Opublikowano: 20.X.1964 48576 KI. 82 a, 25/01 MKP F 26 b UKD S/% Wspóltwórcy wynalazku: doc. mgr inz. Tadeusz Adamski, Edward Szczesniak.Wlasciciel patentu: Instytut Badan Jadrowych, Warszawa (Polska).Sposób przeponowego ogrzewania materialów sypkich i urzadzenie do stosowania tego sposobu Ogrzewanie przeponowe materialów sypkich jest operacja czesto stosowana w przemyslach chemicz¬ nym, hutniczym, ceramicznym, energetycznym i in¬ nych. Ogrzewanie moze miec na 'celu suszenie, na przyklad suszenie wegla i rud, prazenie celem przeprowadzenia rozkladu termicznego lub odpe¬ dzenia skladników lotnych, na przyklad odwadnia¬ nie 'krysztalów, podwyzszenie temperatury celem prowadzenia reakcji chemicznej, na przyklad utle¬ nianie materialów w powietrzu lub tlenie, redukcja wodorem, tlenkiem wegla itd. Ogrzewanie przepro¬ wadza sie w róznego rodzaju piecach poziomych i pionowych o dzialaniu periodycznym lub ciaglym, przy czym najczesciej stosowane sa piece i suszar¬ nie obrotowe i piece fluidalne.W piecach i suszarniach obrotowych ruch mate¬ rialu poprzez piec jest nieuporzadkowany, chaotycz¬ ny. Material porusza sie, co prawda w calej masie wzdluz osi pieca, jedna'k ciagle mieszanie istotne dla tego systemu powoduje, ze material znajdujacy sie chwilowo blizej scian pieca, a wiec ogrzany do wyzszej temperatury, bardziej podsuszony, silniej przereagowany, zmieszany zostaje w nastepnej chwili z materialem chlodniejszym, wigotniejszym, nieprzereagowanym. Wymaga to zwielokrotnienia czasu przebywania materialu w piecu celem zapew¬ nienia by ostateczna temperatura materialu opusz¬ czajacego piec, lub sredni stopien wysuszenia albo przereagowania poszczególnych ziarn odpowiadaly postawionym wymaganiom.Transport ciepla odbywa sie najpierw od sciany pieca lub innego elementu ogrzewajacego do war¬ stwy materialu sypkiego bezposrednio przylegaja¬ cej. Wystepuja przy tym duze opory cieplne, po¬ niewaz 'kontakt ziarn ze sciana lub innym elemen¬ tem ogrzewajacym jest najczesciej zly. Dalszy transport ciepla wglab masy materialu sypkiego odbywa sie od ziarna ogrzanego do wyzszej tem¬ peratury do ziarna o nizszej temperaturze. Takze i w tym przypadku przeplyw ciepla z powodu ma¬ lej powierzchni styku i i slabego kontaktu jest slaby. Pewna ilosc 'ciepla przenosi otaczajace po¬ wietrze lub gaz, jednakze z powodu ograniczonego ruchu otaczajacego gazu zwlaszcza pomiedzy drob¬ nymi ziarnami materialu, udzial fazy gazowej w transporcie ciepla jest nieznaczny. Udzial ten jest wiejkszy w piecach zaopatrzonych w urzadzenia przesypujace material.W piecach fluidalnych ruch materialu jest jesz¬ cze bardziej chaotyczny, gdyz material zupelnie swiezy dodawany jest w sposób ciagly do duzej masy materialu ogrzanego do temperatury pracy pieca i natychmiast mieszany z cala masa materia¬ lu znajdujacego sie w piecu. Ruch poszczególnych ziarn poprzez piec podlega calkowicie prawom przypadkowosci ze wszystkimi ich konsekwencjami.Z tej przyczyny konieczne jest niekiedy konstruo¬ wanie baterii lub kaskad, zlozonych z kilku pieców fluidalnych by wyeliminowac mozliwosc zbyt szybkiego opuszczania pieca przez niektóre ziarna (short circulting). 485763 48576 4 Transport ciepla odbywa sie glównie iza posred¬ nictwem otaczajacego gazu i jest dzieki temu znacz¬ nie lepszy, co jest znana wlasciwoscia pieców flui¬ dalnych.¦Uklad ipieca fluidalnego nie ipozwala na stosowa¬ nie scislego przeciwpradu. Czesciowo realizowac mozna tylko wielostopniowy (kaskade) co jednak powaznie komplikuje konstrukcje. Zly transport ciepla, chaotycznosc ruchu ziarn materialu w ma¬ sie ogrzewanej lub reagujacej powoduja, ze wy¬ miary pieców musza byc wielokrotnie zwiekszone celem zapewnienia materialowi odpowiedniego sredniego czasu /przebywania po to, by material opuszczajacy piec posiadal wymagana temperature, byl dostatecznie wysuszony lub przereagowany.W zwyklych typach pieców obrotowych i fluidal¬ nych material przebywa srednio od kilkudziesieciu minut do kilku godzin, chociaz teoretycznie ziarno ciala stalego owymiarach kilku milimetrów umiesz¬ czone w osrodku o temperaturze wyzszej przyjmu¬ je temperature praktycznie równa temperaturze otoczenia w ciagu ulamka sekundy.Przedmiotem wynalazku jest sposób przepono¬ wego ogrzewania materialów sypkich, umozliwia¬ jacy prowadzenie tego procesu zgodnie z teore¬ tycznym zalozeniem oraz urzadzenie do stosowa¬ nia tego sposobu. Zgodnie z wynalazkiem ruch ma¬ terialu odbywa sie w piecu o dzialaniu ciaglym w sposób uporzadkowany i kazde ziarno odbywa praktycznie te sama droge, przy czym czas prze¬ bywania poszczególnych ziarn w piecu skrócony jest do czasu rzedu 1 sek. Scisle jednokierunkowy ruch materialu umozliwia stosowanie przeciwpradu zarówno w stosunku do medium ogrzewajacego przeponowo jak i w stosunku do gazów reaguja¬ cych. Transport ciepla odbywa sie wylacznie za posrednictwem gazu otaczajacego, który ogrzewa sie od sciany pieca i oddaje cieplo poszczególnym ziarnom materialu. Nastepuje przy tym intensyw¬ ne mieszanie gazu transportujacego, co dodatkowo zwieksza przenoszenie ciepla. Droga gazu transpor¬ tujacego cieplo od sciany ogrzewajacej do materia¬ lu ogrzewanego jest bardzo krótka rzedu kilku do najwyzej kilkudziesieciu milimetrów przynajmniej w jednym kieruniku, co równiez znacznie poprawia przenoszenie ciepla.Piec wedlug wynalazku przedstawiony jest przy¬ kladowo na schematycznym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia piec w przekroju pionowym, fig. 2 ,poziomym, wzdluz linii A—A na fig. 1 i fig. 3 — odmiane pieca w przekroju pionowym wzdluz linii B—iB na fig. 12. Podstawowym elementem pieca jest pionowa komora 1 o przekroju poprzecznym zblizonym do prostokatnego, owalnego, kolistego itp., przy czym przynajmniej jeden wymiar tego przekroju wynosi od kilku do kilkudziesieciu mili¬ metrów. Piec moze posiadac jedna lub wiecej ko¬ mór równoleglych. Kazda komora otoczona jest ka¬ nalami grzewczymi 2, w których przeplywaja go¬ race gazy spalinowe z palników gazowych 3, do których gaz doprowadzany jelst przewodem 4. Po¬ wietrze do spalania gazu wprowadzane jest przez wzierniki \5 a gazy spalinowe odprowadzane sa przez kanal 16. Zamiast ogrzewania gazowego za¬ stosowany moze byc jakikolwiek inny ze znanych sposobów ogrzewania, na przyklad, ogrzewanie elektryczne lub wodne. Material poddawany ogrze¬ waniu doprowadzany jest do poszczególnych komór pieca z zasobnika 7, lub w inny sposób zapewniaja- 5 cy ciaglosc doplywu poprzez dozowniki 8, których celem jest równomierne dozowanie materialu, wpro¬ wadzanego do poszczególnych komór oraz nadanie strumieniom materialu postaci smug (tasm), opada¬ jacych swobodnie w komorach. Na rysunku poka¬ zano dozowniki szczelinowe nadajace sie dobrze do materialów sypkich, ten sam cel spelniac moga jednak równiez dozowniki tasmowe, wibracyjne itp. Material poddawany ogrzewaniu opadajac swo¬ bodnie w komorach pieca ulega dyspersji miesza sie intensywnie z gazem otaczajacym, na przyklad po¬ wietrzem, wprawiajac go w ruch typu burzliwego, a wobec niewielkiej odleglosci od scian pieca na¬ stepuje intensywne ogrzewanie materialu czescio¬ wo za posrednictwem otaczajacego gazu, czesciowo przez promieniowanie scian pieca. Material ogrze¬ wany zabiera sie w komorze zbiorczej 9 skad wy¬ prowadzany zostaje z pieca przy pomocy transpor¬ tera 10, na przyklad slimakowego.Gazy wydzielajace sie z materialu ogrzewanego odprowadzane sa z komory zbiorczej 9 przez kró- ciec 11, który moze byc polaczony z pompa próz¬ niowa luib w odmianie pieca z górnej czesci komory 1 przez krócce 12. Calosc miesci sie w obudowie 13.Piec moze byc zbudowany z materialu ceramicz¬ nego lub tez, zwlaszcza gdy chodzi o wieksza szczelnosc czesciowo lub -calkowicie z metalu. Scia¬ ny komór ogrzewniczych moga byc gladkie lub w kierunku pionowym zlobkowane w jakikolwiek sposób albo tez faliste, o przekroju zygzakowatym itp. celem zwiekszenia ich powierzchni i poprawie¬ nia przez to przeplywu ciepla od osrodka ogrze¬ wajacego do wnetrza komór.Przy ogrzewaniu materialów sypkich sposobem wedlug wynalazku dzieki szybkiemu ruchowi ma¬ terialu przez piec, dzieki swobodnemu przeplywo¬ wi ciepla od scian pieca do kazdego ziarna mate¬ rialu, zyskuje sie wielokrotne zmniejszenie wy¬ miarów pieca w stosunku do pieców dotychczas sto¬ sowanych i znakomite wykorzystanie ciepla przy bardzo prostej i lekkiej konstrukcji, nie posiadaja¬ cej czesci ruchomych.Przyklad. W piecu zawierajacym jedna plaska komore o przekroju prostokatnym 20 x 170 mm i wysokosci 6000 mm ogrzewanym gazem miejskim o wartosci opalowej 4200 kcal/m3 przy pomocy dwóch zwyklych palników grzebieniowych ogrze¬ wano suchy piasek rzeczny z wydajnoscia 900 kg/h uzyskujac podwyzszenie temperatury o 103° ponad temperature 'poczatkowa piasku. Ziarna piasku uzyskiwaly w piecu szyfbkosc 10 m/sek i przeby¬ waly w piecu 1,1 sek. Przeprowadzony bilans cieplny wykazal, ze wprowadzono w ten sposób 17600 kcal/h, a wydajnosc cieplna urzadzenia wy¬ nosi ponad 70°/o. Objetosc komory pieca wynosi: 0,02 x 0,17 x 6,00 = 0,024 m3 z czego wyliczyc mozna, ze w tym przypadku wskaznik objetosciowy zdolnosci cieplnej apara¬ tury wynosi: 15 20 25 30 35 40 45 50 5548576 5 17600 kcal/mh czyli oik. 730000 kcal/m3/h 0,024 Dla porównania przytoczyc mozna liczby podane w podreczniku G. K. Filonienko i P. Lebiediew (Warszawa PWT 1956) na str. 206, z których obli- 5 czyc mozna, ze suszarnie bebnowe do piasku sto¬ sowane w przemysle wykazuja wskazniki 36100 kcal/m3/h a w innym przypadku 70700 kcal/m3/h. PL