Интенсификация мокрого способа производства цементного клинкера путем выбора рациональных цепных завес для вращающихся печей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Мешик, А. Ф.

• Мешик, А. Ф.
• 1965

Оглавление диссертации Мешик, А. Ф.

I. ВВЕДЕНИЕ. I

П. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Ш. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЦЕПЕЙ И ОПТИМАЛЬНОЙ КРУПНОСТИ ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИМА, ВЫХОДЯЩЕГО ИЗ ЦЕПЛОЙ ЗАВЕСЫ

1, Эффективность использования поверхности цепей в различных цепных завесах а/ Гирляндная цепная завеса б/ Навеска цепей свободно висящими концами.

2. Определение оптимальной крупности материала 67 а/ Условия моделирования процесса движения сыпучего материала. б/ Методика и результаты исследования в/ Влияние движения сыпучего материала на процесс теплообмена во вращающейся печи . 88 ХУ. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МВДУ ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ, МАТЕРИАЛОМ И ЦЕПЯМИ НА УЧАСТКЕ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ С ПЛАСТИЧНЫМ Й ТВЕРДЫМ ГРАНУЛИРОВАННЫМ МАТЕРИАЛОМ.

I. Экспериментальные исследования теплообмена между цепями и пластичным и твердым гранулированным материалом . IOI а/ Методика исследований б/ Результаты исследования.

2. Экспериментальные исследования теплообмена между газовым потоком и цепями а/ Методика исследований . XI б/ Результаты исследований

У. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА НА УЧАСТКЕ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ СО ШЛАМОМ,ОБРАЗУЮЩИМ ПЛЕНКУ НА ПОВЕРХНОСТИ ЦЕПЕЙ а/ Методика и результаты экспериментального определения толщины шламовой пленки на поверхности цепей и критической влажности шлама б/ Методика и результаты исследований теплообмена в цепных завесах на модели и в промышленных печах.

У1. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ ПОСЛЕ ВНВДРЕНИЯ ЦЕПНЫХ ЗАВЕС РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ.

УЛ. В Ы В О Д Ы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация мокрого способа производства цементного клинкера путем выбора рациональных цепных завес для вращающихся печей»

Семилетним планом развития народного хозяйства СССР перед цементной промышленностью поставлена почетная и ответственная задача; максимально используя возможности действующих и вновь строящихся заводов, увеличить количество, улучшить качество цемента и снизить расходы на его производство.

В настоящее время мощное цементное производство в нашей стране базируется в основном на мокром способе производства, имеющем свои преимущества, состоящие в более совершенном измельчении и гомогенизации сырьевых материалов, экономически целесообразном при использовании сырья с высокой начальной влажности). Сухой способ производства, несмотря на очевидную экономичность в использовании топлива на обжиг клинкера, при тенденции увеличения мощности агрегатов не нашел такого широкого применения, как мокрый способ по некоторым техническим причинам.

Тепловая эффективность современных мощных вращающихся печей повышается за счет улучшения самой конструкции печей и оснащения их эффективными теплообменными устройствами, что сокращает разрыв в расходе тепла на обжиг между сухим и мокрым способом производства и укрепляет позицию последнего.

Кроме того, при мокром способе производства пылевынос из печи меньше, чем при сухом способе, т.е. меньше потери тепла и сырья и проще использование уловленной пыли.

Улучшение производственных показателей печей, повышение их производительности, снижение удельного расхода тепла на обжиг достигается как за счет оптимального профиля и увеличения размеров печей, так и за счет установки в печах совершенных теплообменных устройств, в первую очередь,-цепных завес, интенсифицирующих процесс сушки шлама»Сушка шлама во вращающейся печи мокрого способа производства требует больших затрат тепла, по сравнению с другими статьями теплового баланса вращающейся печи. Как следует из нижеприведенного теплового баланса, расход тепла на испарение воды шлама, поступающего в печь с начальной влажностью 37%, составляет 32% от общего расхода тепла на обжиг, и, естественно, увеличивается при повышении влажности шлама.

Цепные завесы, навешиваемые в печах мокрого способа производства, предназначены для интенсификации процесса сушки в объеме печи с тем, чтобы этот процесс закончился возможно ближе к ее загрузочному концу.

Удельное напряжение объема зоны сушки в цепной завесевращающейся печи мокрого способа производства, по промышленнымданным, составляет 70 * 85 кгвВ0ДЫ в лучшем случае мэчас100 Ч воды.м час.

Известно, что интенсифицировать процесс сушки в единице объема сушки можно, повысив плотность навески /количество цепей в единице объема/; но кроме увеличения интенсивности сушки цепная завеса во вращающихся печах должна отвечать и другим требованиям, вытекающим из особенностей работы печи и имеющим целью повышение производственных показателей работы печи в целом.

Таблица l-IСводная таблица теплового баланса печи мокрого способа производства ^№п.п. ;Статья балансаккадкг клин-кераПриход тепла1. Тепло сгорания топлива2. Теплосодержание топлива3. Тепло воздуха4. Тепло шлама1654 11,5 13 24,5Итого: 1693Расход тепла5» Тепло, уносимое отходящими газами 3876. Тепло, теряемое вследствие химического недожега 177. Тепло уноса 98. Тепло, расходуемое на ооразованиеклинкера 4479. Тепло, теряемое в окружающую среду 22810. Тепло, затрачиваемое на испарениевлаги шлама 53911. Тепло, уносимое клинкером 66Итого:169328 ОД 0,8 1Д10022,7 I0,526.413.532 8.Э100Данные получены при испытании печи 3,6^3,3^3,6x150 м Себря-ковского завода.

Эти требования сводятся, в основной, к следующему:X. Цепная завеса должна иметь достаточно высокую транспорта рующую способность, чтобы уровень шлама у загрузочного конца печи был низким и стабильным в целях предотвращения перелива шлама в пыльную камеру через шайбу загрузочного конца печи.

Такие явления часто наблюдаются в печах, где имеет место интенсивная сушка шлама, особенно если шлам обладает повышенной вязкостью; иногда - при возврате уловленной пыли в печь через ее загрузочный конец, так как добавление пыли в шлам в некоторых случаях вызывает увеличение его вязкости.

Переливы шлама в пыльную камеру вызывают нарушение теплового и технологического режима печи и резко ухудшают ее производственные показатели /производительность, удельный расход тепла на обжиг и др./.

Неудовлетворительная транспортирующая способность цепной завесы может быть причиной ооразования из пластичного шлама колец, которые, кроме перелива шлама, могут вызвать также волнообразное движение материала во вращающейся печи.

2. Подготовка материала в цепной завесе, заключающаяся в сушке шлама и его гранулировании, должна быть такой, чтобы гранулометрический состав выходящего из цепной завесы материала и прочность его гранул соответствовали условиям оожига в подготовительных зонах и зоне спекания вращающейся печи.

Интенсивность сушки и действие цепей на высыхающий материал наряду со свойствами самого материала, являются основными факторами, определяющими прочность отдельных гранул и гранулометричес кий состав материала, выходящего из цепной завесы.

3. В процессе сушки и обжига во вращающейся печи материалчастично диспергируется и его мелкие фракции увлекаются газовым потоком и в значительном количестве могут быть унесены из печи, если цепная завеса не обладает достаточно высокой пылеулавливающей способностью, поэтому высокая пылеулавливающая способность цепной завесы является необходимым условием для эффективной работы печи.

Интенсификация процесса сушки за счет увеличения плотности навески цепей в завес© приводит к повышению ее гидравлического сопротивления газовому потоку; в этом случае необходимы конструктивные решения, позволяющие интенсифицировать теплообмен и сушку с возможно меньшим увеличением гидравлического сопротивления цепной завесы, т.е. меньшим количеством цепей.

5. Конструктивное выполнение цепной завесы должно обеспечить незначительный износ как самих цепей, так и футеровки печи на участке навески цепной завесы, вызываемый взаимным трением цепей и трением цепей о поверхность футеровки*6. Вес цепей, увеличивающий нагрузку на корпус печи и опоры, должен быть возможно меньшим, особенно для печей большого диаметра.

Все вышеперечисленные требования в большей или меньшей степени несовместимы с интенсивной сушкой шлама в единице объема печи.

В печах, длительное время эксплуатируемых, указанные противоречия в большей или меньшей степени разрешаются на основе имеющихся эмпирических зависимостей и путем непосредственного опытного подбора конструкций цепных завес, учитывающих тепловой и технологический режимы печи, ее профиль и свойства сырья, однако, эксплуатируемые цепные завесы далеко не всегда рациональны, ив этой направлении предстой? еще много сделать.

Особенно актуальной является задача набора и расчета рациональных цепных завес для новых мощных вращающихся печей мокрого способа производства, для которых имеющиеся эмпирические зависимости для расчета цепных завес и нормы, выработанные практикой на печах малой и средней мощности, не^вволне применимы из-за резкого различия в геометрических размерах старых и мощных новых печей.

В этой работе мы поставили задачу обосновать выбор способа рациональной навески цепных завес с целью улучшения производственных показателей в целом и определения необходимых закономерностей для расчета|цепных 1 таких/завес с учетом свойств шлама и режима работы печей.

П* ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОРСырьевой шлам, обжигаемый во вращающихся печах мокрого способа производства с целью получения цементного клинкера, пред -ставляет собой двухфазную полидисперсную систему, состоящую из тонкоизмельченных глинистых и карбонатных материалов.

С точки зрения реологии, шлам представляет собой тело, обладающее аномалией вязкости, предельным напряжением сдвига и тиксотропией.

Аномалию вязкости, заключающуюся в ее зависимости от градиента скорости П.А.Ребиндер /л.64, 65, 66/ и другие исследователи /л.39, 61, 75, 17, 68, 72/ видят в том, что при увеличении скорости сдвига разрушаются сольватные оболочки, окружающие коллоидные частицы и объединяющие их в отдельные агрегаты, и тем интенсивнее, чей выше скорость сдвига и чем больше увеличивается подвижность частиц. Таким образом, аномалия вязкости сырьевого цементного шлама обусловлена характером его структуры.

Минимальное значение вязкости шлама достигается при полном разрушении его структуры. Аномалия вязкости обратима, так как при снижении градиента скорости вязкоетб шлама восстанавливается за счет восстановления структуры. Благодаря структурированию частиц шлама, последнему свойственно и предельное напряжение сдвига, величина которого зависит от того, насколько прочны структуры, образованные частицами.

Бели за счет структурирования вязкость меняется практически мгновенно с изменением скорости сдвига, то более глубокое структурирование частиц, влияющее на величину предельного напряжения сдвига, требует некоторого времени.

Изменение во времени реологических свойств шлама, называемое тиксотропией, различно для различных типов шлама. В связи с тиксотропией у пластичных дисперсных систем можно различать два предела текучести: динамическое предельное напряжение сдвига Га, определяемое непосредственно после разрушения структуры, и статистическое предельное напряжение сдвига - Тд. Величина всегда больше и увеличивается с увеличением длительности выдержки системы в состоянии покоя.

Реологические свойства шлама /вязкость, предельное напряжение сдвига/ и их зависимость от природы сырьевых материалов,влажности шлама, температуры, присутствия в шламе разжижителей, щелочей и пыли, выносимой газовым потоком из вращающихся печей, исследовали многие ученш/л!8, 84, 13, 50, 58/.

Замечательное свойство шлама, объяснимое наличием предельного напряжения сдвига,состоит в способности шлама образовывать неподвижную толстую пленку на поверхности смачиваемых им тел, что дает возможность удерживать на этой поверхности значительно большее количество воды по сравнению, например, с количеством воды в водяной пленке, покрывающей ту же поверхность. Это свойство шлама используется для интенсификации теплообмена в процессе сушки шлама во вращающихся печах путем навески цепных завес, поверхность которых покрывается достаточно толстой пленкой шлама, не высыхающей в течение того периода оборота печи, когда цепи находятся в газовом потоке. Можно сказать, что именно это свойство шлама дает возможность эффективно испольговать цепные завесы для интенсификации сушки шлама во вращающихся печах.

Экспериментальными работами Ф.Г.Банита /л.6/ и других исследователей по изучению зависимости толщины пленки шлама на поверхности тел наполнения фильтров-подогревателей во вращающихся печах от реологических свойств шлама, выявлена эмпирическая зависимость, представляющая интерес и с точки зрения сушки шлама в цепной завесе вращающейся печи.

Эта эмпирическая зависимость показывает, что толщина пленки шлама является функцией логарифма предельного напряжения сдвига. Теоретическими и экспериментальными исследованиями Б.В.Дерягина и С.м.Леви /л.24/ установлена закономерность нанесения тонких слоев вязкой и пластично-вязкой жидкости. Для пластично-вязкой жидкости решение уравнение зависимости толщины наносимой пленки, вследствие математических трудностей, реше -но только численно для весьма налой толщины пленки^без учета кинетики процесса. Это обстоятельство не позволяет достоверноиспользовать решения Б.В.Дерягина и С.М.Леви для изучения процессов в цепных завесах. Следует также отметить, что авторы при анализе процесса образования пленки учитывали только силы поверхностного натяжения, а также силы вязкости и инерции в самой пленке, не принимая во внимание взаимодействие подложки с жидкостью под ее поверхностью. Для образования толстых пленок пластично-вязкой жидкости,по нашему мнению, очевидно необходимо учитывать и взаимодействие подложки /цепи/ с жидкостью под ее поверхностью.

Изменение влажности и температуры шлама в процессе его сушки в цепной завесе вращающейся печи, а также присадка к нему пыли и взаимодействие с газами приводят к изменению реологических свойств шлама, что в свою очередь, влияет на образование пленки и процесс сушки шлама.

И.А.Семченко /л,71/ показал, что влажность сырьевых шламов при идентичных реологических показателях находится в прямой зависимости от молекулярной влагоемкости, зависящей в свою очередь от дисперсности и природы исследуемого материала. По данным этих исследований, изменение химического состава шлама за счет ввода различных добавок /форсуночного топлива, шлаков, горелой породы, щелочей и др./ приводит к изменению его реологических свойств. Добавление к шламу тонкодисперсной пыли и повышение содержания so^ в нем приводят к значительному увеличению предельного напряжения сдвига и вязкости шлама. Добавка к шламу форсуночного топлива, молотого доменного шлака, горелой породы, щелочей и т.п. вызывает снижение предельного напряжения сдвига и вязкости шламаОднако эти работы, а также работы Ф.Г.Банита и других иссле дователей /л.б/, посвящены изучению свойств шлама в относительнонебольших диапазонах его влажности, естественно, не охватывают изменения свойств шлама, происходящих в течение всего процесса сушки в цепной завесе.

Исследование свойств шлама в широких пределах изменения его влажности описывается в работе М.Шшадакиса и 1.Бомбле /л.113/. Авторы указывают, что основное значение для теплообмена в процессе сушки шлама и характера его движения в цепной завесе вращающейся печи имеет предельное напряжение сдвига. От величины этого параметра зависит толщина пленки шлама на цепях и футеровке, движение цепей в цепной завесе.

Для определения предельного напряжения сдвига авторы ис-пользовали три метода. В пределах от 15 до 3000 дин/см измерения проводились с помощью коаксиального вискозиметра, в пределах от 3000 до 100000 дин/см^ применялся конус Тетмейера. Для определения предельного напряжения сдвига выше 100000 дин/см2 проводилось испытание на разрыв восьмерок, отформованных из пластичного шлама и высушенных затем при мягком режиме сушки /во избежание образования усадочных трещин/ до требуемой влажности. При этом была получена зависимость для предельного напряжения сдвига.

Т= еа b * Е дин/с/,где: а и ъ - константы, характеризующие свойства данного шлама^ Е - относительная влажность шлама /отношение веса влаги к весу влажного шлама/.

В зависимости от минералогического состава, тонкости помола, а также от других свойств шлама, величина "а" находится в пределах 7-100, а величина " ъ" в пределах 10-35.

Для определения консистенции шлама в зависимости от его влажности Пападакисом и Бомбле была использована методика Атер-берга, применяемая при полевых испытаниях грунтов. По зтой методике предел текучести /ы, / устанавливается по исчезновению черты, проведенной на поверхности шлама, в процессе двадцати пяти встряхиваний сосуда со шламом. Предел пластичности Др/ определялся раскатыванием без образования трещин цилиндрика из шлама. Предел усадки /lr/ определялся по прекращению усадки образца вследствие сближения частиц шлама, ранее разъединявшихся водой. Каждый из этих пределов характеризуется определенной влажностью шлама и соответствующим предельным напряжением сдвига.

Основываясь на этих пределах, в зависимости от состояния шлама, цепную завесу вращающейся печи можно разделить на зону текучести, зону пластичности и зону грануляции; при этом значение влажности, соответствующее пределу пластичности, лежит, таким образом, в зоне грануляции.

В своей работе М.Пападакис и Ж.Бомбле рассматривают причины образования пленки на цепях и поверхности футеровки. Они отмечают, что прочность сцепления плевки с поверхностью металла, футеровки или обмазки /адгезия/ зависит от природы материала этой поверхности и состояния самой поверхности,в то время как толщина пленки зависит от когезиальных свойств шлама. Авторы отмечают, что толщина пленки и инетнеивноеть прилипания ее к поверхности в зоне сушки вращающейся печи зависят от предельного напряжения сдвига. М.Пападакис и Ж.Бомбле указывают, что толщина пленки увеличивается до предела налипания, когда внутренние силы сцепления частиц шлама начинают превышать силы сцепления шлама и поверхности цепей или футеровки, и тогда по выходе цепей или поверхности футеровки из-под материала ни цепи, ни футеровка не покрываются шламом. Для исследованных авторами шламов пределналипания /la / наступает при предельной напряжении сдвига 120000* дин/см2 и лежит между пределами текучести и пластичности, располагаясь ближе к последнему.

Процесс взаимодействия цепей и шлама в процессе сушки авторы описывают следующим образом.X. На участке цепной завесы, где шлам обладает текучестью, он покрывает все поверхности /цепи, футеровку/ и располагается в нижней части сечения печи тонким слоем.

2. На участке, где шлам еще пластичный, до предела налипания, шлам намазывается на цепи и футеровку более толстым слоем; причем недостаточно тяжелые цепи, покрытые слоем шлама, могут прилипать к футеровке,также покрытой слоем шлама. Очень легкие цепи могут даже слипаться между собой в центральной части сечения печи. Интенсивное залипание цепей происходит на том участке где шлам находится в сильно пластичном состоянии, причем интенсивность залипания уменьшается в сторону участка с текучим шламом. Толщина слоя шлама в нижней части сечения печи на этом участке несколько больше толщины слоя шлама на участке, где он находится в текучем состоянии. При влажности шлама, лежащей меж ду пределом налипания и пределом пластичности^материал, состоит из комьев, покрытых налипшими на них частицами более сухого шлама. При влажности, мевьщей предела пластичности,комья разрушаются.

Авторы также отмечают, что из-за неравномерного распределе ния влаги в материале предел налипания обычно наступает несколь ко раньше, чем это следует по средней влажности шлана.

В зоне гранулирования из комьев, выходящих из зоны пластич ности, вследствие их раскалывания цепями, образуются гранулы.

При этом» если материал пересушивается во время пребывания в цепной завесе, то образуется очень много пыли за счет его истирания цепями. Если ке шлам в цепной завесе высушен недостаточно, то он образует большое количество крупных влажных комьев, которые при дальнейшем движении по печи высушиваются и распадаются.

Приведенные авторами результаты экспериментального определения зависимости предельного напряжения сдвига шлама от различных добавок повторяют результаты других исследователей. Интересно отметить результаты определения предельного сдвига шлама в воздухе и в атмосфере углекислого газа. При этом было установлено, что при влажности 38% предельное напряжение сдвига шлама составляло 780 дин/см^, а в атмосфере предельное напряжение сдвига составляло только 545 дин/cs^, однако авторы не указывают динамических условий опыта, имеющих решающее значение при реологических исследованиях тиксотропных тел. По нашему мнению, результаты этих опытов нуждаются в проверке, так как указанное отклонение находится в пределах точности опытов.

М.Пападакис и Ж.Бомбле предложили способ расчета толщины цепей для цепной завесы вращающейся печи мокрого способа производства, предлагающий равномерное распределение поверхности цепей по длине цепной завесы.

Толщина цепей по этому способу расчета определяется по предложенной авторами формуле, выведенной на основании данных исследования взаимодействия цепей со шламом на модели.

Это первая, известная нам, попытка расчета толщины цепей в различных участках цепной завесы, в которых шлам имеет переменную величину предельного напряжения сдвига в результате изменения его влажности.

Особое значение занимает вопрос о гранулометрическо составе материала на выходе из цепной завесы. Этому вопросу в литературе и практике цементного производства уделяется большое внимание по той причине, что дальнейшая подготовка материала во вращающейся печи, тепловой и технологический режим ее работы, зависят от гранулометрического состава материала, т.к. он оказывает влияние на характер движения материала в печи и количество пыли, переносимой газовым потоком из разгрузочной в загрузочную часть печи.

Из практики обжига вытекает, что при увеличении количества мелких гранул и пыли высокотемпературная стадия процесса обжига смещается к загрузочному концу печи /л.97/. На наш взгляд, это свидетельствует, с одной стороны, об ухудшении теплообмена в зоне декарбонизации и подогрева, а, с другой стороны, указывает на перенос части высокотемпературного тепла с пылью, увлекаемой газовым потоком.

В своих обширных исследованиях теплообмена во вращающейся печи А.Фолио /л.100/ провел изучение теплообмена путем конвекции и излучения между поверхностью слоя материала, состоящего из гранул разщичной крупности, и газовым потоком. При этом было установлено резкое увеличение коэффициента отражения для гранул менее 0,1 мм, что свидетельствует о нецелесообразности обжига мелко гранулированного материала.

А.Фолио отмечает, что большим затруднением в расчете конвективного теплообмена материала с факелом является отсутствие данных о процессе обновления поверхности слоя откоса материала и времени пребывания частиц материала на этой поверхности.

Нам кажется, что исследование картины движения материала внутри слоя материала и определение закономерности для расчета времени пребывания материала необходимо, как для расчета теплообмена в полной части вращающейся печи, так и для определения оптимального гранулометрического состава материала, подготавливаемого в цепной завесе.

По вопросу движения сыпучего материала во вращающемся цилиндре имеется большое количество теоретических и экспериментальных работ /л.22-35, 47-50, 57, 77, 78, 107, 115, 108, 19,94, 1X9, 118, 114, 121, 120, 9, 105, 116/, однако в них не исследуется движение материала в поперечном сечении, определяющее процесс перемешивания материала. Некоторые результаты исследования формы движения материала в поперечном сечении вращающегося барабана в зависимости от граничных условий/скорости вращения и угла трения материала о стенки/ и свойств материала /угла внутреннего трения и связности материала, его насыпного веса/ приводятся М.П.Макевниным /л.48, 49/, однако в этой работе не были исследованы количественные зависимости времени пребывания частиц материала на поверхности откоса и перемешивания в поперечном сечении печи.

Таким образом, исследование движения материала в поперечном сечении печи, определяющего его перемешивание и время пребы- вания частиц материала на его поверхности, представляет еще не решенную частную задачу динамики движения сыпучего материала.

Динамике движения сыпучего материала посвящена теоретическая работа Г.А.Гениева /л.20, 21/, составившего замкнутую систему у- равнений движения сыпучей среды и разработавшего методику решения ряда задач сыпучей среды с различными краевыми условиями, позволяющую провести экспериментальные исследования с возможно полным учетом факторов, влияющих на движение материала в поперечном сечении вращающейся печи.

Что касается непосредственно самого процесса гранулообра-зования в цепной завесе вращающейся печи, то хотя этот процесс представляет большой интерес, в литературе не имеется данных о соответствующих экспериментальных или теоретических исследованиях процесса. Имеющиеся литературные данные относятся в основном к исследованию работы промышленных печей в целом, а гранулометрические характеристики материала приводятся как показатель работы цепных завес.

Г.Борншейн /л.92/ приводит данные о гранулометрическом составе материала после гирляндной и свободно висящей цепных завес в исследованной им печи 2,85x2,40x2,70x82,0 в зависимости от влажности материала. Выводы Г.БорншеЙна сводятся в основном к следующему: из гирляндной завесы выходят более равномерные по составу гранулы с малым содержанием пыли, по сравнению с гранулами, выходящими из свободно висящей завесы; по данным автора, количество частиц материала меньших 0,2 мм для гирлянд составляло 3%, а для свободно висящих концов около 16% за счет болееинтенсивного истирания материала свободно висящими концами цепей5.

Д.Рутль /л.115/ также указывает на появление ббльшего количества пылевидных фракций при уменьшении влажности материала, но отмечает, что до сих пор невозможно установить причину различия гранулометрического состава материала, выходящего из цепных завес.

Известно, что в завесе из свободно висящих концов /л.93/ цепи в нижней положении перекатываются по футеровке в слое материала и интенсивно его истирают. Несколько меньшее истирание материала производят удлиненные гирлянды, которые в нижнем положении свободно укладываются на футеровку печи, вследствие чего также перекатываются по футеровке и в слое материала.

Наименьшее истирание материала имеет место в гирляндной цепной завесе с такой навеской гирлянд, когда они в нижнем положении натянуты и лишь слегка касаются футеровки.

Практические рекомендации /л.92, 97, 108/ для уменьшения количества пыли в материале, выходящем из цепной завесы, состоят в том, чтобы влажность этого материала была не менее 8-12%. При меньшей влажности материала истирание гранул интенсифицируется и количество пыли в высушиваемом материале увеличивается.

По нашему мнению, регламентирование влажности материала, выходящего из цепной завесы, для достижения однородных по соота-ву гранул /с малым количеством пыли/, не является безусловно необходимым параметром работы цепной завесы. В своем большинстве нормы технологических карт заводов не влажность материала, выходящего из цепной завесы, были установлены на практике путем изменения теплового и тяго-дутьевого режима печи с одной и той же цепной завесой. Таким образом можно изменять только интенсивность сушки шлама в цепной завесе. Но если на участке текучего шлама изменение интенсивности сушки не влияет на его свойства,то на участке пластичного /до предела усадки/ шлама, а также и ' в начале участка гранулирования, увеличение интенсивности сушки вызывает появление большого количества усадочных трещин. Гранулы получаются непрочными, рыхлыми и легко истираются как в цепной завесе, так и при дальнейшем движении материала в печи. Опыты Г.БоришеЙна /л.92/, наблюдавшего увеличение содержания пыли при уменьшении влажности, подтверждают наши выводы.

Разработанная нами и внедренная на цементном заводе "Гигант" /л.81/ цепная завеса, имеющая разгрузочный участок с меньшей плотностью навески, позволила получать при влажности материала 0-4% такой же гранулометрический состав выходящего из цепной завесы материала, как и при средней влажности 8,76%-Это свидетельствует о достижении оптимального режима сушки, обеспечивающего минимальное уменьшение прочности гранул в зоне пластичного материала за счет устранения усадочных внутренних напряжений.

Вопросам прочности и качества высушиваемого материала в технологии сутки уделяется исследователями большое внимание.

А.В.Лыков /л.44/ указывает, что причиной появления трещин /локальное разрушение/, а также полного разрушения /потеря целостности структуры/ является развитие объемно-напряженного состояния высушиваемого материала свыше предельно допустимого, обусловленного прочностью материала. Такое напряженное состояние создается при чрезмерной усадке,возникающей в результате неравномерного распределения влагосодеижания и температуры внутри материала. А.В.Лыков отмечает, что непосредственно рассчитать перепад влагосодержаний в материале невозможно,во-первых, потому, что образование трещин происходит в упруго-пластической области, где закон Гука несправедлив; а во-вторых, локальное разрушение происходит в объемно-напряженном состоянии. В качестве критерия трещинообразования для периода постоянной скорости сушки можно принять критерий Кирпичева, отражающий распределение влагосодержаний внутри частицы материалаК-. «'»где: q* - плотность потока влаги,R - характерный размер частицы материала,а» - коэффициент потенциалопроводности,f - начальный удельный вес материала,и" - начальная средняя влажность материала, оЭкспериментальным путем/лЛ8/ было установлено, что образование трещины при сушке различных материалов происходит только при значениях Ki превышающих некоторый предел, зависящий от свойств материала и других параметров сушки /скорости воздуха, его температуры и влажности/.

Таким образом для получения прочных гранул необходимо установить оптимальный режим сушки в разгрузочной части цепной завесы.

Так как влажность и температура газов и их скорость в цепной завесе зависят от работы печи в целом, то рациональный режим сушки может быть достигнут только путем снижения до необходимого значения путем изменения плотности потока влаги q«, т.е. изменения интенсивности сушки за счет менее плотной навески цепей на разгрузочном участке цепной завесы.

Из вышеуказанного следует, что для получения на выходе из цепной завесы прочных гранул необходимо с помощью расчета или путем подбора навесить завесу такой плотности и с таким количеством цепей, чтобы интенсивность сушки в разгрузочной части завесы не превышала предела, допустимого для данных сырьевого шлама и теплового режима печи; причем сушка шлама в данной завесе в целом должна быть интенсивной,В качестве теплообменников в зоне сушки вращающихся печей мокрого способа производства, цепи применяются с I9II г. /л.99/* В настоящее время навеска цепей во вращающихся печах производится различными способами /л.97,2,3,4,5,69,30,28,23,86,87, 16/.

Прежде всего различаются два способа подвески цепей во вращающейся печи:I/ крепление свободно висящими концами, при котором только один конец крепится к корпусу печи, а второй висит свободно;2/ крепление гирляндами, при котором оба конца цепи прикрепляются к корпусу.

Кроме вышеуказанного различия в креплении отдельных цепей завесы могут различаться расположением точек крепления цепей на внутренней поверхности корпуса печи:I/ поперечно секционная навеска, при которой точки крепления расположены поперечными оси печи рядами;2/ винтовая навеска, при которой точки крепления расположены на винтовых линиях.

Опыт эксплуатации вращающихся печей мокрого способа производства показывает, что к цепным завесам, кроме интенсификации процесса сушки,предъявляется и ряд других требований /л.97,92,9^а именно: формирование высушенного материала в однородные прочные гранулы без их истирания; повышенная пылеулавливающая способность; достаточная транспортирующая способность; предотвращение образования шламовых колец в цепной зоне; невысокое гидравлическое сопротивление газовому потоку;механическая стойкость в условиях работы вращающейся печи; простота навески цепей и их ремонта; минимальное истирание футеровки в цепной зоне и др.

Эффективное выполнение вышеперечисленных условий, в особенности первых пяти, позволяет повысить фактическую производительность печей, снизить расход топлива, уменьшить пылевынос из печи,Г.БорншеЙн /л.92/ приводит пример значительного улучшения работы печи 2,85/2,40/2,70x82,0 ы за счет навески гирляндной цепной завесы, вместо цепной завесы из свободно висящих концов /табл.П-1/.

Чрезмерное увеличение плотности цепной завесы, с целью интенсифицировать процесс сушки, приводит как к увеличению гидравлического сопротивления цепной завесы, так и к переливу шлама через шайбу в загрузочном конце печи в пыльную камеру, происходящему вследствие снижения транспортирующей способности цепной зоны, вызванного слишком густой цепной завесой /л.97/. По нашему мнению, здесь играет роль не только транспортирующая способность, но и приближение к загрузочной шайбе зоны пластичного шлама, приводящее к увеличению толщины слоя текучего шлама.

Для предотвращения переливов шлама В.Деренах /л.97/ рекомендует плотность навески цепей делать меняющейся: на участТаблица II-IХарактеристика работы длинной вращающейся печи мокрого способа способа производства при замене свободно висяиж концов гирлян/л.эг/+№№ : пп.»ОбозначениеРазмерность1955 г.датаТ-I4-5/П-1956 г.

7-20/П-1956 г.

26/П-З/Ш-1956 г.с 7/Ш-1956 г.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Мешик, А. Ф.

УП. ВЫВОДЫ

В результате исследований вопроса интенсификации мокрого способа производства цементного клинкера путем выбора рациональных цепных завес для вращающихся печей можно сделать следующие выводы:

X/ Для заполнения сечения печи шламом в пределах от О% до 23,2% установлена зависимость эффективной поверхности гирляндной цепной завесы от угла сдвига точек крепления противоположных концов цепей в пределах от 70° до 160°, а для цепной завесы из свободно висящих концов-от относительной длины конца цепи в пределах 0,6 до 1,8 радиуса печи в свету.

2/ Показано, что гирляндная завеса, по сравнению с завесой из свободно висящих концов, имеет большую эффективную поверхность теплообмена.

3/ Установлены эмпирические зависимости циркуляции сыпучего материала в поперечном сечении его слоя во вращающейся печи и времени пребывания гранул на поверхности откоса слоя материа ла от числа оборотов печи в пределах от 0,7 об/мин. до I об/мин., радиуса печи в свету от 0,75 до 2,5 м и коэффициента заполнения печи от 5,4 до 21,6$.

4/ Для интенсификации обжига сыпучего материала в полой части вращающейся печи оптимальная крупность гранул материала должна находиться в пределах от 2 мм до 8*16 мм, в зависимости от диа« метра печи в свету, и достигается при навеске цепей гирляндами.

5/ Для гирляндной цепной завесы определены эмпирические закономерности конвективного теплообмена между цепями, газовым потоком и сыпучим материалом в следующих пределах: для цепей со звеньями круглой формы - в пределах изменения критерия Re от 1400 до 4300 и критерия Ре от 2000 до 7000; для цепей со звеньями овальной формы - в пределах изменения критерия R® от 1000 до 4600 и критерия Ре от 4000 до 12000.

6/ Интенсивность теплообмена между сыпучим материалом и цепями из звеньев круглой формы в исследованных пределах примерно в два раза выше, чем при звеньях овальной формы.

7/ Разработана методика экспериментального определения существенных для работы цепной завесы показателей свойств шлама - толщины шламовой пленки на цепях и критической влажности шлама, при которой прекращается его налипание на цепи.

8/ Установлена эмпирическая закономерность конвективного теплообмена при сушке шлама на участке гирляндной цепной завесы с цепями, покрытыми шламовой пленкой, в пределах изменения критерия Не от 1000 до 6000 и критерия Он от 0,3 до 0,5.

9/ Внедрение результатов экспериментальных исследований в производство цемента позволило, при сокращении веса цепей в завесах до 2 раз и увеличении их стойкости, улучшить производственные показатели работы вращающихся печей: увеличить производительность на IQfo, снизить удельный расход шлама на обжиг клинкера на S%9 уменьшить до трех раз пылевынос и уменьшить гидравлическое сопротивление печей.

Годовой экономический эффект внедрения рациональных гирляндных цепных завес на трех цементных заводах - "Гигант", Себряковском и Воскресенском - составил 528,7 тыс.рублей.

I63*

Список литературы диссертационного исследования Мешик, А. Ф., 1965 год

1. М.В.Ашцуфьев и Г,С.Белецкий."Теплопередача и аэродинамическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном потоке" Машгиз, 1948.

2. С.М.Арутюнов. "Цемент", № 1959.3* И.Ф.Бабарыка."Цемент", № 2, 1955.

3. Ф.Г.Банит. "Труды НИИЦемента", вып.II, 1959.5* ФЛЧБанит."Информационные сообщения НИИЦемента", № 15,1953.

4. Ф.Г.Банит. О.Е.Королева. "Научные сообщения НИИЦемента", № 5, 1959.

5. ФБанит. Исследование процессов, протекающих в встроен" ных фильтрах-подогревателях длинных клинкерообжигательных печах мокрого способа производства" /дисс,/, 1959.

6. Ф»Г.Банит. "Сборник трудов по химии и технологии силикатов", Промстройиздат, 1957.

7. П»П.Будников."Цемент", № 2, 1952.

8. П.П.Будников, И.А.Семченко, И.И.Юдин."Н.С.НИИЦемента" № 4Д35/, 1959.

9. П.П.Будников, С.И.Хвостенков. Н.С.НИИЦемента № 10/41/

10. Г.И.Водолазский. "Цемент", N2 6, 1962.

11. М.П.Водарович. "Вязкость смазочных насел при низких тем пературах", АН СССР, 1944.

12. М.П.Водарович. Д.Н.Толстой. ДТФ, т.1У, вып.6, 1933.

13. А.П.Ворошилов."Современные проблемы сушильной техники". Гонти, 1938.

14. Г.Н.Гениев "Вопросы динамики сыпучей среды", Госиздат по строительству и архитектуре".21* Г.Н.Гениев. Сб."Исследование прочности пластичности и ползучести строительных материалов", Гос.изд.литературы по строительству и архитектуре, Ы., 1955.

15. Д.Б.Гинзбург. С.Н+Делихишкин, Е.И.Ходоров, А.Р.ГигаскиЙ "Печи и сушилка силикатной промышленности", M.I964.

16. М.Л.Голвдин. "Цемент", № б, 1955.

17. Б.В.Дерягин, С.М.Леви. "Физико-химия нанесения тонких слоев на движущуюся подложку", изд.АН СССР, 1959.

18. А.АДукаускас. -?Сб .„Теплопередача и тепловое моделирование", изд.АН СССР, 1959.• Р.Л.Зенков. "Механика насыпных грузов", Машгиз, 1952.

19. Л.Н.Ильин."Сб.ЦШ "Теплопередача и аэрогидродинамика", кн.18, вып.4, 1950.

20. А.С.Калашников. Сб.по обмену опытом в цементной промышленности /Гиироцемент/, Ife 2, 1958.

21. Календарьян, З.Р.Горбис "Тепло-и массоперенос", т.Ш, Госэнергоиздат, 1962.

22. В.М.Калиниченко "Цемент", № 5, 1957.

23. И.В.Кирпичев.1"Теория подобия", изд.АН СССР. 1958.

24. М.В.Кирпичев, Л.С.Зйгенсон. Иэв.ЗНЙН АН СССР, т.1У, вып.1, 1963.

25. М.В.Кирпичев,М.Н.Михеев, Л.С.Эйгенсон. Теплопередача. Госэнергоиздат, 1940.34 * А.Колмогоров. ДАН СССР, 31, 1941.

26. О.Кришер. "Научные основы техники сушки". Мзд.иностр1 литературы, 1961.

27. Г.Н.Кружилин. 1ТФ, т.У1, вып.3,5, 1936.

28. Н.В.Кудрявцев, К.Н.Чикалев, П.В.Шумаков. "Нестационарный теплообмен", изд.АН СССР, X96I.

29. Н.В.Кузнецов."Тепло и сила", ft 10, 1937.

30. Кулаков. "Введение в физику торфа".Госэнергоиздат,1947.

31. Ю.П.Курочкин. "Инженерно-физический журнал", № 4,1958.

32. С.С.К,утателадзе."Основы теории теплообмена". Машгиз,1957.

33. П.Д. Лебедев."Расчет и проектирование сушильных установок", Госэнергоиздат, 1963.

34. А.В.Лыков. "Сушка распадением','Пищепромиздат, 1955.

35. А.В.Лыков. "Тепло- и массообмен в процессах сушки". Госэнергоиздат, 1956.

36. А.В.Лыков. "Теория теплопроводности", Гостехиздат,1952.

37. А.ВЛыков. "Тепло- и массоперенос", I т.Госэнерго-издат, 1963.

38. А.ВЛыков."ИФЖ", Ш II, 1962.166.

39. М.П.Макевнин. Труды ЛИНМа, т.ЯХ, 1959.

40. М.П.Макевнин. "Вестник технической и экономической информации", НШТЭХШ, I960.

41. Л.Г.Мельниченко, Л.П.Панкова. "Цемент", № 6, 1959.

42. Н.М.Михайлов. "Вопросы сушки топлива на электростанциях", Госэнергоиздат, 1957.

43. М.Н.Михеев. Изв.АН СССР, отн. Ш 3, 1937.

44. М.Н.Михеев. ЖТФ, т.13, вып.6, 1943.

45. У.й.Михеев. "Теплопередача и тепловое моделирование". Изд. АН СССР, 1959.

46. А.В.Йестеренко. ЖТФ, № 4, 1954.

47. А.Н.ОрнатскиЙ. "Советское котлотурбостроение", № 2,1940.

48. В.М.ОсецкиЙ. Сб.тр.МГЙ, вып.Ш, 1938.

49. И.Я.Пивень. "Цемент", № I, 1955.

50. М.Ф.Полонская. ЖТФ, № 23, 1953.

51. М.Ф.Полонская, М.В.Мельникова. Сб."Тепло- и массооб-мен в процессах испарения", изд.АН СССР, 1958.

52. Пономарев, Хрипкова. "Труды НовоЧеркасского политехнического института", вып. 24, 1953.62» В.Прагер. "Введение в механику сплошных сред", И.Л., 1963.

53. В.Прагер. Сб.Реология", 1962.

54. П.А.Ребиндер. Сб."Вязкость жидкостей и коллоидных растворов", I, АН СССР, 1941.

55. П.А.Ребиндер, Н.А.Богусловская, В.Б.Мокиевский. "Труды совещания по вязкости жидкостей и коллоидных растворов", АН СССР, 2, 1944.

56. П.А.Ре&индер. Конспект общего курса коллоидной химии", МГУ, 1950.

57. П.А.Ребиндер. О формах связи влаги с материалов в процессе сушки", Всесоюзное научно-техническое совещание по сушке. Профиздат, 1958.

58. А.И.Ребинерсон. Проблемы коллоидной химии. ОНТИ, 1937.

59. Г.М.Ривкин. "Цемент", № 5, 1957.

60. Я.М.Рубинштейн. Сб.ВТИ "Исследование процессов регулирования, теплопередачи и обратного охлаядения". ГОНТИ, 1938»

61. И.А.Сеиченко. Исследование структурно-механических свойств шламов цементного производства /дисс./, 1959.

62. Н.Н.Оерб-Сербина. Сб."Совещание по вязкости жидкостей и коллоидных растворов", АН СССР. 1941.

63. М.В.Тринг. "Наука о лла^еюци печах". Иеталлургиздат,1. V1954.1. М.В.Тринг.

64. Г.И.Фукс. "Вявкостб и пластичностб нефтепродуктов", Гостехиздат, 1951.

65. Н.И.Фукс. "Механика аэрозолей", изд.АН СССР, 1955.

66. Е.И.Ходоров*"Движение материала во вращающихся печах". Промстройиздат, 1957.

67. Е.И.Ходоров, Е.С.Кичкина, Н.Н.Клюева. "Цемент", № 5,1952.

68. Е.И.Ходоров. "Печи цементной промышленности", Госстрой издат, 1950.

69. Е.И.Ходоров. П.М.Димент. "Цемент", № 3, 1947.

70. И.И.Ходин. Труды НИИЦемента, вып.16, 1962.

71. А.Ф.Чижекий."Сушка керамики"/диссертация/, 1951.

72. А.ФЛудновский."Теплообмен в дисперсных средах". ГИТТЛ, 1954.

73. П.П.Шабадин. "Цемент", № 3, 1934.

74. А.Шак." Промышленная теплопередача". Металлургиздат,1961.

75. М.Я.МвыдкиЙ. Труды Южгипроцемента, вып.П, 1961.

76. М.Я.ШвыдкиЙ. М.К.Гринер, А.Н.Вевз, В.Я.МеФедовский. "Цемент", № 6, 1962.

77. Л.С.Эйгенсон. "Моделирование", Советская наука,1952.

78. Л.С.Эйгенсон, "Изв. ЭНИН АН СССР, 13, вып.1,2, 1935.

79. Э.Эккерт,Р.Дрейк. "Теория тепло- и массообмена",1. Госэнергоиздат, 1961.

80. E.Y.ComungSi I.H.Clapp, I.Р.Taylor. Eng.Chem",v»40, 1948.92. fi.Bornstlein. Silikattechnik", N 8, 1957, N 1, 1960,

81. G. Boms chain. "Zament.Wapno.Gips", N 8,9, 1961,

82. R.A.Bayard. "Chemistry andMetallurgical Engineering", v,52, N 3,^1945.

83. Lcapek. «Stavivo*, N 5, 1958. 96» R.Dellyes. "Revue des materiaux de construction", N 465-466, 1954.97»B*Dersnach. "Pit and Quarry", N 9, 10, 1956. 98»D.GilIyland and M.Shorwood. "^ni.Eng.Chem.", v.26, N 5, 1934.99. DRP N 263876.

84. A.A.Folliot. "Revue des raateriawx de construetion" N 469, 470, 471, 1954.

85. H.Gygi "WSrraetechnische Untersuchun^en des Drehofeus zur Herstellung vou Portlandzement klinker", Диссертация, I9B7.

86. R.Hilpert "Forschung OUS1 dem ^jebiete des IngenierwesensV Bd 4, N 5» 1933.

87. M.^akob "Heat Trausfer", 1950.

88. I.M.^aspers Lfetude de la cusson du ciment au four rotatif, 1942.

89. H.^ibbs "Pit and Quarry", v.43, N 1, 1950

90. И.Kramers, P.Grookewit "Chemitry Eugincering Scienee", v, 1, Я 6, 1952.107. g.Ko"berich "Bement-Kalk-Gipa", N 3, 1956.

91. G.Kosta, K.Peterman "Silikattechnik", И 4» 57, 1959. Ю9. G.Legrand "Revue des materiaux de Couatruction"1. N 549, 1961.

92. D.S.Maisel, Г.K.Sherwood "Chem. Eng. ProgrV, v.46, p.172-175, 1950.

93. I.T.Mc Sutire of the royal techn. Collede". Glasgow San 1933*112* I.G.Oldroyd "Proceedings of the Cambridge philosophic cal Society", v.43, p3S3, 1947.

94. M.Papadakis, S.Bombled "Revue des materiaux de coustructious", N 578, 1963.

95. R.W.Pickering, ff.ffeakes and M.L.Fitggerald "Applied Chemistry", N 1, 1951.

96. D.Rutl "Pit and Quarry", N 1, 1955.

97. E.Rock "Zement-Kalk-Gips11, N 19, 1952.

98. H.Reiner "VDS-Forshungsheft", 269, 1925.118» W.C.Saeroan "Pit and Quarry", N 4, 1952.

99. I.D.Sullivan, Ch.G.Maler and Q.C»Ralston "Technical Paper Bureau of Mines", 384, 1927.

100. L.Vahl and W.C.Kingma "Chemistry Engineering Science" v.1, N 6, 1952121 * I«Warner "Bpck Products", v.56, N 5,8,11, 1953. 122* P.Weber "Zement-Kalk-Gips", H 5, 1959»