CZ13206U1 - Výměník tepla pro předehřev práškové suroviny - Google Patents

Description

Technické řešení se týká výměníku tepla pro předehřev práškové suroviny, který je tvořen vysokoteplotní a nízkoteplotní částí, z nichž každá obsahuje soustavu sériově řazených zařízení pro oddělení práškové suroviny od proudu horkého plynu, kupříkladu cyklonů s případným doplněním šachtovým protiproudým výměníkem nebo ekvivalentním zařízením, kteréžto části jsou vzájemně propojeny jednak propojovacím potrubím horkého plynu, které spojuje ve směru proudění horkého plynu koncové zařízení vysokoteplotní části s počátečním zařízením nízkoteplotní části, jednak mechanickým, nebo pneumatickým prostředkem pro transport práškové suroviny z koncového zařízení nízkoteplotní části ke vstupnímu zařízení vysokoteplotní části.

Dosavadní stav techniky

V současné praxi se v souvislosti s uplatněním rotačních pecí aplikují výměníky tepla, jejichž účelem je předehřev rotační pecí zpracovávané práškové suroviny. Výměník teplaje napojen na rotační pec a je tvořen jednak vysokoteplotní částí, která navazuje na výstup horkých plynů z rotační pece, jednak nízkoteplotní částí, která je s vysokoteplotní částí spojena propojovacím potrubím horkých plynů, které proudí postupně jednotlivými oddělovacími stupni, nej častěji cyklonami, od rotační pece ke vstupní části výměníku tepla a předehřívají zpracovávanou práškovou surovinu před jejím vstupem do rotační pece.

Teplota horkých plynů, které proudí propojovacím potrubím z vysokoteplotní části výměníku k jeho nízkoteplotní části, je cca 700 °C a doba jejich průchodu propojovacím potrubím je cca 2 až 5 s. Horké plyny dále obsahují až 20 % jemnějších podílů předehřívaného práškového materiálu, který nebyl odloučen v jednotkách vysokoteplotní části a formou nežádoucího úletu se vrací propojovacím potrubím, kde se z velké části usazuje jako nežádoucí nálepky, které se z něj obtížně, a to jen při odstavení provozu související rotační pece, odstraňují.

Horké plyny dále obsahují škodlivé látky a příměsi, jako sloučeniny síry, dusíku, draslíku apod., které nejen snižují účinnost provozovaného technologického procesu, ale nežádoucím způsobem poškozují životní prostředí.

Podstata technického řešení

Značnou část uvedených nevýhod odstraňuje předmět technického řešení, kterým je výměník tepla pro předehřev práškové suroviny, který je tvořen vysokoteplotní a nízkoteplotní částí, z nichž každá obsahuje soustavu sériově řazených zařízení pro oddělení práškové suroviny od proudu horkého plynu, kupříkladu cyklonů s případným doplněním šachtovým protiproudým výměníkem nebo ekvivalentním zařízením, kteréžto části jsou vzájemně propojeny jednak propojovacím potrubím horkého plynu, které spojuje ve směru prouděni horkého plynu koncové zařízení vysokoteplotní části s počátečním zařízením nízkoteplotní části, jednak mechanickým nebo pneumatickým prostředkem pro transport práškové suroviny z koncového zařízení nízkoteplotní části ke vstupnímu zařízení vysokoteplotní části.

Podstatou technického řešení je, že výměník tepla je opatřen alespoň jedním zásobníkem reakčního a/nebo fyzikálně působícího prostředku, jehož výstup je zaústěn do propojovacího potrubí.

Další podstatou technického řešení je, že výstup zásobníku je zaústěn do počáteční části propojovacího potrubí, která navazuje na vývod horkého plynu z vysokoteplotní části výměníku tepla, případně, že výměník tepla je doplněn alespoň jedním přídavným zásobníkem, jehož výstup je zaústěn do výstupu zásobníku a/nebo do počáteční části propojovacího potrubí.

Podstatou technického řešení dále je, že výstup zásobníku a/nebo výstup přídavného zásobníku je opatřen dávkovacím zařízením.

-1 CZ 13206 Ul

Podstatou technického řešení konečně je, že koncová část propojovacího potrubí, nebo nej nižší část koncové smyčky, vytvořená na koncové části propojovacího potrubí, je opatřena výsypkou.

Realizace mechanických částí podle technického řešení umožní na jedné straně volitelně, případně programově přidávat do propojovacího potrubí mezi oběma základními částmi výměníku tepla reakční činidla a na druhé straně prostřednictvím výsypky, umístěné na nejnižším konci propojovacího potrubí, odvádět nežádoucí složky činidel, případně zbytkového předehřívaného práškového materiálu.

Volbou druhu a množství činidel je pak umožněno podstatně minimalizovat alespoň některé z popsaných nevýhod, zejména chemickou, případně fyzikální cestou vázat aktivně nežádoucí látky a snížit tak nepříznivé zatížení životního prostředí, případně shlukovat část unášeného zpracovávaného práškového materiálu a vrátit ji do následného zpracovatelského cyklu.

Nemalou výhodou předmětu technického řešení je, že je mechanicky nenáročné a může být navíc snadno realizováno u již provozovaných výměníků, kupříkladu v průběhu plánovaných technologických odstávek apod.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schematicky znázorněno příkladné konstrukční řešení sníženého výměníku tepla s pneumatickým dopravníkem práškové suroviny od nízkoteplotní k vysokoteplotní části a na obr. 2 je schematicky znázorněno řešení s mechanickým dopravníkem a přídavným zásobníkem reakčního materiálu.

Příklady provedení technického řešení

Výměník tepla pro předehřev práškové suroviny v příkladném provedení podle technického řešení je schematicky znázorněn na obr. 1 a je tvořen jednak vysokoteplotní částí £, která je realizována prvním cyklonem 11, druhým cyklonem 12 a třetím cyklonem 13, které jsou známým způsobem vzájemně sériově propojeny převodními potrubími 100 a výpadovými potrubími 110, jednak nízkoteplotní částí 2, která je v tomto konstrukčním provedení realizována dvojicí cyklonů, horním cyklonem 22, středním cyklonem 23, a šachtovým protiproudým výměníkem 20, které jsou opět známým způsobem vzájemně sériově propojeny jednak převodními potrubími 210, jednak výpadovými potrubími 220.

Při provozu zařízení postupuje horký plyn výměníkem tepla ze vstupní komory 30, s výstupním potrubím 31, rotační pece 3 směrem šipek R přes vysokoteplotní část i, propojovací potrubí 4 a nízkoteplotní část 2 a je z výstupu horního cyklonu 22 odváděn k případnému dalšímu technologickému uplatnění. Prášková surovina je naopak přiváděna přívodem 7 ve směru šipky V podle obr. 1 a postupuje oběma částmi výměníku směrem šipek S, tedy proti proudu horkého plynu. Vzhledem ktomu, že vnitřní propojení jednotlivých členů obou částí výměníku je známé a nesouvisí s podstatou technického řešení, je číslování vnitřních potrubních spojů zjednodušeno použitím shodných vztahových značek.

Vývod 130 horkých plynů třetího cyklonu 13 vysokoteplotní části £ je koncovou částí 41 propojovacího potrubí 4 spojen se vstupní částí šachtového protiproudového výměníku 20 nízkoteplotní části 2, přičemž v koncové části 41 propojovacího potrubí 4 je podle technického řešení zabudována výsypka 42 s uzávěrem 43. Cyklonový výměník tepla je dále vybaven pneumatickým dopravníkem 61, do jehož vstupu 610 je přiváděn směrem šipky T transportní plyn a do jehož počátku jez výstupní části 200 šachtového protiproudého výměníku 20 zavedeno výstupní potrubí 221.

Podle technického řešení je dále výměník tepla podle obr. 1 vybaven zásobníkem 51 reakčního činidla, které může být práškové, jako vápno a hrubší vápenaté příměsi, nebo tekuté, případně plynné činidlo, jako tekutý, případně plynný čpavek, které je z výstupu 510 zásobníku 5£ potrubím 511 zavedeno do počáteční části 40 propojovacího potrubí 4. Do potrubí 511 může být

-2CZ 13206 Ul dále volitelně zařazeno dávkovači zařízení 50 pro řízení okamžitého množství zaváděného reakčního činidla.

U dalšího příkladného variantního konstrukčního provedení předmětu technického řešení podle obr. 2 je předchozí konstrukční varianta obměněna tak, že nej nižší člen nízkoteplotní části 2 je nahrazen dolním cyklonem 21 a koncová část 41 propojovacího potrubí 4 je doplněna koncovou smyčkou 44, do jejíž vzestupné části je zavedeno výpadové potrubí 220 středního cyklonu 23. Jak je z obr. 2 zřejmé, je v tomto případě výsypka 42 s vypouštěcím uzávěrem 43 situována do nejnižší části smyčky 44.

U tohoto provedení je transport práškové suroviny mezi nízkoteplotní částí 2 a vysokoteplotní částí 1 realizován mechanickým dopravníkem 62, jehož počátek je propojen s výstupním potrubím 221 dolního cyklonu 21. Mechanický dopravník 62 je vyznačen jen schematicky a může být realizován libovolným, o sobě známým mechanizmem, kupříkladu korečkovým dopravníkem apod.

Zásobník 51 reakěního činidla s případným dávkovacím zařízením 50 je v tomto příkladném provedení doplněn přídavným zásobníkem 52, jehož výstup 520 je přídavným potrubím 521 připojen k potrubí 511 od zásobníku 51, jak je znázorněno na obr. 2 čárkovaně, nebo je připojen k dávkovacímu zařízení 50, jak je na tomtéž obrázku znázorněno čerchovaně. Je zřejmé, že přídavné potrubí 521 může být variantně zavedeno do propojovacího potrubí 4 i přímo, tedy nezávisle na potrubí 511 od zásobníku 51. Do přídavného potrubí 521 může být také zařazeno samostatné - na obr. 2 neznázorněné - dávkovači zařízení 50.

Jako reakční činidlo se u konstrukce podle předloženého technického řešení výhodně užívá řada látek. Tak ku příkladu pro odstranění nežádoucích usazenin na vnitřním povrchu propojovacího potrubí 4 ostrý písek, případně jemu příbuzná drť tvrdého materiálu, která se po průchodu tímto potrubím shromažďuje v násypce 42 a vypouštěcím uzávěrem 43 se následně odvádí mimo technologický proces.

Pro fyzikální zachycení nežádoucích plynných škodlivin je možno jako fyzikálně působící prostředek výhodně použít kupříkladu hrubší křemičitý písek o teplotě vnějšího okolí. Na jeho povrchu se vlivem rozdílů teplot mezi vnějším prostředím a teploty plynů, které proudí v propojovacím potrubí 4, usadí značná část škodlivin, jako např. Na₂, které se pak následně nevrací koncovou částí 41, případně koncovou smyčkou 44 do nízkoteplotní části 2 výměníku, tedy do technologického procesu, ani neunikají do ovzduší, ale jsou prostřednictvím hmotného nosiče zachyceny ve výsypce 42 a z ní průběžně odváděny.

Za stejným účelem je také možno použít hrubší vápenaté příměsi, které vážou nežádoucí símě složky a mohou být jako CaSO₄ odvedeny a případně použity v procesu výroby cementu apod. Podobně je možno aplikovat kapalinný, nebo plynný reakční materiál, jako kupříkladu čpavek, který váže nežádoucí oxidy dusíku, apod., případně lze tímto způsobem aplikovat na práškovou surovinu různé katalyzátory, kterými se výhodně upraví následný technologický proces.

Je zřejmé, že zásobníky 51, 52 reakěních materiálů mohou být vyústěny do vzájemně odlišných míst propojovacího potrubí 4, případně mohou být realizovány současně s konstrukcemi snížených výměníků tepla, které jsou konstruovány s využitím jiných opatření, kupříkladu u konstrukcí podle užitného vzoru CZ 12761 U.

Claims (5)

1. Výměník tepla pro předehřev práškové suroviny, který je tvořen vysokoteplotní a nízkoteplotní Částí, z nichž každá obsahuje soustavu sériově řazených zařízení pro oddělení práškové suroviny od proudu horkého plynu, kupříkladu cyklonů s případným doplněním šachtovým pro-3 CZ 13206 Ul tiproudým výměníkem, nebo ekvivalentním zařízením, kteréžto části jsou vzájemně propojeny jednak propojovacím potrubím horkého plynu, které spojuje ve směru proudění horkého plynu koncové zařízení vysokoteplotní části s počátečním zařízením nízkoteplotní části, jednak mechanickým nebo pneumatickým prostředkem pro transport práškové suroviny z koncového zařízení

5 nízkoteplotní části ke vstupnímu zařízení vysokoteplotní části, vyznačující se tím, že je opatřen alespoň jedním zásobníkem (51) reakčního a/nebo fyzikálně působícího prostředku, jehož výstup (510) je zaústěn do propojovacího potrubí (4).

2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstup (510) zásobníku (51) je zaústěn do počáteční části (40) propojovacího potrubí (4), která navazuje na vývod (130) ío horkého plynu z vysokoteplotní části (1) výměníku tepla.

3. Výměník tepla podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je doplněn alespoň jedním přídavným zásobníkem (52), jehož výstup (520) je zaústěn do výstupu (510) zásobníku (51) a/nebo do počáteční části (40) propojovacího potrubí (4).

4. Výměník tepla podle nároku některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že

15 výstup (510) zásobníku (51) a/nebo výstup (520) přídavného zásobníku (52) je opatřen dávkovacím zařízením (50).

5. Výměník tepla podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že koncová část (41) propojovacího potrubí (4), nebo nejnižší část koncové smyčky (44) vytvořená na koncové části (41) propojovacího potrubí (4), je opatřena výsypkou (42).