книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов
..pdfОБЖИГ
ВКИПЯЩЕМ
СЛОЕ
ВПРОИЗВОДСТВЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
М О С К В А
СТРОЙИЗДАТ
1975
УД К 6 6 6 * 9 .0 4 1 .9 .0 9 6 .5 |
|
|
|
|
П ечатается по решению секции литературы |
по |
|||
технологии |
строительных |
материалов |
редакцион |
|
ного совета |
Стройиздата |
от 23 апреля |
1 9 7 1 |
г. |
Авторы: А .А . Ахундов, Г*А. Петрихина, А .И . П о - линковская, Б .Л . Пржецлавский
Обжиг в кипяшем слое в производстве строи тельных материалов. М ., Стройиздат, 1 9 7 5 ,2 4 8 с . Авт,: А .А . Ахундов, Г .А . Петрихина, А .И . П о - линковская, В ,Л . Пржецлавский.
Рассмотрен новый м етод в производстве ст р о
ительных материалов - обж иг кусковы х |
и |
зер |
||
нистых материалов в кипящем с л о е , |
описаны |
|||
конструкции |
печей. Даны рекомендации |
по |
при |
|
менению обжига материалов в кипящем |
|
с л о е , |
||
приведены |
технико-экономические преимущества |
|||
нового способа. |
|
|
||
Книга предназначена для научных |
работни |
|||
ков и инженерно-технических работников |
пред |
|||
приятий |
промышленности строительных |
материа |
||
лов. |
|
|
|
|
Табл. |
2 5 , рис. 6 4 , список ли т.: 1 2 1 |
назв. |
^ 3 0 2 0 9 - 2 1 9 ° 647(<5ПГ75 2 7 3 - 7 5 © Стройиздат, 1 9 7 5
В промышленности строительных материалов за |
|
последние годы все больший удельный вес |
среди |
стеновых материалов приобретают крупноразмерные
изделия и конструкции, в том числе |
из |
бетонов |
на пористых заполнителях, бетонов |
автоклавного |
твердения, а также из керамических материалов. Так,
объем производства пористых заполнителей |
наме |
|
чено увеличить в девятой пятилетке |
в 2 - 2 ,5 раза, |
|
выпуск вяжущих материалов для изделий |
авто |
|
клавного твердения в 1 ,5 раза. В |
производстве |
|
кепамических стеновых материалов |
будет |
возрас |
тать доля камней и крупноразмерных блоков.
Такой быстрый рост выпуска еще сравнительно
новых для отечественной промышленности |
|
изделий |
||
бусловливает необходимость повышения |
|
техни- |
||
еского уровня их производства и |
требований, |
|||
предъявляемых к ним и к материалам, из |
|
которых |
||
они изготовляю тся. Э то относится, в |
частности, к |
|||
качеству наиболее распространенного |
в |
настоящее |
||
время пористого заполнителя - керамзита, |
который |
|||
JAHMO получать с широким диапазоном |
грану- |
|||
лического состава (в том числе керамзитово- |
||||
.песка) и однородным по насыпной |
м ассе. В ес ь - |
|||
кажным |
является расширение сырьевой |
|
базы |
|
ьгковой |
промышленности и доведение |
качества |
извести до кондиций, обеспечивающих получение ав
токлавных изделий с заданными свойствами. |
В нед |
||||||||||||
рение в производство эффективной добавки |
к глино |
||||||||||||
м ассе - |
дегидратированной |
глины |
- |
позволит |
|
п6' |
|||||||
высить |
качество крупноразмерных стеновы х |
м а те |
|||||||||||
риалов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В производстве строительны х м атериалов |
одниД |
||||||||||||
из важнейших этапов является термическая |
обра |
||||||||||||
ботка изделий: правильный выбор способа |
терм о |
||||||||||||
обработки и тепловых агр егатов, |
а |
|
также |
режи |
|||||||||
мов их эксплуатации, обеспечивает получение |
|
вы |
|||||||||||
сококачественной продукции. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
В отечественной промышленности |
|
строи тельн ы х |
|||||||||||
материалов |
основными |
тепловыми |
агрегатам и |
|
для |
||||||||
термической обработки |
кускового |
материала |
явля |
||||||||||
ются шахтные |
печи |
(д ля |
обж ига |
известняка) |
|
и |
|||||||
вращающиеся |
барабанные |
(известняка, |
керамзита- |
||||||||||
перлита). Эти печи пригодны в основном для |
|
о б 1 |
|||||||||||
жига кусков больш ого |
размера, для тепловой |
|
же |
||||||||||
обработки мелких фракций они недостаточно |
|
эф |
|||||||||||
фективны как по производительности, так и |
|
по |
|||||||||||
расходу |
тепла. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В производстве |
кальциевой извести |
в С С С Р |
пре |
||||||||||
имущественно |
использую тся |
шахтные |
печи |
(в |
кото |
||||||||
рых обжигают известняк с разм ером куска |
|
|
5 0 ’ |
||||||||||
2 0 0 м м ), |
что обусловлен о, |
главны м |
обр азом , |
|
о* |
||||||||
носительной простотой их конструкции и |
услови |
||||||||||||
ями эксплуатации, |
сравнительно невысокими |
капи- |
|||||||||||
таловложениями в строительство, высокими |
уд ель |
||||||||||||
ными сьемами и низкими удельными |
|
расходами |
|||||||||||
тепла. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако |
эти печи имеют |
ряд серьезн ы х |
|
недо |
|||||||||
статков: в |
них невозможно |
обж игать |
м елкие |
ф р ^ |
|||||||||
ции известняка (в |
р езульта те чего возрастаю т |
е го |
|||||||||||
отходы ), обжиг происходит в течение |
|
|
дли тель |
||||||||||
ного времени, неравномерность |
|
|
распределения |
||||||||||
температуры в печи не обеспечивает получение |
из |
||||||||||||
вести |
с постоянными |
свойствами |
и |
т.д . |
|
|
|
Б олее эффективными являются вращающиеся |
ne |
||
tt, нашедшие широкое применение для обжига |
из- |
||
эстняка за рубежом и в производстве |
пористых |
||
аполнителей как в отечественной, так и в |
миро- |
||
ой практике. Во вращающихся печах можно |
обжи |
||
вать кусковой и гранулированный материал |
разме |
||
ром 5 - 5 0 м м ; интенсивность обжига в |
них |
значи |
|
тельно выше, чем в шахтных печах, и, |
соответст |
||
венно, меньше его продолжительность; в |
зависи |
||
м ости о т технологических требований можно |
варьи |
ровать дли тельность пребывания материала в печи.
При обж иге во вращающихся печах нагрев |
про |
||||
исходит в процессе пересыпания кусков |
(гр ан ул), |
||||
когда они попадают на поверхность слоя или |
со |
||||
прикасаются с нагретой футеровкой. Основное |
ко |
||||
личество тепла передается обжигаемому материалу |
|||||
|учеиспусканием от футеровки и движущегося |
на |
||||
встречу |
сырцу газового потока. |
|
|
||
Д ля |
интенсификации |
обжига мелкозернистых |
ма |
||
териалов оптимальными |
являются условия, |
обес |
|||
печивающие |
наилучший |
контакт между твердой |
и |
||
газообразной |
фазами, |
достаточную относительную |
скорость их перемещения, а также повышенную кон
центрацию твердой фазы |
в единице объема. |
|
||
Как показали обширные исследования и |
опыт, |
|||
накопленный |
в различных отраслях |
производства, |
||
- эти условия |
лучше в сего |
обеспечиваются в |
про |
цессах, протекающих в кипящем (псевдоожиженном)
с л о е . |
|
|
|
|
|
|
Кипяший слой, по сравнению с другими |
|
мето |
||||
дами термической обработки, |
обеспечивает |
|
наи |
|||
большую интенсивность |
теплообмена и |
физико |
||||
химических |
процессов, |
протекающих в |
обраба |
|||
ты ваемом |
м атериале. Он может применяться |
для |
||||
кусков разм ером |
примерно до |
2 0 мм, но |
особенно |
|||
эффективен при обработке мелких зерен. |
|
|
||||
Кипящий слой |
обеспечивает |
контакт |
каждого |
|||
зерна с газовой |
фазой, |
но расход газов при |
этом |
значительно меньш е, чем в аналогичных |
условиях |
|||||||
при обж иге во взвешенном состоянии, |
пр им ен им ом , |
|||||||
например, в производстве перлитового песка. |
|
|
||||||
Обжигаемый зернистый материал находится |
|
в |
||||||
печи в виде псевдоожиженного слоя, из |
которого |
|||||||
выходит ("с л и в а е т с я ") |
готовый |
продукт. Из |
слоя |
|||||
удаляется столько |
же |
готового |
материала, |
сколько |
||||
в него поступает сырца. П оэтом у |
производитель |
|||||||
ность тепловых агрегатов с кипятим слоем |
прак |
|||||||
тически обусловливается количеством |
тепла, |
кото |
||||||
рое может быть выделено в процессе обж ига |
|
или |
||||||
подведено в слой в |
единицу времени, |
М инимальное |
||||||
время пребывания материала в слое должно |
обес |
|||||||
печивать завершение физико-химических |
реакций, |
|||||||
присущих каждому технологическом у процессу. |
|
При |
||||||
обжиге полидисперсных материалов часть зерен |
- |
|||||||
наиболее мелкая фракция, выносится из слоя |
|
с |
||||||
отходящими газам и. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Принцип псевдоожижения порошковых |
материа |
|||||||
лов может быть успешно использован в |
сам ы х |
|||||||
разнообразных процессах. Он уже давно |
применя |
|||||||
ется для пневмотранспорта, воздушного |
обогащ е |
|||||||
ния полезных ископаемых, классификации зерен |
по |
|||||||
их величине и плотности. Одним из первых |
направ |
|||||||
лений в использовании кипящего слоя при |
вы соких |
|||||||
температурах была |
газификация |
|
м елкозерн истого |
|||||
топлива в газогенераторах Винклера, позднее |
|
для |
||||||
каталитического крекинга нефти в процессах |
ор га |
|||||||
нического синтеза |
(например, синтеза |
каучука |
и |
|||||
д р .). В дальнейшем |
кипящий слой |
стали применять |
||||||
во многих высокотемпературных |
процессах |
|
экзо |
|||||
термического характера. |
|
|
|
|
|
|
||
Несколько позднее кипящий слой начали |
исполь |
|||||||
зовать для низко- и высокотемпературных |
|
про |
||||||
цессов, требующих |
подвода тепла извне - сушки |
и |
||||||
обжига. Именно эти процессы представляю т |
инте |
|||||||
рес для промышленности строительны х |
материалов. |
Вопросы, подлежащие решению при осуществлении
эндотермических процессов в кипящем слое, сво
дятся в основном к |
организации подвода тепла в |
|
слой, утилизации тепла готового продукта и |
отхо |
|
дящих газов (тем пература которых почти не |
отли |
|
чается от температуры слоя) с одновременной |
их |
|
очисткой от выносимых ими пылевидных фракций. |
||
Подвод тепла в |
кипящий слой термообрабатывае |
м ого материала чаше всего осущ ествляется двумя
способами: путем подачи в слой получаемых в от
дельном агрегате горячих газов, являющихся одно
временно агентом псевдоожижения, или сжиганием
топлива непосредственно в слое обжигаемого мате риала.
Первый из этих способов используется при всех
низкотемпературных процессах, |
а также в |
ряде |
случаев и для высокотемпературных. |
Основной |
|
трудностью при подаче газов с |
высокой температу |
рой через газораспределительную решетку (подину)
в слой является подбор жаростойкого материала для подин, перфорация которых к тому же должна обес
печить |
равномерное распределение |
газообразной |
||
фазы в |
слое. П оэтом у в последнее время имеются |
|||
предложения по |
применению безрешеточных |
тепло |
||
вых агрегатов |
фонтанирующего типа. |
|
|
|
Сжигание топлива в слое является наиболее эф |
||||
фективным с теплотехнической точки зрения; |
ос |
|||
новная трудность при организации подвода |
тепла |
|||
этим способом заключается в обеспечении |
равно |
|||
мерного |
распределения топлива в слое, |
исключаю |
щего местные перегревы, которые препятствуют по
лучению однородного продукта, а в |
случае обжига |
|
спекающихся материалов приводят к |
образованию |
|
спеков. |
|
|
К настоящему времени полностью освоено |
сжи |
|
гание твердого топлива в слое (при подаче |
его |
|
вм есте с обжигаемым сырцом или отдельно) и |
га |
|
зообразного топлива, подаваемого различными |
спо |
собами в слой. В С С С Р |
и за |
рубеж ом |
ведутся ра |
боты по освоению сжигания в |
слое жидкого топлива |
||
(в частности при обж иге |
спекающихся |
м атер и алов). |
|
Утилизация тепла отходящ их газов |
и готового |
||
продукта при процессах, |
требующих подвода тепла, |
опр еделяет в значительной мере экономичность тех нологического процесса.
Конструкция теплового агр егата ( однокамерного
или м н огокам ерного), правильный |
выбор |
систем ы |
|||
теплообменников и пылеулавливающих |
|
устройств, |
|||
обеспечивающих отбор тепла и осаждение |
м елких |
||||
фракций готового м атериала, выбор типа |
решеток и |
||||
перетоков, способа охлаждения |
и |
др. |
представляю т |
||
задачи, которые должны реш аться |
в первую очередь |
||||
в зависимости о£ особенностей проводимого в |
ки |
||||
пящем слое технологического процесса. |
|
|
|||
Д ля обеспечения оптимальных |
условий |
обж ига |
|||
большую роль играет автоматизация процессов, |
ко |
||||
торая в печах с кипящим слоем |
обеспечивается л е г |
||||
че, чем в печах других типов. |
|
|
|
|
|
Особенно больш ое значение |
им еет автоматизация |
||||
процесса в случае спекающихся материалов, |
где |
||||
незначительные нарушения тем пературного режима |
|||||
приводят к образованию спеков. |
|
|
|
|
|
За последние десятилетия как |
за рубеж ом, |
так |
|||
и в С С С Р проведены исследования и |
проектные |
ра |
|||
боты , позволившие внедрить процессы |
в |
кипяшем |
|||
с л о е в ряд отраслей промышленности. |
В |
первую |
очередь это относится к химической промышленнос
ти, цветной и черной м еталлургии. |
Определенные |
||||||||
достижения в |
этой области |
имеются |
также и в |
про |
|||||
мышленности |
строительных |
материалов. |
|
|
|||||
В |
ряде |
стран |
применяются сушилки с |
кипящим |
|||||
с л о е м |
для |
сушки |
песка, известняка |
и других инерт |
|||||
ных материалов. Принцип псевдоожижения |
исполь |
||||||||
з у е т с я также |
в установках |
для дегидратации глины, |
|||||||
в холодильниках |
и |
т,п. В |
С С С Р кипящий |
слой |
ис |
||||
пользую т |
для |
сушки |
минеральных, органических |
и |
других |
продуктов в химической |
промышленности, |
|
цветной |
металлургии и |
т.д. [9 8 ]. |
|
В Советском Сою зе |
институтом |
ВНИИСТРОМ |
проведены исследования и экспериментальные рабо
ты по получению дегидратированной глины |
термо |
||||||
обработкой |
в |
кипящем слое, |
которые |
послужили |
|||
основанием |
для разработки |
Гипростромом |
отделе |
||||
ния дегидратации глины с печами кипящего |
слоя, |
||||||
включенного в типовой проект кирпичного |
завода |
||||||
№ 4 0 9 - 2 1 - 3 7 . |
|
|
|
|
|||
В |
США |
в конце 4 0 - х годов был |
разработан |
||||
способ обжига известняка в кипящем слое; |
агре |
||||||
гат, сконструированный для этого процесса, |
в |
||||||
дальнейшем |
подвергался усовершенствованию. Мно |
||||||
гокамерные |
печи для |
обжига известняка в кипящем |
|||||
слое |
эксплуатируются на ‘известковых |
предприятиях |
|||||
СШ А |
и Европы. |
|
|
|
|
||
В С С С Р |
на М акеевском металлургическом заво |
||||||
де им. С .М . Кирова |
была смонтирована й |
освоена |
|||||
• трехкамерная |
печь с |
кипящим слоем для |
обжига |
||||
известняке, |
с |
использованием газообразного |
топли |
ва. Значительный интерес и практическое значение
имеет способ обжига магнезиальных известняков в
кипящем слое, разработанный и |
экспериментально |
||||
проверенный ВН И И СТРОМ ОМ , на основе |
которого |
||||
Ленгипростромом выполнен проект цеха по |
произ |
||||
водству |
доломитизированной |
извести для |
Горь |
||
ковской |
области |
мощностью |
2 1 5 |
тыс. т/год. |
|
Во В Н И И С ТРО М Е разработан |
способ |
обжига |
|||
вспучивающихся |
материалов |
(глин, сланцев, |
трепе |
||
лов, перлита) в |
печах с кипящим слоем . В |
основ |
ном этот способ применяется для получения порис
тых песков, в первую очередь керамзитового, |
по |
|
требность в котором при производстве |
плотных |
|
легких бетонов доходит до 30% , выход же |
его |
на |
действующих керамзитовых заводах составляет при мерно 5 -7 % .
При намеченном объеме выпуска керамзита на
1975 г. потребность в керам зитовом песке |
со |
|||||
ставит около 15 млн. м |
|
|
|
|
|
|
На основе исследований и экспериментальных ра- |
||||||
бо^, проведенных во В Н И И С ТРО М Е , |
Куйбышевским |
|||||
институтом Гипронефтестрой |
была запроектирована |
|||||
полупромышленная установка |
с печами |
кипящего |
||||
слоя для получения керам зитового песка |
произво |
|||||
дительностью 5 7 0 0 м |
в го д 7 |
которая |
бы ла |
по |
||
строена на Комбинате |
строительны х |
материалов в |
||||
г, Куйбышеве, Эта установка была освоена |
инс |
|||||
титутом В Н И И С ТРО М |
и НИИкерамзит. |
Выпус |
||||
каемый ею керамзитовый песок использовали |
для |
|||||
производства керамзитобетонных |
изделий |
на |
ж еле |
|||
зобетонны х заводах в |
г . Куйбыш еве. |
|
|
|
||
В результа те опыта, накопленного в |
процессе |
|||||
работы этой установки, а также данных, |
полученных |
|||||
на полупромышленных установках |
|
В Н И И С Т Р О М А , |
||||
Гипронефтестроем был |
выполнен |
проект |
экспери |
м ентального завода для производства керам зитового
песка обж игом |
в |
печах |
с |
кипящим |
слоем |
|
общей |
|||||||
мощностью |
1 0 0 |
тыс. м |
|
в год, |
с |
двумя |
|
линиями |
||||||
тепловых агрегатов |
с |
кипящим |
слоем . |
|
Построен |
|||||||||
ный в пос, |
|
Смьпиляевке Куйбышевской |
|
|
области |
|||||||||
экспериментальный |
завод |
керам зитового |
песка |
ус |
||||||||||
пешно эксп луатируется в течение нескольких |
л е т , |
|||||||||||||
что позволило |
институту |
Гйпростром |
разработать |
|||||||||||
и внести в действующий типовой проект |
керамзи |
|||||||||||||
тового завода |
цех |
|
керам зитового |
песка |
с |
печами |
||||||||
кипящего слоя |
№ |
|
4 0 9 - 2 4 - 9 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
С лед ует |
отм ети ть приоритет С С С Р |
в |
|
исполь |
||||||||||
зовании принципа кипяшего слоя для обж ига |
порис |
|||||||||||||
ты х заполнителей |
(а в т. св. |
|
В Н И И С Т Р О М А |
|||||||||||
№ 2 3 8 3 9 1 , |
запатентованное во |
Франции, |
Англии, |
|||||||||||
И тали и ), так |
как |
|
ранее этот способ обж ига |
за |
ру |
|||||||||
беж ом не применялся. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
За последнее время в зарубежной |
|
литературе |
||||||||||||
стали появляться |
|
отдельны е сообщения о |
|
приме- |