Устройство для термообработки агрегатного материала газовым потоком

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ТВЕРДОГО АГРЕГАТНОГО МАТЕРИАЛА ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ, содержащее вращающуюся печь, соединенную газовым трубопроводом с вертикальным газовым подогревателемi имеющим узлы загрузки , выгрузки, перемещения и нагрева . материала, отличающееся тем, что, с целью повьшения производительности за счет эффективного удаления пьши из материала, узел перемещения выполнен в виде канала, образованного полостями колен прямоугольного сечения, соединенных друг с другом зигзагообразно и вертикально расположенных внутри подогревателя, причем полость каждого колена ограничена парой параллельных газопроницаемых стенок, СОСТОЯ1ЦИХ из ряда поперечных перекладин, связанных: между о SS собой жалюзиобразно, перекрывающих друг друга и наклоненных вниз под углом к вертикальной оси подогревателя . 0 Фив.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИК (19) (11)

3151) I- 27 В 15/02

1.; "1т .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . теля.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изо Ретений и ОтнРытий (21) 2998257/22-02 (22) 27. 10.80 (31) 088522 (32) 26.10.79 (33) CllltA (46) 30.03.84. Бюл. Ф 12 (75) Аллен Старлинг Джонсон-младший (США) (53) 669.421.183(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 2.10893, кл. 1= 27 В 15/02, 1966.

2. Заявка ФРГ Р 2601196, кл. С 22 В 9/18, 1977, (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ТВЕРДОГО АГРЕГАТНОГО МАТЕРИАЛА ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ, содержащее вращающуюся печь, соединенную газовым трубопроводом с вертикальным газовым подогревателем, имеющим узлы загрузки, выгрузки, перемещения и нагрева материала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности эа счет эффективного удаления пыли из материала, узел перемещения выполнен в виде канала, образо-. ванного полостями колен прямоугольного сечения, соединенных друг с другом зигзагообразно и вертикально расположенных внутри подогревателя, причем полость каждого колена ограничена парой параллельных гаэопроницаемых стенок, состоящих из ряда поперечных перекладин, связанных между собой жалюзиобразно, перекрывающих друг дру а и наклоненных вниз под углом к вертикальной оси подогрева1083925

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено отражательными пластинами, соединяющими ограничивающие стенки колен с боковыми стенками подогревателя;

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что каждая

1 из ограничивающих стенок колен наклоИзобретение относится к устройству обработки твердого агрегатного материала газовым потоком, в частности к устройству для использования в сочетании с вращающейся печью 5 для предварительного- нагрева (подогрева) материала отходящими газами до введения в печь.

В процессах изготовления, при которых материалы подвергаются терми — 10 ческой обработке путем прохождения через вращающуюся печь при повышенной температуре, устройство предварительного нагрева (подогрева) обычно предусматривается на входном или питаю- 15 щем конце вращающейся печи для предварительного нагрева входящих материалов за счет контакта с отходящими нагретыми газами, которые выпускаются из печи. 20

Когда относительно мелкий гранулированный материал участвует в обработке, устройства подогрева часто имеют форму ряда циклонных корпусов, которые предназначены для создания каскадного потока гранулированного материала в контакте с нагретыми газами.

Р> материалах, проходящих термооб- Зп работку и имеющих форму относительно крупных материалов, должен быть использован другой тип подогревательного оборудования. Установки, которые рассчитаны на обработку относительно крупных агломератных материалов работают на порциальном принципе и используют устройства, имеющие статический слой в потоке горячего газа, при этом часто используют массивное 40 плунжерное устройство, предусмотренное для периодического удаления слоя подогретого агломерата при повиена под углом 10-25 к вертикальной оси.

4. Устройство по пп.1, 2 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что узел выгрузки выполнен в виде продолговатого цилиндрического барабана, расположенного под нижним концом ограничивающих стенок. торном заполнении слоя свежим материалом (1j .

Известные подогреватели материалов имеют относительно большие габариты и весьма дороги. Подогреватели обыч— но имеют несколько подвижных частей (деталей), которые подвергаются воз,цействию высокой температуры и температурным изменениям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для термообработки твердого агрегатного материала, содержащее вращающуюся печь, соединенную газовым трубопроводом с вертикальным газовым подогревателем, имеющим узлы загрузки, выгрузки, перемещения и нагрева материала j2) .

Указанные подогреватели материалов относительно мало эффективны, так как позволяют значительному количеству полезной тепловой энергии оставаться в отходящих газах, выпускаемых в атмосферу. Из-за низкой эффективности и относительно высокой температуры этих отходящих газов обычно необходимо для существующих типов подогрева-, телей агрегатов обеспечить способ охлаждения газов после прохождения через подогреватель и до фильтрования этих газов в рукавных фильтрах. Осуществляется данный процесс обычно с использованием вспомогательного охлаждающего устройства или выбросом в окружающий воздух, таким образом понижается температура газов.

Первый способ связан с дополнительным расходом энергии, а второй приводит к увеличению нагрузки на фильтровальную систему и таким образом увеличивает габариты и стоимость фильтра.

1ПЯ3925 4

Необходимо создание подогревателя материалов, который выполнен так, чтобы помогать в удалении пыли из материалов для уменьшения нагрузки на фильтрующее устройство. 5

Цель изобретения — повышение производительности за счет эффективного удаления пыли из материала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для термообработки 10 твердого агрегатного материала газовым потоком, содержащим вращающуюся печь, соединенную газовым трубопроводом с вертикальным газовым подогревателем, имеющим узлы загрузки, выгруз-lS ки, перемещения и нагрева материала, узел перемещения выполнен в виде канала, образованного полостями колен прямоугольного сечения, соединенных друг с другом зигзагообразно и верти- 20 кально расположенных внутри подогревателя, причем полость каждого колена ограничена парой параллельных газопроницаемых стенок, состоящих из ряда поперечных перекладин, связан- 25 ных между собой жалюэиобразно, перекрывающих друг друга и наклоненных вниз под углом к вертикальной оси ,подогревателя.

Кроме того, устройство снабжено З0 отражательными пластинами, соединяющими ограничивающие стенки колен с боковыми стенками подогревателя.

Каждая из ограничивающих стенок желоба наклонена под углом 10-25 к

=5 вертикальной оси.

Узел выгрузки выполнен в виде продолговатого цилиндрического барабана, расположенного под нижним концом ограничивающих стенок.

В соответствии с изобретением материал обрабатывается непрерывно путем направления агрегатного материала вниз по заданной траектории при сохранении его в виде относительно тонкого слоя и направлении газового потока вверх по заданной извилистой траектории, многократно проходящей вперед и назад через тонкий слой материала с противоположных его сторон,g0 чтобы таким образом обеспечить высокоэффективный контакт газа с материалом. Тонкий слой материалов направляется в поперечном направлении вперед и назад по ряду противоположно у направленных наклонных вниз под углом о

10-25 траекторий перемещения, а газовый поток проходит вверх через тонкий слой материалов по каждой из противоположно направленных наклонных вниз траекторий перемещения. Газовый поток, таким образом, проходит вперед и назад через тонкий слой материала с его противоположных сторон, каждый раз входя в наклонный слой материала с его нижней стороны и выходя из верхней стороны наклонного слоя. Это обеспечивает тесный контакт с материалами газового потока, что обеспечивает эффективный перенос тепла между ними.

Кроме того, наклонный путь перемещения агрегатного материала и взаимосвязь газового потока с ним способствует удалению пылевых частиц, которые могут присутствовать в тонком слое материала и переносу частиц пыли вместе с газовым потоком.

При обработке материала описанным способом устройство, согласно изобретению, использует пару газопроницаемых подпорных стенок, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга так, что они образовывают между собой продолговатый в основном вертикально расположенный канал относительно узкого поперечного сечения, приспособленный для размещения материала у его верхнего конца и направления агрегатного материала вдоль него по заданной нисходящей траектории перемещения в виде относительно тонкого нисходящего движущегося слоя. Пара подпорных стенок имеет форму нелинейного зигзага, причем каждая состоит из ряда взаимосвязанных участков наклоненных сегментов, расположенных ,так, чтобы направлять тонкий слой .,материала по извилистому пути дви,жения при его нисходящем перемещении по продолговатому каналу. Противоле,жащие газопроницаемые подпорные стенки образованы соответствующей группой параллельных проходящих в поперечном направлении планок, причем планки в противолежащих группах расположены конвергентно, наклонены под углом вниз и расположены с шагом друг относительно друга, чтобы обеспечить легкий проход потока газа между ними.

Планки наклонены под углом вниз в направлении движения материала и расположены с перекрытием друг относительно друга, чтобы способствовать направлению материалов по их нисходящей траектории перемещения, ограничивая агрегаты в пределах продолговатого канала. I083925

Устройство может быть эффективно использовано в сочетании с вращающейся печью для подогрева материала путем введения в контакт с отходящими горячими газами из печи до введе- 5 ния материала в печь. При таком использовании высокоэффективный перенос тепла устройства подогрева обеспе чивает значительное снижение температуры отходящих газов из печи и значи- 1 тельный подогрев материала. Это снижает суммарный расход топлива для печи и повышает производительность.

Кроме того, относительно холодный газ, выходящий из подогревателя, может быть непосредственно фильтрован и выпущен без необходимости производить дополнительное охлаждение, как это осуществлялось ранее известными подогревателями материалов.

На фиг. 1 показана схема предлагаемой установки для обработки материала в печи,и подогревателя материала; на фиг. 2 — подогреватель в аксонометрии (наружный корпус показан пунктирными линиями); на фиг. 3 — то же, разрез; на фиг. 4 — детализированный вид в аксонометрии, показывающий конструкцию подпорных стенок для материала, расположенного внутри подогревателя; на фиг. 5 — детализированный вид разреза части подогревателя в увеличенном масштабе.

Установка для обработки и терморбработки агрегатного материала с по- З мощью вращающейся печи {обжиговой) может быть использована, например, для обжига известняка, различных других материалов и руд. Описываемое устройство рассчитано на обработку 40 относительно крупных материалов в виде кусков размером до 2-3 дюймов в сечении, отличающихся от мелких гранулированных или порошковых материалов, имеющих размер, сравнимый, 45 например, с размером песка ° Предлагаемое устройство, в частности, пригодно для обработки материала, который имеет размеры предпочтительно

3/4 — 1/2 дюйма.

Устройство включает в себя транспортер 1 для транспортирования материала от источника питания (не показан) к верхнему концу подогревателя 2 материала. Материал перемещается поступательно медленно вниз через подогреватель 2, находясь в контакте с нагретыми отходящими газами, выхо-, дящими из вращающейся печи 3. Материал, таким образом, подогревается горячими отходящими газами до введения в печь 3, затем поступательно перемещается в продольном направлении через вращающуюся печь 3, нагреваясь до требуемой температуры, выпускается из противоположного конца печи и опускается в охладитель. Холодильник 4 имеет известную конструкцию и включает в себя решетку 5, на которую поступает нагретый материал, и множество воздуходувок 6, установленных для направления воздуха через решетку 5 и для введения в контакт с нагретым материалом для его охлаждения. Охлажденный таким образом материал удаляется с решетки 5 и поступает на транспортер 7, который транспортирует материал в другое место для хранения или последующего использования. !

Воздух, проходящий через материал в холодильнике 4, нагревается материалом и направляется из холодильника

4 в один конец продолговатой вращающейся печи 3. Печь включает в себя продолговатый трубчатый корпус 8„ ус— тановленный для вращения вокруг продольной оси на соответствующих опорных колоннах. Для вращения трубчатого корпуса в направлении, указанном стрелкой, к нему соответствующим образом присоединены электродвигатели

9. Трубчатый корпус 8 обычно наклонен так, чтобы вращение трубчатого корпуса обеспечивало поступательное перемещение материала в продольном направлении печи. Печь включает в себя горелку 10, работающую на порошковом угле или другом соответствующем топливе и установленную в соответствующем корпусе 11 разгрузочного конца трубчатого корпуса 8. Горелка 10 направляет пламя в продольном направлении во внутреннюю часть трубчатого корпуса 8 печи для нагрева таким образом материалов, находящихся в печи, до требуемой температуры. Нагретяй воздух и газообразные продукты горения горелки 10 проходят в продоль. ном направлении через полый трубчатый корпус 8 печи в противотоке с материалом и текут от противоположного конца трубчатого корпуса в подогреватель 2. Здесь нагретые газы входят в контакт с входящим материалом, таким образом материал подогревается до его введения в печь 3, при однов925 8 из него тепла. Выходное отверстие 22 предусмотрено в корпусе 19 около верхнего конца, через который выходит поток газов и направляется по каналу

12 в коробку 13 пыпесборника.

В корпусе 19 расположена и проходит в его продольном направлении пара подпорных стенок 23 для материала

У которые установлены друг против друга на небольшом расстоянии, для образования между ними продолговатого вертикально проходящего канала или же-. лоба 24 для материала. Этот продолговатый канал 24 для материала имеет относительно узкое поперечное сечение для приема материала в верхней части и поддерживает материал в виде относительно тонкого слоя, например, 4-5 дюймов толщиной, когда он проходит вниз потоком по каналу 24. Подпорные стенки 23 имеют нелинейную зигзагообразную форму так, что тонкий слой материала направляется по извилистому пути при перемещении вниз по продолговатому узкому каналу для агрегатного материала.

7 1083 ременном понижении температуры отводиьих газов. Газы выпускаются из подогревателя 2 в верхней его части и направляются через канал 12 в пылесборник 13, где более тяжелые части5 цы пыпи и другой порошковый материал отделяются от потока текущих газов.

Газы затем направляются через канал к соответствующей фильтровальной

14 установке 15, которая представляет со-10 бой помещение для газоочистки, обычно используемое для удаления пыли или другого мелкопорошкового материала из потока газа, содержащее множество продолговатых трубчатых рукавных фильтров. Из фильтровального устройства 15 газы направляются по каналу

16 через вентилятор 17, который служит для нагнетания потока газов через помещение для газоочистки, подогрева- 20 тель и печь, причем газы затем выпускаются в атмосферу через дымоход 18„

Обычно температура газов, выходящих из печи 3, составляет от 1100 F 25 (593 ) до 1250 F(673 С). После прохождения через подогреватель 2 температура газов понижается от 150 до о о

200 Р (65-93 С), что позволяет транспортировать отходящие газы непосред- 30 ственно в фильтрующее устройство l5 без необходимости обеспечивать вспомогательное средство охлаждения или сброса в окружающий воздух с целью понижения температуры газов.

Благодаря эффективному захвату отброс.

35 ного тепла отработавших или отходящих газов и переносу этого тепла входящему материалу значительное количество отбросного тепла экономится

40 и требования к расходу топлива горелки снижаются.

Устройство позволяет получить более высокую производительность печи и повысить скорость обработки материала.

Подогреватель 2 (фиг. 2 и 3) включает в себя продолговатый вертикальный полый корпус 19, имеющий круглое поперечное сечение. Корпус

19 имеет входное отверстие 20 у нижнего конца, сообщенное с одним концом трубчатого корпуса 8 вращающейся печи 3 для приема горячих отработавших газов, выпускаемых иэ нее. 55

Корпус покрыт изоляционным материалом 21 для создания защитной изоляции корпуса l9 и предотвращения излучения

Нелинейные зигзагообразные подпорные стенки 23 состоят каждая из ряда наклонных сегментов 25, причем каждый сегмент наклонен под относительно небольшим углом к вертикальной оси.

Предпочтительно, чтобы угол наклона соответствующих сегментов 25 находился в диапазоне 10-25 относительно

О . вертикальной оси (желательно 17-18 ) .

Соответствующие сегменты, которые совместно образуют каждую подпорную стенку, расположены так, что чередующиеся сегменты наклонены в одну сторону, а промежуточные — в противоположную от вертикальной оси, Тонкий слой материала, таким образом, перемещается в поперечном направлении впереч и назад, в противоположных направлениях вдоль наклоненных вниз путей при его поступательном перемещении вниз через продолговатый канал

24.

Подпорные стенки 23, образующие продолговатый канал или канал 24 для материала представляют собой газопроницаемую конструкцию для обеспечения свободного прохода нагретых газов в корпусе 19 для протекания через тонкий слой материала. Расположение зигзагообразных газопроницаемых подпорных стенок 23 в полой внутренней части корпуса 19 таково, что нагре1083925

10 тый газ, протекающий внутри корпуса, многократно направляется через подпорные стенки 23 и входит в контакт с тонким слоем материала, который на ходится между ними. Ряд отражательных пластин 26 проходит наружу относи тельно подпорных стенок 23 в направлении окружающего корпуса в удаленных друг от друга точках вдоль подпорных стенок так, чтобы направить газовый 10 поток по извилистому пути вверх через подпорные стенки, что позволяет многократно направлять нагретый газ в поступательно-нисходящий тонкий слой материала и через него. IS

Стенка 27 (фиг. 3) проходит между самыми верхними тропами подпорных стенок 23 и корпусом 19, чтобы образовывать бункер у верхнего конца корпу1са для приема материала, причем стенка

27 наклонена в направлении открытого верхнего конца продолговатого канала 24 для направления материала в канал. Продолговатый цилиндрический валик 28 расположен под нижним кон- 2> цом подпорных стенок 23, перекрывая нижний торец канала 24 так, что канал остается в значительной мере за— полненным материалом. Валик 28 установлен с возможностью вращения с помощью электродвигателя 29 (фиг. 2) для выгрузки материала и нижнего конца канала с управляемым дозированным расходом.

Целесообразно коррегировать скорость вращения электродвигателя 29 со скоростью вращения вращающейся печи так, чтобы при увеличении скорости печи скорость валика соответственно возрастала и в результате этого40 обеспечивалась подача материала в печь с большей скоростью. При выходе иэ нижнего конца канала 24 подогретый материал падает под действием силы тяжести через входную трубу 30 во внутреннюю часть вращающейся печи 3.

Гаэопроницаемые подпорные стенки

23, образующие канал 24 для материала, имеют жалюзийную конструкцию и содержат ряд параллельных, расположенных в поперечном направлении, планок

31, которые расположены по существу по всей ширине канала 24 и присоединены к противолежащим жестким торцовым стенкам 32. Планки 31 в каждой группе удалены друг от друга, чтобы обеспечить легкий проход газа между, ними, причем упрочняющие прокладки

33 установлены между смежными планками так, чтобы обеспечить повышенную констр1 кционную жесткость подпорным стенкам. Планки 31 наклонены под углом

10-25 вниз в направлении движения

0 материала и расположены конвергентно с противолежащими группами планок.

Планки каждой группы расположены с перекрытием друг относительно друга, чтобы направлять материал по направленной вниз траектории, ограниченно удерживая материал внутри продолговатого канала и обеспечивая протекание газа в тонкий слой материала и через него.

Соответствующие сегменты 25, совместно образующие подпорные стенки

23, наклонены относительно вертикальной оси под углом 10 — 25 так, что поступательно перемещающаяся колонна материала движется вниз по извилистому или зигзагообразному пути. Восходящий поток газов через соответствующие сегменты располагается так, что газы всегда входят в тонкий слой материала на нижний из пары противолежащих сегментов. Таким образом жалюзийная конструкция сегментов 25 (фиг. 5) заставляет нагретый газ направляться, как показано стрелками

С1 в наклонный тонкий слой материала в угловом направлении вниз, в основном, в направлении движения материала. Поток газа, таким образом, способствует нисходящему движению слоя материала, а не мешает или противодействует движению материала, что могло бы иметь место, если поток газа проходил через слой материала в другом направлении. При направлении воздушного потока под углом через слой материала жалюзийная конструкция также служит для увеличения расстояния, которое гаэ должен пройти через слой, таким образом увеличивается контакт и перенос тепла от газа материалу.

Установка в наклонное положение сегментов под углом 10-25 также весьма важна в обеспечении эффективного удаления пыли или других мелких частиц из материала и в предотвращении закупорки воздушных каналов между соответствующими планками 31 в результате накопления пыли между план— ками. Материал, расположенный ближе всего к нижней паре сегментов 25

12 вергентного направления накопленной пыли или порошкового материала на общий участок у самой нижней точки пластины. Через отверстие 34 в стенке корпуса 19 накопленная пыль может быть удалена из корпуса, а трубопровод 35 сообщается с ним для переноса пыли в соответствующий сборник. Отверстия 34 и трубопровод 35 сообщены О с каждой отклоняющей пластиной 26 в подогревателе.

Благодаря зигзагообразной::.онструкции подпорных стенок 23 и расположению отражающих пластин 26 нагретые

15 газы из печи многократно,-направляются через тонкий слой материала из различных направлений, т.е. вначале от одной стороны тонкого слоя и затем от другой стороны его. Следова2О тельно, любая сторона или поверхность материала подвергается воздействию протекающих газов при каждом проходе так, что обеспечивается максимальный перенос тепла от протекающих газов к

25 материалу.

После многократного прохождения вперед и назад через тонкий слой материала и достижения верхнего участка корпуса 19 газы снижают свою температуру и их тепло оказывается переданным материалу. Охлажденные таким образом газы из корпуса через выходное отверстие 22 направляются по трубопроводу 12 в пылесборник 13, где газы направляются под отражательную

5 пластину 36. Из-за значительно большей площади поперечного сечения потока для газов внутри пыпесборника

13 газы в значительной мере снижают

40 скорость, что позволяет выпадать дополнительному количеству пыли и порошкового материала, ранее захваченным в потоке газа, из этого потока до направления потока газа в фильтрующее устройство 15.

На чертежах и в описании были приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения. l1 1083925 (фиг. 5), т.е. к стенке на входной стороне потока, где воздух входит в слой материала, находится в относительно уплотненном состоянии, поскольку он несет на .себе вес расположенного выше материала. Однако агрегатный материал, который расположен ближе всего к выходной стенке, т.е. правому сегменту (фиг. 5), не несет веса перекрывающего материала и он, таким образом, менее уплотнен. Зто позволяет материалу более свободно перемещаться и поворачиваться при поступательном перемещении вниз в колонне, а пыль, которая переносится материалом, легко уносится вытекающим потоком газов. Кроме того, планки 31 на выходной стороне потока наклонены вверх относительно круто и

У как показано стрелками 6 потока (фиг. 5), газы направляются между планками под углом вверх. Относительно крутой наклон планок способствует содержанию воздушных каналов в чистоте, поскольку открытые поверхности планок наклонены также круто для пыли, которая накапливается на них, и протекающий воздух будет сметать пыль. которая может накапливаться на поверхности планок.

Когда пыль или другой порошковый материал удаляется из колонны материала, более тяжелые частицы имеют тенденцию выпадать или падать, а не перемещаться вместе с потоком протекающего газа, и пыль или порошковый материал оседает на верхней поверхности отклоняющих пластин 26. Отклоняющие пластины наклонены вниз относительно подпорных стенок 23 наружу в направлении окружающего корпуса

31 и служат для направления пыли или порошкового материала наружу в направлении корпуса 19.

Поскольку окружающий корпус имеет

4 круглое сечение, наклонные отклоняющие пластины 26 (фиг. 2) имеют полуэллиптическую форму и служат для кон1083925 I083925

1083925

Заказ 1811/57 Тираж 578

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Савельев

Редактор Е. Кривина Техред М.Гергель Корректор С. Шекмар