Швейцарские
традиции.
Качественные
и технологичные
инжиниринговые
решения.
RU

Барабанные печи для сушки и прокалки сыпучих материалов

Описание

Инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) являясь официальным дистрибьютором различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию барабанные печи для сушки и прокалки различных сыпучих материалов.
В качестве примера рассмотрим барабанную печь, спроектированную, изготовленную и поставленную в Казахстан, в количестве 2 шт, на рудник «Южный Инкай» принадлежащий ТОО «СП Бетпак Дала». В настоящее время печи успешно введены в эксплуатацию и вышли на плановую производительность.
Хотя данная обжиговая печь спроектирована для эксплуатации при указанных ниже рабочих условий, в тоже время ее можно успешно использовать и при других условиях. Назначение данной вращающейся обжиговой печи – нагревание подаваемого материала до максимальной температуры 927°C (1700°F). Конструкция оборудования основана на изложенных ниже условиях процесса, протекающего во вращающейся обжиговой печи. Поскольку множество переменных факторов невозможно проконтролировать, эти данные предлагаются только в качестве рекомендаций для оптимальной работы.

Сырье
Материал сырья
Скорость подачи сырья
Влажность сырья
Температура сырья
Удельная теплоемкость сырья
Объемная плотность сырья

пероксид урана (UO4·2H2O)
300 кг/ч
30 масс. %
16°C
0,755 кДж/кг К
2,85 г/см3
 
Продукт
Материал продукта
Скорость подачи продукта
Влажность продукта (влажная масса)
Температура продукта:
на разгрузочной стороне обжиговой печи
на разгрузочной стороне охладителя
Удельная теплоемкость продукта
Объемная плотность материала продукта
Размер частиц
 
закись-окись урана (U3O8)
174,4 кг/ч
≈ 0 масс.%

650 – 850°C
60°C
0,755 кДж/кг К
2,0 г/см3
8 – 20 мкм
Реакция
Формула реакции
Теплота реакции
Энтальпия соединений:
UO4·2H2O(s)
U3O8(s)
O2(g)
H2O (l)
Скрытая теплота испарения
H2O
 
3(UO4 · 2H2O)(s) -> ? U3O8(s) + 2O2(g)2O(g)
кДж/кг U3O8
(538°C)
-1 841 815 кДж/кмоль
-3 538 558 кДж/кмоль
0 кДж/кмоль
-242 106 кДж/кмоль
(18°C)
2 458 кДж/к +6H
Другие параметры  
Потребляемая мощность печи 206 кВт
Частота вращения барабана
      диапазон
      нормальная
1-5 об/мин
2,6 об/мин
Длительность обработки
диапазон
нормальная
Скорость загрузки твердых компонентов(v/v барабан)
Наклон барабана
Расход охлаждающей воды
Давление подаваемой охлаждающей воды (мин.)
Температура подаваемой охлаждающей воды
Температура отводимой охлаждающей воды
Расположение установки
Окружающая среда
Режим работы установки непрерывный
Температура в помещении

50 – 269 мин
102 мин
10 %
15,6 мм / 1 м
2 275 кг/час
4,1 бар
32°C
42°C
в помещении
не опасная, промышленная зона
24/7/365
от +10 до +40°C

Материал нагревается в следующих режимах теплопередачи, перечисленных в порядке возрастания их значимости:
1. Теплота излучения.
2. Теплота от прямого контакта с внутренней поверхностью барабана.

Необходимое количество тепла определяется с учетом следующих требований:
1. Тепло для увеличения температуры твердых компонентов.
2. Тепло для нагрева влажного подаваемого материала до температуры испарения.
3. Тепло для выпаривания влажного подаваемого материала.
4. Эндометрическое тепло реакции.
5. Тепло для увеличения температуры струи воздуха.

Системные тепловые потери в окружающую среду

Габариты вращающейся обжиговой печи определяются в первую очередь объемом загрузки и характеристиками теплопередачи материала. Имеется множество других параметров, влияющих на работу системы в масштабе подуровней. Например, условия окружающей среды, влияние коррозии, ограничения конструкции, связанные с техникой безопасности, и др. Для того чтобы обеспечить надежную и нормальную эксплуатацию вращающихся обжиговых печей, мы придерживаемся консервативных методов проектирования проверенных опытом.

Описание процесса

Влажный кек (UO4·2H2O) помещают на загрузочный винтовой конвейер обжиговой печи, загружающий материал с постоянной скоростью в барабан обжиговой печи. Загрузочная сторона барабана оборудована винтовыми пластинами и подающей накладкой, с большой скоростью отводящей материал от данной стороны барабана, чтобы исключить обратное перемещение твердых компонентов и их попадание в загрузочный трубопровод. Сразу же после схода с винтовых пластин материал под действием силы тяжести стекает вдоль продольной оси барабана со скоростью, зависящей от частоты вращения и угла наклона барабана. В печной секции обжиговой печи гидратированный пероксид урана (UO4·2H2O) подогревается при помощи электронагревательных элементов печи. Электрическая печь разделена на три зоны температурного контроля, что обеспечивает гибкость температурной характеристики. В первых двух зонах пероксид урана (UO4·2H2O) поэтапно нагревается до температуры около 650°C, чтобы полностью удалить свободную воду (H2O) из кека. В третьей зоне температура повышается примерно до 850°C, причем происходит превращение пероксида урана (UO4·2H2O) в закись-окись  урана (U3O8), известный также как желтый урановый кек. Побочными продуктами реакции вляются также вода (H2O) и кислород (O2). Общая длительность выпаривания и восстановительной реакции контролируется и регулируется электрическим двигателем с переменной частотой вращения, при необходимости увеличивающим или уменьшающим частоту вращения барабана.

3(UO4 · 2H2O)(s)? -> U3O8(s) + 2O2(g) + 6H2O(g)

Полностью прореагировавший желтый урановый кек (U3O8) подается в охлаждающую секцию барабана. Тепло отводится от твердых компонентов, за счет высокой теплопроводности, через стенку барабана обжиговой печи и удаляется с охлаждающей водой, разбрызгиваемой на внешнюю часть барабана. Температура материала уменьшается приблизительно до 60°C, затем материал подается в разгрузочный трубопровод, через который под действием силы тяжести попадает в транспортную систему. Через разгрузочный трубопровод во вращающуюся обжиговую печь подается мощный поток воздуха, проходящий через барабан навстречу потоку материала, чтобы удалить водяной пар, образовавшийся на нагревательной стадии процесса. Влажный воздух отводится из загрузочного трубопровода при помощи вентиляции.

Описание основных компонентов

1. Барабан вращающейся обжиговой печи

Барабан имеет внутренний диаметр 482,6 мм (19") при общей длине 11,4 м (37'-5"), при этом длина центральной секции составляет 6,56 м (21’-6 1/2"). Центральные секции выполнены из сплава RA253 MA, толщиной 12,7 мм (1/2") для увеличения прочности при повышенных температурах и снабжены на торцах фланцами, чтобы обеспечить терморазрыв и упростить извлечение барабана. Остальные части изготовлены из стали 316L толщиной 12,7 мм (1/2"). Сварные секции барабана имеют швы, располагающиеся попеременно под углами 90 и 180 градусов один к другому и полученные сваркой с полным проплавлением основного металла. Бандажи и зубчатые венцы смонтированы на механически обработанных поверхностях, отделенных от барабана распорными элементами, чтобы учесть различия в радиальном тепловом расширении. Конструкция барабана учитывает любые тепловые и механические нагрузки и поэтому обеспечивает надежную работу. На загрузочной стороне барабана расположены удерживающие материал накладки, преграждающие обратный поток материала в трубопровод и винтовые пластины для подачи материала в нагретые секции. Пластины и загрузочные накладки выполнены из материала 316L SS.
Открытые секции барабана на загрузочной и разгрузочной стороне оборудованы экранами тепловой защиты персонала. Съемные защитные экраны опираются на главную несущую раму.

2. Бандаж

Барабан имеет два бандажа (без сварных швов и стыков) из кованой стали ASTM A551-94, класса BHT. Бандажи механически обработаны с точностью до 125 микродюймов с наружной стороны и с точностью до 250 микродюймов с боковых сторон и с внутренней стороны. Каждый бандаж имеет цельную прямоугольную секцию и упрочнен для увеличения срока службы.

3. Опорные колеса

Барабан печи вращается на четырех опорных колесах изготовленных из кованой стали. Опорные колеса упрочнены для увеличения срока службы. Колеса установлены с натягом на высокопрочный вал, установленный между двумя подшипниковыми опорами, имеющими срок службы L10 не менее 50.000 часов. Основание колес оснащено нажимными винтами для горизонтального выравнивания и регулировки колес. Один из узлов колеса, расположенный на загрузочной стороне, оборудован индикатором скорости и датчиком для подтверждения вращения барабана.

4. Упорные ролики

Установка содержит два упорных ролика, состоящих из двух стальных колес с уплотненными сферическими роликоподшипниками, срок службы которых (L10) составляет не менее 50.000 часов. Упорные ролики упрочнены для увеличения их срока службы.

5. Узел привода

Барабан рассчитан на вращение с частотой 1-5 об/мин при мощности 1,5 кВт (2 л.с.) от электродвигателя с частотой вращения 1425 об/мин, работающего от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц и выполненного в герметичном исполнении с воздушным охлаждением. Вал электродвигателя напрямую соединен с входным валом главного редуктора через гибкую муфту. На выходном валу главного редуктора смонтирована шестерня для передачи мощности через цепь на зубчатый венец, смонтированный на барабане.

Циклоидный главный редуктор имеет точное понижающее передаточное отношение 71:1 с одной ступенью понижения. Его механизм рассчитан на мощность 2,7 кВт (3,6 л.с.). Низкоскоростной вал редуктора рассчитан на необходимый момент и предельные нагрузки. Редуктор имеет систему смазки и не требует дополнительного охлаждения.

Для предотвращения деформации барабана печи, во время сбоев в системе энергоснабжения электродвигателя, предусмотрен дополнительный дизельный двигатель для продолжения вращения барабана. Дизельный двигатель имеет регулируемую частоту вращения (1500-3000 об/мин) и номинальную мощность на выходе 1,5 – 3,8 кВт (2 – 5 л.с.). Дизельный двигатель запускается вручную или электрическим стартером постоянного тока 12 В и напрямую соединен с  валом электрического двигателя через кулачковую муфту.

Кулачковая муфта представляет собой муфту свободного хода с обгонной системой сцепления. Весь приводной узел смонтирован на общей опоре, поставляемой отдельно и монтируемой на главной раме у заказчика сторонними организациями. Опора изготовлена из конструкционной стали ASTM A-36. Ее положение может быть отрегулировано при помощи винтовых упоров, чтобы обеспечить правильное центрирование и натяжение цепей.

6. Зубчатый венец

Зубчатый венец выполнен из углеродистой стали SAE C-1040. Каждая звездочка имеет 96 закаленных зубьев, смонтирована на барабане и имеет разъемы для упрощения демонтажа.

7. Приводная шестерня

Изготовлена из углеродистой стали SAE C-1045. Каждая шестерня имеет 14 закаленных зубьев и установлена на низкоскоростном валу редуктора.

8. Приводная цепь

Применяется цепь стандартной серии RC120 с наклоном 1,5", для обеспечения вращения барабана обжиговой печи.

9. Система обжиговой печи

Кожух печи охватывает барабан (длиной 6 м (20")) и изготовлен из углеродистой стали. Стены и пол кожухов выполнены как одна полная секция. Крыша печи состоит из трех секций, по одной на каждую зону нагрева, и может быть снята с целью технического обслуживания печи или барабана. Кожухи изолированы алюмосиликатным керамическим волокном Fibercraft толщиной 152,4 мм (6"). В каждой зоне печи установлены литые керамические нагревательные элементы.

Нагревательная камера и нагревательные элементы имеют следующие характеристики:

  Мощность Ток Напряжение Длина
Зона 1 68 кВт 99 А 400 В трехфаз.50 Гц 1,52 м (60")
Зона 2 48 кВт 70 А 400 В трехфаз.50 Гц 1,37 м (54")
Зона 3 90 кВт 131 А 400 В трехфаз.50 Гц 2,90 м (114")
Всего 206 кВт 298 А 400 В трехфаз.50 Гц 2,90 м (114")

10. Форсуночный водоохладитель

За нагретыми секциями барабана расположен внешний форсуночный водоохладитель, уменьшающий температуру продукта печи. Корпус охладителя изготовлен из углеродистой стали толщиной ¼" с внутренними поверхностями, покрытыми эпоксидной смолой, чтобы свести к минимуму коррозию. Корпус охладителя имеет прорези, обеспечивающие доступ к внутренней части или обшивке охладителя с целью их технического обслуживания и опирается на главную несущую раму. Корпус оборудован двумя смонтированными в верхней части трубопроводами, имеющими распылительные сопла, впускные и выпускные вращающиеся лабиринтные уплотнения, верхнее сопло для выпуска пара, нижнее дренажное сопло, боковое перепускное сопло, дверцы для доступа и смотровые отверстия. Вода подается в распылительные сопла по трубопроводу, поставляемому  торонними организациями, а выпуск осуществляется под действием силы тяжести через нижний дренажный фланец. Минимальное давление воды, подаваемой в распылительные сопла для достижения заданного расхода, составляет 4,1 бар.

11. Загрузочный и разгрузочный трубопроводы обжиговой печи и вращающиеся уплотнения.

Загрузочный трубопровод выполнен из стали 304L SS толщиной 1/4" имеет: монтажную крышку, смотровое отверстие, качающееся сопло для выпуска газа, дверцу для выпуска обратных утечек через барабан и узел вращающегося уплотнения. Узел вращающегося уплотнения для загрузочного трубопровода герметизирует неподвижный трубопровод относительно вращающегося узла барабана, чтобы свести к минимуму просачивание воздуха. Уплотнение на загрузочном конце - температурный компенсатор сильфонного типа из материала A240-304/A240- 321 SS для соединяемых поверхностей типа "металл-металл". Поверхность износа – графитовая конструкция Grade R4340. Для сохранения равномерного контакта лицевых поверхностей при расширении барабана используются пружины сжатия. Разгрузочный трубопровод также изготовлен из материала 304L SS толщиной 1/4" и имеет: желоб для разгрузки продукта, монтажную крышку, смотровое отверстие и узел вращающегося уплотнения. Разгрузочное уплотнение – температурный компенсатор сильфонного типа для соединяемых поверхностей типа "металл-металл". Поверхность износа - графитовая конструкция Grade R4340. Для сохранения равномерного контакта лицевых поверхностей при расширении барабана используются пружины сжатия.

12. Винтовой питатель

Обжиговая печь оборудована загрузочным винтовым конвейером для подачи в барабан кека пероксида урана (UO4·2H2O). Это устройство представляет собой шнек, расположенный под нулевым углом к горизонтали, подвергшийся чистовой обработке, шнек выполнен из материала 316 SS/2B, трубчатый загрузочный желоб из материала 304 SS 10 ga, Все это оснащено фланцем монтажа загрузочного трубопровода и входным валом квадратного сечения. Устройства оборудованы приводным двигателем с постоянной частотой вращения, мощностью 1,5 кВт (2 л.с.) для трехфазной сети напряжением 400 В и частотой 50 Гц, а также зубчатым редуктором. Имеет защитное ограждение. Устройства смонтированы на узле рамы и предназначены для прямого монтажа на главных рамах обжиговых печей.

13. Каркасные несущие рамы

Модуль обжиговой печи вместе с рамами приводов, загрузочными и разгрузочными рубопроводами, печью и узлами опорных колес, смонтирован на общей каркасной раме. Рама изготовлена из элементов, выполненных из конструкционной стали ASTM A-36, сваренных друг с другом и усиленных накладками в критических опорных точках. Применяемая рама позволяет поставлять модуль обжиговых печей как одно устройство и ее несложно установить на фундамент, имеющийся у заказчика.

14. Датчики температуры обжиговой печи

Предусмотрены термопары для непрерывного контроля температуры в зонах печи и температур  выгружаемого продукта. Термопары для зон печи – непосредственно монтируемые сдвоенные элементы S-типа с покрытием Инконель и литыми чугунными защитными крышками.

15. Контрольные выключатели.

Обжиговая печь поставляется с двумя выключателями по нулевой частоте вращения, один из которых непрерывно контролирует вращение барабана, другой – вращение загрузочной винтовой линии. Узлы выключателей по частоте вращения смонтированы на концах валов и имеют тип дисковых генераторов импульсов, создающих переменное магнитное поле, регистрируемое измерительным устройством. Переключатель преобразует измеренные параметры магнитного поля в сигнал частоты, чтобы определить частоту вращения вала и сравнить ее с заданным значением. Эти выключатели блокируют работу обжиговой печи в случае необходимости.

16. Система управления обжиговой печью

Общая система управления – это постоянно включенная проводная релейная логическая система для пуска и останова обжиговой печи. Температуры в зонах контролируются индивидуальными устройствами контроля температуры Honeywell с использованием управляющего сигнала 4-20 мА, подаваемого в блоки питания с тиристором.
Панель управления: корпус выполнен по NEMA 12, в нем расположены плавкие вставки контактов соединителя, реле, стабилизаторы напряжения, силовые блоки, блоки питания с тиристором, аварийные сигнализаторы, приводы переменной частоты и автоматические выключатели. Внутри панели расположены полосовидная флуоресцентная лампа на 120 В и две электрические розетки. Панели питаются от сети однофазного тока 20 А напряжением 120 В. Все аварийные сигналы реализованы в аппаратной логике и поступают в сигнализационные устройства, расположенные на дверцах каждой панели управления.

Аварийные сигналы

а). Аварийный останов разрешен
б). Аварийный сигнал по сверхвысокой температуре для зоны 1
в). Аварийный сигнал по сверхвысокой температуре для зоны 2
г). Аварийный сигнал по сверхвысокой температуре для зоны 3
д). Аварийный сигнал по высокой температуре тиристора для зоны 1
е). Аварийный сигнал по высокой температуре тиристора для зоны 2
ж). Аварийный сигнал по высокой температуре тиристора для зоны 3
з). Частотно-регулируемый электропривод (VFD) барабана неисправен
и). Срабатывание автоматического выключателя в зоне 1, 2 или 3

Защитные блокировки приводного двигателя барабана:

а). Пересброс аварийного останова
б). Работа конвейера продукта
в). Разрешен пуск барабана
г). Включение питания реле хода барабана
д). Замыкание схемы выключателя по нулевой частоте вращения барабана
е). Устранен сбой частотно-регулируемого привода барабана (косвенное)

Защитные блокировки устройства управления печью

а). Пересброс аварийного останова
б). Работа конвейера продукта
в). Ход барабана (включение питания реле хода барабана)
г). Пуск печи разрешен
д). Включение питания реле работы печи
е). Аварийная сигнализация сверхвысокой температуры в зоне 1, 2 или 3 выключена

Защитные блокировки для загрузочного винтового конвейера

а). Пересброс аварийного останова
б). Ход барабана (включение питания реле хода барабана)
в). Работа печи (включение питания реле работы печи)
г). Выключатель по температуре в зоне 1 на значении уставки
д). Схема выключателя по частоте вращения загрузочной винтовой линии замкнута

Компоненты панели управления:

Блок питания на тиристорах: контроллер питания Chromalox, рассчитан на применение в трехфазной сети 400 В, 50 Гц при 150 А. Блоки питания на тиристорах регулируют ток, подаваемый в нагревательные элементы, и управляются сигналом 4-20 мА из регуляторов температуры, чтобы обеспечить равенство температуры заданному значению в каждой зоне.

Частотно-регулируемые приводы: привод переменного тока ABB, рассчитанный на 7,5 л.с. и трехфазную сеть 400 В, 50 Гц, для изменения частоты вращения привода барабана и регулирования его частоты вращения. Частотно-регулируемые приводы настраивают при помощи потенциометра, расположенного на дверцах панели управления.

Стабилизаторы напряжения: твердотельный сетевой фильтр активного слежения Control Concepts Islatrol, рассчитанный на применение в однофазных сетях 110 В, 50 Гц при 15 А и предназначенный для отфильтровывания высокочастотного шума в линиях питания, подающих питание во все управляющие устройства.

Аварийные сигнализаторы: высокоточный аварийный сигнализатор Digital Corp, рассчитанный на применение в однофазной сети 110 В, 50 Гц, расположен на дверцах панели и обеспечивающий световую визуальную индикацию аварийных ситуаций.

Выключатели по температуре с высоким пределом: цифровой контроллер высокого пределаHoneywell, для источника питания однофазной сети 110 В, 50 Гц, расположенный на дверцах панели. Эти выключатели соединены с термопарами, расположенными в печах, и подают аварийные сигналы при появлении сверхвысоких температур в печах и при этом блокируют работу печей.

Контроллеры индикации температуры: цифровой контроллер Honeywell модели UDC2500 для однофазного источника питания 110 В, 50 Гц, расположенные на дверцах панели. Контроллеры соединены с термопарами, расположенными в печах и регулируют ток на выходе тиристора с помощью сигналов 4-20 мА, чтобы обеспечить поддержание установленных значенийтемпературы в определенных зонах.

Блоки питания: блоки питания Allen Bradley для подачи трехфазного питания 400 В, 50 Гц в панель управления.

Вентиляторы шкафов и фильтры: Вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха в панелях, исключая нагрев и преждевременный отказ компонентов. Фильтры на впускных отверстиях вентиляторов предотвращают скапливание пыли и инородных частиц в корпусе.

Реле управления: Реле управления Allen Bradley– аппаратное средство для автоматического переключения отдельных управляющих функций в каждом шкафу.

Автоматические выключатели: На панелях предусмотрены автоматические выключатели для отключения подачи питания к отдельным компонентам панели и зонам печи с целью защиты электрического оборудования от перегрузок по току.

Сдвоенные розетки и лампы: В каждом шкафу управления имеется флуоресцентная лампа для облегчения обслуживания компонентов панели. Сдвоенная розетка для однофазной сети 120 В, 50 Гц предназначена для подключения дополнительного силового оборудования, например портативных устройств и инструментов, при работе в зоне панели управления.

Нажимные кнопки и светоиндикаторы: На дверцах панели управления расположены нажимные кнопки и индикаторы Allen Bradley для переключения и индикации состояния подачи электропитания в оборудование обжиговой печи.

Клеммные колодки: Предусмотрены клеммные колодки для присоединения и разводки внешних проводников установленного в месте работы оборудования к панелям, с целью передачи управляющих сигналов.

17. Электрические двигатели

Поставляемый приводной двигатель барабана – электрический двигатель мощностью 2 л.с., с частотой вращения 1500 об/мин, для трехфазной сети напряжением 380 В и частотой 50 Гц, инвертерного режима, в герметичном исполнении с воздушным охлаждением.

18. Защитные ограждения

Предусмотрены защитные ограждения для следующих узлов:
а). Цепной привод обжиговой печи.
б). Места контакта бандажа с опорными колесами обжиговой печи.
в). Места контакта бандажа с упорными роликами.
г). Все узлы приводов вращения.
д). Участки с высокой температурой барабана.
Защитные ограждения – это сварные конструкции, отвечающие требованиями OSHA.

19. Смазка

Бандажи, опорные колеса и упорные ролики обжиговой печи смазываются автоматически при помощи графитовых блочных узлов, встроенных в ограждения точек их контакта. При нормальной работе графитовые блоки трутся о вращающиеся поверхности и переносят сухую графитовую смазку на сопряженные поверхности. Все остальные движущиеся поверхности должны смазываться отдельно.