Трубчата піч

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Трубчата піч

Трубчата (ротаційна) піч – це засіб пірометалургійної обробки, який використовується для отримання високої температури матеріалу (прожарювання) при безперервному процесі. Матеріали, які виготовляються з використанням трубчатої печі, включають:

Вони також використовуються для прожарювання широкої різноманітності сульфідних руд перед видобуванням з них металу.

Принцип роботи[ред.ред. код]

Трубчата піч – це циліндричний сосуд, трохи нахилений до горизонту. Вона повільно обертається навколо своєї вісі. Матеріал, що обробляється, загружається у верхній кінець циліндру. Так як піч обертається, матеріал повільно рухається у напрямку нижнього кінця та може при цьому перемішуватися. Гарячі гази проходять повз піч, іноді в тому ж напрямку що і оброблюваний матеріал (паралельний потік), але зазвичай у зворотному напрямку (протилежний потік). Гарячі гази можуть бути створені у зовнішній топці, або можуть бути створені факелом всередині печі. Такий факел створюється горілкою, яка діє на зразок пальника Бунзена. Паливом для неї може бути газ, мазут, або порошкове вугілля.

Конструкція[ред.ред. код]

Основними компонентами трубчатої печі є обичайка, вогнетривка футеровка, підтримуючі бандажі та ролики, тяговий триб та внутрішні теплообмінники.

Обичайка печі[ред.ред. код]

Обичайка виготовляється з прокатних листів низьковуглецевої сталі, товщиною зазвичай між 15 та 30 мм, звареної у формі циліндру, який може бути довжиною до 230 мм та діаметром до 6 метрів. Вона зазвичай розміщується по осі схід/захід для запобігання вихрових токів.

Верхні обмеження діаметру спричинені схільністю обичайки до деформації в овальний поперечний переріз, що призводить до викривлення під час обертання. Довжину обмежувати не обов’язково, але, якщо піч дуже довга, стає важко впоратись зі зміною довжини під час нагрівання та охолодження (зазвичай близько 0.1 до 0.5 % довжини).

Вогнетривка футеровка[ред.ред. код]

Призначення вогнетривкої футеровки полягає в уберіганні сталевої обичайки від високих температур всередині печі, та захисту її від корозійних властивостей матеріалу що обробляється. Футеровка може складатися з вогнетривкої цегли або вогнетривкого бетону, або може бути відсутня в зонах печі, де температура не перевищує 250 С^0. Вогнетрив вибирається в залежності від температури в печі та хімічної природи матеріалу що обробляється. В деяких сферах виробництва, таких як виробництво цементу, термін експлуатації футеровки збільшується, завдяки утворенню на поверхні футеровки шару матеріалу з виробничого процесу. Товща футеровки зазвичай становить 80 – 300 мм. Типовий вогнетрив може витримувати коливання температури в 1000 С^0 між його гарячим та холодним станом. Температура обичайки не повинна перевищувати 350 С^0 для запобігання пошкодженню сталі, цілодобово працюючі інфрачервоні сканери використовуються для раннього сповіщення про «гарячі точки», які вказують на проблеми з футеровкою.

Бандажі та ролики[ред.ред. код]

Бандаж

Бандажі зазвичай складаються з єдиної кільцеподібної відливки, обробленої до стану гладкої циліндричної поверхні, яка вільно прикріплюється до обичайки печі за допомогою низки спеціальних кріплень. Це потребує дещо оригінального дизайну, бо бандаж повинен щільно прилягати до обичайки, але також не заважати тепловому рухові. Бандаж обертається на парі стальних роликів, також оброблених до стану гладкої поверхні циліндру, та розташованих на половині діаметру печі кожний. Ролики повинні підтримувати піч та забезпечувати обертання з найменшим тертям, на скільки це можливо. Добре зроблена піч, при відключенні живлення, буде колихатись на зразок маятника декілька раз, до повної зупинки. Маса типової печі розмірами 6х60 м, з врахуванням вогнетриву та завантаженого матеріалу, становить близько 1100 тон, та повинна підтримуватись трьома бандажами та групами роликів, розставлених по довжині печі. Найдовші печі можуть мати 8 груп роликів, в той час як дуже короткі печі можуть мати тільки дві. Печі зазвичай проходять 0,5 – 2 об/хв, але іноді і 5 об/хв.. Печі на найсучасніших заводах з виробництва цементу роблять 4 – 5 об/хв.. Підшипники роликів повинні витримувати велику постійну та робочу загрузку, та повинні бути ретельно захищені від тепла печі та попадання пилу. Крім опорних роликів є, зазвичай, верхні та нижні «упорні (протидіючі) ролики» які опираються у бік бандажу, це запобігає сковзанню печі з опорних роликів.

Тяговий триб[ред.ред. код]

Піч зазвичай обертається за допомогою одного зубчастого вінця, який оперізує найхолоднішу частину печі, але іноді рухається за допомогою приводних валиків. Вінець з’єднаний зубчатою передачею з електромотором з регульованою швидкістю. У нього повинен бути великий пусковий обертальний момент для запуску печі з великою ексцентричною загрузкою. Для обертання печі 6 х 60 метрів зі швидкістю 3 об/хв, необхідно близько 800 кВт. Швидкість проходження матеріалу через піч пропорціональна швидкості обертання, і для контролю цього потрібен мотор з регульованою швидкістю. У випадку використання приводних валиків для обертання печі, можуть використовуватись гідравлічні приводи. Це дає змогу досягнути надзвичайно сильного обертального моменту. В багатьох процесах, дуже небезпечною є зупинка гарячої печі, у випадку проблем з приводом. Різниця температур між верхом та низом печі можуть призвести до деформації печі та пошкодженню вогнетриву. Тому, нормальною практикою вважається встановлення допоміжного приводу для використовування при відключенні енергії. Це може бути невеликий електромотор з автономним живленням, або дизельний двигун. Він обертає піч дуже повільно, але достатньо швидко для запобігання пошкодженню.

Внутрішні теплообмінники[ред.ред. код]

Теплообмін в трубчатій печі може здійснюватись за рахунок кондукції, конвекції та випромінювання, у порядку зменшення ефективності. У низькотемпературних процесах, та в холодніших частинах довгих печей, в яких не вистачає підігріву, піч часто обладнана внутрішніми теплообмінниками для покращення тепло-обігу між газом та матеріалом який оброблюється. Вони можуть складатися з черпаків або підіймальних пристроїв, які проносять матеріал через потік газу, або можуть бути металеві вставки, які нагрівають верхню частину печі, та передають тепло матеріалу, коли занурюються під нього під час обертання печі. Останні привабливіші, так як підіймальні пристрої підіймають багато пилу. Найбільш вживані теплообмінники складаються з ланцюгів що висять поперек потоку газу.

Інше обладнання[ред.ред. код]

Піч сполучається з колектором для виходу матеріалу в нижній частині, та з трубами для відхідних газів. Це вимагає щільної ізоляції в обох кінцях печі. Відхідний газ може більше не використовуватись, а може подаватись на обладнання попереднього нагріву, яке потім передає тепло разом з подачею матеріалу. Гази повинні пройти крізь піч і подаються в обладнання попереднього нагріву вентиляторами, розташованими у розвантажувальному кінці печі. Для обладнання попереднього нагріву, у якому може відбуватися велике падіння тиску, можуть бути потрібні вентилятори великої потужності, і приводи вентиляторів часто можуть бути найпотужнішими приводами в цілій системі печі. Відхідні гази містять пил та можуть містити такі небажані компоненти, як двоокис сірки та хлороводень. Тому встановлюється обладнання «скрубери» для очистки газів до того, як вони будуть випущені в атмосферу.

Корисне тепло-віддання[ред.ред. код]

Корисне тепло-віддання трубчатої печі становить близько 50 – 65%.

Джерела та додаткова література[ред.ред. код]

  • R H Perry, C H Chilton, C W Green (Ed), Perry's Chemical Engineers' Handbook (7th Ed), McGraw-Hill (1997), sections 12.56-12.60, 23.60, ISBN 978-0070498419
  • Boateng, Akwasi, Rotary kilns : transport phenomena and transport processes. Amsterdam ; Boston : Elsevier/Butterworth-Heinemann (2008), ISBN 978-0750678773

Посилання[ред.ред. код]