123635 (Печі для випалу повітряного будівельного вапна)

_Міністерство освіти і науки України

КУРСОВА РОБОТА

на тему: "Печі для випалу повітряного будівельного вапна"

Виконав

Перевірив:

2009

Повітряне вапно

Повітряним вапном, називається в’яжуче, що добувається помірним випалюванням (що не доводиться до спікання) карбонатних порід, які містять до 8% глинистих домішок.

Повітряне вапно буває таких видів:

а) негашене грудкове - продукт випалювання карбонатних порід;

б) негашене мелене - продукт помелу грудкового вапна;

в) гідратне гашене вапно - порошкоподібній продукт гідратації негашеного вапна.

Повітряне вапно забезпечує тверднення та збереження міцності будівельних розчинів за повітряно-сухих умов.

Сировинні матеріали.

Для виробництва вапна застосовують, гірські породи, що складаються з карбонату кальцію. Карбонат кальцію трапляється в природі у вигляд двох кристалічних модифікацій: кальциту та арагоніту.

Вапнякові породи є осадовими утвореннями органогенного або хімічного походження.

Колір вапнякових порід залежить від домішок. Чисті вапняки звичайно мають біле забарвлення. Домішки оксидів заліза і марганцю забарвлюють їх у жовтуваті, бурі, червонуваті тони, домішки вуглецьвмісних речовин - у сірі і чорні. Найхарактернішими домішками у вапняках є карбонат магнію, кремнезем, глинисті речовини, гіпс, пірит. У невеликих кількостях трапляються сполуки фосфору.

Фізичні властивості сировини (міцність, стиранність) визначають вибір агрегату для випалювання, а хімічний склад кількість домішок - температуру випалювання.

Фізико-хімічні основи процесу випалювання вапняків.

Основним технологічним процесом під час добування вапна є випалювання вапняку. Від нього залежать властивості кінцевого продукту. Тому питання дисоціації карбонату кальцію в науковій літературі присвячено дуже багато досліджень.

Теплота утворення CaCO з елементів за реакцією

Ca (т) + 3O (г) + C (т) = CaCO

дорівнює 1210 кДж/моль.

Процес дисоціації CaCO відбувається, як і будь яка реакція розкладу, з поглинанням теплоти. Оскільки процес дисоціації CaCO - типова оборотна реакція, то її напрямок залежить від температури і парціального тиску CO :

CaCO CaO + CO - 178 кДж

За законом діючих мас, константа рівноваги реакції дорівнює

;

де С , С , С - концентрації реагуючих речовин, моль/ л.

Концентрації С , С в одиниці об’єму сталі. Оскільки це тверді речовини, концентрацію газу можна подати через його парціальний тиск, тобто С = р . Тому

t);

Для температур, що мають практичне значення, звичайно використовується наближений вираз.

ℓgр =

Графічно залежність Рсо2 від t подано на рис.12

Вапно-випалювальні печі

Випалювання вапняку у наш час здійснюють у шахтних і обертових печах, у киплячому шарі, а також у завислому стані.

Шахтні печі.

Найбільше поширення набули шахтні печі, оскільки вони досить легкі в експлуатації, не вимагають великих капітальних затрат на будівництво, економічні в теплотехнічному відношенні. Недоліком шахтних печей є їх відносно невелика потужність (порівняно з обертовими печами), а також непридатність їх для випалювання дрібних фракцій (як правило, розмір кусків вапняку повинен бути не менше 40 мм і лише в печах спеціальної конструкції можна випалювати куски вапняку розміром 10 - 20 або 20 - 40 мм). Шахтні печі непридатні для випалювання сировини, що легко

У шахтних печах можна застосовувати різне паливо: вугілля, газ, нафту. Залежно від властивостей твердого палива шахтні печі поділяються на пересипні (паливо завантажується разом з випалювальним матеріалом і згоряє безпосередньо в печі) і печі з винесеними газовими топками, де відбувається попереднє повне спалювання палива або його газифікація.

У пересипних печах використовують паливо з невеликою кількістю летких - антрацит, кокс, пісні сорти кам’яного вугілля (короткополуменеве паливо).

У печах з винесеними топками бажано застосовувати паливо з великою кількістю летких - довгополуневе вугілля, торф, сланці.

У пересипну шахтну піч вапняк і паливо подають зверху через спеціальний завантажувальний пристрій, причому, щоб уникнути приварів, паливо завантажують на віддалі 200-300 мм від стінок. Повітря необхідно для спалювання палива, підводять у піч знизу. Випалене вапно вивантажують безперервно спеціальним механізмами. Тепер усі печі працюють на вимушеній тязі, що створюється димососом. Більша частина печей працює під розрідженням. Штучне дуття застосовують значно рідше. У деяких печах вентилятором у верхній частині створюють розрідження, а в нижній - надлишковий тиск.

Перша - зона підсушування палива і вапняку. Тут видаляється гігроскопічна волога. Зона підсушування залежно від вологості матеріалу займає по висоті 8 - 12% пічного простору. За нею розміщена зона підігрівання, в якій вапняк нагрівають до 800-850 °С. Тут паливо також і "коксується". Кисень у цій зоні відсутній, тому леткі речовини, виділення яких розпочинається при температурі 250°С і найінтенсивніше відбувається при температурі 500-700°С, не згоряють. Тепловтрати з легкими речовинами при спалюванні антрациту досягають 8,5%, а при спалюванні коксу - 2% питомої теплоти згоряння палива, тому в пересипних печах не можна використовувати паливо, що містить велику кількість летких речовин. Зона підігрівання є найбільшою за довжиною і займає до 40% пічного простору. За цією зоною йдуть зона горіння палива і зона розкладання вапняку. Зона горіння палива дещо довша, оскільки частина палива згоряє нижче за зону розкладання. Максимальна температура досягається на межі між зонами випалювання й охолодження вапна.

У зоні горіння палива відбуваються реакції (за біреакційною схемою, запропонованою З.В. Чухановим):

4С + 3О = 2СО + 2СО (окислення вуглецю);

3С + 2О = 2СО + СО ;

С + О = СО (горіння вуглецю);

С + СО = 2СО (відновлення оксиду вуглецю (ІV));

2СО + О = 2СО (горіння оксиду вуглецю (ІІ)).

У продуктах згорання завжди міститься деяка кількість СО (1,0-1,5%), який видаляється з печі з димовими газами.

У зоні охолодження вапно має температуру ~ 100 - 150°С.

Питома витрата палива у пересипних печах становить 13-16% маси випаленого вапна. Потужність шахтних печей на сучасних заводах становить 50 - 200 т/добу. Добовий вихід вапна з 1 м³ корисного об’єму печі становить 700 - 900 кг (у перерахунку на активність 93%). Окремі заводи добиваються добового виходу вапна до 1100 - 1300 кг/м³. У пересипні печі завантажують, як правило, куски вапняку розміром 60 - 1540 мм. Відношення середнього розміру кусків палива до середнього розміру кусків вапняку звичайно коливається в межах від 0,5: 1 до 1:

1. У пересипних печах вапно забруднюється золою палива.

При використанні довгополуменевого палива застосовують печі з винесеними топками. Топки бувають двох видів: повного згоряння і напівгазові. У топки повного згоряння паливо завантажується тонким шаром, воно повністю згоряє до СО , і продукти згоряння з температурою 1100 - 1300 °С надходять у шахтну піч. У таких печах витрата вугілля досягає 25% маси вапна. В напівгазових топках, внаслідок того, що паливо завантажується товстим шаром і подається недостатня кількість кисню, відбувається неповне згоряння. Напівгаз, тобто газ, що містить значну кількість горючих (Н і СО) з температурою 800 - 1000 °С, спрямовують у піч через спеціальні впускники. Одночасно подають додаткову кількість повітря. Витрата палива становить 18 - 20% маси вапна.

У печах з винесеними топками вапно отримують чистіше, однак вони менш потужні й економічні, що обмежує їх застосування. Оскільки гази, що подаються, не можуть проникати в глибину більше ніж на 0,9 м, діаметр печей з винесеними топками обмежується - 1,8 м. Печі з винесеними топками виготовляють прямокутної видовженої форми або з кернами всередині для зменшення поперечного перерізу. Є печі з винесеними топками для випалювання дрібняку.

Застосовують також комбінований метод, при якому частину палива вводять у вигляді крупки з вапняком, а частину - спалюють у винесених топках. Функціонують також печі, в які паливо в порошкоподібному стані у суміші з повітрям вводять через спеціальні труби на кількох рівнях. У таких печах добувається м’яко випалене вапно, а зола легко відокремлюються від випаленого продукту.

У газові печі газ подають або в центр шахти печі, або на різні горизонти по висоті. Останній спосіб дає змогу підтримувати рівномір нішу температуру в зоні випалювання. Потужність таких печей до 200 т/добу, витрата палива - 14-20% маси вапна.

У печах на нафті, яка має дуже високу температуру горіння, для спалювання застосовують не чисте повітря, а його суміш з відхідними газами. Нафту спалюють у камері неповного згоряння, розвиваючи температуру 900 - 1000 °С. Горючі гази догоряють уже в шахті на значній її відстані по висоті. Піч Азбе (США), що працює за цим принципом, витрачає на 11% палива. Основні техніко-економічні показники шахтних печей наведено у табл.1

Таблиця 1. Основні показники роботи шахтних печей

У наш час впроваджуються у виробництво пересипні шахтні печі потужністю 200-450 т/добу і печі на і газоподібному паливі потужністю 100, 200 і 500 т/добу.

Обертові печі дають змогу випалювати дрібні фракції, а також м’які породи і діставати м’яко випалене вапно. Довжина таких печей від 30 до 100м. Чим довша піч, тим менша питома витрата палива. Для поліпшення теплотехнічних показників обертових печей за ними встановлюють парові котли-утилізатори, оскільки температура відхідних газів досягає 700-800°С. Застосовують також підігрівники вапняку, і тоді матеріал надходить у піч з температурою 500 - 700 °С. Підігрівники бувають шахтні, циклонні й у вигляді конвеєрної гратки. Якщо витрата теплоти без додаткових пристроїв становить 25 - 30%, то в печах з підігрівниками вона знижується до 16-20%. Піч устаткована барабанними холодильниками для охолодження вапна, що виходить з неї. Потужність печей 200-500 т/добу. В подальшому впроваджуватимуться печі потужністю до 1000 т/добу.