УДК 62

Совершенствование тепловой работы вращающихся печей для производства извести

Суханова Дарья Александровна – аспирант Национального исследовательского технологического университета «МИСИС»

Аннотация: Актуальной проблемой является высокая энергоемкость процесса действующих вращающихся печей, т.к. известковое производство затрачивает значительное количество тепла и электроэнергии. Эти обстоятельства обусловливают необходимость оптимизации использования тепловой энергии при обжиге известняка с целью снижения его расхода и ускорения процесса обжига без потери качества получаемой извести.

Ключевые слова: вращающиеся печи, обжиг, известь.

Известь из мела является одним из давно известных и достаточно распространенных строительных материалов. Ее использование в строительстве уходит в далекую историю, известную даже в античные времена. Известняк, из которого производится известь, получается из мела, обладающего высоким содержанием карбонатного кальция. Известь является неотъемлемой частью строительных процессов и широко применяется в различных областях. Для строительства зданий и сооружений, изготовления растворов, кладки камня, штукатурки и отделки поверхностей, известь применяется как базовый ингредиент.

Одним из важных свойств извести является ее способность к связыванию с водой и возможность превращения в каменный материал – гидратированную известь (известковую муку). Этот процесс, известный как отверждение, является химической реакцией, в результате которой происходит образование прочного и долговечного строительного материала.

Известняк и известь имеют ряд преимуществ перед другими материалами. Во-первых, они являются экологически чистыми и негорючими, что делает их безопасными для использования. Во-вторых, известняк обладает высокой прочностью и устойчивостью к разрушению, а известь обеспечивает превосходные связывающие свойства. Кроме того, эти материалы обладают хорошей тепло- и звукоизоляцией.

Несмотря на свою долгую историю и широкое использование, строительная индустрия постоянно совершенствует процессы производства извести. Темпы развития технологий и появление новых методов тепловой работы во вращающихся печах способствуют улучшению качества извести и оптимизации производственных процессов.

Известь из мела является одним из самых древних и широко применяемых строительных материалов. Ее связывающие свойства, прочность и экологическая безопасность делают ее неотъемлемой частью современной строительной индустрии.

Именно поэтому особое внимание необходимо уделять исследованиям и разработкам в области тепловых процессов во вращающихся печах для улучшения качества извести и приведению к более эффективному использованию этого важного в современном мире материала.

Разработка и улучшение научных основ тепловой работы вращающихся печей позволяет обеспечить более эффективное и экологически устойчивое производство извести из мела. Научные принципы совместно способствуют оптимизации процессов теплообмена, горения и расхода энергии, что приводит к повышению эффективности работы печей и качества произведенной извести.

Известь – продукт обжига природных карбонатов кальция (известняк, мел), состоит из окиси кальция (CaO) и примесей, которые частично реагируют на CaO в процессе обжига. В состав извести входит также и неразложившийся CaO₃.

Отличительной особенностью вращающихся печей является способ транспортировки материала в зоне обжига и в связи с этим специфика теплообменных процессов. Частица материала, находящаяся у стенки барабана, поднимается вместе с ним на высоту, которая при данной степени заполнения соответствует углу, превышающему угол естественного откоса. При этом за счет гравитационных сил происходит «скалывание» поверхностного слоя материала к его основанию, т.е. частицы движутся под некоторым углом к оси печи за счет наклона поверхностного слоя материала к горизонтальной плоскости. Степень заполнения барабана материалом составляет порядка 10%.

Особенностью движения материала во вращающейся печи является его сегрегация по размерам кусков: наиболее крупные куски располагаются на поверхности и в прилегающем к стенкам слое, а в центральном участке слоя концентрируются наиболее мелкие фракции. В результате этого при обжиге мелкие фракции обжигаются не полностью, а крупные дают перепал. Поэтому для обжига мела во вращающихся печах рекомендуют применять узкие фракции, на 20-50 мм или 13-35 и 35-60 мм.

Вращающаяся печь представляет собой стальной цилиндрический барабан, установленный на роликовых опорах с наклоном 3-4°. Изнутри барабан футерован огнеупорным кирпичом и теплоизолирующим слоем. На корпусе вращающейся печи закреплены специальные бандажи, опирающиеся на ролики. Для придания барабану большой прочности на нем имеются ребра жесткости. Подшипники опорных роликов охлаждаются водой, они снабжены маслоуказателем и сигнализирующим термометром.

Привод печи состоит из электродвигателя, редуктора, подвенцовой и венцовой шестерен. Скорость вращения барабана 0,5-1,2 об/мин. Современные печи снабжены вспомогательным приводом, которым пользуются при ремонтных работах, пусках и остановках.

Печь футеруется фасонным шамотным (либо в зоне подогрева шамотным, а в зоне облицовки хромомагнезитовым) кирпичом.

Сырье подается в печь из бункера, установленного у ее верхнего торца, из которого отбираются топочные газы. У нижнего торца происходит выгрузка готового продукта, здесь же устанавливается газогорелочное устройство для сжигания топлива. Для повышения использования тепла печи снабжают внутренними и наружными теплообменниками.

Качество извести определяется в основном характеристикой природного мела и режимами обжига.

Вращающаяся печь является эффективным оборудованием для обработки материала. Она обладает рядом характеристик и особенностей, которые обеспечивают ее функциональность и производительность.

Особенно важным аспектом является наличие внутренних и наружных теплообменников, которые повышают использование тепла. Это помогает оптимизировать энергетическую эффективность печи и сокращает расходы на топливо.

Для того, чтобы оптимизировать энергетическую эффективность печи и сократить расходы на топливо, необходимо разработать математическую модель для оптимизации тепловых процессов вращающихся печей на этапе производства извести.

Такая модель позволит предсказать и оптимизировать различные параметры тепловых процессов в печи, что приведет к улучшению эффективности и производительности процесса производства извести. Разработка точной математической модели позволит оптимизировать использование топлива, распределение тепла и продуктивность печи.

С использованием математической модели можно проводить различные эксперименты и исследования, без необходимости воздействовать на реальную печь, что снижает затраты и риск на производственном этапе. Модель позволяет проводить виртуальные тестирования и оптимизировать процессы, чтобы достичь лучшего качества и эффективности продукции.

Оптимизация тепловых процессов вращающихся печей имеет множество преимуществ. Она позволяет улучшить энергетическую эффективность процесса, снизить расходы на топливо, сократить выбросы вредных веществ в окружающую среду, увеличить производительность и качество продукции, а также снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Разработка математической модели для оптимизации тепловых процессов вращающихся печей на этапе производства извести является важным инструментом, который помогает максимизировать эффективность и результативность производства.

Список литературы

1. Паус К.Ф., Евтушенко И.С. Химия и технология мела. Стройиздат. М. 1997.
2. Производство извести. Технологическая инструкция. ТИ 00187895. – 46 – ОИ – 81 – 2000. ЦОИ ОЭМК.
3. Описание технологии цеха. Технологическая инструкция. ЦОИ ОЭМК.ТИ 00186573. – 46 – ОИ – 79 – 2001. ЦОИ ОЭМК.
4. Монастырёв А.В. Пути снижения расхода топлива при обжиге мела с получением извести в длинных вращающихся печах // Строительные материалы. 2010. № 9. С. 9-15.