SE462604B - Arrangemang foer att foerbaettra vaermeekonomin vid drift av roterugnar saerskilt mesaombraenningsugnar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 462 604 2 Mellanzonen, som utgör ca hälften av ugnslängden, är numera ofta försedd, helt eller delvis, med i och för sig kända längs- gående, från ugnsväggen utgående medbringare för omrörning av det finkorniga materialet, så att värmeöverföringen blir bättre.

Brännzonen, där kalcineringen av kalciumkarbonatet till kalciumoxid sker vid en temperatur överskridande 900°C, vanligtvis 1000-1400°C, är klädd med högvärdigt eldfast och isolerande material. Rökgaserna lämnar roterugnen med en temperatur normalt mellan 170 och 240°C.

Mätningar vid konventionell drift av mesaombränningsugnar har visat avsevärt mycket högre temperatur hos den utgående rök- gasen än temperaturen på ugnsväggen. Därav kan slutsatsen dras att mycket av rökgasen går genom ugnens centrum med begränsad värmeöverföring till mesan och att processens värmeekonomi är dålig.

Från tidigare är det känt att vidtaga åtgärder för att för- bättra värmeekonomin i roterugnar vid bränning av cementgods och liknande. Den tyska patentskriften 618 085 och den ryska patentskriften 830 094 visar exempel på sådan teknik. Enligt dessa har åtgärderna koncentrerats endast pa kättingzonen, d.v.s. den zon i vilken inmatningen sker och strax därefter.

Enligt den tyska skriften har kättingsonen försetts med två eller flera på avstånd fran varandra belägna stationära skivor med centrala öppningar och med i kättingar upphängda skärmar, som har fritt utrymme i radiell riktning runtom skärmen.

Samtidigt är kättingzonen utrustad med axiellt löpande, slakt hängande kättingar. Därtill finns det skovelliknande medbringa- re på ugnens inre mantelyta intill inmatningsrörets ände. Rök- gaserna tvingas att röra sig vàgformigt genom de turvis belägna centrala öppningarna i skivorna och de perifera öppningarna runtom skärmarna. Samtidigt släpar kättingarna genom materialet på ugnens botten och drar det uppåt längs mantelväggen, vari- fràn det faller ned och kommer i beröring med de heta rök- gaserna. 10 15 20 25 30 35 462 6904 Materialet erhåller värme även från kättingarna, som under sin rotation absorberar värme från rökgaserna. Konstruktionen är tung och dyrbar, och dess uppgift är huvudsakligen att åstad- komma en effektiv torkning av det inmatade fuktiga materialet.

Enligt den ryska skriften är ugnens kalla zon, inmatningsdelen, försedd med nära varandra placerade, centralt upphängda skär- mar, av vilka den första är konisk och de följande är konformi- ga ringar, som alla ligger relativt nära varandra, t.o.m. så nära varandra att de delvis överlappar varandra. Maximiavstån- det mellan konerna motsvarar 0,2 x den större diametern hos konen framför. En uppsättning kättingar är anordnade att hänga ned över var sin konformig yta och frigör därvid ytorna från damm. En andra uppsättning kättingar ligger bakom skärmarna i rökgasernas rörelseriktning sett. Dessa kättingar har tilll uppgift att frigöra rökgaserna från damm. Ett huvudändamàl med uppfinningen är att uppnå en jämn strömningshastighet både i ugnens tvär- och längsriktning för att därigenom uppnå möjli- gast god dammfrigöring hos gaserna samt gott värmeutbyte i in- matningsdelen.

Föreliggande uppfinning har som huvudändamàl att effektivera värmeutbytet mellan rökgaserna å ena sidan och mesan samt ugns- infordringen à andra sidan. Detta har uppnåtts genom arrange- manget enligt uppfinningen, vilket kännetecknas av de i patent- kravet 1 angivna kännetecknen. 1 Uppfinningen baserar sig pà den iakttagelsen att godset i tork- zonen, där godstemperaturen är mellan 100°C och 550°C, består av ett mycket fint mjöl med en volymvikt på endast ca 0,8 ton/m3. Ett sådant mjöl har en tendens att endast glida längs ugnsfodret varför omblandningen av materialet blir mycket dålig. Då godset därtill har en dålig värmegenomgång, d.v.s. fungerar som ett isolationsmaterial, blir värmeöverföringen mellan rökgaser och mesa totalt sett mycket dålig. Vidare har beträffande gasströmningen i denna zon - vilken i och för sig är turbulent, men på grund av det faktum att gaser av olika 10 15 20 25 30 35 462 604 temperaturer inte utan yttre påverkan blandar sig med varandra - iakttagits att skikt med olika temperaturer uppstår, varvid gasskiktet i ugnens mitt har en mycket högre temperatur, ca 150° - 3000 högre, än temperaturen hos den gas som är i kontakt med ugnsfodringen och mesan.

I enlighet med arrangemanget enligt uppfinningen anbringas sålunda dels turbulensbildare i form av skärmar i tork- och mellanzonerna och dels omrörare av mesan i ugnen, vilka i den kallare delen av ugnen består av stàllifters och i den varmare delen av keramiskt s.k. kugghjulsfoder eller alternativt av värmebeständiga stallifters.

Genom arrangemanget förhindras stràkbildning i roterugnen, och den varmare rökgasen, som normalt strömmar i centrum av ugnen pressas ut mot periferin och blandas med den kallare rökgasen - samtidigt som man efter skärmen erhåller en totalt turbulent strömning -, varvid erhålles en betydande förbättring av värme- överföringen till kalkmaterialet och en gynnsam påverkan av värmeekonomin. Dessutom utökas rökgasernas dröjtid i ugnsröret i synnerhet för de varmare rökgaserna jämfört med gasström- ningen i en konventionell ugn. Eftersom de varmare rökgaserna har stor stràlningsavgivning, är ökningen av dröjtiden av väsentlig betydelse för värmeöverföringen. Genom arrangemangen enligt uppfinningen kan t.ex. rökgasernas strömningshastighet i ett visst tvärsnitt i ugnen minskas från ett värde om ca 3,8-4,0 m/s till ca 1,8 m/s.

Genom arrangemanget enligt uppfinningen kan kättingarna helt avlägsnas eller begränsas till en betydligt kortare del av den totala ugnslängden. Detta beror a ena sidan pà att värmeöver- föringen längre ned i ugnen effektiverats, varför kättingarnas värmeöverförande funktion ej mer behövs, och à andra sidan på att den stoftmängd som transporteras av gaserna radikalt mins- kat dà rökgashastigheten sänkts, varför ej heller kâttingarnas dammuppsamlande funktion behövs. 10 15 20 25 30 35 462 et4 Den erforderliga temperaturen i förbränningszonen eller kalci- neringszonen är beroende av à ena sidan den tid under vilken godset befinner sig inom ett omrâde med en temperatur som möjliggör kalcineringsreaktionen, över 870°C, och à andra sidan av den totala dröjtiden i ugnen. Sedan tidigare är det känt att utöka godsets dröjtid i kalcineringszonen genom att införa eller höja en redan befintlig tröskel eller damm som är belägen nedan om kalcineringszonen.

I enlighet med denna uppfinning avser man att också reglera godsets dröjtid i övriga delar av ugnen liksom i ugnen i sin helhet, utan att härför vara tvungen att ändra ugnens lutning, genom att högre upp i ugnen införa ytterligare en eller flera trösklar eller dammar. Dessa garanterar samtidigt ett jämnare materialflöde till kalcineringszonen, vilket resulterar i en jämnare kalkvalitet och därmed bättre betingelser för den efterföljande kausticeringsprocessen.

Tidigare kända mesaugnar för ombränning av mesa är inte alla utrustade med kylanordningar för kylning av godset efter kalci- neringen och tillvaratagande av det värme som härvid frigörs.

Eftersom man med hjälp av arrangemangen enligt uppfinningen åstadkommer både en betydligt bättre värmeekonomi och en ökad produktionskapacitet per volymenhet i ugnen, betyder det att man endera kan producera avsevärt mera kalk i den enligt upp- finningen utrustade ugnen än i en konventionell ugn, eller med bibehållen eller något ökad kapacitet kan använda en del av det befintliga ugnsröret till att kyla godset samt förvärma för- bränningsluften. Detta påverkar ytterligare värmeekonomin i positiv riktning.

I praktiken förverkligas denna omdisponering av ugnsrörets an- vändning genom att tröskeln nedanför kalcineringszonen förflyt- tas uppàt längs ugnsröret samtidigt som brännarröret förlängs motsvarande. Den härigenom disponibla delen av ugnsröret förses 10 15 20 25 30 35 462 604 med stàllifters eller keramiska lifters samt turbulensbildare för effektivering av värmeöverföringen. På ugnsröret anordnas lifters och pà brännarröret turbulensbildande skärmar.

De turbulensbildande anordningarna kan vara platta skärmar men är lämpligen koniska och har en så stor yta att de täcker 15-35% av ugnsrummets tvärsnittsyta. Skärmarna fästes företrä- desvis pà lika avstånd fràn varandra med kättingar i ugnsväggen så att deras centrum sammanfaller med ugnstvärsnittets centrum.

Spetsen i en konisk skärm är riktad mot ugnens nedre ände.

Det är i allmänhet tillräckligt med tre-fem skärmar som är pla- cerade med jämna mellanrum i tork- och mellanzonen. Dessa tvingar rökgaserna ut mot periferin och säkerställer enligt iakttagelser en fullständig turbulens på ett avstånd motsvaran- de cirka 15 D efter skärmen i rökgasernas rörelseriktning, var- vid D är skärmens ytterdiameter.

Anordningarna för omrörning av mesan och för att effektivt inblanda den i de turbulerande rökgaserna utgöres av stål- lifters och/eller keramisk kugghjulsfodring. I den kallare delen av ugnen, omfattande ca 60% av längden räknat från ugnens övre ände, monteras skiv- eller skàlformiga lifters runt om- kretsen. Kugghjulsfodret monteras i den varmare delen av ugnen, mellanzonen, omfattande ca 40% av ugnens längd, och består av ett tegelfoder, där pa varandra följande tegel i varje ring i ugnen har en höjddifferens; alternativt kan även här lifters av värmebeständigt stal användas. Dessa konstruktioner strävar till att à ena sidan omblanda godset och à andra sidan att lyfta godset högre upp vid ugnens rotation varifrån det faller ned genom gasströmmen och därvid uppvärms effektivt.

Samtliga ovannämnda åtgärder enligt uppfinningen har gällt ugnens tork- och mellanzoner samt den nedersta änden av ugnen, medan inmatningszonen eller kättingszonen lämnats oförändrad eller förkortats. 10 15 20 25 30 35 462 e©4 När uppfinningen tillämpas vid ombyggnad av gamla, i drift varande roterugnar, genom att tillföra ugnens inre ny utrust- ning, uppnår man den tidigare nämnda, högst väsentliga energi- besparingen respektive produktionsökningen.

När uppfinningen tillämpas på nya roterugnar kan man genom att tillämpa uppfinningen göra ugnsröret ca 20% kortare än ett kon- ventionellt ugnsrör, vilket minskar investeringskostnaderna samtidigt som det ger en bättre värmeekonomi.

I det följande skall uppfinningen beskrivas närmare med hänvis- ning till bifogade ritningar som visar fördelaktiga utförings- former av ugnen som försetts med utrustning enligt uppfin- ningen.

Figur 1 visar grafiskt en jämförelse mellan oljeförbrukningen i förhållande till producerad kalkmängd hos en känd mesaugn före och efter ugnens ombyggnad enligt uppfinningen, figur 2 visar en schematisk framställning av en roterugn med planetarkylare och försedd med turbulensbildare i form av koniska skärmar, figur 3 visar ett tvärsnitt av ugnen enligt figur 2 men ritat i större skala, och figur 4 visar en schematisk framställning av en ugn utan planetarkylare men med turbulensbildare och omrörare samt trösklar även kring förbränningsrörett I den grafiska framställningen av oljeförbrukningen i förhål- lande till producerad kalkmängd anges oljeförbrukningen i liter per ton kalk och den producerade kalkmängden i ton per dygn.

Resultaten har erhålllits i en bekant mesaugn före ugnens om- byggnad enligt föreliggande uppfinning och efter ombyggnaden.

Ugnen överensstämmer med den i figur 2 visade ugnen. Ugnen har längden 87 m, innerdiametern är 3,15 m och den saknar kät- tingar. En jämförelse mellan de båda kurvornas optimala punkter visar en nedgång om ca 50 l i oljeförbrukningen per ton kalk 10 15 20 25 30 35 462 604 motsvarande ca 30%, samtidigt som den optimala dygnsproduktio- nen ökat från ca 150 ton till ca 200 ton, motsvarande ca 35%.

En jämförelse mellan de båda kurvorna ger också vid handen, att den nya kurvan har en betydligt fördelaktigare form. Oljeför- brukningen är inte lika känslig för belastningsförändringar utan hålls nära minimivärdet över ett vidsträckt kapacitetsom- råde. Kurvorna visar även, att skillnaden mellan den maximala produktionen är ca 70 ton/dygn, motsvarande ca 40%.

I figur 2 har roterugnen utmärkte med hänvisningssiffran 1, ugnens nedre ände, utmatningsänden, med 2, oljebrännaren med 3, en skruv för inmatning av mesan med 4, rökgasernas utlopp med 5, utloppet för den brända kalken med 6 och skärmarna enligt uppfinningen med 7, 8 resp. 9. I figur 3, som visar ett tvär- snitt av ugnen enligt figur 2 och en med kedjor upphängd skärm, har skärmen angetts med siffran 9, kedjorna med 10 och ugnsman- teln med 11. De tre skärmarna 7, 8 och 9 i ugnen 1 är placerade på lika avstånd från varandra, 15 m, 25 m och 35 m från ugnens övre ände, där inmatningsskruven 4 för mesan är belägen. Envar av skärmarna 7, 8 och 9 täcker 15% av ugnsrummets tvärsnitts- yta.

Den i figur 4 visade ugnen har längden 84 m och innerdiametern är 3,35 m. Ugnen saknar planetarkylare men är försedd med skär- mar på brännarröret och omblandningsanordningar på mantelytan kring brännarröret. Ugnen i figur 4 har utmärkte med hänvis- ningssiffran 21, ugnens utmatningsände med 22, förbränningsrö- ret med 23 och inmatningsänden för masa med 24. De i och för sig kända inmatningsanordningarna liksom rökgasernas utlopp har bortlämnats från skissen. Ugnsröret har på basen av olika ugns- fodring och funktioner indelats i olika zoner benämnda I - IX.

Nederst i utloppsänden vid I finns en tröskel 25 och runtom förbränningsrörets ände, mellan II och III, finns en högre tröskel 26. Området mellan trösklarna 25 och 26 har keramiska lifters 36 eller alternativt lifters av värmebeständigt stål fästade i ugnsmanteln. Ugnsavsnittet mellan III och IV utgör vi 10 15 20 25 30 35 462 st4 brännzonen och har en högeldfast, isolerande infodring 35.

Zonen intill brännzonen och ända fram till VII utgör mellan- zonen medan den översta zonen mellan VII och IX utgör tork- zonen. Mellanzonens infodring består i den nedre änden av infodring 34, mellan trösklarna 27 och 29 av keramisk kugg- hjulsbeklâdnad 33 och därifrån upp till torkzonen av stål- lifters 32. Den nedre änden av torkzonen, mellan VII och VIII, är försedd med stållifters 32' och den övre änden, den kätting- försedda inmatningszonen mellan VIII och IX, är försedd med slakt hängande kâttingar 28. Nämnda stàllifters är lämpligen skivformiga metalliska lifters, som finns i ett antal av fyra -tolv, lämpligen åtta fördelade kring ugnens omkrets. I ugnens mellanzon finns ytterligare två trösklar 27 och 29, varav 27 är en keramisk tröskel och 29 en metalltröskel bestående av en i segment uppdelad plåtring. I en ugn med mindre lutning kan den övre tröskeln slopas. Godsets dröjtid i ugnen blir i det fallet lämplig med endast en tröskel i mellanzonen. Mellan mellanzonen och torkzonen, vid VII, finns en andra metalltröskel, en trös- kelplàt 29' inmonterad. De turbulensbildande skärmarna i tork- och mellanzonen är här fem till antalet och har alla utmärkts med siffran 30. På förbränningsröret har monterats två skärmar 31, vilka tillsammans med områdets lifters 36 bidrar till till- varatagandet av värme från den brända kalken.

Såsom framgått i samband med redogörelsen för diagrammet i figur 1 och den i figur 2 visade ugnen, i vilken mätningarna för diagrammet utförts, uppnås en väsentligt förbättrad värme- ekonomi och en ökad produktionskapacitet även utan turbulens- bildare och omrörare kring förbränningsröret, men dessa anord- ningar i ugnen 21, figur 4, förbättrar värmeekonomin ytterli- gare.

Ugnsfodringens tjocklek i ugnen 21 varierar mellan 150 och 250 mm och den är högst i brännzonen. Trösklarnas höjd är i mellan- zonen och torkzonen ca 450 mm och nedanom kalcineringszonen ca 650 mm utöver infodringens tjocklek. Trösklarnas höjd kan dock variera.

Claims (11)

10 15 20 25 30 462 604 10 PATENTKRAV

1. Arrangemang för att förbättra värmeekonomin vid drift av roterugnar, särskilt mesaförbränningsugnar, bestående av en torkzon, en mellanzon och en brännzon, omfattande var för sig tidigare kända centriskt upphängda skärmar, lifters, anordnade kring ugnens innermantel, och trösklar anordnade kring ugnens innermantel, k ä n n e t e c k n a t a v en kombination av dessa anordningar för ástadkommande av turbulens hos rökgaserna i ugnen och en effektiv blandning mellan rökgaserna och det material, som skall brännas, vilken kombination omfattar skär- mar (30), lifters (32, 33) och en eller flera trösklar (27, 29) åtminstone i den nedre, icke kättingförsedda delen av torkzonen och i mellanzonen.

2. Arrangemang enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att skärmarna är cirkulära och plana.

3. Arrangemang enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att skärmarna (30) har formen av koner, vilkas spetsar är vända mot rökgasernas strömningsriktning.

4. Arrangemang enligt nagot av patentkraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att skärmarna lämpligen är tre till sex till antalet och att de företrädesvis är placerade pä lika avstånd från varandra.

5. Arrangemang enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t a v att ugnen på ett avsnitt om upp till 60% av ugnens längd räknat från ugnens övre ände är för- sedd med skivformiga metalliska lifters (32) i ett antal av fyra till tolv, lämpligen åtta, fördelade kring ugnens omkrets. 10 15 20 25 30 462 6Ü14

6. Arrangemang enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t a v att mellanzonen, omfattande ca 40% av ugnens längd, är försedd med lifters (32) av värme- beständigt stål eller med keramiska lifters (33), där på varandra följande tegel i en ring har en höjddifferens.

7. Arrangemang enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t a v att kring förbränningsrörets (23) övre ände, vid gränsen till brännzonen, är anordnad en tröskel (26).

8. Arrangemang enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t a v att en eller flera trösklar (26, 27, 29) av keramiskt material eller stål, företrädesvis med ökande höjd i riktning mot materialets utmatningsände, finns anordnade kring den inre mantelytan.

9. Arrangemang enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a t a v att trösklarna (26, 27, 29), är anordnade kring förbrän- ningsröret (23) och i mellanzonen, företrädesvis så, att en tröskel (26) är belägen vid förbränningsrörets (23) ände, tva (27, 29) inom mellanzonen och en (29') vid övergången mellan mellanzonen och torkzonen.

10. Arrangemang enligt nagot av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t a v att en eller flera turbulens- bildande skärmar (31) är anordnade på förbränningsröret (23).

11. Arrangemang enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k - n a t a v att en tröskel (25) är anordnad vid ugnens utloppe- ände och att ugnsmanteln mellan denna tröskel (25) och tröskeln (26) vid förbränningsrörets (23) ände är försedd med keramiska lifters (36).