RU2610615C1

RU2610615C1 - Furnace for foaming granules

Info

Publication number: RU2610615C1
Application number: RU2015157137A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Косяков; Сергей Владимирович Кулигин; Александр Дмитриевич Ишков; Вадим Витальевич Рововой; Евгений Павлович Сальников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Сферастек"
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-02-14

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to production of foamed granules, which may be used in drilling works, in construction, paint and varnish and other industries. Furnace for foaming granules comprises a burner and a device for input of raw granulated material. Furnace is installed vertically and is functionally divided into a zone for pre-heating of raw granulated material, a foaming zone in suspended condition and a cooling zone of foamed granules in suspended condition. Burner is installed in the lower part of the furnace, the device for input of raw granulated material is placed as capable of feeding raw granulated material to the zone of furnace pre-heating. Furnace walls in the foaming zone are equipped with a cooling system.

EFFECT: invention simplifies process of foamed granules production, increases efficiency of the process and quality of the finished product.

4 cl, 1 dwg

Description

Предложенное решение относится к производству вспененных гранул, которые могут быть использованы при буровых работах, в строительной, лакокрасочной и других отраслях промышленности.The proposed solution relates to the production of foamed granules that can be used in drilling, construction, paint and varnish and other industries.

Известна вращающаяся печь, разделенная на две температурные зоны (патент на изобретение РФ №2291126, МПК С03С 11/00, 2007 г.), в которой гранулят-сырец загружается в печь вместе с разделяющей средой (мел или цемент в смеси с речным кварцевым песком) и нагревается. Температура в первой половине печи по ходу гранул составляет 750-900°C, а во второй половине печи - 580-300°C. Соответствующие температурные режимы обеспечиваются внешним электрообогревом вращающегося барабана. Недостатком данного решения являются необходимость применения разделяющей среды, что приводит к дополнительным трудовым и временным затратам на удаление разделяющей среды, а также к снижению качества готового продукта за счет неполного удаления разделяющей среды.A rotary kiln is known, divided into two temperature zones (RF patent No. 2291126, IPC С03С 11/00, 2007), in which raw granulate is loaded into the furnace together with a separating medium (chalk or cement mixed with river quartz sand ) and heats up. The temperature in the first half of the furnace along the granules is 750-900 ° C, and in the second half of the furnace - 580-300 ° C. Corresponding temperature conditions are provided by external electric heating of the rotating drum. The disadvantage of this solution is the need to use a separating medium, which leads to additional labor and time costs for removing the separating medium, as well as to reducing the quality of the finished product due to incomplete removal of the separating medium.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вращающаяся печь вспенивания (патент на изобретение РФ №2162825, МПК С03С 11/00, 2001 г.), в которой гранулят-сырец загружается в печь вместе с разделяющей средой (немолотый речной кварцевый песок) и нагревается горячим газом, поступающим ей навстречу из горелки, способной работать как на газе, так и на мазуте. Кварцевый песок предохраняет гранулы от слипания друг с другом и с футеровкой печи. Недостатком данного решения являются необходимость применения разделяющей среды, что приводит к дополнительным трудовым и временным затратам на удаление разделяющей среды, а также к снижению качества готового продукта за счет неполного удаления разделяющей среды.Closest to the proposed technical solution is a rotary foaming furnace (patent for the invention of the Russian Federation No. 2162825, IPC С03С 11/00, 2001), in which raw granulate is loaded into the furnace together with a separating medium (ground river quartz sand) and heated with hot gas coming towards her from the burner, capable of working both on gas and on fuel oil. Quartz sand prevents the granules from sticking together and with the lining of the furnace. The disadvantage of this solution is the need to use a separating medium, which leads to additional labor and time costs for removing the separating medium, as well as to reducing the quality of the finished product due to incomplete removal of the separating medium.

Технический результат предложенного решения заключается в упрощении процесса получения вспененных гранул, снижении его стоимости, повышении эффективности процесса и качества готового продукта.The technical result of the proposed solution is to simplify the process of producing expanded granules, reduce its cost, increase the efficiency of the process and the quality of the finished product.

Указанный технический результат достигается тем, что в печи для вспенивания гранул, содержащей горелку и устройство ввода гранулята-сырца, печь установлена вертикально и функционально разделена по вертикали на зону предварительного нагрева гранулята-сырца во взвешенном состоянии, зону вспенивания во взвешенном состоянии и зону охлаждения вспененных гранул во взвешенном состоянии, горелка установлена в нижней части печи, а устройство ввода гранулята-сырца размещено с возможностью подачи гранулята-сырца в зону предварительного нагрева печи. Термообработка гранул во взвешенном слое позволяет исключить из процесса разделяющую среду, предотвращающую слипание гранул, и, тем самым, упростить процесс получения вспененных гранул, снизить его стоимость, повысить эффективности процесса и качества готового продукта. Функциональное выделение в печи зоны предварительного нагрева, зоны вспенивания и зоны охлаждения вспененных гранул во взвешенном состоянии позволяет повысить качество и выход готового продукта, т.к. эти зоны различаются конструктивными элементами, температурным воздействием, плотностью и режимами движения потоков, без учета особенностей которых невозможно обеспечить получения готового продукта. Конструктивно зона охлаждения может отличаться от зоны вспенивания расширением поперечного сечения печи, наличием окон в стенках печи или устройств, размещенных внутри печи, обеспечивающих подачу охлаждающего агента или изменения режимов движения потоков.The specified technical result is achieved in that in a furnace for foaming granules containing a burner and an input device for raw granulate, the furnace is installed vertically and functionally divided vertically into a pre-heating zone of raw granules in suspension, a foaming zone in suspension and a cooling zone of foamed granules in suspension, the burner is installed in the lower part of the furnace, and the input device of the raw granulate is placed with the possibility of feeding the raw granulate into the preheating zone and stoves. Heat treatment of granules in a suspended layer allows to exclude the separating medium from the process, preventing the adhesion of granules, and thereby simplify the process of producing foam granules, reduce its cost, increase the efficiency of the process and the quality of the finished product. The functional allocation in the furnace of the preheating zone, the foaming zone and the cooling zone of the foamed granules in suspension allows to improve the quality and yield of the finished product, because these zones are distinguished by structural elements, temperature effects, density and flow patterns, without taking into account the features of which it is impossible to obtain a finished product. Structurally, the cooling zone can differ from the foaming zone by expanding the cross section of the furnace, by the presence of windows in the walls of the furnace, or by devices located inside the furnace, providing a coolant or changing flow patterns.

Зона вспенивания конструктивно отличается от зоны предварительного нагрева наличием на стенках печи системы охлаждения, что повышает качество и выход готового продукта, т.к. предотвращает налипание гранул на стенки печи. В зоне предварительного нагрева (температура не превышает 550°C) охлаждение стенок печи не имеет смысла (гранулы еще не начали оплавляться, и поэтому налипание на стенки отсутствует), а приведет лишь к снижению эффективности процесса.The foaming zone is structurally different from the preheating zone by the presence of a cooling system on the walls of the furnace, which increases the quality and yield of the finished product, because prevents the sticking of granules to the walls of the furnace. In the preheating zone (temperature does not exceed 550 ° C) cooling the walls of the furnace does not make sense (granules have not yet started to melt, and therefore there is no sticking to the walls), but will only reduce the efficiency of the process.

Размещение в зоне охлаждения вспененных гранул устройства для ввода охлаждающего воздуха, установленного с возможностью его регулирования по высоте, позволяет повысить качество и выход готового продукта за счет управления режимами охлаждения и движения потоков. Устройство для ввода охлаждающего воздуха может быть выполнено в виде вертикальной (например, телескопической) трубы, размещенной внутри зоны охлаждения, и/или в виде окон, снабженных перемещаемыми (вертикально или горизонтально) заслонками, в стенке печи.The placement in the cooling zone of the expanded granules of the device for introducing cooling air, installed with the possibility of its adjustment in height, improves the quality and yield of the finished product by controlling the cooling regimes and the movement of flows. A device for introducing cooling air can be made in the form of a vertical (for example, telescopic) pipe placed inside the cooling zone, and / or in the form of windows equipped with movable (vertically or horizontally) dampers in the furnace wall.

На чертеже схематично изображена вертикальная печь для вспенивания гранул во взвешенном состоянии, которая функционально разделена по вертикали на зону предварительного нагрева 1 гранулята-сырца во взвешенном состоянии, зону вспенивания 2 во взвешенном состоянии и зону охлаждения вспененных гранул 3 во взвешенном состоянии. В зоне предварительного нагрева 1 печи установлены горелка 4 и устройство ввода гранулята-сырца 5. Стенки печи в зоне вспенивания 2 снабжены системой охлаждения 6 в виде «рубашки» с охлаждающей средой. А в зоне охлаждения 3 размещено устройство для ввода охлаждающего воздуха, которое может быть выполнено в виде вертикальной трубы 7, выполненной с возможностью перемещения по высоте, и/или в виде окон 8 в стенке печи, снабженных вертикально перемещаемыми заслонками 9.The drawing schematically shows a vertical furnace for foaming granules in suspension, which is functionally divided vertically into a pre-heating zone 1 of raw granules in suspension, a foaming zone 2 in suspension and a cooling zone of foamed granules 3 in suspension. In the preheating zone 1 of the furnace, a burner 4 and an input device for raw granulate 5 are installed. The walls of the furnace in the foaming zone 2 are equipped with a cooling system 6 in the form of a “jacket” with a cooling medium. And in the cooling zone 3 there is a device for introducing cooling air, which can be made in the form of a vertical pipe 7, made with the possibility of movement in height, and / or in the form of windows 8 in the wall of the furnace, equipped with vertically movable shutters 9.

Печь работает следующим образом.The furnace operates as follows.

Гранулят-сырец, изготовленный, например, из стеклобоя и порообразователя - смеси доломита с мелом (до 4% от массы стекла), смешанных с водным раствором растворимого стекла, подается в зоне предварительного нагрева 1 печи с помощью устройства ввода 5. Направление подачи гранулята-сырца относительно направления движения дымовых газов от горелки 4 может быть в зависимости от технологических требований различным (спутным, поперечным и пр.). Однако при необходимости увеличения времени пребывания в зоне предварительного нагрева 1 более тяжелых частиц гранулята-сырца (и, соответственно, снижения времени пребывания в зоне предварительного нагрева 1 легких частиц) используется подача гранулята-сырца сверху вниз навстречу (в противотоке) поднимающимся от горелки 4 дымовым газам, что повышает качество и выход вспененных гранул.Raw granulate, made, for example, from cullet and blowing agent - a mixture of dolomite with chalk (up to 4% by weight of glass) mixed with an aqueous solution of soluble glass, is fed into the preheating zone of 1 furnace using an input device 5. The feed direction of the granulate is raw material relative to the direction of movement of the flue gases from the burner 4 may be different depending on the technological requirements (satellite, transverse, etc.). However, if it is necessary to increase the residence time in the preheating zone 1 of heavier raw granulate particles (and, accordingly, reduce the residence time in the preheating zone 1 of light particles), the raw granulate is fed from top to down (in countercurrent) smoke rising from the burner 4 gases, which improves the quality and yield of foamed granules.

Температура в зоне предварительного нагрева 1 печи не превышает 550°C, что исключает налипание гранул на стенки печи в зоне предварительного нагрева 1.The temperature in the preheating zone 1 of the furnace does not exceed 550 ° C, which eliminates the sticking of granules to the walls of the furnace in the preheating zone 1.

Из зоны предварительного нагрева 1 гранулят-сырец перемещается в зону вспенивания 2, где температура составляет 750-900°C. Налипание гранул на стенки печи в зоне вспенивания 2 предотвращает система охлаждения 6. В зоне вспенивания 2 гранулы нагреваются до температуры пиропластического размягчения стекла и выделения из порообразователя газа CO₂. При этом происходит вспенивание гранул, которые в результате значительно увеличиваются в объеме и перемещаются в зону охлаждения 3 печи, где температура составляет 580-300°C.From the preheating zone 1, the raw granulate moves to the foaming zone 2, where the temperature is 750-900 ° C. The buildup of granules on the walls of the furnace in the foaming zone 2 is prevented by the cooling system 6. In the foaming zone 2, the granules are heated to the pyroplastic softening temperature of the glass and the release of CO ₂ gas from the blowing agent. When this occurs, foaming of the granules occurs, which as a result significantly increase in volume and move to the cooling zone 3 of the furnace, where the temperature is 580-300 ° C.

Размещенные в зоне охлаждения 3 устройства для ввода охлаждающего воздуха (вертикальная труба 7, установленная с возможностью перемещения по высоте, и окна 8 в стенке печи, снабженные перемещаемыми заслонками 9) позволяют управлять режимами охлаждения и движения потоков.Placed in the cooling zone 3 devices for introducing cooling air (a vertical pipe 7 mounted with the possibility of movement along the height, and windows 8 in the furnace wall, equipped with movable dampers 9) allow you to control the cooling and flow.

Вместо стеклобоя, не отличающего постоянством химического состава, что влияет на качество готового продукта, в качестве исходного сырья для изготовления гранулята-сырца можно использовать другие дешевые и недефицитные компоненты шихты, например диатомит, трепел, опока и другие природные материалы. Такая замена стеклобоя (например, на диатомит и кальцинированную соду) позволяет, помимо вышеуказанного, исключить отдельный процесс варки стекла, совместив его с нагревом и вспениванием гранул в печи предложенной конструкции.Instead of cullet, which does not have a constant chemical composition, which affects the quality of the finished product, other cheap and non-deficient charge components, for example, diatomite, tripoli, flask and other natural materials, can be used as a raw material for the manufacture of raw granules. This replacement of cullet (for example, diatomite and soda ash) allows, in addition to the above, to exclude a separate process of glass melting, combining it with heating and foaming of granules in the furnace of the proposed design.

Claims

1. The furnace for foaming granules containing a burner and a device for introducing raw granules, characterized in that the furnace is installed vertically and functionally divided into a zone for preheating raw granules, a foaming zone in suspension and a cooling zone for foamed granules in suspension, the burner is installed in the lower part of the furnace, the input device of raw granulate is placed with the possibility of feeding the raw granulate into the preheating zone of the furnace, and the walls of the furnace in the foaming zone are equipped with a cooling system.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that in the cooling zone of the foamed granules there is a device for introducing cooling air, installed with the possibility of its regulation in height.

3. The furnace according to claim 2, characterized in that the device for introducing cooling air is made in the form of a vertical pipe located inside the cooling zone.

4. The furnace according to claim 2, characterized in that the device for introducing cooling air is made in the form of windows in the wall of the furnace.