Планетарный (рекуператорный) холодильник введен в цементной промышленности в 1910 г. заводом «Грузонверк» фирмы «Крупп» в Магдебурге под названием «Концентра». В 1922 г. фирма «Смндт» разработала свой планетарный (рекуператор­ный) холодильник, известный под названием «Унакс» [267].

Планетарный холодильник состоит из нескольких, обычно 10 или 11, сварных металлических цилиндров (труб), установленных в виде венца по окружности горячего конца вращающейся печи и формирующих ее внешнюю часть. Планетарные холодильники не имеют собственного привода и вращаются вместе с печью. Каждый из них (рекуператор) на участке, составляющем до 25% полной длины, футерован огнеупорами; остальная часть для интенсивного теплообмена оборудована цепными завесами или подъемными устройствами. Через отверстия в корпусе печи клинкер поступает в планетарные холодильники. Охлаждение осуществляется в противотоке. Весь охлаждающий воздух подается в печь и идет на горение топлива. Клинкер в планетарном холодильнике обычно движется параллельно перемещению клинкера во вращающейся печи. Однако имеются планетарные холодильники, способные перемещать клинкер в противоположном направлении. Вес планетарного холодильника старого типа с 10 или 11 трубами воспринимается роликовой опорой, расположенной перед входными патрубками для клинкера.

Повышение веса корпуса печи, оборудованной планетарными холодильниками, и возникающие в корпусе напряжения ограничивают длину планетарных холодильников; по конструктивным соображениям из-за консольного расположения не
разрешается превышать определенное соотношение размеров печи и холодильников. Верхний предел достигается для печи производительностью 500—700 т/сут с планетарным холодильником, имеющим максимальный размер 1,25X7,5 м.

В 1965 г. фирма «Смидт» выпустила так называемый новый планетарный холодильник «Унакс», представляющий собой усовершенствованную конструкцию старого планетарного холодильника. Планетарные холодильники нового типа выпускают теперь и другие известные фирмы, производящие цементное оборудование.

Существенными признаками новых планетарных холодильников «Унакс» являются удлинение корпуса печи и установка дополнительной роликовой опоры для поддержки удлиненного корпуса. Это позволяет применять более крупные планетарные
холодильники без снижения несущей способности корпуса вращающейся печи. Конечно, для восприятия дополнительного веса планетарного холодильника обечайка печи на этом участке должна иметь большую толщину. Отношение L/D в новых пла­нетарных холодильниках составляет около 12:1.

Управление процессом обжига и установка горелки обеспечиваются с помощью неподвижной трубы, входящей во вращающийся цилиндр печи. Во вращающейся печи размером 6,3/5,5x178 м неподвижная труба для управления обжигом имеет длину 35 м и диаметр 4,5 м.

На рис. 23.4 показано продольное сечение конца вращающейся печи, где установлен планетарный холодильник новой конструкций. К 1977 г. максимальная производительность вращающихся печей с планетарными холодильниками новой конструкции достигла 40 т клинкера в сутки; холодильники для этих печей имеют длину 27 м и диаметр 2,4 м.

На рис. 23.5 показан проходной туннель к платформе для установки горелки и управления работой вращающейся печи, оборудованной планетарным холодильником нового типа. Горячий конец печи закрыт экраном из стального листа, подвешенным внутри туннеля на двух катках и направляющих. Этот «огневой» экран с внутренней стороны футерован огнеупором. Приспособление с противовесом прижимает его к уплотнению обреза печи. В огневом экране предусмотрены отверстие для горелки и смотровые окна, а также входная дверь у периферии экрана.

Так как при новой конструкции нет необходимости столь строго ограничивать вес, как раньше, планетарные холодильники нового типа футеруют огнеупорами до половины длины, что приводит к снижению потерь тепла через стенки холодильника на 30—40 ккал/кг клинкера [268].

23.3.3. Подъемные элементы в планетарных холодильниках.
Для улучшения теплообмена внутренняя поверхность планетарных холодильников оборудована подъемными элементами изо-неупора и термостойкими стальными сварными и литыми подъемными планками, способствующими соприкосновению горячего клинкера с охлаждающим воздухом.

На рис. 23.10 показаны продольное сечение нового холодильника «Унакс» фирмы «Смидт» и три поперечных сечения; на рисунке видны различные подъемные устройства [299]. Время пребывания клинкера в холодильных «трубах» составляет около 45 мин. Температура клинкера при поступлении в планетарные холодильники равна 1100—1350°С; при выходе из холодильника, установленного на вращающихся печах сухого способа, температура клинкера составляет 120—200° С. Следует отметить, что здесь охлаждение клинкера осуществляется только воздухом, расход которого численно равен расходу вторичного воздуха, т. е. 0,8—1,0 м3/кг клинкера, при удельном расходе тепла 750 ккал/кг клинкера. Колосниковый холодильник с таким же расходом воздуха может снизить температуру клинкера лишь до 250—300° С. Однако необходимо добавить,. что в планетарном холодильнике около 25°/о тепла клинкера выделяется в окружающую среду за счет потерь через стенки, а у колосникового холодильника таких потерь тепла почти нет. Это и позволяет с большей эффективностью использовать отходящий воздух колосникового холодильника.

При мокром способе производства и удельном расходе тепла около 1400 ккал/кг клинкера количество вторичного воздуха равно 1,3—1,5 м3/кг клинкера. Поэтому температура вторичного воздуха, поступающего из планетарных холодильниковв печь, составляет при сухом способе производства 840—850° С,

а при мокром — 600—650° С. В планетарном холодильнике длительность охлаждения клинкера от 1350 до 1000°С не превышает 10 мин, что приблизительно соответствует скорости охлаждения в колосниковом холодильнике. Многочисленные срав­нительные испытания клинкера, охлажденного в планетарных и колосниковых холодильниках, показали, что качество клинкера, полученного из холодильников обоих типов, примерно одинаково, причем процесс охлаждения клинкера в печи, начавшийся >еще до его поступления в холодильник, оказывает большее влияние как на качество клинкера, так и на работу печи [269а, 269Ь]. Планетарный холодильник не имеет отходящего воздуха, поэтому при его использовании не требуются пылеулавливающие устройства.

23.3.4. Тепловой баланс планетарных (рекуператорных) холодильников. В табл. 23.1 приведены характеристики и тепловой баланс планетарных холодильников [270]. В этой таблице особо выделены потери тепла, составляющие 26—27% тепла, поступающего в холодильники.

На рис. 23.11 показана диаграмма теплового баланса планетарного холодильника «Унакс» фирмы «Смидт». Этот тепловой баланс рассчитан на 1 кг клинкера и температуру на выводе 0°С. В расчет включено теплосодержание охлаждающего воздуха.

В разд. 23.5.2 приведена для сравнения диаграмма теплового баланса колосникового холодильника (типа «Фолакс» фирмы «Смидт»). В обоих случаях принималось, что теплосодержание клинкера в зоне спекания печи составляет 400 ккал/кг.


Было также принято, что в обоих случаях расстояние от зоны спекания до входа в холодильник (т. е. длина зоны охлаждения печи) одинаково. Поэтому тепловые балансы холодильников вполне пригодны для сравнения.

Расход энергии на планетарные (рекуператорные) холодильники. Планетарные холодильники повышают расход энергии при работе печи и дымососа.

рекуперированное тепло

Для небольших печей дополнительные энергозатраты составляют около 0,3 кВт-ч/т клинкера, а в печах производительностью 4000 т/сут клинкера с планетарными холодильниками длиной 27 м—¦27-0,03=0,8 кВт-ч/т. Гидравлические потери в планетарном холодильнике (20—40 мм) повышают удельные энергозатраты дымососов на 0,3 кВт-ч/т клинкера в печах сухого и на 0,5 кВт-ч/т — мокрого способов производства. Общее удельное потребление энергии новых планетарных (рекупера­торных) холодильников находится в пределах 0,6—1,3 кВт-ч/т клинкера.

Планетарные холодильники старой конструкции выпускали все предприятия, поставляющие основное технологическое оборудование для цементной промышленности; планетарные холодильники новой конструкции также изготовляет ряд фирм.


Здесь необходимо упомянуть, что при внедрении крупных гпланетарных холодильников нового типа иногда возникают «следующие трудности [270а]:

1) статическая и механическая перегрузка корпуса печи, которая может привести к трещинам между отверстиями для выпуска клинкера в холодильники [270];

2) несовершенная форма переходных патрубков от печи к трубам холодильников (рекуператорам), что приводит к возврату части клинкера в печь и попаданию его на сопло горелки;

3) малый срок службы огнеупорной футеровки;

4) повышенный износ труб холодильников (рекуператоров) .вследствие термических деформаций их корпусов за пределом текучести и короткого срока службы в них огнеупорной и металлической футеровки и подъемных устройств; в качестве временного (паллиативного) средства применяется водяное и воздушное охлаждение холодильников;

5) проблема крепления длинных труб холодильников на корпусе печи с учетом их температурного расширения, решаемая специальными конструктивными мерами;

6) значительный шум при работе, что требует устройства .дорогостоящей звукоизоляции, такой, как звукоизолирующие :экраны, по обеим сторонам труб холодильников.

Капитальные затраты на вращающуюся печь с планетарными холодильниками новой конструкции и вращающуюся печь с колосниковым холодильником почти одинаковы. Для точного -сравнения этих затрат важно знать, какие требования предъявляются к интенсивности обеспыливания аспирационного воздуха колосникового холодильника и каковы ограничения, накладываемые на локальные источники звука, а также стоимость мероприятий по борьбе с шумом. Все это в свою очередь зависит от местных правил и условий.

23.3.6. Водяное охлаждение планетарных холодильников. При пиковых нагрузках или возникновении неравномерностей в эксплуатации печи клинкер на выходе из планетарного холодильника может иметь высокую температуру. С учетом этого фирма «Смидт» разработала систему внутреннего водяного охлаждения клинкера непосредственно перед обрезами планетарных холодильников (рис. 23.12).

Количество охлаждающей воды выражается в процентах от массы клинкера. Для снижения температуры на 25° С требуется 1% воды, причем испарительная способность воды используется почти полностью. При необходимости в планетарные холодильники непрерывно подается до 4% охлаждающей воды.

По данным изготовителя, при водяном охлаждении не возникает замазывания. Применение этого метода не оказывает заметного влияния на расход тепла [87с].

Планетарный холодильник фирмы «Гумбольдт-Ведаг»

Двухпоточный холодильник фирмы «Гумбольдт», применявшийся в прошлом для охлаждения клинкера вращающихся печей мокрого слособа производства, был заменен планетарным холодильником «Гумбольдт-Ведаг», выпускаемым фирмой «Ин-дустрианлаген» для печей производительностью до 5000 т/сут. Планетарные холодильники (рекуператоры) включают переходную часть, разделенное пополам входное колено, корпус планетарной трубы с внутренними устройствами, неподвижную и подвижную опоры и разгрузочное устройство.

канал для воды; 3 — входная воронка; 4 — коническая насадка для

Футерованные огнеупором переходные секции изготовлены из высокотермостойкого стального литья, во всех температурных интервалах не подверженного охрупчиванию. Оно защищает патрубки у разгрузочных отверстий печи от износа.

Сменное загрузочное колено крепится на планетарной трубе с помощью зажимного фланцевого соединения, предохраняющего от скручивания. Оно устанавливается так, чтобы предотвратить возможность возвращения клинкера в печь. Входное колено также имеет термостойкую износоустойчивую футеровку. Между вращающейся печью и загрузочным коленом устанавливается уплотняющая прокладка, воспринимающая осевые температурные деформации и усадку загрузочного колена.

Планетарные трубы (рекуператоры) имеют двойное опира-ние. Неподвижная опора, расположенная у загрузочного колена, воспринимает осевые нагрузки и одновременно препятствует скручиванию планетарной трубы. Подвижная опора способна воспринять продольные деформации, возникающие под влиянием колебаний температуры. Необходимый зазор между опорой и планетарной трубой может быть отрегулирован. В соответствии со снижением температуры клинкера в направлении от загрузочного колена до выпускного отверстия планетарная труба разделена на зоны с различной футеровкой и внутренними устройствами.

В выпускном отверстии планетарной трубы установлено специальное устройство, обеспечивающее фракционирование клинкера по размерам; частицы крупностью до 25 мм проходят через колосниковую решетку с изменяемыми щелями и попадают непосредственно на клинкерный транспортер. Крупнозернистый клинкер через боковое отверстие с приваренным желобом попадает в дробилку.