Конспект лекций по теме: Теплотехнические и технологические зоны вращающейся печи

Тема: Технологические и теплотехнические зоны Физико­химические  процессы  в  печи В зависимости от характера физико­химических процессов, происходящих при   нагревании   сырьевого   материала,   печь   по   длине   разделяют   на   6 технологических зон (рис.1).  Рис. 1. Потребность тепла в отдельных технологических зонах Основные  физико­химические  процессы в  технологических  зонах I.  Зона   сушки   (испарения).   Во   вращающуюся   печь   шлам   поступает   с температурой 20…30ºС и влажностью 32…40%. По мере продвижения по печи и нагревания материала до 100ºС происходит испарение капельножидкой воды. В зависимости от свойств сырья шлам с потерей влаги может образовывать гранулы или пылевидный материал.  Зона сушки занимает около 25% от общей длины печи.  II.  В  зоне   подогрева  материал   нагревается   от   100   до   800ºС.   При температурах   400…600ºС   происходит   процесс   дегидратации   глинистых минералов, начинаются взаимодействия в сырьевой смеси.  Зона   составляет   около   25%   длины   печи.   Для   интенсификации   процессов теплообмена   в   зонах   сушки   и   подогрева   устанавливают   внутренние теплообменные устройства – цепные завесы.  III.  В  зоне   декарбонизации  протекает   наиболее   энергоемкая   стадия процесса клинкерообразования – реакция разложения карбоната кальция СаСО3. Температура диссоциации зависит от парциального давления СО2 в газовой среде. Так   как   в   начале   зоны   декарбонизации   в   газе  СО2    22%,   то   разложение  800ºС и интенсивно протекает карбоната кальция начинается с температуры  при 900…950ºС.  ≈ ≈ Зона   декарбонизации   занимает   около   30%   длины   печи.   В   зоне декарбонизации   начинают   протекать   реакции   образования   низкоосновных силикатов, алюминатов, алюмосиликатов и алюмоферритов кальция. IV.  Зона   экзотермических   реакций.  При   температурах   1100…1300ºС происходит интенсивное образование всех клинкерных минералов, кроме алита.  Твердофазовые   реакции   образования   двухкальциевого   силиката  2СаО∙SiO2 (C2S),   трехкальциевого   алюмината  3СаО∙Al2O3  (C3A)   и   четырехкальциевого алюмоферрита  4СаО∙Al2O3∙Fе2O3  (C4AF)   протекают   с   выделением   тепла,   т.е. являются экзотермическими. Наибольшее количество, до 97%, тепла выделяется в результате образования C2S.  Зона экзотермических реакций занимает около 3% длины печи. V.  Зона спекания. При 1280…1340ºС в материале образуется клинкерный расплав, в котором растворяются клинкерные минералы.  При   температурах     1300…1450…1300ºС   в   результате   взаимодействия растворенных в расплаве оксида кальция  СаО  и двухкальциевого силиката  C2S образуется основной клинкерный минерал – алит 3СаО∙SiO2 (C3S).  ≈ При   охлаждении     до   1300ºС   из   расплава   выкристаллизовываются клинкерные минералы, количество расплава сокращается и образуется прочный спек – клинкерная гранула.  ≈ Зона спекания занимает около 15% длины печи. VI.  В   зоне   охлаждения,   занимающей   около   2%   длины   печи,   клинкер остывает до температур 1200…1100ºС, после чего попадает в холодильник для дальнейшего охлаждения. Физико­химические  процессы  в  присутствии  щелочесодержащих соединений В тех случаях, когда в сырьевой смеси содержатся примеси в виде щелочных, сернистых   и   хлористых   соединений,   возможно   возникновение   при   низких температурах щелочесодержащих расплавов в системах:  KCl – K2SO4    t = 680ºC;       K2CO3 – CaCO3    t = 752ºC;   K2SO4 – Na2SO4 – CaCO3    t = 820ºC.   В   этом   случае   реакции   разложения  СаСО3  и   синтеза  C2S  протекают одновременно   с   образованием   промежуточных   соединений   по   схеме, представленной ниже. Таким образом,  в присутствии щелочесодержащих соединений совмещаются зоны декарбонизации и экзотермических реакций. Тепловые  процессы  в  печи  мокрого  способа Позонный расход тепла свидетельствует, что больше всего тепла требуется в 1­ ой и 3­ей зонах, а в 5­ой, которую многие технологи считают важнейшей, расход тепла в 10 раз меньше, чем в 1­ой (рис.1). Причем, тепло потребляется только на начальном   участке   зоны   спекания,   протяженностью   около   2/3   ее   длины,   где материал   нагревается   от   1300   до   1450ºС.   В   оставшейся   части   5­ой   зоны происходит охлаждение клинкера от 1450 до 1300ºС и практически возврат того же количества тепла. Поэтому В.Н. Юнг справедливо считает, что суммарный расход тепла на физико­химические процессы в зоне спекания равен нулю. Это подтверждается минимальной эндотермической величиной реакции образования алита  CaO  +  C2S  =  C3S, равной всего 1,5 кДж /кг клинкера, которая от суммы 6400 кДж/кг составляет всего 0,02%.