Клинкерный колосниковый холодильник с интенсивным воздушным охлаждением, известный под названием холодильника Фуллера, разработан фирмой «Фуллер» (Катасокуа, США) для работы совместно с вращающейся печью. Первый холо­дильник Фуллера был пущен в эксплуатацию в августе 1937 г. на цементном заводе «Вэлли Фордж» (Пенсильвания, США) для устранения неравномерности расширения объема цемента, вызванной гидратацией оксида магния.

Колосниковый холодильник фирмы «Фуллер». При разработке холодильника основной целью фирмы «Фуллер» было повышение качества цемента в результате быстрого охлаждения клинкера. Одновременно было установлено, что в этом холодильнике достигается весьма эффективный теплообмен между охлаждающим воздухом и горячим клинкером.

Закрытая конструкция холодильника Фуллера обеспечивает чистоту помещения цеха. Объем холодильника Фуллера на 20% меньше, чем барабанного. Он осуществляет постоянный контроль за температурой вторичного воздуха и клинкера; потери тепла во внешнюю среду излучением и конвекцией в этом холодильнике незначительны. Холодильник Фуллера позволяет достигнуть быстрого начального охлаждения клинкера, что имеет большое значение для формирования трехкальциево-го силиката. Этот холодильник допускает высокую температуру поступающего клинкера—1360—1400° С, что повышает термический к. п. д. до 72—75%. Благодаря применению избытка охлаждающего воздуха1 температура клинкера снижается до 65° С и ниже, что позволяет немедленно приступить к помолу. В отличие от барабанных и планетарных холодильников, где охлаждение клинкера производится почти исключительно в поперечном потоке воздуха, в холодильнике Фуллера этот процесс протекает и в поперечном, и в продольном направлениях. Современные хлодильники Фуллера имеют производительность до 10000 т/сут.

По сравнению с количеством, необходимым для горения топлива колосниковой решеткой, наклоненной на 15° — по аналогии с решеткой типа «Сейбот» для котельных топок. Для уменьшения строительного объема наклон колосников сначала был снижен до 10°, а затем до 5° и менее, что в конце концов привело к появлению горизонтальных колосниковых решеток.

Колосниковая решетка переталкивающего типа состоит из-чередующихся групп неподвижных колосников. Привод колосников осуществляется двигателями с регулируемой скоростью. Размер колосниковых плит 300X410 мм. Частота ходов колосников находится в пределах 4—17 в 1 мин. Длина хода подвижных колосников составляет 120 мм. Мелкие зерна клинкера, провалившиеся через колосниковую решетку, попадают в воздушные камеры, откуда выгружаются через воздухонепроницаемые двойные маятниковые клапаны, приводимые от двигателя; затем в большинстве конструкций просыпь удаляется из корпуса холодильника с помощью скребкового цепного транспортера. В холодном конце колосниковой решетки клинкер попадает на наклонную стержневую решетку, через которую основная часть клинкера поступает на транспортер. У конца наклонной стержневой решетки установлена молотковая дробилка, измельчающая крупные куски клинкера.

Прогрессирующий рост размеров вращающихся печей создает новые проблемы для горизонтальных холодильников Фуллера. Случилось так, что мощные вращающиеся печи производительностью около 1000 т/сут и более имели тенденцию производить клинкер более мелкого зернового состава. Горячий слой мелкого клинкера ожижался вследствие быстрого расширения подаваемого снизу холодного воздуха, в результате чего горизонтальные колосники, двигаясь, не транспортируют клинкер через горячую зону холодильника. Это вызывает опасный рост высоты слоя клинкера.

23.4.2. Комбинированный холодильник фирмы «Фуллер». Для преодоления описанных выше недостатков был разработан комбинированный холодильник фирмы «Фуллер», впервые пущенный в эксплуатацию в 1965 г. на цементном заводе «Ат-лантик цемент компани», Равена, штат Нью-Йорк.

Комбинированный холодильник «Фуллер» со стороны загрузки клинкером имеет колосниковую секцию с наклоном 5°. Одновременно высота переталкивающих ребер подвижных колосников увеличена с 5 до 8,3 см. Это помогает преодолеть эффект ожижения [271]. Остальная часть холодильника занята горизонтальной переталкивающей решеткой. Обе секции колосников имеют независимые приводы с регулируемой скоростью. Убедившись в ценности этого подхода, фирма выпустила комбинированные холодильники с тремя секциями подвижных колосников. Первые две секции устанавливались с наклоном 3°, а третья — горизонтально. Такой комбинированный холодильник снабжен особым устройством, которое позволяет
отвести горячий воздух, нагретый до 350—400° С, из центральной части холодильника и использовать его для сушки сырьевой смеси и угля.

Разъяснение понятия «воздух, отходящий из центра холодильника» дано на рис. 23.13. Здесь схематически представлены различные виды воздуха в холодильнике. Двукратный просос воздуха, или двойной термический цикл, описан в разд. 23.4.3.

В холодильнике Фуллера производительностью 2000 т/сут имеется 7 воздушных камер. Перегородки между ними от основания доходят до колосников и упираются в неподвижные колосниковые плиты. Воздушные камеры направляют нагнетаемый в них воздух вертикально через слой клинкера. Поэтому слой клинкера по длине холодильника делится на 7 участков с различными средними температурами. При снижении температуры слоя клинкера уменьшаются расширение и скорость охлаждающего воздуха. Пропорционально этому падает и давление воздуха, необходимое для пронизывания слоя клинкера.

Вместе с внедрением печей с суспензионными теплообменниками, потребляющих небольшие количества тепла на обжиг клинкера, существенно повысились требования к уровню теплового к. п. д. колосниковых холодильников. Для указанных печей требуется подвести больше тепла с меньшим количеством вторичного воздуха. Поэтому для достижения высокой температуры вторичного воздуха толщину слоя клинкера приходится повышать до 450 мм.

Это достигается уменьшением ширины наклонной колосниковой решетки и снижением скорости ее перемещений. Ширину колосника со стороны загрузки клинкера принимают равной примерно половине внутреннего диаметра печи. Горизонтальную решетку выполняют на 60—90 см шире наклонной, скорость подвижных колосников в ней выше, а слой клинкера на ней тоньше для снижения необходимого уровня давления охлаждающего воздуха.

На рис. 23.14 показаны продольное сечение и план комбинированного холодильника «Фуллер» с шестью воздушными камерами. Объем холодильника под колосниковыми решетками разделен на ряд воздушных камер, каждая из которых оборудована вентилятором, нагнетающим охлаждающий воздух.

В воздушной камере, ближайшей к загрузочному отверстию, для подачи охлаждающего воздуха устанавливают вентилятор со статическим напором 500 мм, а в каждой следующей воздушной камере — вентиляторы с более низким статическим напором. Самый холодный участок может быть оборудован вентилятором со статическим напором 175 мм.

На рис. 23.15 представлена диаграмма изменения напора в воздушных камерах при различной температуре клинкера для типового комбинированного холодильника «Фуллер» производительностью около 1700 т/сут клинкера при диапазоне температур материала от 1360 до 65° С [272].

Поперечное сечение загрузочного отверстия холодильника назначается таким, чтобы скорость вторичного воздуха, выходящего из холодильника, составляла около 4 м/с. Производительность вентиляторов холодильника должна обеспечить при нормальных условиях 3—3,15 м3 воздуха на 1 кг клинкера. Удельная производительность холодильника равна 38—43 т клинкера на 1 м2 колосников в сутки. Мощность, потребляемая колосниковым холодильником производительностью 2000 т/сут и обеспечивающая работу вентиляторов охлаждающего воздуха, перемещение колосников и работу вентиляторов отходящего воздуха, равна 785 кВт, в том числе 525 кВт приходится на вентиляторы охлаждающего воздуха и перемещение колосников, а 260 кВт — на вытяжные вентиляторы.

Поскольку количество охлаждающего воздуха и скорость перемещения колосников можно регулировать независимо от режима эксплуатации вращающейся печи, колосниковый холодильник может временно работать при отклонениях от номинальной производительности до 50%. Они могут рассматриваться как обычные перегрузки.

23.4.3. Двойной цикл. При двойном прососе воздуха в лосниковом холодильнике часть избытка нагретого воздуха
возвращается в качестве рециркуляционного воздуха в первую и вторую воздушные камеры. Это уменьшает количество отходящего от холодильника воздуха и снижает потери тепла до 25 ккал/кг клинкера, что повышает к. п. д. холодильника. При двойном прососе воздуха на 1 кг клинкера приходится 1,3 — 1,8 м3 свежего воздуха. Однако это приводит к повышенитермической нагрузки на колосниковые плиты. В США двойной просос воздуха больше не применяется. Холодильники с двойным прососом воздуха переоборудованы в обычные. Это относится и к промышленности ФРГ.

В тех случаях, где это возможно, отходящий от холодильника воздух обеспыливается в мультициклонах. Однако чаще всего этот воздух обеспыливается в тканевых, зернистых или электрических фильтрах. Содержание в нем пыли перед фильтром составляет при нормальных условиях 10—15 г/м3, а после фильтра — не более 0,115 г/м3.

23.4.4. Обозначения размеров холодильников «Фуллер». Если холодильник «Фуллер» имеет маркировку 831/1050, то это
означает, что ширина наклонной колосниковой решетки 8 футов, а длина 31 фут; ширина горизонтальной решетки 10 футов, а длина 50 футов. При производительности 4000 т/сут холодильник «Фуллер» может иметь маркировку 1031 S/1328 Н/
/1327 Н. Это означает, что кроме наклонной решетки (S—наклонная) имеются еще две горизонтальные (Н — горизонтальная). Длина такого холодильника 86 футов, или 26 м.

23.4.5. Тепловой баланс холодильника «Фуллер». В табл. 23.2 приведен тепловой баланс колосникового холодильника «Фуллер» размером 825/1050; вращающаяся печь с циклонным теплообменником имеет производительность 1934 т/сут [270].

23.4.6. Коэффициент полезного действия холодильника. Невысокий к. п. д. холодильника, приведенный в табл. 23.2, обусловлен относительно малым объемом как вторичного воздуха, так и воздуха, отходящего из центра холодильника, и избыточного (аспирационного) воздуха. Если воздух, отходящий из
центра холодильника, применяется в технологическом процессе для сушки сырья, то эта позиция баланса может рассматриваться как приходная; в этом случае к. п. д. холодильника достигает 85,6%. Здесь необходимо иметь в виду, что при низком удельном расходе тепла на обжиг клинкера (750 ккал/кг клинкера, см. табл. 23.2) снижается расход воздуха на горение топлива в печи, поэтому при постоянном коэффициенте избыт­ка воздуха печь потребляет меньше вторичного воздуха. В этом случае получается заметно меньший к. п. д. холодильника. Если печь расходует 850 или 950 ккал/кг клинкера, то в нее удается подать более горячий вторичный воздух, что повышает к. п. д. холодильника.