Устройство для загрузки сыпучего материала в печь

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБ/1ИК (51)5 F 27 В 15/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814847/33 (22) 17,04.90 (46) 15,01.93. Бюл. N 2 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Е.К,Спиридонов, О,B,Íoõðèí, А,А.Левинцов, Ю.И.Мищенко, В.Х.Куделин, M.Ì. ßêîâëåâè÷ и В.Н. Кравченко (56) Авторское свидетельство СССР

Nã 875194, кл. F 27 В 15/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1078225, кл. F 27 В 15/08, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПЕЧЬ (57) Сущность изобретения: устройство содержит загрузочный патрубок 1 и сопло 2, концентрично расположенные с образованием кольцевой полости 3 вокруг загрузоч„„5U„„1788414 А1 ного патрубка 1, На выходе кольцевой полости 3 установлены лопатки 4. Выходные отверстия 5, 6 соответственно загрузочного патрубка 1 и сопла 2 расположены в одной плоскости 7. Средние линии 9 лопаток 4 на выходных участках направлены под углоМ к плоскости 7 выходного сечения кольцевой полости 3, Лопатки 4 установлены с воэможностью перемещения по криволинейным направляющим 10, расположенным вдоль оси загрузочного патрубка 1 и одновременно с возможностью поворота вокруг радиальных осей 11. Кроме того, предусмотрено выполнение стенок сопла 2 и загрузочного патрубка 1, образующих кольцевую полость

3 и/или боковых поверхностей 8 лопаток 4, образующих межлопаточные каналы 12 с профилем сопла Лаваля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1788414

25

50

Изобретение относится к технике сушки, обжига и плавления сыпучих материалов в печах с противодавлением, в частности, к устройствам для загрузки сыпучих материалов, и может быть использовано в химической, металлургической и горнорудной промышленности для переработки материалов во взвешенном состоянии.

Известно устройство для загрузки сыпучих материалов в печь с противодавлением, содержащее загрузочный патрубок с перегородками на выходной части, установленными под острым углом к его оси, При этом выходная часть загрузочного патрубка выдвинута в рабочее пространство печи и выполнена в форме лотка.

Недостатком этого устройства являются выбросы агрессивных газов из печи через загрузочный патрубок в окружающую среду, обусловленные тем, что в устройстве не предусмотрено запирание выходного отверстия загрузочного патрубка, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является взятое заявителем в качестве прототипа устройство для загрузки сыпучих ,материалов в печь с противодавлением, содержащее загрузочный патрубок и сужающееся сопло, расположенное концентрично, с образованием кольцевой полости вокруг загрузочного патрубка, радиальные или винтовые лопатки, установленные на выходе из кольцевой полости.

Данное устройство обеспечивает достаточно полное перемешивание сыпучего материала с кислородом или воздухом, но не решает проблему выброса агрессивных газов из печи через загрузочный патрубок в окружающую среду, Выброс агрессивных газов можно предотвратить путем запирания выходного отверстия загрузочного патрубка. Причем, в загрузочных устройствах, содержащих сопло, эффективное запира, ние выходного отверстия загрузочного патрубка целесообразно осуществлять за счет формирования в пространстве печи, непосредственно за срезом выходного отверстия, вихря, т,е. сгустка газа (жидкости), вращающегося как единое целое в пространстве печи.

Формирование вихря в данном устройстве возможно только при выполнении лопаток с винтовыми поверхностями, при выполнении же лопаток радиальными вихрь не формируется вообще. Но и при винтовых лопатках геометрия кольцевой полости не способствует эффективному разгону и закрутке газового потока, необходимым для образования вихря, так как истечение струй газового потока из кольцевой полости сужающегося сопла происходит под углом друг к другу и в результате их соударения теряется часть кинетической энергии потока, необходимой для образования вихря, что в свою очередь снижает КПД устройства.

Кроме того, в данном устройстве вихрь образуется в ограниченном пространстве сопла, т.е. ограничен жесткими стенками, что исключает образование циркуляционного течения вокруг вихря в полости печи.

Вместе с тем, известно, что максимальный перепад давлений, создаваемый вихрем, образован суммой перепадов, создаваемых циркуляционным течением и собственно вихрем. В данном устройстве перепад давлений от циркуляционного течения не создается, так как циркуляционного течения нет, А перепад, созданный только вихрем в сопловом пространстве, может оказаться недостаточным для эффективного запирания. Для обеспечения перепада давлений, достаточного для запирания и компенсации потерь кинетической энергии от соударения струй газового потока, в данном устройстве необходимо подводить газ с повышенными параметрами, но это приводит, в свою очередь, к повышенному расходу энергии и снижению КПД устройства.

Недостатком известного устройства является так же то, что оно не обеспечивает регулирование режимов работы, Целью изобретения является повышение КПД и устранение выброса агрессивных газов в окружающую среду, Целью изобретения является также регулирование режимов работы. указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для загрузки сыпучих материалов в печь с противодавлением, содержащем загрузочный патрубок и сопло, концентрично расположенное с образованием кольцевой полости вокруг загрузочного патрубка, причем, на выходе кольцевой полости установлены лопатки, согласно изобретению, выходные отверстия загрузочного патрубка и сопла расположены в одной плоскости, а средние линии лопаток на выс ходных участках направлены к ней под остL рым углом.

Кроме того, лопатки могут быть установлены с возможностью перемещения по криволинейным направляющим, расположенным вдоль оси загрузочного патрубка и/или с воэможностью поворота вокруг радиальных осей, Стенки сопла и загрузочного патрубка, образующие кольцевую полость, и/или поверхности лопаток, образующие межлопаточные каналы, могут быть выполнены с профилем сопла Лаваля, 1788414

20

Благодаря совмещению выходных отверстий загрузочного патрубка и сопла в одной плоскости становится возможным формирование вихря, не ограниченного жесткими стенками, непосредственно за срезом выходного отверстия загрузочного патрубка.

Вместе с тем расположение средних линий лопаток под острым углом к плоскости выходного сечения кольцевой полости обеспечивает образование тангенциальных и осевых составляющих скорости. Тангенциальные составляющие скорости формируют вихрь во внутренней области струи и циркуляционное течение во внешней области струи, В результате обеспечивается наиболее эффективное запирание с минимальным расходом энергии, так как перепад давлений, исключающий выброс агрессивных газов, создается за счет суммы перепада давлений, создаваемого собственно вихрем, и перепада, создаваемого циркуляционным течением газа, При этом осевая составляющая скорости предупреждает встречные токи агрессивных газов из печи в полость загрузочного патрубка и исключает, тем самым, перемещение вихря вовнутрь загру зочного патрубка.

Таким образом, создаются условия для предотвращения выброса агрессивных газов в окружающую среду путем запирания выходного отверстия загрузочного патрубка. Одновременно, обеспечивается повышение КПД устройства за счет создания необходимого перепада давлений при минимальных расходах энергии благодаря оптимальной геометрии устройства.

Кроме того, выполнение лопаток с возможностью перемещения по криволинейным направляющим и/или поворота вокруг радиальных осей позволяет регулировать угол схода струи потока и обеспечивает, тем самым, работу устройства с минимальными затратами энергии при изменении условий (физических свойств газов и шихты, давлений и температур газов в печи и окружающем печь пространстве). В зависимости от условий работы одной и той же печи потребная величина угла может изменяться, с этой целью и предусмотрена возможность его регулировки, Возможности регулирования угла схода струи расширяются при выполнении лопаток одновременно с возможностью перемещения и поворота, Все это способствует наиболее эффективному формированию вихря и запиранию выходного отверстия при одновременном повышении КПД устройства, Выполнение стенок сопла и загрузочного патрубка, образующих кольцевую Roлость, и/или поверхностей лопаток, образующих межлопаточные каналы, c профилем сопла Лаваля обеспечивает наиболее оптимальные режимы работы в случае, когда потребная для вихреобразования скорость истечения превышает скорость звука

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает достижение положительного эффекта, На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1 (развертка); на фиг. 3 — вид В на фиг, 1 (развертка без сопла).

Устройство для загрузки сыпучих материалов в печь с противодавлением содержит загрузочный патрубок 1 и сопла 2, концентрично расположенные с образованием кольцевой полости 3 вокруг загрузочного патрубка 1. На выходе кольцевой полости 3 установлены лопатки 4. Выходные отверстия 5, 6, соответственно загрузочного патрубка 1 и сопла 2 расположены в одной плоскости 7. Боковые поверхности 8 лопаток 4 расположены под одним и тем же углом к цилиндрической поверхности, проведенной соосно загрузочному патрубку

1. Средние линии 9 лопаток 4 на выходных участках 10 направлены под острым углом а к плоскости 7 выходного сечения кольцевой полости 3, Лопатки 4 установлены с возможностью перемещения по криволинейным направляющим 11, расположенным вдоль оси загрузочного патрубка 1, и одновременно с возможностью поворота вокруг радиальных осей 12.

Форма выполнения загрузочного патрубка 1 и сопла 2 определяется условиями работы загрузочного устройства, В одном из вариантов устройства предусмотрено выполнение стенок сопла 2 и загрузочного патрубка 1, образующих кольцевую полость 3, и/или поверхностей 8 лопаток 4, образующих межлопаточные каналы 13, с профилем сопла Лаваля, Устройство может работать в нескольких режимах.

Сыпучий материал 14 по загрузочному патрубку 1 подается в печь (на чертеже не показана). Одновременно поток газа 15 под давлением подается в кольцевую полость 3, образованную соплом 2 и загрузочным патрубком 1, и достигает участка, где расположены лопатки 4. Здесь формируется кольцевая струя газового потока с параметрами, необходимыми для образования вихря в печь непосредственно за плоскостью 7 л

1788414 выходного сечения загрузочного патрубка 1 и кольцевой полости 3, Образованию кольцевой струи газового потока с осью, параллельной оси загрузочного патрубка 1, способствует расположение боковых поверхностей 8 лопаток 4 под одним и тем же углом а к цилиндрической поверхности, проведенной соосно загрузочному патрубку 1, 3а счет ориентирования средних линий 9 лопаток 4 на выходе под острым углом по отношению к плоскости 7 обеспечивается наиболее эффективное формирование вихря во внутренней области газовой струи и циркуляционного течения во внешней области струи. Одновременно предотвращается перемещение вихря вовнутрь загрузочного патрубка 1.

Вихрь и циркуляционное течение создают перепад давлений, достаточный для запирания выходного отверстия 5 загрузочного патрубка 1, и предотвращают выброс агрессивных газов из печи в окружающую среду, не мешая загрузке сыпучего материала 14.

При этом зона перемешивания сыпучего материала 14 смещается в полость печи, что уменьшает абразивный износ загрузочного патрубка 1 и повышает надежность работы, Таким образом осуществляется работа устройства при расчетной величине противодавления в печи. При этоМ, в случае, когда потребная скорость истечения газового потока больше скорости звука, используется конструкция, в которой стенки сопла 2 и загрузочного патрубка 1 и/или поверхности

8 лопаток 4 выполнень. с профилем сопла

Лаваля.

Если противодавление в печи меньше расчетной величины, загрузочное устройство работает в режиме вихревого смесителя.

При этом давление в центре выходного отверстия 5 загрузочного патрубка 1 будет ниже, чем в окружающем печь пространстве, За счет разности давлений начнется дополнительный приток воздуха в печь по с загрузочному патрубку 1. В результате повышается эффективность перемешивания и сушки сыпучего материала 14, а также эффективность его окисления.

Возможен и комбинированный режим работы загрузочного устройства, как в ре>

35 жиме запирания, так и в режиме вихревого смесителя.

Технико-экономические преимущества устройства для загрузки сыпучих материалов в печь по сравнению с прототипом обусловлены эффективным запиранием выходного отверстия загрузочного патрубка, благодаря оптимальной геометрии устройства. Эти процессы осуществляются с минимальными затратами энергии, В результате повышается КПД и устраняется выброс агрессивных газов из печи в окружающую среду, что черезвычайно важно с точки зрения экологии и улучшения условий труда. За счет уменьшения абразивного износа загрузочного патрубка повышается надежность работы устройства. Устройство обеспечивает работу с минимальными затратами энергии при изменении условий работы за счет регулирования положения лопаток, а также изменения профиля сопловой части, участвующей в образовании газовой струи. Кроме того, возможна работа устройства в нескольких технологических режимах.

Формула изобретения

1, Устройство для загрузки сыпучего материала в печь с противодавлением, содержащее загрузочный патрубок и сопло, концентрично расположенные с образованием кольцевой полости вокруг загрузочного патрубка, причем на выходе кольцевой полости установлены лопатки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения КПД и устранения выброса агрессивных газов в окружающую среду, выходные отверстия загрузочного патрубка и сопла расположены в одной плоскости, а средние линии лопаток на выходных участках направлены к ней под острым углом.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью регулирования режимов работы, лопатки установлены с возможностью перемещения по криволинейным направляющим, расположенным вдоль оси загрузочного патрубка и/или с возможностью поворота вокруг радиальных осей.

3. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ ее с я тем, что стенки сопла и загрузочного патрубка, образующие кольцевую полость и/или поверхности лопаток, образующие межлопаточные каналы, выполнены с профилем сопла Лаваля, 1788414

Составитель Е.Спиридонов

Техред М.Моргентал Корректор C,Ëèñèíà

Редактор В,Фельдман

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, у,i.Ãàãàðèíà, 101

Заказ 68 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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