RU2310146C2

RU2310146C2 - Gas grate-distributor for fluidized bed furnace

Info

Publication number: RU2310146C2
Application number: RU2005127827/03A
Authority: RU
Inventors: нский Дмитрий Александрович Пумп (RU); Дмитрий Александрович Пумпянский; Николай Иванович Фартушный (RU); Николай Иванович Фартушный; Виталий Александрович Волохов (UA); Виталий Александрович Волохов; Владимир Федорович Митронин (RU); Владимир Федорович Митронин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Таганрогский металлургический завод" (ОАО "ТАГМЕТ")
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-11-10
Also published as: RU2005127827A

Abstract

FIELD: fluidized bed engineering.

SUBSTANCE: gas grate-distributor comprises horizontal perforated plate whose bottom section bears on the arcs secured to the housing. The top horizontal section abuts against the plate. The plate is made of a steel and has a thickness of 5-10 mm. The arcs are made of a metal of fire-resistant materials.

EFFECT: improved design.

3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике эндотермического обжига полидисперсных карбонатных материалов, например известняка, в кипящем слое и может быть использовано в металлургической, химической и строительной промышленности.The invention relates to techniques for the endothermic firing of polydisperse carbonate materials, for example limestone, in a fluidized bed and can be used in the metallurgical, chemical and construction industries.

Известно газораспределительное устройство печи кипящего слоя с керамическими арками, установленными в цилиндрическом корпусе с промежутками, и металлическими перфорированными корытообразными вставками, полки которых прижаты к аркам металлическими брусьями (Авторское свидетельство СССР №877292, кл. F27В 15/00, 1980).A gas distribution device of a fluidized bed furnace with ceramic arches installed in a cylindrical housing at intervals and metal perforated trough-shaped inserts, the shelves of which are pressed against the arches with metal bars, is known (USSR Author's Certificate No. 877292, class F27B 15/00, 1980).

К недостаткам известного устройства относится его эксплуатационная неустойчивость к термическим деформациям в процессе термической диссоциации карбонатов, происходящей в интервале температур 950-1100°С, и значительная протяженность каналов для прохода запыленных продуктов горения газа, включающих арки (на их высоту) и металлические вставки (на высоту подъема донных частей), интенсифицирующая отложения пылевидной извести, негативные для работы устройства. Применение для груза металлических брусьев экономически невыгодно, т.к. брусья из рядовой стали быстро выходят из строя, а специальные марки стали дороги. Известна огнеупорная газораспределительная решетка для высокотемпературных аппаратов кипящего слоя, содержащая несущие элементы, расположенные с зазором по отношению друг к другу и выполненные в виде арок, выложенных из сплошных клиновых огнеупорных кирпичей, поверх которых уложен слой огнеупорного материала с верхней плоской горизонтальной поверхностью, причем в слое огнеупорного материала выполнены отверстия, совпадающие с зазорами между арками (Авторское свидетельство СССР №672466, кл. F27В 15/00, 1979). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.The disadvantages of the known device include its operational instability to thermal deformations during thermal dissociation of carbonates occurring in the temperature range 950-1100 ° C, and a significant length of the channels for the passage of dusty gas combustion products, including arches (to their height) and metal inserts (to the height of the bottom parts), intensifying deposits of pulverized lime, negative for the operation of the device. The use of metal bars for the load is economically disadvantageous, because bars of ordinary steel quickly fail, and special grades of steel are expensive. Known refractory gas distribution lattice for high-temperature apparatus of the fluidized bed containing load-bearing elements located with a gap with respect to each other and made in the form of arches laid out from solid wedge refractory bricks, on top of which a layer of refractory material with an upper flat horizontal surface is laid, and in the layer Refractory material made holes matching the gaps between the arches (USSR Author's Certificate No. 672466, class F27B 15/00, 1979). This device is selected as a prototype.

К недостаткам известной решетки относятся: большая протяженность каналов для прохода запыленного газового потока в межарочных промежутках и отверстиях в слое огнеупорного материала, что способствует отложению известковой пыли и затрудняет работу устройства (Нехлебаев Ю.П. Экономия топлива при производстве извести. М.: Металлургия, 1987, с.95-119); различную по площади решетки протяженность каналов для прохода запыленного потока каналов друг от друга, что делает работу решетки нестабильной, способствует перераспределению материала по объему кипящего слоя при различном темпе залипания отверстий пылью (Гельперин Н.И. и др. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия. 1967, с.45-49, 271-275); также затруднительны или невозможны профилактические ремонты решетки, поскольку одновременно с налипанием пыли в одних каналах решетки происходит абразивный износ огнеупорного материала в других каналах решетки и требуется полная замена решеткиThe disadvantages of the known lattice include: the large length of the channels for the passage of dusty gas flow in the inter-gap and openings in the layer of refractory material, which contributes to the deposition of lime dust and impedes the operation of the device (Nekhlebaev Yu.P. Fuel economy in the production of lime. M: Metallurgy, 1987, p. 95-119); the different length of the channels for the passage of the dusty channel flow from each other, which makes the grating unstable, contributes to the redistribution of the material over the volume of the fluidized bed at different rates of sticking of holes with dust (Gelperin N.I. et al. Fundamentals of fluidization technology. M .: Chemistry. 1967, p. 45-49, 271-275); preventive repairs of the grate are also difficult or impossible, since simultaneously with the adherence of dust in some channels of the grating, abrasive wear of the refractory material in other channels of the grating occurs and a complete replacement of the grating is required

Данное изобретение направлено на усовершенствование конструкции решетки-газораспределителя многозонной печи кипящего слоя для обжига известняка, что достигается за счет повышения надежности работы устройства при снижении простев печи, выхода пылевидной извести, расхода топлива на процесс и повышении качества извести.This invention is aimed at improving the design of the gas distribution grid of a multi-zone fluidized bed furnace for calcining limestone, which is achieved by increasing the reliability of the device while reducing furnace downtime, pulverized lime output, fuel consumption for the process and improving the quality of lime.

Поставленная задача достигается тем, что в решетке-газораспределителе печи кипящего слоя для обжига известняка, содержащей в вертикальном корпусе печи горизонтальную металлическую перфорированную плиту, опирающуюся нижней частью на закрепленные на корпусе арки с примыкающей к плите верхней горизонтальной частью, установленные с промежутками, плита в нижней, а арки в верхней части снабжены совмещенными друг с другом соответственно отверстиями и металлическими выступами, причем арки выполнены из металла либо из огнеупоров, скрепленных между собой и в верхней части посредством металлического расплава.This object is achieved by the fact that in the gas distribution grid of the fluidized-bed limestone kiln, which contains a horizontal metal perforated plate in the vertical furnace body, resting the lower part on the arches fixed to the body with the upper horizontal part adjacent to the plate, installed at intervals, the plate in the lower and the arches in the upper part are provided with holes and metal protrusions aligned with each other, respectively, the arches being made of metal or of refractories, fastened among themselves and the top portion by the metal melt.

Техническим результатом от использования решетки-газораспределителя печи кипящего слоя для обжига известняка является сокращение простоев печи, расхода топлива на процесс, выхода пылевидной извести и повышение качества и выхода кусковой извести.The technical result from the use of a gas distribution grill of a fluidized bed furnace for calcining limestone is to reduce furnace downtime, fuel consumption for the process, the output of pulverized lime and improving the quality and yield of bulk lime.

Этот результат достигается следующим образом. Решетка-газораспределитель, рабочим элементом которой является перфорированная плита, является устойчивой конструкцией благодаря связи, образуемой совмещенными друг с другом отверстиями плиты и металлическими выступами верхней горизонтальной части арок. Поскольку арки выполнены металлическими либо комбинированными из огнеупорных изделий, защищенных металлом, их эксплуатационная стойкость по абразивному износу и раскалыванию в несколько раз выше, чем арок, выполненных как комбинация прямых и клиновых огнеупорных кирпичей. Это обстоятельство позволяет сократить простои печи на замену изношенных арок. Следует отметить, что выполнение арок целиком из металла требует применения специальных жароустойчивых сплавов. Металлокерамические арки выполняют из рядовых марок сталей или чугунов, имеют достаточную массу и способны выдерживать большую нагрузку сверху (кипящий слой) и снизу (газовый поток), что позволяет сократить их число, и, таким образом, собственная высота арок не войдет в общую протяженность газового канала, так как расстояние между арками велико по сравнению с промежутками между отверстиями плиты. Также это позволит более равномерно выполнить перфорацию плиты и увеличить полезную площадь подины, повысить однородность кипящего слоя и качество термообработки известняка. Выполнение арок верхней части арок из металла позволяет разместить на них металлические выступы (например, при отливке арок, выполняемой путем раскладки в литейной форме огнеупоров с промежутками в пределах планируемой конфигурации арки (литейной формы) с последующей заливкой промежутков жидким металлическим расплавом и охлаждением по заданному температурному графику), которые обеспечивают сцепление арок с плитой, что позволяет сократить вес плиты, поскольку отпадает необходимость в обеспечении примыкания к аркам за счет собственного веса. Соответственно толщины плиты, а, значит, и протяженность газового канала, составлявшая по прототипу до 1,5 м, может быть уменьшена до 5-10 мм. При этом выступы могут быть выполнены как в виде специальных зацепов, так и пропущены через сквозные отверстия плиты, выше ее среза. В этом случае на конце выступов выполняются отверстия, в которые вставляются крепежные клинья или пруты с опиранием их свободных концов на поверхность плиты. Выполнение арок целиком из металла несколько удорожает (в случае применения специальных марок сталей) их стоимость по сравнению с комбинированными маталлокерамическаими арками, однако при этом увеличивается их долговечность и уменьшаются габариты. Минимальная толщина плиты и исключение из протяженности газового канала высоты арок препятствует образованию отложений пылевидной извести на решетке-газораспределителе, сокращая время на ее последующую чистку и связанные с ней охлаждение и разогрев печи, ведущие к непродуктивному перерасходу топлива. Одновременно вывод печи после чистки решетки-газораспределителя в нормативный режим связан с потерей качества кусковой извести из-за истирания за счет увеличения времени ее пребывания в кипящем слоя для нагрева до необходимой температуры.This result is achieved as follows. The gas distribution grill, the working element of which is a perforated plate, is a stable design due to the connection formed by the plate openings combined with each other and the metal protrusions of the upper horizontal part of the arches. Since arches are made of metal or combined of refractory products protected by metal, their operational resistance to abrasion and splitting is several times higher than arches made as a combination of straight and wedge refractory bricks. This circumstance makes it possible to reduce furnace downtime by replacing worn arches. It should be noted that the implementation of arches made entirely of metal requires the use of special heat-resistant alloys. Ceramic-metal arches are made of ordinary grades of steel or cast iron, have a sufficient mass and are able to withstand a large load from above (fluidized bed) and from below (gas flow), which reduces their number, and thus the intrinsic height of the arches will not enter into the total length of the gas channel, since the distance between the arches is large compared to the gaps between the holes of the plate. Also, this will allow more evenly perform the perforation of the plate and increase the useful area of the hearth, increase the uniformity of the fluidized bed and the quality of heat treatment of limestone. The implementation of the arches of the upper part of the arches made of metal allows you to place metal protrusions on them (for example, when casting arches, performed by laying out the refractories in the mold with gaps within the planned arch configuration (mold), followed by filling the gaps with liquid metal melt and cooling at a given temperature schedule), which provide adhesion of the arches to the slab, which reduces the weight of the slab, since there is no need to ensure adjacency to the arches due to its own about weight. Accordingly, the thickness of the plate, and, therefore, the length of the gas channel, which was up to 1.5 m according to the prototype, can be reduced to 5-10 mm. In this case, the protrusions can be made both in the form of special hooks, and passed through the through holes of the plate, above its cut. In this case, holes are made at the end of the protrusions, into which fixing wedges or rods are inserted with their free ends resting on the surface of the plate. The execution of arches made entirely of metal is somewhat more expensive (in the case of using special grades of steel) their cost in comparison with the combined metal ceramic arches, however, their durability increases and their dimensions are reduced. The minimum plate thickness and the exclusion of the height of the arches from the length of the gas channel prevents the formation of dusty lime deposits on the gas distribution grill, reducing the time for subsequent cleaning and the cooling and heating of the furnace associated with it, leading to unproductive consumption of fuel. At the same time, the output of the furnace after cleaning the gas distribution grid to the normative mode is associated with a loss of quality of lump lime due to abrasion due to an increase in its residence time in the fluidized bed for heating to the required temperature.

На фиг.1 представлена предлагаемая конструкция решетки-газораспределителя печи кипящего слоя для обжига известняка, которая закреплена в металлическом корпусе 1 печи кипящего слоя. Кипящий слой 2 обжигаемого известняка находится в пространстве, образованном горизонтальной поверхностью плиты 3 и внутренней поверхностью металлического корпуса 1 печи кипящего слоя (корпус печи при размещении в этом месте высокотемпературной зоны может быть футерованным). Металлическая плита 3, перфорированная отверстиями 4 (на фиг.2), размещается на горизонтальной металлической поверхности арок 5 (верхняя часть арок 5 условно расположена между верхним срезом арки и штриховой линией) и через специальные отверстия 6 плиты крепится к ней выступами 7 через отверстия в выступах 7 клиньями 8. Кипящие слои зон 2 и 9 соединены переточным устройством 10. На фиг.2 представлено сечение А-А фиг.1.Figure 1 shows the proposed design of a gas distribution grid of a fluidized bed furnace for calcining limestone, which is fixed in a metal housing 1 of a fluidized bed furnace. The fluidized bed 2 of calcined limestone is located in the space formed by the horizontal surface of the plate 3 and the inner surface of the metal body 1 of the fluidized bed furnace (the furnace body can be lined at this point in the high-temperature zone). The metal plate 3, perforated with holes 4 (in Fig. 2), is placed on the horizontal metal surface of the arches 5 (the upper part of the arches 5 is conventionally located between the upper section of the arch and the dashed line) and through special openings 6 of the plate is attached to it by protrusions 7 through the holes in protrusions 7 by wedges 8. Fluidized layers of zones 2 and 9 are connected by a transfer device 10. FIG. 2 shows a section A-A of FIG. 1.

Работает предлагаемая решетка-газораспределитель следующим образом. Технологически это, например, зона подогрева известняка. Известняк поступает в кипящий слой 2, образованный внутренним пространством корпуса 1 и перфорированной плитой 3. Кипящий слой возникает под воздействием вертикальных газовых струй, выходящих из отверстий 4 плиты 3. При этом арки 5 предохраняются от возможных смещений путем крепления к корпусу 1, а плита 3 удерживается от смещений за счет крепления выступов 7 через отверстия в них клиньями 8. После обработки в кипящем слое 2 известняк переточным устройством 9 направляется в нижерасположенную зону 10, оборудованную, например, аналогичной решеткой-газораспределителем.The proposed gas distribution grill operates as follows. Technologically, this is, for example, a limestone heating zone. Limestone enters the fluidized bed 2, formed by the internal space of the housing 1 and the perforated plate 3. The fluidized bed arises under the influence of vertical gas jets emerging from the holes 4 of the plate 3. In this case, the arches 5 are protected from possible displacements by attaching to the housing 1, and the plate 3 is kept from displacement due to the fastening of the protrusions 7 through the holes in them with wedges 8. After processing in a fluidized bed 2, limestone transfer device 9 is sent to the downstream zone 10, equipped, for example, with a similar grate th gas distributor.

Установлено, что решетка-газораспределитель по данному изобретению, для условий печи кипящего слоя для обжига известняка КС-55 ОАО «Таганронский металлургический завод», обеспечивает сокращение остановок печи на чистку решетки-газораспределителя, расхода топлива, доли пылевидной извести и повышение качества кусковой известиIt was found that the gas distribution grill according to this invention, for the conditions of a fluidized bed furnace for calcining limestone KS-55 of the Taganron Metallurgical Plant OJSC, ensures reduction of furnace stops for cleaning the gas distribution grill, fuel consumption, fraction of pulverized lime and improving the quality of lump lime

В таблице приведены показатели решетки-газораспределителя печи кипящего слоя для обжига полидисперсного материала по прототипу, в условиях КС-55 и по предлагаемому изобретению.The table shows the performance of the gas distribution grid of a fluidized bed furnace for firing a polydisperse material according to the prototype, under the conditions of KS-55 and according to the invention.

ТаблицаTable ПоказательIndicator Решетка-газораспределитель - прототипGas distribution grill - prototype Решетка-газораспределитель печи КС-55KS-55 furnace gas distribution grill Решетка-газораспределитель по изобретению The gas distribution grid according to the invention 1one 22 33 4four Расход топлива, кг. усл. топлива/т известиFuel consumption, kg. conv. fuel / t lime 155,5-156,5155.5-156.5 135,0-153,0135.0-153.0 130,0-150,0130.0-150.0 Пылевидная известь, т/т кусковой известиPulverized lime, t / t lump lime 0,25-0,350.25-0.35 0,15-0,220.15-0.22 0,10-0,210.10-0.21 Число простоев, усл. ед.The number of downtime, conv. units 1,001.00 0,940.94 0,70.7 Массовая доля CaO+MgO в кусковой извести, %Mass fraction of CaO + MgO in bulk lime,% 88,5-90,588.5-90.5 92,0-93,092.0-93.0 92,5-95,592.5-95.5

Таким образом, предлагаемое техническое решение в оптимизированном варианте по сравнению с прототипом обеспечивает снижение расхода топлива на 4,2-16,9% при снижении в 1,2-3,5 раза выхода пылевидной извести и простоев печи на 30% и увеличение качества кусковой извести на 2,2-7,3%.Thus, the proposed technical solution in an optimized version compared with the prototype provides a reduction in fuel consumption by 4.2-16.9% with a decrease of 1.2-3.5 times the yield of pulverized lime and downtime by 30% and an increase in the quality of lump lime by 2.2-7.3%.

Claims

A gas distributor grill of a fluidized bed furnace for calcining limestone, comprising a horizontal perforated plate in the vertical furnace body resting on the arches fixed to the body with an upper horizontal part adjoining the furnace and installed at intervals, characterized in that the plate is made of metal with a thickness providing the length of the gas channel is 5-10 mm, the arches are made of metal or of refractories, bonded to each other and in the upper part by means of a cured metal melt va with the formation of a horizontal metal surface, from the condition of reducing the number of arches in the furnace, at which their own height is not included in the total length of the gas channel, moreover, the stove is in the lower part, and the arches in the upper part are equipped with holes and metal protrusions that are combined with each other, respectively.