Печі для випалу повітряного будівельного вапна

Міністерство освіти і науки України

КУРСОВА РОБОТА

на тему: "Печі для випалу повітряного будівельного вапна"

Виконав

Перевірив:

2009

Повітряне вапно

Повітряним вапном, називається в’яжуче, що добувається помірним випалюванням (що не доводиться до спікання) карбонатних порід, які містять до 8% глинистих домішок.

Повітряне вапно буває таких видів:

а) негашене грудкове - продукт випалювання карбонатних порід;

б) негашене мелене - продукт помелу грудкового вапна;

в) гідратне гашене вапно - порошкоподібній продукт гідратації негашеного вапна.

Повітряне вапно забезпечує тверднення та збереження міцності будівельних розчинів за повітряно-сухих умов.

Сировинні матеріали.

Для виробництва вапна застосовують, гірські породи, що складаються з карбонату кальцію. Карбонат кальцію трапляється в природі у вигляд двох кристалічних модифікацій: кальциту та арагоніту.

Вапнякові породи є осадовими утвореннями органогенного або хімічного походження.

Колір вапнякових порід залежить від домішок. Чисті вапняки звичайно мають біле забарвлення. Домішки оксидів заліза і марганцю забарвлюють їх у жовтуваті, бурі, червонуваті тони, домішки вуглецьвмісних речовин - у сірі і чорні. Найхарактернішими домішками у вапняках є карбонат магнію, кремнезем, глинисті речовини, гіпс, пірит. У невеликих кількостях трапляються сполуки фосфору.

Фізичні властивості сировини (міцність, стиранність) визначають вибір агрегату для випалювання, а хімічний склад кількість домішок - температуру випалювання.

Фізико-хімічні основи процесу випалювання вапняків.

Основним технологічним процесом під час добування вапна є випалювання вапняку. Від нього залежать властивості кінцевого продукту. Тому питання дисоціації карбонату кальцію в науковій літературі присвячено дуже багато досліджень.

Теплота утворення CaCO з елементів за реакцією

Ca (т) + 3O (г) + C (т) = CaCO

дорівнює 1210 кДж/моль.

Процес дисоціації CaCO відбувається, як і будь яка реакція розкладу, з поглинанням теплоти. Оскільки процес дисоціації CaCO - типова оборотна реакція, то її напрямок залежить від температури і парціального тиску CO:

CaCOCaO + CO - 178 кДж

За законом діючих мас, константа рівноваги реакції дорівнює

;

де С, С, С - концентрації реагуючих речовин, моль/ л.

Концентрації С, С в одиниці об’єму сталі. Оскільки це тверді речовини, концентрацію газу можна подати через його парціальний тиск, тобто С= р. Тому

t);

Для температур, що мають практичне значення, звичайно використовується наближений вираз.

ℓgр=

Графічно залежність Рсо2 від t подано на рис.12

Вапно-випалювальні печі

Випалювання вапняку у наш час здійснюють у шахтних і обертових печах, у киплячому шарі, а також у завислому стані.

Шахтні печі.

Найбільше поширення набули шахтні печі, оскільки вони досить легкі в експлуатації, не вимагають великих капітальних затрат на будівництво, економічні в теплотехнічному відношенні. Недоліком шахтних печей є їх відносно невелика потужність (порівняно з обертовими печами), а також непридатність їх для випалювання дрібних фракцій (як правило, розмір кусків вапняку повинен бути не менше 40 мм і лише в печах спеціальної конструкції можна випалювати куски вапняку розміром 10 - 20 або 20 - 40 мм). Шахтні печі непридатні для випалювання сировини, що легко

У шахтних печах можна застосовувати різне паливо: вугілля, газ, нафту. Залежно від властивостей твердого палива шахтні печі поділяються на пересипні (паливо завантажується разом з випалювальним матеріалом і згоряє безпосередньо в печі) і печі з винесеними газовими топками, де відбувається попереднє повне спалювання палива або його газифікація.

У пересипних печах використовують паливо з невеликою кількістю летких - антрацит, кокс, пісні сорти кам’яного вугілля (короткополуменеве паливо).

У печах з винесеними топками бажано застосовувати паливо з великою кількістю летких - довгополуневе вугілля, торф, сланці.

У пересипну шахтну піч вапняк і паливо подають зверху через спеціальний завантажувальний пристрій, причому, щоб уникнути приварів, паливо завантажують на віддалі 200-300 мм від стінок. Повітря необхідно для спалювання палива, підводять у піч знизу. Випалене вапно вивантажують безперервно спеціальним механізмами. Тепер усі печі працюють на вимушеній тязі, що створюється димососом. Більша частина печей працює під розрідженням. Штучне дуття застосовують значно рідше. У деяких печах вентилятором у верхній частині створюють розрідження, а в нижній - надлишковий тиск.

Перша - зона підсушування палива і вапняку. Тут видаляється гігроскопічна волога. Зона підсушування залежно від вологості матеріалу займає по висоті 8 - 12% пічного простору. За нею розміщена зона підігрівання, в якій вапняк нагрівають до 800-850 °С. Тут паливо також і "коксується". Кисень у цій зоні відсутній, тому леткі речовини, виділення яких розпочинається при температурі 250°С і найінтенсивніше відбувається при температурі 500-700°С, не згоряють. Тепловтрати з легкими речовинами при спалюванні антрациту досягають 8,5%, а при спалюванні коксу - 2% питомої теплоти згоряння палива, тому в пересипних печах не можна використовувати паливо, що містить велику кількість летких речовин. Зона підігрівання є найбільшою за довжиною і займає до 40% пічного простору. За цією зоною йдуть зона горіння палива і зона розкладання вапняку. Зона горіння палива дещо довша, оскільки частина палива згоряє нижче за зону розкладання. Максимальна температура досягається на межі між зонами випалювання й охолодження вапна.

У зоні горіння палива відбуваються реакції (за біреакційною схемою, запропонованою З.В. Чухановим):

4С + 3О= 2СО + 2СО (окислення вуглецю);

3С + 2О= 2СО + СО;

С + О= СО (горіння вуглецю);

С + СО= 2СО (відновлення оксиду вуглецю (ІV));

2СО + О = 2СО (горіння оксиду вуглецю (ІІ)).

У продуктах згорання завжди міститься деяка кількість СО (1,0-1,5%), який видаляється з печі з димовими газами.

У зоні охолодження вапно має температуру ~ 100 - 150°С.

Питома витрата палива у пересипних печах становить 13-16% маси випаленого вапна. Потужність шахтних печей на сучасних заводах становить 50 - 200 т/добу. Добовий вихід вапна з 1 м³ корисного об’єму печі становить 700 - 900 кг (у перерахунку на активність 93%). Окремі заводи добиваються добового виходу вапна до 1100 - 1300 кг/м³. У пересипні печі завантажують, як правило, куски вапняку розміром 60 - 1540 мм. Відношення середнього розміру кусків палива до середнього розміру кусків вапняку звичайно коливається в межах від 0,5: 1 до 1: