Обжиговая печь предназначена для обжига различных материалов и изделий (известняк, магнезит, доломит, огнеупорная глина, руда, а также огнеупорный кирпич, фарфоровые изделия, краска на посуде и т.п.). Обжиговые печи бывают шахтными, вращающимися, камерными, туннельными и др.
В качестве примера рассмотрим вращающуюся трубчатую печь для обжига известняка (CaCO3) с целью получения извести (CaO).
Процесс обжига состоит из двух стадий: нагрев известняка до температуры 900 °С и далее выдержка при температуре 900-1000 °С для разложения известняка по формуле:
CaCO3 = CaO + CO2 – 178,2 кДж/моль.
Печь состоит из следующих частей:
- загрузочной головки (загрузочное устройство + газоотводная камера);
- металлического барабана, изнутри футерованного огнеупорным кирпичом;
- горячей головки (топочная камера + разгрузочная течка).
Вращение барабана обеспечивается приводом, соединённым с венцовой шестерней барабана. Барабан опирается через свои бандажи на опорные ролики, которые берут на себя всю нагрузку. Диаметр барабана 2,5-3,5 м, а длина – 60-80 метров.
Печь работает следующим образом. Известняк подаётся в печь из специального бункера, расположенного у верхнего торца печи, далее транспортируется через печь за счёт вращения барабана, наклоненного к горизонту под углом 1-2 градуса, нагреваясь при этом до 900-1000 °С. Выдача готовой извести производится из противоположного конца барабана через разгрузочную течку. Горячие дымовые газы образуются при сжигании топлива со стороны горячей головки и, проходя по барабану, постепенно отдают теплоту известняку. Температура дыма примерно на 200-300 °С выше температуры нагреваемого известняка по всей длине печи.
С горячей сухой известью, выгружаемой из рабочего пространства печи, расходуется до 10-15 % теплоты, используемой в печи. Часть этой теплоты возвращается в печь с воздухом горения. Для этого под печью устанавливается вращающийся контактный теплообменник, в котором известь остывает, а воздух, подаваемый для ее охлаждения,– нагревается.
Существенный недостаток свежеобожженной извести (CaO) – это необходимость ее немедленного использования. Даже при непродолжительном хранении известь реагирует с влагой воздуха, в результате чего образуется гашеная известь Ca(OH)2.
Ориентировочный материальный баланс обжига известняка приведен в табл. 2.3, а соответствующий ему тепловой баланс вращающейся печи (в комплекте с контактным теплообменником) – в табл. 2.4.
Печи для обжига известняка потребляют очень много энергии. Расход условного топлива составляет около 90-100 кг у.т./т известняка или 160-190 кг у.т./т извести.
Значительный расход топлива в обжиговой печи делает её привлекательной для совершенствования. Известно, что около 20-30 % всей потребляемой теплоты уходит с дымовыми газами. Поэтому можно предложить варианты утилизации теплоты дымовых газов, в том числе с использованием воздушных рекуператоров, некорродирующих в присутствии большого количества пылевидной извести в дыме. Но, по видимому, самое перспективное – это использование теплоты дыма для подогрева известняка перед
загрузкой в печь. Для интенсификации же теплообмена в самой печи желательна установка в районе загрузочной головки на внутренних стенках барабана лопаток, которые бы увеличили площадь контакта пересыпающегося известняка.
