Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса 11
1.1 Способы очистки железорудных концентратов от примесей фосфора 11
1.2 Методы минералогического исследования 15
1.3 Промышленные установки обжига сыпучих материалов 20
1.4 Охладители обожженного материала 29
1.5 Процессы выщелачивания 32
1.6 Выводы и постановка задач исследования 33
2. Высокотемпературный обжиг концентр AT А ... 35
2.1 Характеристика исследуемого лисаковского концентрата 35
2.2 Методика проведения эксперимента 37
2.3 Изменение структуры частиц концентрата под влиянием высоких температур 48
2.4 Уплотнение частиц лисаковского концентрата под воздействием высоких температур 58
2.5 Кинетика высокотемпературной дегидратации 62
2.6 Потери массы при прокаливании 69
2.7 Формы нахождения фосфора в лисаковском концентрате 72
2.8 Выводы 74
3. Оценка качества обжига лисаковского концентрата 75
3.1 Влияние времени обжига и выщелачивания на качество обесфосфоривания лисаковского концентрата 75
3.2 Влияние интенсивности перемешивания пульпы на качество обесфосфоривания лисаковского концентрата 81
3.3 Влияние концентрации серной кислоты в водном растворе на степень дефосфорации лисаковского концентрата 82
3.4 Измельчение обожженных частиц концентрата перед выполнением процедуры выщелачивания 84
3.5 Влияние температуры выщелачивания на степень дефосфорации лисаковского концентрата 86
3.6 Выбор оптимальных режимов обжига и выщелачивания для наиболее полного извлечения фосфора из концентрата 87
3.7 Выводы 91
4. Обжиг лисаковского железорудного концентрата в промышленных условиях 92
4.1 Конструкция и принцип работы обжиговой печи 93
4.2 Топливосжигающее устройство 98
4.3 Основные технологические параметры работы вращающейся печи 104
4.4 Конструкция и принцип работы барабанного охладителя
4.5 Промышленные испытания обжига лисаковского концентрата 112
4.6 Выводы 122
Общие выводы 124
Список использованной литературы
- Промышленные установки обжига сыпучих материалов
- Изменение структуры частиц концентрата под влиянием высоких температур
- Влияние интенсивности перемешивания пульпы на качество обесфосфоривания лисаковского концентрата
- Топливосжигающее устройство
Введение к работе
Актуальность работы. В промышленных масштабах железорудные концентраты должны соответствовать необходимым требованиям по содержанию железа и количеству примесей. Многочисленные исследования ученых и специалистов в области дефосфорации бурожелезняковых руд на стадии подготовки к металлургическому переделу, в том числе Лисаковского месторождения в Казахстане, не имеют рационального решения. Процедура удаления фосфора в сталеплавильном производстве является экономически затратной. Наиболее близко к решению проблемы обесфосфоривания лисаковского гравитационно-магнитного концентрата подошли специалисты ЗАО «Механобринжиниринг» (г. Санкт-Петербург). Они предложили технологию, которая включает окислительный обжиг концентрата при температуре 800 – 1000 С и последующее выщелачивание фосфора слабым водным раствором серной кислоты. Одной из основных операций в процессе дефосфорации является высокотемпературная обработка материала, от которой зависит степень извлечения фосфора из концентрата при выщелачивании. Фосфор после обжига находится в виде оксида и легко реагирует с серной кислотой, а железо в основном не растворяется и остается в твердой фазе. В исходном необожженном концентрате фосфор связан и поэтому не выщелачивается.
В связи с этим актуальным становится определение оптимальных параметров высокотемпературного окислительного обжига материала и установление механизма термического воздействия на фосфорсодержащий компонент.
Целью диссертационной работы является совершенствование технологии высокотемпературного окислительного обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи перед стадией сернокислотного выщелачивания с обеспечением остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
Для достижения цели настоящего исследования следует обеспечить решение следующих задач:
1. Разработка методики и оборудования для проведения лабораторного эксперимента при различных условиях обжига лисаковского железорудного концентрата и сернокислотного выщелачивания фосфора.
2. Изучение поведения частиц лисаковского железорудного концентрата под влиянием высоких температур.
3. Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в условиях высокотемпературной обработки концентрата.
4. Выбор оптимальных параметров обжига концентрата перед сернокислотным выщелачиванием.
5. Определение оптимальных параметров сернокислотной обработки прокаленного концентрата для достоверной оценки качества предварительного обжига.
6. Внедрение усовершенствованной технологии обжига лисаковского железорудного концентрата в промышленные условия на базе результатов лабораторных экспериментов.
Методы исследования. Исследования выполнены в лабораторном масштабе и подтверждены опытно-промышленными испытаниями. При обработке данных эксперимента использован расчетно-теоретический анализ.
Исследование поведения фосфорсодержащего компонента в лисаковском железорудном концентрате при нагревании образца проводили термогравиметрическим методом. Для изучения влияния высоких температур на частицы концентрата использовали микроскопический анализ. Содержание фосфора в железорудном концентрате определяли по ГОСТ 23581.19 – 91.
Научная новизна результатов работы:
1. Впервые установлено, что фосфор в лисаковском железорудном концентрате находится в виде гидратного фосфорсодержащего компонента, который разлагается при высоких температурах (730 – 1000 С). Удаление гидратной влаги при разложении фосфорсодержащего компонента происходит ступенчато: при соответствующей температуре выделяется ее определенная доля.
2. Впервые установлено время разложения гидратного фосфорсодержащего компонента для температур обжига концентрата 800, 850, 900, 950 и 1000 С, уточнены данные о поведении частиц лисаковского железорудного концентрата в ходе прокаливания при различных температурах.
На основании этих данных определена энергия активации процесса.
3. Впервые определен оптимальный режим обжига лисаковского железорудного концентрата (температура, длительность обжига), обеспечивающий получение остаточного содержания фосфора в выщелоченном концентрате не более 0,2 %.
4. Для оценки качества высокотемпературной обработки концентрата установлены параметры сернокислотного выщелачивания фосфора: длительность процесса, концентрация серной кислоты в водном растворе, соотношение твердого вещества и жидкой фазы в пульпе, температура пульпы.
Практическая значимость работы:
Разработаны и внедрены практические рекомендации по реализации оптимального режима обжига лисаковского железорудного концентрата во вращающейся печи.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследования, разработке методов исследования, планировании и выполнении эксперимента, обработке и анализе экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований обжига лисаковского железорудного концентрата в стационарном и пересыпающемся слое при различных режимах высокотемпературной обработки материала;
2. Результаты термогравиметрического анализа и лабораторной оценки процесса выщелачивания фосфора слабым водным раствором серной кислоты из обожженного концентрата;
3. Рекомендации по обжигу и охлаждению мелкозернистых материалов на установке «Вращающаяся печь – барабанный охладитель» и результаты опытно-промышленных испытаний.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: 16-й уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург, 2009; 10-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск, 2009; 8-м конгрессе обогатителей стран СНГ. Москва, 2011; всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «TIM’2012» и «TIM’2013» с международным участием. Екатеринбург, 2012, 2013 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит 26 таблиц, 42 рисунка и список использованной литературы, содержащий 95 наименований.
Промышленные установки обжига сыпучих материалов
Для того чтобы детально разобраться в технологии обесфосфоривания лисаковского гравитационно-магнитного концентрата необходимо иметь четкое представление о том, в каком именно виде находится фосфор в исследуемом материале.
Минерал представляет собой природную гомогенную составную часть земной коры, обладающую определенным химическим составом и кристаллической структурой и устойчивую в некоторых физико-химических пределах [12-14]. Распространенные минералы в земной коре можно определять простыми методами, когда приходится иметь дело с более или менее крупными кристаллами или с однородными минеральными массами. В таких случаях прибегают обычно к внешним диагностическим признакам изучаемых минералов. Однако при систематических минералогических исследованиях с применением более современных методик могут быть определены редко встречающиеся и трудноопределимые простыми методами минералы. Такая необходимость детальных исследований появляется в тех случаях, когда ставится задача более полного изучения состава природных образований. Обычно применяют следующие классические методы исследования [15-17]: — кристаллохимический; — рентгенометрический; — кристалл ооптический; — химикоаналитический, совместно со спектральным и иногда рентгеноспектральным анализом; — термический. Кристаллохимический анализ разработан Е.С. Федоровым [15] и применяется в тех случаях, когда приходится иметь дело с кристаллами достаточно крупных размеров, в которых можно измерить углы между гранями кристаллов на гониометре. Таким образом, можно установить сингонию и вид симметрии кристаллов, а также определить состав минерала при помощи специальных таблиц по кристаллохимическому анализу.
Рентгенометрический анализ применяется для определения вещества путем сравнения рентгенограмм. Серьезное преимущество в данной области исследований имеет метод Дебая, который широко применяется в практике минералогов. Он позволяет изучать агрегатные массы минерала, включая скрытокристаллические и тонкодисперсные вещества. Данные об интенсивности линий и вычисленные межплоскостные расстояния полученной дебаеграммы можно сравнивать с другими данными дебаеграмм известных веществ по внешним признакам. В итоге можно точно определить минерал, имея результаты спектральных исследований и хотя бы некоторые оптические константы. При этом для получения дебаеграммы достаточно 5 мм3 вещества в виде порошка.
Для кристаллооптического анализа характерно определение с помощью микроскопа ряда оптических констант, свойственных изучаемому минералу. Прозрачные минералы руд и горных парод исследуются в тонких шлифах или в виде порошков. Этим методом с помощью поляризационного микроскопа в проходящем свете могут быть точно определены даже мельчайшие кристаллические зерна, диаметром в несколько сотых миллиметра, устанавливаемые в прозрачных шлифах в виде включений. Специальные определители прозрачных минералов под микроскопом разработаны в виде таблиц. В зеркально отполированных шлифах в отраженном свете под микроскопом с помощью специального осветителя изучают также непрозрачные минералы, которые слагают в основном руды месторождений металлических полезных ископаемых. Спектральный анализ определения присутствующих в минерале химических элементов основан на том, что каждый элемент при достаточном нагревании испускает лучи характерных для него волн, которые устанавливаются с помощью спектроскопа. Преимуществами спектрального анализа являются точность и быстрота определения содержащихся в минерале катионов металлов, а также малое количество материала для анализа (несколько миллиграмм).
Рентгеноспектральный (рентгенохимический) анализ подразумевает размещение испытуемого вещества на поверхности антикатода. При действии катодных лучей материал испускает рентгеновские лучи определенной длины для каждого из содержащихся в нем химических элементов. Достаточное напряжение на электродах рентгенотрубки возбуждает видимые лучи, характерные для того или иного элемента. Рентгеноспектральный анализ очень важен при количественном определении Y, Nb, Та, Hf, Re в минералах редких земель, определение которых обычными химическими методами является трудоемкой задачей.
Химический анализ является достаточно дорогим и трудоемким мероприятием. Следовательно, полный химический анализ применяют в случаях, когда требуется установить новый минерал или разновидность. Для реализации полного химического анализа необходимо как минимум 1 - 2 г освобожденного от примесей вещества, то есть чистого. Подготовленный материал следует предварительно подвергнуть спектральному анализу, чтобы знать, какие химические элементы вообще содержатся в минерале и какие из них могут быть определены при химическом анализе. Данные полного химического анализа в весовых процентах пересчитывают на атомные (молекулярные) количества, чтобы вывести химическую формулу минерала. Соотношения компонентов не бывают строго кратными из-за недостаточно высокой точности анализа и других причин.
Изложенные выше методы минералогического исследования для определения формы нахождения фосфора в лисаковском концентрате сложно применять из-за малого содержания фосфора в руде: всего 0,7 - 0,9 %, поэтому вопросы определения минерального вида фосфорсодержащего компонента до сих пор остаются дискуссионными.
Термический анализ [18,19] применяется с целью установления эндо- и экзотермических эффектов с помощью кривых нагревания или охлаждения. Такие эффекты обусловлены химическими и физическими превращениями в исследуемом веществе при повышении температуры, например: выделение влаги, восстановление, окисление [20,21]. Данный метод применяется при исследовании скрытокристаллических и тонкодисперсных масс. Характерные кривые нагревания способствуют определению минеральных видов. Они записываются автоматически при помощи регистрирующего пирометра, как показано в примере на рисунке 1.1.
Изменение структуры частиц концентрата под влиянием высоких температур
Реакционная ячейка - 2 предназначена для размещения в ней пробы исследуемого материала и термопар в защитных чехлах. Ячейка изготовляется из жаропрочной стали и состоит из внутреннего и наружного стаканов, соединенных между собой резиновой пробкой - 8. Продуваемый через ячейку воздух проходит между стенками стаканов, нагревается и поступает во внутренний стакан через пористую пластину - 9, взаимодействуя с исследуемым материалом. Для продувки реакционной ячейки используется нагнетаемый атмосферный воздух, а для его отвода в верхней части внутреннего стакана предусмотрен патрубок - 5.
Навеску концентрата массой 330 г помещали во внутренний стакан реакционной ячейки на пористую пластину. Внутренний стакан устанавливали во внешний (большего диаметра). При помощи болтовых соединений и резиновой прокладки стаканы герметично соединяли. Для контроля температуры нагрева материала одну хромель-алюмелевую термопару помещали в слой, а другую в пространство между металлическими стаканами через отверстия в верхней части реакционной ячейки. К входному патрубку ячейки присоединяли резиновую трубку, по которой от устройства побуждения расхода подавали воздух в пространство между внешним и внутренним стаканами. Воздух, проходящий через пористую пластину и слой материала во внутреннем стакане, отводили из ячейки через выходной патрубок.
Нагрев лисаковского железорудного концентрата в шахтной лабораторной печи осуществляли плавно вместе с печью от комнатной температуры до 1000 С со скоростью 10 /мин. К выходному патрубку присоединяли длинную трубку, свободный конец которой опускали в стакан с водным раствором ВаС12.
В момент, когда начнет происходить выгорание органических примесей из пробы концентрата, диоксид углерода, выносимый из системы потоком воздуха, провзаимодействует с раствором ВаСЬ до образования осадка белого цвета [77]. Таким образом, можно зафиксировать температуру начала процесса.
Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что в лисаковском концентрате содержится значительное количество гидратной влаги (до 12 %). Большая часть влаги находится в виде гидратов железа и разлагается при умеренной температуре 320 - 350 С. Другая часть, судя по всему, связана с фосфорсодержащим компонентом, разлагающимся при повышенной температуре [78]. При этом в процессе окислительного обжига происходит образование свободного оксида фосфора [79]. Уменьшить содержание фосфора в прокаленном материале можно за счет выполнения процедуры выщелачивания слабым водным раствором серной кислоты, так как фосфор в виде оксида легко реагирует с серной кислотой, а железо в основном не растворяется и остается в твердой фазе. Нами установлено [75], что из исходного концентрата фосфор практически не выщелачивается. Для успешного выщелачивания фосфора необходим обжиг материала при повышенных температурах.
Данный факт подтвердили экспериментальным путем, также используя шахтную лабораторную электропечь по изложенной в п.п 2.2.4 методике. Для этого реакционную ячейку с исходным концентратом массой 330 г вначале нагрели до температуры 350 С и выдержали в течение 60 минут, чтобы полностью удалить из системы низкотемпературную гидратную влагу. Затем плавно вместе с печью продолжили нагрев концентрата до 1000 С со скоростью 10 /мин. Воздух, подающийся на продувку системы предварительно осушали. К резиновой трубке на выходном патрубке присоединили стеклянную U-образную трубку с сорбентом (силикагель).
Высокотемпературная влага, выделяющаяся при разложении фосфорсодержащего компонента, вытиснится из системы сухим воздухом и поглотится силикагелем. Зная начальную и конечную массу U-образной трубки, можно зафиксировать наличие высокотемпературной гидратной влаги в концентрате и определить ее количество.
Для оценки качества высокотемпературного обжига лисаковского железорудного концентрата необходимо проводить процедуру выщелачивания фосфора слабым водным раствором серной кислоты. Чем меньше будет величина остаточного содержания фосфора в материале после сернокислотной обработки, тем лучше подобран режим прокаливания концентрата.
Для достоверной оценки качества высокотемпературного окислительного обжига материала необходимо установить оптимальные параметры процесса выщелачивания фосфора, то есть определить следующие технологические величины: время выщелачивания, интенсивность перемешивания пульпы (смесь твердых частиц лисаковского концентрата и водного раствора кислоты), концентрация серной кислоты в водном растворе, температура процесса при прочих одинаковых условиях.
Работа по выщелачиванию предварительно обожженного концентрата для оценки качества обжига проводилась в химической лаборатории ОАО «ВНИИМТ» с использованием лабораторной верхнеприводной мешалки (см. рисунок 2.4) для перемешивания пульпы.
Специально разработанный мощный привод - 1 данной мешалки, размещенный на штативе - 4, позволяет обеспечить высокую устойчивость работы и равномерное смешивание образцов. На конце вала - 2 мешалки расположена пропеллерная 4-х лопастная насадка - 5 с диаметром лопасти 70 мм из нержавеющей стали, которая полностью погружается в пульпу на расстоянии от дна керамического стакана - 3 около 5-10 мм. Пропеллерная насадка при вращении создает активное перемешивание пульпы в вертикальной плоскости за счет расположения лопастей под углом. Агитация смеси в процессе сернокислотного выщелачивания фосфора необходима для постоянного подвода водного раствора к частицам концентрата в процессе перемешивания. Подвижная система креплений лабораторной верхнеприводной мешалки позволяет установить необходимую высоту для проведения эксперимента.
Предварительно обожженный лисаковский гравитационно-магнитный концентрат массой 250 г помещали в керамический стакан внутренним диаметром 100 мм и высотой 170 мм, приливали водный раствор кислоты массой 250 г и погружали в пульпу импеллер мешалки. Затем задавали регулятором скорость вращения вала и запускали привод мешалки. После проведения процедуры выщелачивания порцию концентрата около 50 г выкладывали в стеклянную воронку на бумажный фильтр и тщательно промывали дистиллированной водой. Качество промывки периодически контролировали водным раствором ВаСЬ, который при контакте со следами серной кислоты дает осадок белого цвета.
Таким образом, для комплексного изучения технологии обжига лисаковского гравитационно магнитного концентрата разработаны методики проведения разнообразных экспериментов и подобрано соответствующее оборудование, позволяющее проводить высокотемпературный обжиг концентрата в условиях стационарного и пересыпающегося слоя, прокаливание с продувкой через слой материала газообразной среды.
Влияние интенсивности перемешивания пульпы на качество обесфосфоривания лисаковского концентрата
Экспериментальное исследование кинетики высокотемпературной дегидратации лисаковского гравитационно-магнитного концентрата с целью установления характера разложения фосфорсодержащего компонента проводили термометрическим методом с использованием прибора NETZSCH STA 449 С Jupiter на экспериментальной базе центра коллективного пользования «УНИКУМ» Уральского федерального университета. Прибор позволяет одновременно при изменяющейся температуре автоматически определять изменение массы (термогравиметрия) и калориметрические эффекты (дифференциальная сканирующая калориметрия) в образце. Встроенные электромагнитные компенсационные микровесы с верхней загрузкой измеряют массу образца в граммах с точностью до четвертого знака после запятой. Вакуум-плотная конструкция камеры с образцом обеспечивает измерения в заданной газовой атмосфере (инертный газ аргон). Электрическая печь прибора позволяет проводить нагрев образца по заданной программе.
В качестве образца использовали пробу лисаковского гравитационно-магнитного концентрата массой около 5 г. Нагрев пробы производили по следующему режиму: от комнатной температуры до 700 С со скоростью 50 /мин, далее следовала выдержка до постоянного веса, после чего с такой же скоростью увеличивали температуру до 800 С с выдержкой 30 минут и затем ступенчато через 50 С до температуры 1000 С с выдержками по 30 минут на каждой температурной ступени.
Уменьшение массы образца на каждой температурной ступени связано с удалением части высокотемпературной гидратной влаги при разложении фосфорсодержащего компонента. В специальном опыте с использованием лабораторной шахтной печи (описани см. в п.п 2.2.4) пары, выделяющиеся при высокой температуре, были уловлены силикагелем, что атрибутирует их как воду. Скорость изменения массы пробы характеризует кинетику разложения этого гидратированного фосфорсодержащего компонента. Длительность выдержки 30 минут на каждой температурной ступени была достаточной для стабилизации изменения массы образца, то есть завершения процесса высокотемпературной дегидратации при данной температуре. Внешняя и низкотемпературная гидратная влага удалялись в ходе нагрева пробы до 700 С. На рисунке 2.19 представлено изменение массы образца во времени на всех температурных ступенях.
Как видно из этого рисунка выделение высокотемпературной гидратной влаги из лисаковского концентрата происходит ступенчато: при каждой температуре выделяется определенная доля гидратной влаги.
Если за 100 % принять суммарную массу высокотемпературной гидратной влаги, выделившейся в диапазоне температур 800 - 1000 С, то доля такой гидратной влаги, удаленной при разных температурах, составляет, %: 54,5 - при 800 С, 24,4 - при 850 С, 12,2 при 900 С, 5,6 - при 950 С и 3,3 -при 1000 С (см. таблицу 2.5).
На каждой температурной ступени калориметрическая система прибора зафиксировала эндотермические эффекты, совпадающие с выделением высокотемпературной гидратной влаги. Как видно из представленных данных более половины от общей высокотемпературной гидратной влаги выделяется при 800 С. С увеличением температуры доля выделившейся гидратной влаги на каждой температурной ступени резко уменьшается и при 1000 С составляет всего 3,3 %. Если полученные данные проэкстраполировать в область температур выше 1000 С, то последняя порция высокотемпературной гидратной влаги будет удалена при 1050 - 1100 С. Однако, в этой области температур уже проявляется процесс спекания лисаковского концентрата. На рисунке 2.20 представлены кривые скорости высокотемпературной дегидратации лисаковского концентрата при различных температурах и их изменение во времени. С увеличением температуры величина максимальной скорости процесса уменьшается (см. таблицу 2.5). Такой характер зависимости объясняется некоторым замедлением диффузии водяных паров при дегидратации через слой уже дегидратированного материала, который при увеличении температуры претерпевает твердофазное уплотнение. Частично диффузия водяных паров через слой дегидратированного материала облегчается при образовании трещин в этом слое, которые появляются на частицах концентрата при высоких температурах.
Топливосжигающее устройство
Горелочное устройство ГВП-65, разработанное и изготовленное ОАО «ВНИИМТ» [90], предназначено для сжигания природного газа во вращающейся трубчатой печи и относится к классу двухпроводных горелок, в которые подводится только часть воздуха, необходимого для горения. Остальной воздух поступает в печь из охладителя и воздушной фурмы.
Корпус горелки представляет собой цилиндр, на выходном торце которого установлен сужающийся насадок. Вблизи входного торца имеется воздухоподводящий патрубок, установленный под углом 60 к оси горелки. Подъемный механизм - 5 обеспечивает изменение угла наклона горелки на шарнире - 4 в вертикальной плоскости на ±3 . Газовая часть состоит из двух коаксиально-расположенных труб, образующих каналы с самостоятельным подводом газа (см. рисунок 4.4). Внутренний канал оканчивается газовым соплом, на оси которого установлен подвижный дроссель - 4, привод - 5 которого вынесен за пределы горелки и оканчивается маховиком со стопором и указателем положения дросселя в сопле. Наружный кольцевой канал оканчивается газовым наконечником - 3, газовыпускные отверстия которого выполнены на его боковой поверхности. На наружной поверхности газовой части установлены: завихритель воздуха - 8, каретка привода лопаток - 9 и две опоры - 10. Завихритель воздуха выполнен в виде двух цилиндрических обойм, между которыми установлены поворотные лопатки. Каретка представляет собой цилиндрическую втулку, которая на роликах свободно перемещается по наружной газовой трубе. Каретка при помощи двух рычагов, установленных по обе стороны газовой трубы, соединена качающейся кулисой - 6 с приводным механизмом - 7, обеспечивающим синхронный поворот лопаток на угол от 0 до 60 и их фиксацию. Опоры предназначены для центровки газовой части в воздушном корпусе и имеют двойные ролики для свободного перемещения газовой части при монтаже. Газ в горелку подводится по двум самостоятельным каналам. Причем в периферийный канал подается до 30% от общего расхода. Газ, подаваемый в центральную газовую часть горелки - 2, вытекает через аксиальное отверстие газового сопла. Скорость газовой струи регулируют положением в сопле газового дросселя. При введенном дросселе в сопло и давлении газа около 1 атм скорость газа максимальная. Если дроссель выведен из сопла, то при том же расходе газа скорость его истечения минимальная. Газ, подаваемый в периферийный канал - 1, выходит через систему периферийных отверстий радиальными струями. Рисунок 4.4 - Газовая часть горелки:
Принцип работы горелки заключается в предварительном регулируемом частичном смешении природного газа с первичным воздухом, нагнетаемым в горелку, воспламенение подготовленной смеси от запального факела и сгорании подготовленной смеси сначала в потоке вторичного воздуха, нагнетаемого в фурму в месте ввода горелки в печь, а затем в потоке третичного воздуха, подаваемого в головку печи из охладителя готовой продукции (см. рисунок 4.5).
Первичный воздух подается в горелочное устройство - 1, установленное на торцевой стенке разгрузочной головки печи - 5, через воздушную трубу горелки. Вторичный воздух подается по воздушной фурме - 3, охватывающей горелку по диаметру. Третичный воздух движется из загрузочной головки барабанного охладителя - 7 по специальному воздухопроводу - 4 и поступает непосредственно в верхнюю часть футерованной разгрузочной головки печи -6.
Первичный и вторичный воздух имеют температуру окружающей среды. Подогретый до температуры 400 С третичный воздух в количестве около 20 % от общего (с учетом подсосов воздуха через разгрузочную течку и неплотности торцевой части разгрузочной головки печи) содержит водяные пары в количестве до 10 % и запылен мелкими частицами концентрата около 15 г/нм3.
Первичный воздух в количестве около 20% от необходимого для полного сгорания газа подаётся в горелку и движется в кольцевом канале между корпусом и газовой частью. Если лопатки завихрителя установлены вдоль оси горелки (угол поворота равен нулю), то истечение воздуха из горелки происходит прямоструйным потоком с малым углом раскрытия. Если лопатки повёрнуты относительно оси горелки, то воздух приобретает вихревое движение и вытекает из горелки вихревой раскрывающейся струёй, интенсивность крутки которой зависит от угла поворота лопаток. Остальная часть воздуха поступает в зону горения, минуя горелку.
Характеристики образующегося факела зависят от перераспределения газовых струй на выходе из сопла, угла поворота лопаток завихрителя воздуха и положением газового дросселя. Оптимальное соотношение расходов центрального и периферийного газа определяется при наладке теплового режима печи.
Наиболее длинный факел образуется в случае, когда лопатки завихрителя воздуха установлены вдоль оси горелки, газовый дроссель вдвинут в аксиальное сопло, в кольцевой наружный канал газ не подается. Истечение газа и воздуха происходит параллельными потоками со слабой интенсивностью смешения. Сгорание газа происходит медленно, температура факела достигает максимального значения на удалении от торцевой головки печи.
Наиболее короткий факел образуется в случае, когда лопатки завихрителя воздуха повёрнуты на угол 45 - 60 к оси горелки, газ подается в периферийный канал горелки и вытекает из наконечника радиальными струями, а в центральный канал газ не подается. При этом смешение потоков происходит интенсивно. Сгорание газа происходит на короткой длине факеле с большим углом раскрытия и с максимумом температур вблизи торцевой головки печи.
При истечении газа только из сопла центрального канала на номинальной нагрузке и при скоростях близких к звуковым возможен отрыв факела от выходного торца горелки. Такой режим горения нежелателен, он может привести к погасанию горелки. Для исключения такой ситуации сжигание газа необходимо выполнять с обязательной подачей части газа в периферийный канал и с закруткой воздуха.
Подвижные механизмы опоры, на которой установлена горелка, позволяют изменять угол наклона и поворота горелки к оси печи. Тем самым регулируется интенсивность воздействия факела на слой обрабатываемого материала.
Условия сжигания природного газа с использованием горелки ГВП-65 для обжига лисаковского железорудного концентрата: - сжигание природного газа производится с избытком воздуха при номинальном значении 1,8 (диапазон регулирования 1,8 ± 0,4); - номинальный расход природного газа 5500 м3/ч; - номинальное давление газа перед горелкой 0,10 Мпа; - диапазон изменения расхода газа от 300 до 6000 м /ч; - диапазон изменения давления газа от 0,03 до 0,1 Мпа; - номинальный расход первичного воздуха 10000 м /ч; - диапазон изменения расхода первичного воздуха от 1000 до 10000 м /ч; - длина факела горения в пределах 8-Ю м.
