха на охлаждение клинкера составляет 1,5—2 м3 на 1 кг клинкера при двукратном прососе воздуха и 2—3,5 м3 на 1 кг клинкера— при однократном (максимальные значения получены при охлаждении клинкера, размер гранул которого больше 40 мм).

Поэтому холодильники с двукратным прососом устанавливают к печам для обжига сухой сырьевой шихты (с конвейерными кальцинаторами, циклонными теплообменниками и пр.).

Теплообменные устройства во вращающихся печах сокращают длительность подготовительных стадий обжига путем интенсификации теплообмена в холодильном конце печи. Они способствуют также частичному осаждению пыли из газового потока.

Цепные завесы применяют в печах для интенсификации процессов сушки шлама и теплообмена между обжигаемым материалом и газовым потоком. Стандартные (некалиброванные) цепи, используемые для цепных завес, изготовляют по ГОСТ 13237—67 и ГОСТ 5.1925—73. Цепи изготовляют из стали СтЗ, СтЗкп и СтЗЦ электростыковой сваркой двух половинок. Для цепей рекомендуются также следующие марки стали: для холодной зоны — 30ХМА, 27СГ (ГОСТ 4543—71); для средней зоны — СтЗкп, СтЗЦ (ГОСТ 380— 71); для горячей зоны — Х18Н10Т; Х25Н16АР (ГОСТ 5632—72).

Наиболее рациональный профиль стального проката для изготовления цепей — эллиптический. На рис. 25 показаны различные формы цепей для цепных завес. При применении такого профиля увеличивается поверхность теплообмена на 10—12% при одной и той же массе цепной завесы. Разрушаются цепи вследствие истирания звеньев по наружному диаметру, в местах соединения, в местах сварки и окисления материала цепи раскаленными газами.


Рис. 25. Цепи для цепных завес
а — круглозвенные; б — овальные; в — двухвитковые

Во вращающихся печах применяются навески цепей двух видов (рис. 26): гирляндно-винтовые и свободно висящие либо комбинированные. Поверхность цепей подбирают с расчетом, чтобы шлам выходил из цепной зоны с остаточной влажностью в среднем 8—12%. Конструкция цепной завесы должна способствовать хорошей грануляции материала. Длина цепей обычно составляет 0,6— 0,7 внутреннего диаметра печи по футеровке. Общая длина цепей в современных длинных печах составляет 2000 м и более, а поверхность — более 2000 м2.

Рис. 26. Подвеска цепей в печах
а — гирляндами за оба конца; б — свободно висящая за одни конец

В табл. 28 дана характеристика основных типов цепных завес печей.

ТАБЛИЦА 28. Техническая характеристика цепных завес вращающихся печей в параметры, влияющие на подбор завесы

Примечание. Sц- поверхность цепной завесы; Кц- отношение поверхности цепей к поверхности футеровки на участке цепной завесы

Цепи крепятся к корпусам печей на швеллерах, устанавливаемых через равные промежутки по окружности корпуса печи; с помощью скобы, приваренной к корпусу и к кольцу, а также к разъемным кольцам корпуса, к кольцу, приваренному к корпусу печи, и с помощью серьги. Узел крепления цепей к корпусу печи показам на рис. 27.

Рис. 27. Узел крепления целей к корпусу печи
1 — корпус печи; 2 — футеровка; 3 — кронштейны; 4 — палец; 5 — цель

Внутрипечные теплообменники, как и цепные завесы, предназначены для сокращения длительности подготовительных стадий обжига путем интенсификации теплообмена, частичного осаждения пыли из газового потока, повышения производительности печи и экономии топлива. Кроме того, теплообменники предохраняют цепные завесы от преждевременного выгорания и разрушения. Конструкции теплообменников разнообразны: ячейковые, звеньевые, лопастные, секционные (рис. 28), конусные (рис. 29), циклоидные (рис. 30) и др. На рис.  31 показан конус теплообменника.

Рис. 28. Внутрипечные теплообменники
а и б — шарнирно-ячейковые, в — керамический; г — звеньевой; д — винтолопастной

Рис. 29. Конусные теплообменники конструкции НИИцемента

Рис. 30. Циклоидный теплообменник
1 — корпус печи; 2 — футеровка; 3 — лопасти

Рис. 31. Конус теплообменника

Теплообменники изготавливают из жаростойкого чугуна или жаростойкой стали, а также из огнеупорного кирпича. Встроенные теплообменники недолговечны. Объясняется это несоответствием применяемого металла для работы при высоких температурах и в абразивной среде, где он подвергается межкристаллитной коррозии. Обычно температура газового потока на входе в теплообменники 1100°С, а температура поступающего в них материала 100—150°C. Такой перепад температур ведет к интенсивному износу цепей.

Применяемые для теплообменников жаропрочные стали и сплавы подразделяют на четыре группы: 1) хромокремнистые и хромомолибденовые стали перлитного класса; 2) высокохромистые стали полуферритного и ферритного классов; 3) хромоникелевые и сложнолегированные стали аустенитного класса; 4) сплавы на основе никеля, титана, кобальта, хрома, ванадия и молибдена. В табл. 29 приведены допустимые рабочие температуры сталей некоторых типов, рекомендуемых для теплообменников.

ТАБЛИЦА 29, Допустимые рабочие температуры жаростойких сталей дли теплообменных устройств печей

Из жаропрочных сталей 1-й группы для работы при 900°С по жаростойкости пригодна сталь марки Х10С2М, термообработка которой проводится по режиму:    закалка при 1010—1050 С в масле, отпуск 750±30°С, охлаждение в масле.

Из 2-й группы применимы стали типа 1X13, которые обрабатывают по режиму: закалка с 1030—1050°С и отпуск при 750°С. Сталь 1X13 можно применять до рабочей температуры 800°С, выше начинается интенсивное ее окисление. Свариваемость стали 1X13 удовлетворительная. После сварки необходима термообработка по режиму нагрев до 760—780°С, выдержка 2 ч, охлаждение медленное.

Жаропрочность сталей 2X13, 3X13, 4X13 ниже, чем у 1X13. Стали 3X13 и 4X13 для длительной службы при повышенных температурах вообще неприменимы, так как из-за нестабильности структуры они быстро разупрочияются выше 300°С.

Комплексное легирование небольшими присадками молибдена, ванадия, вольфрама, титана и бора повышает предел длительной прочности стали 1X13. Легирование хромистых сталей никелем, взятым в количестве от 8 до 14%, позволяет получить жаропрочные стали 3-й группы, обладающие аустенитной структурой. Жаропрочность стали этой группы без сложного комплексного легирования остается на таком же уровне, как у стали 1X13 при несколько повышенной жаростойкости. Хорошие показатели по жаростойкости имеют теплообменники, изготовленные из сталей Х24Н12СЛ и Х22Г8Н5АР.

Запечные теплообменные устройства в основном представлены циклонными теплообменниками (рис. 32). В этих аппаратах поверхность теплообмена взвешенной в газовом потоке сырьевой муки максимальная, а скорость ее нагревания - высокая. Циклоны — металлические, обычно нижние, футеруют огнеупорной керамикой, а верхние — изолируют снаружи различными теплостойкими материалами.

Рис. 32. Запечный шахтно-циклонный теплообменник конструкции Гипроцемента
1, 2, 3 и 4 — циклоны; 5— газоходы; 6 — участок подачи сырьевой муки; 7 — печь; 8 — опорный ролик

Предметный указатель: