RU2564182C1 - Усовершенствованная многокамерная печь с псевдоожиженным слоем - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к аппаратам для термической обработки мелкозернистых материалов в химической и других отраслях промышленности, в частности для разложения солей, сжигания отходов и сушки. Вертикальный футерованный корпус печи разделен горизонтальными беспровальными опорно-распределительными решетками на ряд камер термообработки материала и снабжен перемешивающим устройством в виде вала с прикрепленными к нему рукоятями с гребками, переточными устройствами между камерами. Гребок выполнен из двух изогнутых лопастей, имеющих общее ребро, с расположением их нижних кромок параллельно решеткам для создания низких псевдоожиженных слоев, и наклоном боковых кромок лопастей в разные стороны под углом к решеткам для создания малоподвижных слоев, рукояти снабжены наклонными раскосами, обеспечивающими стабильную высоту низких псевдоожиженных слоев, перетоки снабжены местными сопротивлениями для перепуска материала из камеры в камеру. Изобретение обеспечивает снижение энергозатрат на нагнетание воздуха вследствие небольших гидравлических сопротивлений низких слоев материала и решеток, интенсифицирование процесса теплопередачи в противотоке с применением псевдоожиженных, малоподвижных и падающих слоев материала, что позволяет уменьшить габариты, материалоемкость и энергоемкость печи. 5 ил.

Description

Предполагаемое изобретение относится к аппаратам для термической обработки мелкозернистых материалов, широко применяемым в химической и других отраслях промышленности, в частности, для разложения солей, сжигания отходов, сушки и т.п. процессов.

Известна механическая многоподовая (многокамерная) печь по патенту РФ N 2285878, кл. F27B, 3/04, 2002 г., содержащая цилиндрический вертикальный футерованный корпус, разделенный по высоте на рабочие камеры рядом горизонтально расположенных подов с центральными отверстиями для прохода вертикального вращающегося вала по оси корпуса, с горизонтально прикрепленными к нему над всеми подами рукоятями с гребками, расположенными под углом к осям рукоятей, служащими для перемешивания и перемещения материала с верхних подов на нижние поочередно через кольцевые отверстия вокруг вращающегося вала и провальные отверстия на периферии подов. Основной теплообмен между газом и материалом в печи происходит при обдуве восходящими потоками газа пакетов мелкозернистого материала, падающих с небольших высот через кольцевые и провальные отверстия в подах, с последующим образованием на подах с помощью гребков малоподвижных зон выдержки материала. Гидравлическое сопротивление печи небольшое, поскольку газ в камерах движется поверх малоподвижных слоев материала с низкой скоростью, и только в отверстиях подов его скорость возрастает.

К недостаткам печи следует отнести малое суммарное время контакта газа с слаборазделенными между собой частицами во время падения пакетов материала, ограничивающее передачу тепла от газа к частицам, плохой тепло- и массообмен между низкоскоростными потоками газа и малоподвижными слоями материала на подах, что ведет к низкой объемной теплонапряженности печи, а следовательно, к большим ее габаритам.

Известна также печь кипящего (псевдоожиженного) слоя для обжига полидисперсного материала по ав. св. СССР N 718683, кл. F27B, 15/00, 1978 г., содержащая футерованный вертикальный корпус, две камеры подогрева, камеру обжига и камеру охлаждения с высокими псевдоожиженными слоями материала на перфорированных опорно-распределительных решетках, переточные устройства между камерами, устройство для сжигания топлива перед камерой обжига.

К недостаткам печи следует отнести высокое суммарное гидравлическое сопротивление всех псевдоожиженных слоев и решеток, ненадежность работы переточных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой печи является многокамерная печь с псевдоожиженным слоем по патенту США N 3293330, кл. 423/177, 1962 г., содержащая футерованный корпус, провальные опорно-распределительные решетки, разделяющие рабочие камеры, расположенные одна под другой, переточные устройства для перемещения материала из верхних камер в нижние. Как известно, многокамерные печи с псевдоожиженным слоем являются аппаратами прямоточно-противоточного типа с суммарным встречным движением материала и газов, но при их прямотоке в каждом псевдоожиженном слое, содержащем активную зону теплообмена с интенсивным теплообменом между газом и частицами, расположенную в прирешеточном пространстве, и зону выдержки с основной массой материала псевдоожиженного слоя над активной зоной. Активная зона теплообмена и зона выдержки материала в псевдоожиженном слое расположены последовательно по ходу газа, при этом на термообработку в зоны выдержки камер подогрева и обжига поступает материал с более низкими температурами, чем температуры псевдоожиженных слоев этих камер.

Недостатками прототипа являются большое суммарное гидравлическое сопротивление псевдоожиженных слоев и опорно-распределительных решеток, ведущее к необходимости ограничения их числа в печи, и вследствие этого относительно высокая температура отходящих из печи газов, что снижает ее термический к.п.д., ненадежность работы переточных устройств из-за передачи частиц материала из слоя в слой при высоком противодавлении.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая усовершенствованная многокамерная печь с псевдоожиженным слоем отличается тем, что опорно-распределительные решетки снабжены беспровальными газораспределителями, перемешивающее устройство в каждой камере оснащено наклонными раскосами, прикрепленными к концам рукоятей и к вращающемуся валу, с расположением оси раскоса и оси рукояти в вертикальной плоскости, гребки перемешивающего устройства выполнены двухлопастными для организации на решетках низких псевдоожиженных слоев, лопасти гребка разведены и изогнуты в разные стороны относительно плоскости его симметрии, проходящей через ребро двугранного угла в месте соединения лопастей между собой, с расположением нижних кромок лопастей вблизи и параллельно поверхностям решеток, и размещением их боковых кромок с наклоном в разные стороны под углами к поверхностям решеток, меньшими угла естественного откоса материала, зазоры между вращающимся валом и всеми решетками выполнены с минимальными проходными сечениями и дополнены воротниками в виде усеченных конусов, прикрепленных к валу под зазорами своими верхними меньшими основаниями, и снабженных ребрами, расположенными по винтовым линиям на наружных поверхностях усеченных конусов, провальные отверстия в переточных устройствах на периферии опорно-распределительных решеток соединены с перекрывающими их криволинейными каналами, примыкающими к футеровке и к нижним поверхностям опорно-распределительных решеток и снабженными оребрением днищ каналов, а площади проходных сечений зазоров в переточных устройствах, расположенных вокруг вращающегося вала, увеличены за счет пазов в решетках, примыкающих к этим зазорам.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Целью изобретения является интенсификация процесса теплопередачи, уменьшение энергозатрат и материалоемкости оборудования.

Указанная цель достигается тем, что в заявляемой усовершенствованной многокамерной печи с псевдоожиженным слоем, содержащей вертикальный корпус, футерованный изнутри огнеупорным материалом, камеру подогрева сырья, камеру обжига материала с газораздающей камерой, камеру охлаждения продукта с газораздающей камерой, расположенные одна под другой, опорно-распределительные решетки между камерами, перемешивающее устройство, содержащее вращающийся вал по оси печи, проходящий сквозь центральные отверстия в своде камеры подогрева, в опорно-распределительных решетках и в днище камеры охлаждения, рукояти в камерах, консольно закрепленные на вращающемся валу, гребки на рукоятях, содержащие хвостовики и лопасти для перемешивания с перемещением малоподвижных слоев материала по опорно-распределительным решеткам, переточные устройства, содержащие чередующиеся по опорно-распределительным решеткам зазоры между вращающимся валом и опорно-распределительными решетками и провальные отверстия на их периферии, привод вращающегося вала, окна во вращающемся валу между приводом и днищем камеры охлаждения, топку для получения газообразного теплоносителя, тягодутьевые устройства, питатель с загрузочной трубой, выгрузочную трубу с выгружателем, опорно-распределительные решетки снабжены беспровальными газораспределителями, перемешивающее устройство в каждой камере оснащено наклонными раскосами, прикрепленными к концам рукоятей и к вращающемуся валу, с расположением оси раскоса и оси рукояти в вертикальной плоскости, гребки перемешивающего устройства выполнены двухлопастными для организации на решетках низких псевдоожиженных слоев, лопасти гребка разведены и изогнуты в разные стороны относительно плоскости его симметрии, проходящей через ребро двугранного угла в месте соединения лопастей между собой, с расположением нижних кромок лопастей вблизи и параллельно поверхностям решеток, и размещением их боковых кромок с наклоном в разные стороны под углами к поверхностям решеток, меньшими угла естественного откоса материала, зазоры между вращающимся валом и всеми решетками выполнены с минимальными проходными сечениями и дополнены воротниками в виде усеченных конусов, прикрепленных к валу под зазорами своими верхними меньшими основаниями, и снабженных ребрами, расположенными по винтовым линиям на наружных поверхностях усеченных конусов, провальные отверстия в переточных устройствах на периферии опорно-распределительных решеток соединены с перекрывающими их криволинейными каналами, примыкающими к футеровке и к нижним поверхностям опорно-распределительных решеток и снабженными оребрением днищ каналов, а площади проходных сечений зазоров в переточных устройствах, расположенных вокруг вращающегося вала, увеличены за счет пазов в решетках, примыкающих к этим зазорам.

На фиг. 1 изображена усовершенствованная многокамерная печь с псевдоожиженным слоем, продольный разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 1. на фиг. 3 - разрез Д-Д на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 5 - вид В на фиг. 2.

Печь содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, футерованный изнутри огнеупорным материалом 2, камеру 3 подогрева сырья, камеру 4 обжига материала, камеру смешения 5, камеру 6 охлаждения продукта и газораздаюшую камеру 7, расположенные одна под другой, опорно-распределительную решетку (решетка) 8 между камерами 3 и 4, решетку 9 между камерами 4 и 5, решетку 10 между камерами 5 и 6, решетку 11 между камерами 6 и 7, снабженные беспровальными газораспределителями, например, колпачками 12, перемешивающее устройство 13, содержащее пустотелый вращающийся вал 14 по оси печи, проходящий сквозь центральные отверстия в своде камеры 3, в решетках 8, 9, 10, 11 и в днище камеры 7, привод 15 вала 14, окна 16 в нижней части вала 14, между приводом 15 и днищем камеры 7, рукояти 17 в камерах 3, 4, 5, 6, консольно закрепленные на валу 14, двухлопастные гребки 18 на рукоятях 17, содержащие хвостовики 19 и изогнутые в разные стороны лопасти 20 для перемешивания с перемещением обрабатываемого материала по решеткам 8, 9, 10, 11 и организации на них ряда малоподвижных слоев 21 и низких псевдоожиженных слоев 22 материала, наклонные раскосы 23, соединенные своими концами с рукоятями 17 и с валом 14, воротники 24, прикрепленные к вращающемуся валу 14 под нижними поверхностями всех решеток, переточные устройства 25, содержащие вертикальные пазы 26 в стенках центральных отверстий решеток 8, 10 и воротники 24 под ними, переточные устройства 27, содержащие провальные отверстия 28 на периферии решеток 9, 11 и криволинейные каналы 29 под ними (если число решеток в печи больше двух), питатель 30 с загрузочной трубой 31, выгрузочную трубу 32 с выгружателем 33, топку 34 для получения газа (газообразного теплоносителя), подсоединенную к камере смешения 5.

Корпус 1 выполнен в виде цилиндра, изнутри футерованного огнеупорным материалом 2. Корпус 1 может быть при необходимости выполнен в виде комбинации цилиндров разных диаметров, соединенных усеченными конусами, в соответствии с изменением объема газа по высоте печи. Решетки 8, 9, 10, 11 в виде объемных колец с плоскими верхними поверхностями и с центральными отверстиями для прохода вращающегося вала 14, выполнены из огнеупорного материала 2. В отличие от прототипа, в котором решетки снабжены множеством провальных отверстий малого диаметра по всей их площади для постоянного прохода газа, решетки 8, 9, 10, 11 снабжены равномерно распределенными по их площадям колпачками 12, каждый из которых выполнен с внутренним каналом, переходящим в ряд сопел 35, расположенных вплотную к верхней поверхности соответствующей решетки. Беспровальные колпачки 12 необходимы для предотвращения забивки сопел 35, а следовательно, и решеток, при "завале" колпачков 12 малоподвижными слоями 21. Расположенные над соплами 35 крышки колпачков 12 не должны задеваться лопастями 20 при вращении перемешивающего устройства 13.

Для исключения воздействия горячего газа из топки 34 на охлажденный материал в камере 6, между камерой 5 смешения и камерой 6 охлаждения использована решетка 10 с колпачками 12, без применения газоходов 36. При замене решетки 10 на сплошной под 10 в камере 5, без колпачков 12, камеры 5 и 6 соединены газоходами 36 в обход пода 10.

Вертикальный полый вращающийся вал 14 своей нижней частью оперт на подпятник 37, а верх вала 14 размещен в подшипнике 38 над сводом камеры 3. Для воздушного охлаждения полого вала 14 изнутри за счет естественной тяги, в нем вырезаны окна 16, расположенные по высоте между днищем камеры 7 и зубчатым колесом привода 15, а верх вала 14, расположенный выше свода камеры 3, открыт в атмосферу. Для охлаждения рукоятей 17, выполненных полыми, применены вставки 39 таврового сечения, основания которых расположены вертикально внутри полого вала 14, а их высокие полки, заходящие внутрь рукоятей 17, расположены горизонтально. К валу 14 в камерах 3, 4, 5, 6 присоединено, например, четное число рукоятей 17, снабженных рядом гнезд для крепления двухлопастных гребков 18, содержащих вертикально расположенные хвостовики 19, выполненные, например, в виде ласточкина хвоста, и прикрепленные к ним лопасти 20, расположенные между рукоятями 17 и верхней поверхностью каждой решетки печи.

В отличие от известной механической многокамерной печи с относительно высокими малоподвижными слоями материала на подах и расположением нижних кромок лопастей гребков на относительно большом расстоянии от верхней поверхности подов, в предлагаемой печи во всех камерах для всех рукоятей 17 применены наклонные раскосы 23, препятствующие термической деформации рукоятей 17 и поэтому обеспечивающие во время работы печи постоянное минимальное расстояние между нижними кромками лопастей 20 и верхней горизонтальной поверхностью каждой решетки. Каждый раскос 23 снабжен, например, талрепом, для регулирования положения соответствующей рукояти 17, и прикреплен одним своим концом к концевой части рукояти 17, а другим концом к вращающемуся валу 14 под вышерасположенной над рукоятью 17 решеткой, с размещением оси раскоса 23 и оси рукояти 17 в вертикальной диаметральной плоскости корпуса 1, с образованием жесткой треугольной конструкции из раскоса 23, рукояти 17 и прилегающей части вала 14. Раскосы 23, рукояти 17 и гребки 18 выполнены съемными.

Заготовка лопасти 20 для гребка 18 выполнена, например, из металлического листа в форме прямоугольной трапеции, содержащей меньшее и большее основания, меньшую и большую боковые стороны. Заготовка лопасти 20 может быть снабжена перфорацией для уменьшения трения обрабатываемого материала о лопасть 20 при работе. Для выполнения гребка 18 две заготовки лопастей 20 соединены между собой меньшими основаниями трапеций с образованием двугранного угла, а перед этим изогнуты в разные стороны относительно вертикальной плоскости симметрии гребка 18, проходящей через ребро 40 этого угла, с плавным переходом двугранного угла в две криволинейные поверхности, в которых большие основания изогнутых заготовок обеих лопастей 20 наклонены в разные стороны к поверхности соответствующей решетки 8, 9, 10, 11 под углами, меньшими, чем угол естественного откоса обрабатываемого материала, для организации малоподвижных слоев 21 по обе стороны гребка 18 и во избежание преждевременного ссыпания материала из малоподвижных слоев 21 в след от прохождения гребка 18, то есть в продолжение псевдоожиженного слоя 22. Меньшие боковые стороны заготовок лопастей 20, являющиеся нижними кромками гребка 18, расположены параллельно верхним поверхностям соответствующих решеток 8, 9, 10, 11 на расстоянии, определяющем высоту низких псевдоожиженных слоев 22, а также препятствующем перетеканию сыпучего материала из малоподвижных слоев 21 в псевдоожиженные слои 22 под нижними кромками гребков 18.

Большие боковые стороны заготовок лопастей 20, являющиеся верхними кромками гребка 18, расположены выше верха малоподвижного слоя 21 и параллельно поверхности каждой из решеток 8, 9, 10, 11 во избежание перелива материала через эти верхние кромки внутрь гребка 18, в псевдоожиженный слой 22. Большие и меньшие боковые стороны заготовок лопастей 20 в гребке 18, при их параллельности верхним поверхностям решеток, не параллельны по отношению друг к другу из-за их изгиба. Гребок 18 может быть также полностью выполнен из литья.

При вращении перемешивающего устройства 13 по часовой стрелке на виде печи сверху, для направленного перемещения обрабатываемого материала в камерах 3 и 5 от футеровки 2 к валу 14, вертикальные плоскости симметрии гребков 18 должны быть отклонены вправо от вертикальных плоскостей, перпендикулярных к осям рукоятей 17, а для перемещения материала в камерах 4 и 6 от вала 14 к футеровке 2, вертикальные плоскости симметрии гребков 18 должны быть отклонены влево от вертикальных плоскостей, перпендикулярных к осям рукоятей 17. Гребки 18 в камерах 3 и 5 и гребки 18 в камерах 4 и 6 на рукоятях 17 расположены с просветами между ними, причем в каждой камере гребки 18 на двух соседних рукоятях 17 смещены относительно друг друга, то есть на виде сверху установлены вразбежку, для организации поочередного перехода друг в друга псевдоожиженных слоев 22 и малоподвижных слоев 21 материала при вращении перемешивающего устройства 13. При четном числе рукоятей 17 в камерах 3 и 5, ребра 40 гребков 18, расположенных на концах каждой второй рукояти 17, выполнены с максимальным приближением к поверхности футеровки 2, а в камерах 4 и 6 ребра 40 гребков 18, расположенных на начальных участках каждой второй рукояти 17, выполнены с максимальным приближением к валу 14, но так, чтобы соответствующие лопасти 20 при вращении не задевали футеровку 2 или вал 14.

Плоскости симметрии ряда гребков 18, относящихся к отдельной рукояти 17, расположены под переменными углами к ее оси, причем величина этих углов должна быть увеличена или уменьшена в зависимости от итогового направления перемещения материала к центру или к периферии каждой решетки, организуя равномерное распределение обрабатываемого материала по поверхности каждой решетки.

Варьирование высоты расположения нижних кромок лопастей 20 гребков 18 над решетками, углов разворота плоскостей симметрии гребков 18 и величины просветов между ними, длины лопастей 20, позволяет получить оптимальное соотношение площадей, занимаемых псевдоожиженными 22 и малоподвижными 21 слоями на разных решетках, в зависимости от рабочего объемного расхода газа в разных камерах печи.

Около центральных отверстий нечетных решеток 8, 10, считая сверху, расположены переточные устройства 25, а на периферии четных решеток 9, 11 расположены переточные устройства 27. Суммарная площадь проходных сечений провальных отверстий 28 или вертикальных пазов 26 вместе с зазорами 41 на каждой решетке на порядок и более меньше, чем в известной механической многокамерной печи, поскольку они предназначены только для перетока материала, а не для прохода большого объемного расхода газа, поэтому число переточных устройств на каждой решетке минимально. Стенки центральных отверстий всех решеток выполнены с максимальным приближением к центральному валу 14 для минимализации площади проходных сечений зазоров 41 между всеми решетками и валом 14.

Воротники 24 под всеми решетками снабжены ребрами 42, расположенными на наружной поверхности усеченных конусов по винтовым линиям, и предназначены для разделения на мелкие струи материала, подаваемого на них с помощью гребков 18, или просыпающегося в зазоры 41. Расположенные под решетками 8, 10 воротники 24 предназначены для увеличения коэффициентов местных сопротивлений по газу переточных устройств 25 и выполнены в форме усеченных конусов, меньшими основаниями прикрепленных к валу 14 на уровнях нижних поверхностей этих решеток, под зазорами 41. Большими основаниями воротников 24 в плане перекрыты зазоры 41 с пазами 26 между решетками и вращающимся валом 14.

Провальное отверстие 28 на решетке 9 соединено с примыкающим к ее нижней поверхности криволинейным каналом 29, образованным, например, внутренней вертикальной поверхностью футеровки 2, нижней поверхностью решетки 9, наклонной криволинейной пластиной 43 и вертикальной плоской или криволинейной пластиной 44. Канал 29 предназначен для увеличения гидравлического сопротивления переточного устройства на решетке 9 и придания ссыпающемуся по нему материалу дополнительно горизонтальной составляющей скорости падающих частиц. Вертикальная пластина 44 своей верхней кромкой примкнута встык к нижней поверхности решетки 9, а наклонная криволинейная пластина 43, служащая дном канала 29, примкнута встык одной своей длинной кромкой к нижней кромке вертикальной пластины 44, а другой к футеровке 2. Верхней короткой кромкой, ширина которой больше ширины провального отверстия 28, наклонная криволинейная пластина 43 примкнута встык к нижней поверхности решетки 9 перед провальным отверстием 28 (по ходу вращения гребков 18). Нижняя кромка наклонной криволинейной пластины 43 может быть выполнена большей ширины, чем ее верхняя кромка, причем нижняя часть наклонной криволинейной пластины 43, снабжена оребрением 45 дна канала 29 для разделения ссыпающегося из провальных отверстий 28 материала на мелкие струи перед его падением вниз.

Провальное отверстие 28 на периферии решетки 11 сообщено с выгрузочной трубой 32, далее проходящей через днище камеры 7 наружу и соединенной с выгружателем 33.

Места стыковок вала 14 со сводом камеры 3 подогрева и днищем газораздающей камеры 7, площади проходных сечений кольцевых зазоров которых невелики, перекрыты герметичными уплотнениями 46 и 47 соответственно. Все камеры печи для ремонта снабжены люками 48.

Для раздельной подачи воздуха в камеру 7 через штуцер 49 и в топку 34 использованы нагнетательные устройства 50 (вентилятор высокого давления или турбовоздуходувка), а для вытяжки дымовых газов из надслоевого пространства камеры 3 печи через штуцер 51 применено вытяжное устройство 52 (дымосос или вентилятор горячего дутья).

При исполнении печи с большим числом камер, доходящим до 17 в известной механической многокамерной печи, переточными устройствами 27 может быть оснащено большее число решеток. При применении в печи нескольких камер 4 обжига с топками 34 для подачи воздуха каждая из них снабжена нагнетательным устройством 50. При невысокой температуре в верхних и нижних камерах печи корпус 1 в этих местах может быть теплоизолирован снаружи, а верхние и нижние решетки выполнены из металлического листа. Перемешивающее устройство 13 может быть выполнено усложненной конструкции, с принудительным охлаждением вала 14 и рукоятей 17.

Усовершенствованная печь работает следующим образом.

Перемешивающее устройство 13 печи приводят во вращение вокруг вертикальной оси печи с помощью привода 15. Двумя нагнетательными устройствами 50 подают атмосферный воздух в горелку топки 34 и в газораздающую камеру 7 через штуцер 49.

В топке 34 сжигают топливо при подаче первичного и частично вторичного воздуха под небольшим давлением, с получением высокотемпературного газа, поступающего затем в камеру 5. Газ и воздух в печи являются теплоносителями, участвующими в теплообмене с обрабатываемым мелкодисперсным материалом. В предлагаемой печи камеры 3, 4, 5, 6 сообщаются между собой по газу и по материалу для реализации противоточного режима термообработки материала с получением отходящего из камеры 3 газа с низкой температурой. В варианте с беспровальной решеткой 10, атмосферный воздух из камеры 7 поступает в камеру 6 через колпачки 12 решетки 11 и охлаждает находящиеся на ней слои 21 и 22 горячего материала, поступающего через переточное устройство из камеры 5, с получением готового продукта. Из надслоевого пространства камеры 6 запыленный подогретый воздух поступает в камеру 5 через колпачки 12 решетки 10, охлаждая находящиеся на ней слои 21 и 22 горячего материала, поступающего через переточное устройство из камеры 4 обжига. Запыленный подогретый воздух, являющийся вторичным воздухом в процессе получения газообразного теплоносителя, в надслоевом пространстве камеры 5 смешивают с горячим газом, поступающим из топки 34, что понижает его температуру на входе в колпачки 12 решетки 9.

В варианте печи с подом 10, то есть без применения колпачков 12, запыленный подогретый воздух из камеры 6 поступает по газоходам 36 в камеру 5, где также в надслоевом пространстве смешивается с горячим газом, поступающим из топки 34, и далее увеличенный объем газа поступает через колпачки 12 решетки 9 в камеру 4 обжига материала, находящегося на решетке 9. При применении пода 10 горячий материал, поступающий в камеру 5 через переточное устройство из камеры 4, проходит только выдержку в малоподвижных слоях 21, без образования псевдоожиженных слоев 22, а далее его передают через переточное устройство 25 на охлаждение в камеру 6.

В камере 4 в псевдоожиженных и малоподвижных слоях 22 и 21, находящихся на решетке 9, происходит обжиг материала, при этом газ, проходящий через них, понижает свою температуру за счет затрат тепла на химическую реакцию разложения материала. Газ из надслоевого пространства камеры 4 продвигают в камеру 3 подогрева через колпачки 12 решетки 8. После прохождения псевдоожиженных слоев 22 и малоподвижных слоев 21 этой камеры, в которых происходит дальнейшее понижение температуры газа при теплообмене с сырьем, поступающим по загрузочной трубе 31, охлажденный газ через штуцер 51, расположенный в своде камеры 3 и соединенный с вытяжным устройством 52, направляют на газоочистку.

Для процессов, проходящих без образования взрывоопасной смеси газов в печи, в зависимости от характеристик примененных тягодутьевых устройств 50 и 52, верхние камеры предлагаемой печи могут работать под разрежением, что незначительно уменьшает утечку воздуха из герметичного уплотнения 46, работающего под давлением, и увеличивает подсос воздуха из окружающей среды в герметичное уплотнение 47, работающее под разрежением.

Исходное мелкодисперсное сырье с помощью питателя 30 по загрузочной трубе 31 непрерывно подают в камеру 3 подогрева, на периферию решетки 8. Подогретое сырье из камеры 3 через переточное устройство 25 поступает в камеру 4. По мере последовательного продвижения материала из камеры 3 в камеры 4, 5, 6 с помощью перемешивающего устройства 13 и переточных устройств 25 и 27, за счет теплообмена материала с газом и воздухом происходит термообработка материала, а именно подогрев и последующий обжиг в камерах 3,4, выдержка и охлаждение в камерах 5 и 6. Перемешивающее устройство 13 печи, кроме того, с помощью лопастей 20, предотвращает возможное спекание материала, особенно в камере 4 обжига.

Перемещение материала в печи по решеткам 8 и 10 происходит в направлении от футеровки 2 в сторону зазоров 41 с пазами 26 между валом 14 и решетками 8 и 10, а на решетках 9, 11 от зазоров 41 в сторону провальных отверстий 28 на периферии решеток 9, 11. На решетках 8 и 10 с помощью гребков 18 материал вытесняют в зазоры 41 с пазами 26, а затем на воротники 24 с ребрами 42 по винтовым линиям, и в виде мелких струй ссыпают на решетки 9, 11 рядом с их внутренними стенками, около вала 14. Материал на решетке 9 с помощью гребков 18, ближайших к футеровке 2, через провальные отверстия 28 с примыкающими к ним снизу каналами 29 с ребрами 45, ссыпают в виде мелких струй на периферию решетки 10. Таким образом, перемещение материала сверху вниз по камерам предлагаемой печи на четных и нечетных решетках происходит поочередно через переточные устройства двух типов, 25 и 27, в условиях небольшого противодавления, с помощью тех гребков 18, которые максимально приближены к валу 14 или к футеровке 2. Подача в провальные отверстия 28 и в зазоры 41 с пазами 26 порций плотных слоев материала частично снижает расход движущихся вверх встречных потоков газа, препятствуя зависанию материала в переточных устройствах 25 и 27. Применение воротников 24 также способствует уменьшению проскока газа между всеми решетками и валом 14.

После охлаждения в камере 6 материал на решетке 11, с помощью гребков 18, ближайших к футеровке 2, в виде готового продукта ссыпают с периферии решетки 11 через провальное отверстие 28 в выгрузочную трубу 32, и с помощью выгружателя 33 удаляют из печи.

При вращении гребков 18 с изогнутыми лопастями 20 на решетках 8 и 10 и 9 и 11 образуются вразбежку при отгребании материала влево и вправо от гребков 18, временные малоподвижные слои 21 с переменными площадями поперечных сечений по их длине, а при вращении гребков 18, между их правыми и левыми лопастями 20, понижается высота слоя материала, переходящего за счет ожижения газом или воздухом в низкие псевдоожиженные слои 22, сохраняющиеся некоторое время и в следах от перемещения гребков 18 над решетками. Высота фронтальной части слоя 21 намного превосходит высоту псевдоожиженного слоя 22, а площадь нижнего основания слоя 21 больше площади его верхнего основания, поскольку боковые поверхности слоя 21 располагаются под углом естественного откоса (или меньше) к каждой решетки за счет работы изогнутых лопастей 20. Поскольку материал с обоих боков нижнего основания тыловой части малоподвижного слоя 21 под воздействием ожижающего агента постепенно растекается в стороны, поступая в след от перемещения гребка 18, в тыловую часть псевдоожиженного слоя 22, то происходит скатывание частиц с верха малоподвижного слоя 21 и уменьшение высоты его тыловой части с возможным переходом материала этой части в псевдоожиженное состояние. Масса малоподвижных слоев 21 на каждой решетке, определяющая примерную высоту слоев 21, зависит от массового расхода сырья, частоты вращения вала 14 и конструкции гребков 18.

В плане каждый псевдоожиженный слой 22, перемещающийся по решеткам 8, 9, 10, 11 имеет переменную ширину, наименьшую в области двугранного угла, образованного левой и правой лопастями 20 гребка 18, и наибольшую между задними кромками лопастей 20, расположенными напротив ребра 40 двугранного угла, с последующим уменьшением ширины слоя 22 в следе от прохождения гребка 18 над решеткой, с постепенным затуханием псевдоожижения в тыловой части псевдоожиженного слоя 22 при заполнении его материалом и переходом к фильтрационному режиму движения газа через появляющийся на этом месте малоподвижный слой 21 материала. В тыловой части гребка 18, где его левая и правая лопасти 20 наиболее изогнуты, возможно возникновение перемещающихся фонтанирующих слоев материала по обе стороны псевдоожиженного слоя 22 в силу большого угла раскрытия его факела.

Каждый малоподвижный слой 21 и псевдоожиженный слой 22 в камерах 3, 4, 5, 6 существуют до подхода следующей по ходу вращения рукояти 17, гребки 18 которой смещены относительно гребков 18 предыдущей по ходу вращения рукояти 17, вызывая засыпку каждого псевдоожиженного слоя 22 с образованием малоподвижного слоя 21 материала на его месте, и появление псевдоожиженного слоя 22 на месте бывшего малоподвижного слоя 21. Это обеспечивает постоянный обмен частицами материала между слоями 21 и 22 в каждой камере печи.

Поскольку активные зоны теплообмена, слои 22, и зоны выдержки материала, слои 21, во всех камерах расположены паралллельно друг к другу по ходу газа, то сумма гидравлических сопротивлений слоев 22 с находящимся под ними участками решеток равно сумме гидравлических сопротивлений слоев 21 с находящимися под ними участками тех же решеток. По сравнению с высокими псевдоожиженными слоями и малыми долями живых сечений решеток прототипа (отношение суммарной площади сечения отверстий сопел в каждой провальной решетке прототипа к ее площади), в предлагаемой печи с низкими псевдоожиженными слоями 22, обладающими небольшими гидравлическими сопротивлениями, применены решетки 8, 9, 10, 11 с увеличенными долями живых сечений для снижения их гидравлических сопротивлений, поэтому суммарное гидравлическое сопротивление слоя 22 и соответствующей решетки будет резко снижено по сравнению с гидравлическим сопротивлением относительно высоких псевдоожиженных слоев и провальных решеток прототипа.

При переходе частиц с решетки на решетку происходит падение мелких струй материала при увеличенной порозности, что ведет к увеличению эффективной площади поверхности теплообмена частиц по сравнению с эффективной площадью поверхности падающего компактного слоя меньшей порозности той же массы материала, как в известной механической многокамерной печи. При этом падающим в надслоевых пространствах камер частицам придается большая абсолютная скорость (разность скоростей газа и частиц), что дополнительно интенсифицирует теплообмен между восходящим потоком газа и падающими разрозненными частицами материала, увеличивая количество тепла, передаваемого конвекцией от газа к частицам.

В предлагаемой печи основной теплообмен между газом и материалом происходит в низких псевдоожиженных слоях 22 и малоподвижных слоях 21, но и вклад в теплообмен обдув газом падающих частиц также весом. В отличие от прямотока в псевдоожиженных слоях 22, в малоподвижных слоях 21 частично наличествует режим противоточного движения газа и материала, при котором газ проходит через их основания с температурой, превышающей температуру на выходе из соседних псевдоожиженных слоев 22, поэтому частицы, особенно в нижних частях малоподвижных слоев 21, перегреваются, в них усиливается процесс внутреннего каналообразования с увеличением площади поверхности внутренних каналов и снижением толщины их стенок, что ведет к увеличению величины эффективной теплопроводности частиц и интенсификации теплообмена внутри них (внутренний теплообмен). Поступление в псевдоожиженный слой 22 перегретых в малоподвижном слое 21 частиц вносит в него дополнительное тепло, в отличие от прототипа, где псевдоожиженный слой подогревает поступающий материал. Это способствует интенсификации процесса термообработки материала в псевдоожиженных слоях 22 с сокращением необходимого времени пребывания частиц.

Расположенные на решетках 8 и 9 малоподвижные слои 21 являются не только зонами выдержки материала, но и зонами массообмена и относительного перегрева материала, поддерживающими процессы термической обработки в псевдоожиженных слоях 22 и в падающих слоях материала при переходе материала из камеры в камеру. Малоподвижные слои 21, расположенные на решетках 10 и 11, являются не только зонами выдержки материала, но и зонами относительного охлаждения материала и массообмена, в поддержку этих процессов в псевдоожиженных слоях 22 на решетках 10 и 11.

В малоподвижных слоях 21 под воздействием восходящих потоков газа снижен вес (а не масса) материала, а следовательно, уменьшена сцепляемость частиц материала друг с другом вследствие небольшого увеличения порозности слоя, что, наряду с перфорацией лопастей 20, снижает мощность, расходуемую приводом 15 на перемещение материала малоподвижных слоев 21 по решеткам печи по сравнению с известной механической многокамерной печью, а в камере обжига 4 позволяет иметь большую массу материала в малоподвижных слоях 21 для увеличения времени пребывания материала.

В соответствии с расчетным объемным расходом воздуха и топлива диаметр решеток печи выбирают таким образом, чтобы в относительно высоких малоподвижных слоях 21 скорость газа на выходе из этих слоев была ниже скорости начала псевдоожижения частиц, зависящей от среднего размера частиц и их плотности, а в низких псевдоожиженных слоях 22 рабочая скорость газа была в несколько раз больше скорости начала псевдоожижения. Соотношение объемных расходов газа, поступающих параллельно на псевдоожижение в псевдоожиженные слои 22 и на фильтрацию в малоподвижные слои 21, зависит от конструкции и размещения гребков 18.

Небольшой объемный расход газа, проходящего через провальные отверстия 28, зазоры 41 с пазами 26 и без них, с малыми площадями проходных сечений, периодически засыпаемыми обрабатываемым материалом, незначительно отражается на термическом к.п.д. печи.

В предлагаемой печи снижен пылеунос материала по сравнению с прототипом, поскольку скорость газа в надслоевых пространствах камер 3, 4, 5, 6 после смешения потоков от слоев 21 и 22 снижена по сравнению со скоростью газа на выходе только из псевдоожиженных слоев 22, а кроме того, в надслоевых пространствах камер возникают нисходящие потоки запыленного газа, из которых высаждаются некоторые частицы материала.

Вращающийся вал 14 охлаждают изнутри воздухом за счет естественной тяги, величина которой зависит от расстояния между окнами 16 и верха вала 14, и от разности объемных весов воздуха на входе в вал 14 и на выходе из него. Окружающий воздух поступает через окна 16 внутрь вала 14, нагревается через стенку вала 14 от горячих камер, охлаждая корпус вала 14, и удаляется в атмосферу с более высокой температурой, чем на входе в окна 16, через открытый верх вала 14. Воздух внутри полого вала 14 поступает параллельными потоками в рукояти 17 с помощью вставок 39 таврового сечения, охлаждает рукояти изнутри, после чего уходит из них обратно в полый вал 14, смешиваясь в нем с движущимся вверх нагретым воздухом.

При проведении высокотемпературных процессов число камер подогрева, обжига и охлаждения может быть увеличено, при этом возрастает гидравлическое сопротивление печи.

Конструктивные решения предлагаемой многокамерной печи с псевдоожиженным слоем и перемешивающим устройством гребкового типа могут быть использованы для проведения процесса восстановления мелкодисперсного материала. Для этого в печи восстановительного обжига, работающей под небольшим избыточным давлением во избежание образования взрывоопасной смеси газов при подсосе окружающего воздуха, на входе в печь и в ряде камер должны быть применены топки получения восстановительного газа с помощью неполного сжигания в них топлива при коэффициенте избытка воздуха менее 1, топки дожигания горючих компонентов в отходящих газах на верхней камере при коэффициенте избытка воздуха на сжигание топлива более 1, а также усиленное уплотнение между днищем печи и вращающимся валом и теплоутилизирующее устройство на линии отходящих газов. Число камер в этой печи может быть больше, чем в предлагаемой, поскольку газ в ней не только теплоноситель, но и восстановительный агент.

В отличие от прототипа, в предлагаемой печи применены низкие псевдоожиженные слои 22 и более высокие малоподвижные слои 21 материала, что позволяет резко снизить энергозатраты на нагнетание воздуха и топлива вследствие уменьшения гидравлического сопротивления печи, а интенсификация теплопередачи позволяет обеспечить высокую объемную теплонапряженность камер печи, уменьшить размеры камер печи и ее материалоемкость, стоимость изготовления и монтажа, достичь высокого термического к.п.д. за счет увеличения числа камер при противотоке теплоносителей.

Claims (1)

1. Многокамерная печь с псевдоожиженным слоем, содержащая вертикальный корпус, футерованный изнутри огнеупорным материалом, камеру подогрева сырья, камеру обжига материала с газораздающей камерой, камеру охлаждения продукта с газораздающей камерой, расположенные одна под другой, опорно-распределительные решетки между камерами, перемешивающее устройство, содержащее вращающийся вал по оси печи, проходящий сквозь центральные отверстия в своде камеры подогрева, в опорно-распределительных решетках и в днище камеры охлаждения, рукояти в камерах, консольно закрепленные на вращающемся валу, гребки на рукоятях, содержащие хвостовики и лопасти для перемешивания с перемещением малоподвижных слоев материала по опорно-распределительным решеткам, переточные устройства, содержащие чередующиеся по опорно-распределительным решеткам зазоры между вращающимся валом и опорно-распределительными решетками и провальные отверстия на их периферии, привод вращающегося вала, окна во вращающемся валу между приводом и днищем камеры охлаждения, топку для получения газообразного теплоносителя, тягодутьевые устройства, питатель с загрузочной трубой, выгрузочную трубу с выгружателем, отличающаяся тем, что опорно-распределительные решетки снабжены беспровальными газораспределителями, перемешивающее устройство в каждой камере оснащено наклонными раскосами, прикрепленными к концам рукоятей и к вращающемуся валу, с расположением оси раскоса и оси рукояти в вертикальной плоскости, гребки перемешивающего устройства выполнены двухлопастными для организации на решетках низких псевдоожиженных слоев, причем лопасти гребка разведены и изогнуты в разные стороны относительно плоскости его симметрии, проходящей через ребро двугранного угла в месте соединения лопастей между собой, с расположением нижних кромок лопастей вблизи и параллельно поверхностям решеток, и размещением их боковых кромок с наклоном в разные стороны под углами к поверхностям решеток, меньшими угла естественного откоса материала, а зазоры между вращающимся валом и всеми решетками выполнены с минимальными проходными сечениями и дополнены воротниками в виде усеченных конусов, прикрепленных к валу под зазорами своими верхними меньшими основаниями, и снабженных ребрами, расположенными по винтовым линиям на наружных поверхностях усеченных конусов, при этом провальные отверстия в переточных устройствах на периферии опорно-распределительных решеток соединены с перекрывающими их криволинейными каналами, примыкающими к футеровке и к нижним поверхностям опорно-распределительных решеток и снабженными оребрением днищ каналов, а площади проходных сечений зазоров в переточных устройствах, расположенных вокруг вращающегося вала, увеличены посредством выполненных в решетках пазов, примыкающих к этим зазорам.

Images