С циклонными теплообменниками

В основу работы печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Передача теплоты во взвешенном состоянии гарантирует быстроту, и равномерность нагревания смеси. Откорректированная сырьевая мука поступает в систему циклонных теплообменников. Отходящие из вращающейся печи газы с температурой 900-1000˚С через переходную шахту по газоходу движутся в циклонный теплообменник IV ступени, а затем последовательно проходят циклонные теплообменники ΙΙΙ, ΙΙ и Ι ступени, пылеулавливающее устройство и через дымовую трубу выходят в атмосферу. В газоходах циклонных теплообменников скорость газов значительно выше скорости движения частиц сырьевой муки. Поэтому подаваемая в газоход между Ι и ΙΙ ступенью циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклон Ι ступени, где материал подогревается, а газы соответственно охлаждаются. Поскольку диаметр циклона на много больше диаметра газохода, то скорость газового потока в циклоне резко снижается, и частицы сырьевой муки выпадают из газового потока. Осевший материал через затвор - мигалку поступает в газоход, соединяющий ΙΙ и ΙΙΙ ступени а из него выносится газами во ΙΙ ступень. В такой последовательности сырьевая мука опускается вниз, проходя поочерёдно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная от относительно холодной ( Ι ) и кончая горячей (IV).

Из циклонного теплообменника выходит сырьевая смесь со скоростью декарбонизации не более 35%. Завершение процесса декарбонизации требует относительно долгого времени. Длительность обжига может быть сокращена при использовании трёхступенчатого обжига. Для этого между теплообменником и печью встраивают реактор - декарбонизатор, представляющий собой печь с форсункой, в вихревом потоке которого происходит сжигание части топлива и декарбонизация сырьевой смеси. Из циклонного теплообменника сырьевая мука с температурой 720- 750˚С поступает в декарбонизатор. Сюда же, тангенциально, через вихревую камеру подаётся смесь воздуха с топливом. Поток движется вдоль стенок вверх по спирали в камеру реакции. За время подъёма до выпускного

газохода смесь газов и твёрдых частиц совершает несколько оборотов вокруг оси декарбонизатора. Вследствие вихревого движения вдоль вертикальной оси реактора, возникает зона разряжения. В эту зону всасываются сырьевая мука и топливо, они смешиваются с газами и диспиргируются. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, немедленно передаётся частицами сырьевой муки, которые нагреваются до 920 - 970˚С. При этом в декарбонизаторе не возникает светящегося факела горения, который виден во вращающей печи. Здесь около 90% теплоты передаётся конвекцией, и только около 10% - излучение. Далее сырьевая мука поступает во вращающуюся печь.

Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25- 30 секунд. За короткое время сырьевая мука нагревается до 700- 800˚С, полностью дегидратируется и 25- 35% декарбонизируется. Поэтому в короткой печи с циклонными теплообменниками отсутствуют зоны испарения, подогрева и сокращена зона декарбонизации. В зоне декарбонизации происходит разложение СаСО₃ и МgСО₃:

МgСО₃→МgО + СО₂

СаСО₃→ СаО + СО₂

Эта зона наиболее напряжена в тепловом отношении, так как процесс разложения известняка требует больших количеств тепла. Температура материала в этой зоне 900 - 1200˚С.

При дальнейшем повышении температуры протекает реакция в твёрдой фазе с образованием силикатов, алюминатов, ферритов кальция. Эти реакции протекают с выделением тепла. Они идут в конце зоны кальцинирования и на небольшом протяжении за ней:

СаО + Fe₂O₃ → CaO· Fe₂O₃

CaO + Al₂O₃ → CaO · Al₂O₃

CаО · Al₂O₃ + 2СаО → 3CаО · Al₂O₃

3CаО · Al₂O₃ + CaO· Fe₂O₃→ 4CаО · Al₂O₃· Fe₂O₃

2СаО + SiO₂ → 2CаО · SiO₂

Часть печи, где происходят эти реакции, называют экзотермической зоной. Эта зона занимает 7 - 10% длины печи.

Далее материал поступает в зону спекания. Здесь он частично плавится и образуется жидкая фаза. Максимальная температура в зоне спекания 1420 - 1470˚С или в среднем приблизительно 1450˚С. Спекание начинается уже при температуре 1300˚С, продолжается при подъёме температуры материала до 1450˚С и при охлаждении его снова до 1300˚С. Тепло здесь передаётся излучением. Время пребывания материала в зоне спекания 15 - 30 минут при температуре 1450˚С и выходе гранул клинкера 10 – 50 мм. Повышение температуры обжига до 1600˚С позволяет завершить процесс клинкерообразования за 5 - 10 минут. Зона спекания занимает 10 - 15% длины печи.

Из зоны спекания материал поступает в зону охлаждения. Температура материала снижается до 1200 - 1000˚С. Часть жидкой фазы при этом кристаллизуется с выделением клинкерных минералов, а часть затвердевает в виде стекла. Зона охлаждения занимает 2- 4% длины печи.

Температуры выходящих из печи газов 1050 - 1150˚С, температура отходящих газов перед дымососом доходит до 300˚С. Разряжение в газоходах до 60 МПа и более.