RU2623158C1

RU2623158C1 - Oven with rotating drum

Info

Publication number: RU2623158C1
Application number: RU2016109326A
Authority: RU
Inventors: Валентин Валентинович Федоренко
Original assignee: Валентин Валентинович Федоренко
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-06-27

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: oven contains the inclined-lined body, the heating and firing zones, the intermediate zone between them with the insert, embedded into lining, forming the retaining thresholds, made of the turned along the body rotation the volume rings of hollow blocks, forming the curved along the helical line through channels, charge and discharge chambers, connected outside the housing with the recirculating gas duct with integrated smoke exhauster and cyclone, communicating with the charging tube, the blade nozzle in the heating zone from the series of S-shaped cross section longitudinal blades, located in the staggered rows and provided with perforations close to the blades bottom.

EFFECT: provision of the heat transfer intensification from the gas to the material in all oven zones due to the gas emissivity factor increase, the heat-exchange channels surfaces and the material falling particle increase, that increases the productivity of the furnace without reducing its thermal efficiency, or reduces the dimensions and material consumption of the oven, while keeping the productivity.

3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для термической обработки мелкозернистых материалов, широко применяемым в химической и других отраслях промышленности, в частности для разложения солей, сжигания отходов и т.п. процессов.The invention relates to apparatus for heat treatment of fine-grained materials, widely used in chemical and other industries, in particular for the decomposition of salts, incineration, etc. processes.

Известна печь с вращающимся барабаном в составе установки по авт.св. СССР №2092757, кл. F27B 7/04, 1995 г., в которой осуществлен рецикл газа по выносному газоходу с помощью дымососа.Known furnace with a rotating drum in the installation according to ed. USSR No. 2092757, cl. F27B 7/04, 1995, in which gas was recirculated through a remote gas duct using a smoke exhaust.

Недостатком этой печи является возможность использования в качестве газа только незапыленного воздуха.The disadvantage of this furnace is the possibility of using only non-dusted air as gas.

Известен аппарат с вращающимся барабаном по пат. РФ №2204772, кл. F26B 11/04, 2003 г., содержащий периферийную подъемно-лопастную насадку, лопасти которой снабжены расположенными перпендикулярно к ним продольными перегородками для задержания материала при опорожнении лопастей.Known apparatus with a rotating drum according to US Pat. RF №2204772, cl. F26B 11/04, 2003, containing a peripheral lifting-blade nozzle, the blades of which are provided with longitudinal partitions located perpendicular to them to hold the material when the blades are empty.

Недостатком этого аппарата является малое время контакта и малая площадь поверхности падающих с верхнего положения лопасти слаборазделенных между собой частиц материала с газом, ограничивающее теплопередачу.The disadvantage of this apparatus is the short contact time and the small surface area of particles of material with gas that are weakly separated among themselves and fall from the upper position of the blade, which limits heat transfer.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой печи является печь с вращающимся барабаном по авт. св. СССР №27329, кл. F27B 7/04, 1930 г., содержащая зоны подогрева и обжига, и вставки в виде вертикальных перегородок с центральными отверстиями для прохода теплоносителя и проходящие через перегородки ряд длинных периферийных труб для косвенного нагрева материала через стенки труб.The closest in technical essence to the proposed furnace is a furnace with a rotating drum according to ed. St. USSR No. 27329, class F27B 7/04, 1930, containing heating and firing zones, and inserts in the form of vertical partitions with central holes for coolant passage and a series of long peripheral pipes passing through the partitions for indirect heating of the material through the pipe walls.

Недостатками этой печи являются использование высокотемпературного теплоносителя для косвенного нагрева материала в условиях малой поверхности теплообмена через стенки труб и последующего прямого нагрева материала низкотемпературным теплоносителем, ограничивающие производительность печи.The disadvantages of this furnace are the use of a high-temperature coolant for indirect heating of the material under conditions of a small heat exchange surface through the walls of the pipes and subsequent direct heating of the material with a low-temperature coolant, limiting the productivity of the furnace.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая печь с вращающимся барабаном отличается тем, что вставка из ряда примыкающих друг к другу по ее длине объемных колец, выполненных из ряда пустотелых блоков трапециевидного поперечного сечения и образующих в ней сквозные периферийные каналы и центральный цилиндрический канал, частично заглублена в среднюю треть футеровки с образованием подпорных порогов перед ней и после нее и выполнена с поворотами соседних колец по ходу вращения корпуса на углы, соответствующие половине толщины боковой стенки блока, для придания сквозным каналам изгиба по винтовым линиям, лопастная насадка зоны подогрева изготовлена из примыкающей к футеровке цилиндрической обечайки с П-образными просечками, размещенными по ее поверхности в шахматном порядке, из которых изготовлены продольно размещенные лопасти S-образного поперечного сечения, частично перекрывающие друг друга, причем вплотную к основаниям лопастей в них выполнена перфорация, а в рециркуляционном газоходе перед дымососом установлен циклон с затвором, опускная труба которого соединена с загрузочной трубой.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive rotary drum furnace is characterized in that the insert is made of a series of hollow trapezoidal cross-sectional blocks adjacent to each other along its length and forming through it peripheral channels and a central cylindrical channel, partially it is buried in the middle third of the lining with the formation of retaining thresholds in front of and after it and is made with the rotation of adjacent rings along the rotation of the housing at angles corresponding to half the thickness of the side wall of the block, in order to give the bending channels through helical lines, the blade nozzle of the heating zone is made of a cylindrical shell adjacent to the lining with U-shaped cuts staggered along its surface, from which longitudinally placed S-shaped blades are made partially overlapping each other, and close to the base of the blades, perforation is performed in them, and a cyclone with a shutter is installed in the recirculation gas duct in front of the exhaust fan, a lowering pipe which is connected to the loading pipe.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

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".Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Целью изобретения является увеличение производительности печи с помощью интенсификации теплопередачи от газа к материалу во всех зонах термообработки, или уменьшение габаритов и материалоемкости печи при той же производительности.The aim of the invention is to increase the productivity of the furnace by intensifying heat transfer from gas to material in all heat treatment zones, or reducing the dimensions and material consumption of the furnace at the same performance.

Указанная цель достигается тем, что в заявляемой печи с вращающимся барабаном, содержащей наклонный цилиндрический корпус, футерованный изнутри огнеупором из клиновых торцевого и ребрового кирпичей, зону подогрева с приемно-винтовой и лопастной насадками, зону обжига, промежуточную зону между ними со вставкой из ряда примыкающих друг к другу по ее длине объемных колец, выполненных из ряда пустотелых блоков трапециевидного поперечного сечения и образующих в ней сквозные периферийные каналы и центральный цилиндрический канал, загрузочную камеру с загрузочной трубой и штуцером отходящего газа и разгрузочную камеру с горелкой, рециркуляционный газоход, соединяющий загрузочную и разгрузочную камеры снаружи корпуса со встроенным дымососом, опорные станции, привод, уплотнения корпуса, вставка частично заглублена в среднюю треть футеровки с образованием подпорных порогов перед ней и после нее и выполнена с возможностью поворота соседних объемных колец по ходу вращения корпуса на углы, соответствующие половине толщины боковой стенки пустотелого блока, для придания сквозным каналам изгиба по винтовым линиям, лопастная насадка зоны подогрева изготовлена из примыкающей к футеровке цилиндрической обечайки с П-образными просечками, размещенными по ее поверхности в шахматном порядке, из которых изготовлены продольно размещенные лопасти S-образного поперечного сечения, частично перекрывающие друг друга, причем вплотную к основаниям лопастей в них выполнена перфорация, а в рециркуляционном газоходе перед дымососом установлен циклон с затвором, опускная труба которого соединена с загрузочной трубой.This goal is achieved by the fact that in the inventive furnace with a rotating drum, containing an inclined cylindrical body, lined with a refractory from wedge end and rib bricks, a heating zone with a receiving-screw and blade nozzles, a firing zone, an intermediate zone between them with an insert from a number of adjacent to each other along its length of volumetric rings made of a number of hollow blocks of a trapezoidal cross section and forming through it peripheral channels and a central cylindrical channel, a chamber with a loading pipe and a flue gas fitting and a discharge chamber with a burner, a recirculation gas duct connecting the loading and unloading chambers outside the housing with a built-in smoke exhauster, support stations, drive, housing seals, the insert is partially buried in the middle third of the lining with the formation of retaining thresholds in front of it and after it it is made with the possibility of rotation of adjacent volumetric rings in the direction of rotation of the housing at angles corresponding to half the thickness of the side wall of the hollow block, to give a through bending channels along helical lines, the blade nozzle of the heating zone is made of a cylindrical shell adjacent to the lining with U-shaped notches placed staggered along its surface, of which longitudinally placed S-shaped blades are made, partially overlapping each other, and close to the base of the blades, they are perforated, and a cyclone with a shutter is installed in the recirculation gas duct in front of the exhaust fan, whose lower pipe is connected to the loading pipe.

На фиг. 1 изображена печь с вращающимся барабаном, продольный разрез Α-A на фиг. 2; на фиг. 2 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 1.In FIG. 1 shows a rotary drum furnace, a longitudinal section Α-A in FIG. 2; in FIG. 2 is a transverse section bB in FIG. one; in FIG. 3 is a section BB of FIG. one.

Печь содержит цилиндрический наклонный корпус 1 с футеровкой 2, загрузочную камеру 3, разгрузочную камеру 4, зону подогрева 5, зону обжига 6, промежуточную зону 7 между ними со вставкой 8, выполненной в виде ряда примыкающих друг к другу объемных колец 9 из ряда пустотелых блоков 10 в каждом кольце 9, образующих во вставке 8 ряд сквозных изогнутых периферийных каналов 11 и цилиндрический центральный канал 12, подпорный порог 13 перед промежуточной зоной 7 и подпорный порог 14 перед зоной обжига 6, лопастную насадку 15 в зоне подогрева 5 из ряда продольных лопастей 16 S-образного сечения, снабженных перфорацией 17 и выполненных из материала цилиндрической обечайки 18, примыкающей к поверхности футеровки 2, приемно-винтовую насадку 19 с лопастями 20 Г-образного сечения, прикрепленных к обечайке 21, и штуцер 22 отходящего газа в загрузочной камере 3, газоход 23 рециркулирующего газа снаружи корпуса 1, соединенный со штуцером 24 в загрузочной камере 3 и со штуцером 25 в разгрузочной камере 4, снабженный дымососом 26 и циклоном 27 с затвором 28 и опускной трубой 29, опорные станции 30, привод 31 печи, горелку 32 в разгрузочной камере 4, загрузочную трубу 33 в загрузочной камере 3, уплотнения 34 корпуса 1.The furnace contains a cylindrical inclined housing 1 with a lining 2, a loading chamber 3, an unloading chamber 4, a heating zone 5, a firing zone 6, an intermediate zone 7 between them with an insert 8 made in the form of a series of adjacent volume rings 9 from a number of hollow blocks 10 in each ring 9, forming in the insert 8 a row of through curved peripheral channels 11 and a cylindrical central channel 12, a retaining threshold 13 in front of the intermediate zone 7 and a retaining threshold 14 in front of the firing zone 6, the blade nozzle 15 in the heating zone 5 of a number of longitudinal blades 16 of an S-shaped section provided with a perforation 17 and made of a material of a cylindrical shell 18 adjacent to the surface of the lining 2, a screw receiving nozzle 19 with blades 20 of a L-shaped section attached to the shell 21, and a nozzle 22 of the exhaust gas in the loading chamber 3, the recycle gas duct 23 outside the housing 1, connected to the nozzle 24 in the discharge chamber 3 and to the nozzle 25 in the discharge chamber 4, equipped with a smoke exhauster 26 and a cyclone 27 with a shutter 28 and a discharge pipe 29, support stations 30, furnace drive 31, a burner 32 straight uzochnoy chamber 4, the loading tube 33 in the loading chamber 3, the seal 34 of the housing 1.

Футеровка 2 печи набрана из стандартных огнеупорных кирпичей разной высоты, уложенных в корпусе 1 кольцами, причем в зоне обжига 6 кольца футеровки 2 выполнены из клиновых торцевых кирпичей, в промежуточной зоне 7 кольца футеровки 2, охватывающие кольца 9 вставки 8, выполнены из стесанных, то есть уменьшенной высоты, клиновых торцевых кирпичей, а в зоне подогрева 5 кольца футеровки 2 выполнены из клиновых ребровых кирпичей, высота которых меньше, чем высота кирпичей в промежуточной зоне 7, для снижения массы футеровки 2.The lining 2 of the furnace is composed of standard refractory bricks of different heights, laid in rings in the casing 1, and in the firing zone 6 the lining rings 2 are made of wedge end bricks, in the intermediate zone 7 the lining rings 2, covering the rings 9 of the insert 8, are made of chipped there is a reduced height, wedge end bricks, and in the heating zone 5, the lining rings 2 are made of wedge rib bricks, the height of which is less than the height of the bricks in the intermediate zone 7, to reduce the weight of the lining 2.

Каждый пустотелый блок 10 трапециевидного поперечного сечения, содержащий четыре стенки, выполнен из огнеупора, причем наружные поверхности внешней и внутренней стенок блока 10 в составе объемного кольца 9 расположены по дугам концентрических окружностей, а наружные поверхности двух боковых стенок блока 10 выполнены плоскими и расположены под углом друг к другу, то есть в поперечном сечении футеровки 2 наружные поверхности всех боковых стенок блоков 10 в кольцах 9 расположены радиально, обеспечивая примыкание блоков 10 в каждом кольце 9 друг к другу. Соседние кольца 9 в поперечном сечении футеровки 2 по ходу вращения корпуса 1 повернуты относительно друг друга на угол, соответствующий предпочтительно половине толщины боковой стенки блока 10, поэтому в каждом кольце 9 швы между блоками 10 перекрыты торцами блоков 10 соседнего кольца 9, что упрочняет конструкцию вставки 8. Ширина кольца 9 выбрана больше ширины стандартного торцевого кирпича для лучшего связывания колец 9 и колец футеровки 2 из стесанных торцевых кирпичей. В первом по ходу материала кольце 9 выходные отверстия всех блоков 10 совмещены со смещением с входными отверстиями всех блоков 10 второго кольца 9, и так далее, образуя во вставке 8 протяженный многозаходный канал, содержащий ряд изогнутых периферийных сквозных каналов 11. В каждом изогнутом канале 11 входное по ходу материала отверстие 35 совмещено с выходным по ходу газа отверстием 35, а выходное по ходу материала отверстие 36 совмещено с входным по ходу газа отверстием 36. Проекции отверстия 35 и отверстия 36 каждого канала 11 на поперечное сечение корпуса 1 удалены друг от друга из-за изгиба канала 11, для сохранения тепла излучения от зоны обжига 6 в промежуточной зоне 7, почти не пропуская его в зону подогрева 5, а также для закрутки разделенных потоков газа в каналах 11. Возможность увеличения угла смещения объемных колец 9 относительно друг друга для увеличения кривизны канала 11 ограничена уменьшением площади сцепления торцевых стенок блоков 10 в соседних кольцах 9 между собой.Each hollow block 10 of a trapezoidal cross-section, containing four walls, is made of refractory, and the outer surfaces of the outer and inner walls of the block 10 as part of the volume ring 9 are located on the arcs of concentric circles, and the outer surfaces of the two side walls of the block 10 are made flat and angled to each other, that is, in the cross section of the lining 2, the outer surfaces of all the side walls of the blocks 10 in the rings 9 are arranged radially, ensuring the adjoining blocks 10 in each ring 9 other. The adjacent rings 9 in the cross section of the lining 2 are rotated relative to each other by an angle corresponding to preferably half the thickness of the side wall of the block 10, therefore, in each ring 9, the seams between the blocks 10 are blocked by the ends of the blocks 10 of the adjacent ring 9, which strengthens the design of the insert 8. The width of ring 9 is chosen to be larger than the width of a standard end brick for better bonding of rings 9 and rings of lining 2 from hewn end bricks. In the first ring 9 along the material, the outlet openings of all blocks 10 are aligned with the offset with the inlet openings of all blocks 10 of the second ring 9, and so on, forming an extended multi-entry channel in insert 8 containing a series of curved peripheral through channels 11. In each curved channel 11 the inlet along the material 35 hole is aligned with the outlet 35 along the gas outlet, and the outlet 36 along the material outlet is aligned 36 with the gas inlet 36. Projections of the opening 35 and opening 36 of each channel 11 onto the cross section the housing 1 is removed from each other due to the bending of the channel 11, to preserve the heat of radiation from the firing zone 6 in the intermediate zone 7, almost not passing it into the heating zone 5, as well as to swirl the separated gas flows in the channels 11. The possibility of increasing the offset angle volume rings 9 relative to each other to increase the curvature of the channel 11 is limited by reducing the adhesion area of the end walls of the blocks 10 in adjacent rings 9 to each other.

По всей длине каждого канала 11 на двух его боковых стенках расположены напротив друг друга ряд встречных и ряд попутных ступенек 37, высота которых равна величине смещения блоков 10 в соседних кольцах 9, а число ступенек 37 в каждой из двух боковых стенок канала 11 на единицу меньше числа колец 9 во вставке 8. Встречные ступеньки 37 на боковой стенке канала 11 по ходу материала являются попутными ступеньками 37 по ходу газа и наоборот. Наружными поверхностями внутренних стенок всех блоков 10 в кольцах 9 образован центральный цилиндрический канал 12 на всю длину вставки 8. Суммарная площадь поверхностей стенок каналов 11 и поверхности стенки центрального канала 12, участвующих в теплообмене, больше площади внутренней поверхности футеровки 2 в промежуточной зоне 7, поэтому применение вставки 8 способствует увеличению количества тепла, передаваемого от газа к материалу. Последнее по ходу материала кольцо 9 вставки 8 выполнено с упором в первое по ходу материала кольцо футеровки 2 из торцевых кирпичей зоны обжига 6, предотвращая сдвиг вставки 8 по футеровке 2 в направлении уклона корпуса 1. Ширина первого по ходу материала кольцевого подпорного порога 13 перед зоной 7, образованного частью свободной поверхности первого кольца футеровки 2 из стесанных торцевых кирпичей и торцов внешних стенок блоков 10 первого кольца 9 вставки 8, примерно равна 1/3 высоты торцевого кирпича, а ширина второго кольцевого подпорного порога 14 перед зоной 6, образованного частью свободной поверхности первого кольца футеровки 2 из торцевого кирпича зоны обжига 6, примерно в два раза меньше.Along the entire length of each channel 11, on its two side walls, there are a number of oncoming and a number of associated steps 37, the height of which is equal to the displacement of the blocks 10 in adjacent rings 9, and the number of steps 37 in each of the two side walls of the channel 11 is one less the number of rings 9 in box 8. Counter steps 37 on the side wall of the channel 11 along the material are associated steps 37 along the gas and vice versa. The outer cylindrical channel 12 is formed on the outer surfaces of the inner walls of all blocks 10 in the rings 9 for the entire length of the insert 8. The total surface area of the channel walls 11 and the wall surface of the central channel 12 involved in heat transfer is larger than the inner surface of the lining 2 in the intermediate zone 7, therefore the use of insert 8 helps to increase the amount of heat transferred from the gas to the material. The last in the course of the material ring 9 of the insert 8 is made focusing on the first in the course of the material lining ring 2 of the end bricks of the firing zone 6, preventing the insert from moving the insert 8 along the lining 2 in the direction of the housing slope 1. The width of the first annular retaining threshold 13 in the direction of the material in front of the zone 7, formed by a part of the free surface of the first ring of the lining 2 of hewn end bricks and the ends of the outer walls of the blocks 10 of the first ring 9 of the insert 8, is approximately equal to 1/3 of the height of the end brick, and the width of the second annular retaining the horns 14 in front of the zone 6 formed by part of the free surface of the first ring of the lining 2 of the end brick of the firing zone 6, are approximately half as large.

Длина вставки 8 должна быть выбрана из условия эффективности ее работы, причем возможное приближение последнего по ходу материала кольца 9 в сторону горелки 32, с уменьшением длины зоны обжига 6, может вызвать перегрев стенок блоков 10, свободных от материала при вращении корпуса 1 и уменьшить срок их службы, а приближение первого по ходу материала кольца 9 к загрузочной камере 3, с уменьшением длины зоны подогрева 5, удорожая конструкцию, малоэффективно с точки зрения теплообмена.The length of the insert 8 should be selected from the condition of its efficiency, and the possible approximation of the latter along the material of the ring 9 towards the burner 32, with a decrease in the length of the firing zone 6, can cause overheating of the walls of the blocks 10 free of material during rotation of the housing 1 and reduce the time their service, and the approximation of the first along the material of the ring 9 to the loading chamber 3, with a decrease in the length of the heating zone 5, increasing the cost of the design, is ineffective from the point of view of heat transfer.

В начале зоны подогрева 5 по ходу материала расположена приемно-винтовая насадка 19, содержащая ряд коротких параллельных лопастей 20 Г-образного поперечного сечения, основания которых расположены под углом к образующей цилиндрической обечайки 21 и параллельно друг другу. Лопасти 20 прикреплены к обечайке 21, соединенной встык с основной обечайкой 18.At the beginning of the heating zone 5 along the material there is a receiving-screw nozzle 19 containing a series of short parallel blades 20 of a L-shaped cross section, the bases of which are located at an angle to the generatrix of the cylindrical shell 21 and parallel to each other. The blades 20 are attached to the shell 21, which is connected end-to-end with the main shell 18.

Между приемно-винтовой насадкой 19 и вставкой 8 в зоне подогрева 5 расположена основная обечайка 18, в заготовке которой сделан ряд П-образных просечек с перемычками между ними, с последующим выполнением перфорации (отверстий) 17 вплотную к основаниям просечек, отгибом просечек в сторону оси корпуса 1 и придания им профиля S-образного поперечного сечения для получения лопастей 16, размещенных равномерно по поверхности обечайки 18 в шахматном порядке. Основания лопастей 16 в составе лопастной насадки 15 размещены в параллельные ряды по образующей цилиндрической обечайки 18, причем по длине образующей размещено несколько лопастей 16, обоими своими боковыми торцами частично перекрывающих лопасти 16 соседних параллельных рядов лопастей 16. Нецелесообразно выполнение ряда протяженных лопастей 16 на всю длину обечайки 18, а не более коротких лопастей 16, расположенных в шахматном порядке с перемычками в обечайке 18 между лопастями 16, поскольку при этом не обеспечена жесткость лопастной насадки 15. Размер отверстий 17 в лопастях 16 должен исключить зависание в них частиц обрабатываемого материала. Обечайки 18 и 21 расположены поверх колец из клинового ребрового кирпича футеровки 2, примыкая к ней.Between the receiving-screw nozzle 19 and insert 8 in the heating zone 5, there is a main shell 18, in the blank of which a series of U-shaped slots with jumpers between them are made, followed by perforation (holes) 17 close to the bases of the slots, bending the slots in the direction of the axis case 1 and giving them a profile of an S-shaped cross section to obtain blades 16 placed evenly on the surface of the shell 18 in a checkerboard pattern. The base of the blades 16 in the composition of the blade nozzle 15 are placed in parallel rows along the generatrix of the cylindrical shell 18, and several blades 16 are placed along the length of the generatrix, with both of their side ends partially overlapping the blades 16 of the adjacent parallel rows of blades 16. It is impractical to make a series of extended blades 16 for the entire length shell 18, and not shorter blades 16, staggered with jumpers in the shell 18 between the blades 16, since this does not provide rigidity of the blade nozzle 15. The dimensions of openings 17 in the blades 16 must exclude them hang the treated material particles. The shells 18 and 21 are located on top of the rings of wedge rib bricks of the lining 2, adjacent to it.

Газоход 23 рециркулирующего газа, расположенный снаружи корпуса 1, соединен со штуцером 24 в загрузочной камере 3 и со штуцером 25 в разгрузочной камере 4. В газоход 23 по ходу газа вблизи загрузочной камеры 3 врезаны циклон 27 и последовательно к нему дымосос 26, выхлопной патрубок которого направлен в сторону разгрузочной камеры 4. Циклон 27, работающий под разрежением, снабжен затвором 28, например, типа "мигалка", а после него - опускной трубой 29, соединенной с загрузочной трубой 33 в загрузочной камере 3.The recycle gas duct 23 located outside the housing 1 is connected to the nozzle 24 in the loading chamber 3 and to the nozzle 25 in the discharge chamber 4. A cyclone 27 is inserted into the duct 23 along the gas chamber 3 and a smoke exhauster 26 is successively connected to it, the exhaust pipe of which directed towards the discharge chamber 4. The cyclone 27 operating under vacuum is provided with a shutter 28, for example, a flasher type, and after it a lowering pipe 29 connected to the loading pipe 33 in the loading chamber 3.

Места вхождения корпуса 1 в загрузочную камеру 3 и в разгрузочную камеру 4, работающие под небольшим разрежением, перекрыты уплотнениями 34.The entry points of the housing 1 into the loading chamber 3 and into the unloading chamber 4, operating under low vacuum, are blocked by seals 34.

В предлагаемой печи интенсифицирован процесс теплопередачи от газа к обрабатываемому материалу во всех зонах печи, поскольку при сжигании топлива использован рециркулирующий газ взамен вторичного воздуха для увеличения степени черноты газа, вставка выполнена с развитой поверхностью теплообмена и с сужением площади проходного сечения, а лопастная насадка снабжена перфорацией для увеличения эффективной площади поверхности падающих частиц.The proposed furnace intensified the process of heat transfer from gas to the processed material in all zones of the furnace, since the fuel was used to recycle gas instead of secondary air to increase the degree of blackness of the gas, the insert was made with a developed heat exchange surface and narrowed the passage area, and the blade nozzle was equipped with perforation to increase the effective surface area of incident particles.

Печь работает следующим образом.The furnace operates as follows.

Цилиндрический футерованный наклонный корпус 1 печи, опирающийся на опорные станции 30, приводят во вращение вокруг оси с помощью привода 31. В предлагаемой печи с вращающимся барабаном, работающей под небольшим разрежением, осуществляют режим противоточного движения газообразного и твердого теплоносителей, при котором по ходу движения обрабатываемый материал повышает температуру за счет теплообмена с газом, понижающим свою температуру.A cylindrical lined inclined furnace body 1, supported by supporting stations 30, is rotated around the axis by means of a drive 31. In the proposed furnace with a rotating drum operating under low vacuum, a countercurrent movement of gaseous and solid heat carriers is carried out, in which the processed the material raises the temperature due to heat exchange with a gas that lowers its temperature.

В разгрузочной камере 4 с помощью горелки 32, в которую подают топливо и первичный воздух, сжигают топливо с получением высокотемпературного газа-теплоносителя и смешивают его с низкотемпературным рециркулирующим газом, поступающим по газоходу 23 с помощью дымососа 26 из загрузочной камеры 3. Рециркулирующий газ заменяет собой вторичный воздух при сжигании топлива в горелке 32, понижая температуру газового потока на входе в зону обжига 6 до рабочей. Суммарный коэффициент теплоотдачи в зоне обжига 6 от газа к не занятой материалом внутренней поверхности футеровки 2, выполняющей в печи с вращающимся барабаном функцию промежуточного теплоносителя, посредника между газом и материалом, в основном определяется коэффициентом теплоотдачи излучением газа, зависящим от степени его черноты, поэтому применение рециркулирующего газа с низким содержанием кислорода и повышенным содержанием трехатомных газов (СO₂ и Н₂O) повышает степень черноты газа в зоне обжига 6, а следовательно, и коэффициент теплоотдачи излучением в ней. Коэффициент теплоотдачи от части внутренней поверхности футеровки 2, закрытой пересыпающимся слоем материала, высок, и потому не лимитирует теплопередачу в зоне обжига 6.In the unloading chamber 4, with the help of a burner 32, to which fuel and primary air are supplied, fuel is burned to produce a high-temperature coolant gas and mixed with low-temperature recycle gas entering through the gas duct 23 using a smoke exhauster 26 from the loading chamber 3. The recycle gas replaces secondary air when burning fuel in the burner 32, lowering the temperature of the gas stream at the entrance to the firing zone 6 to the working. The total heat transfer coefficient in the firing zone 6 from gas to the inner surface of the lining 2, which is not occupied by material, which acts as an intermediate heat carrier, a mediator between the gas and the material in a rotary drum furnace, is mainly determined by the heat transfer coefficient by gas radiation, depending on its degree of blackness, therefore a recycle gas with a low oxygen content and an increased content of triatomic gases (CO ₂ and H ₂ O) increases the degree of blackness of the gas in the firing zone 6, and therefore the coefficient heat transfer by radiation in it. The heat transfer coefficient from a part of the inner surface of the lining 2, covered by an overflowing layer of material, is high, and therefore does not limit the heat transfer in the firing zone 6.

Следует отметить, что при проведении в печи химических реакций, сопровождающихся выделением трехатомных газов, коэффициент теплоотдачи излучением в зоне обжига 6 дополнительно возрастает.It should be noted that when carrying out chemical reactions in the furnace, accompanied by the release of triatomic gases, the heat transfer coefficient of radiation in the firing zone 6 further increases.

Газ из зоны обжига 6, отдавший значительную часть своего тепла обрабатываемому материалу и понизивший свою температуру, поступает в каналы 11 и 12 вставки 8 и при движении по ним над слоями материала прогревает стенки каналов 11 и 12, продолжая понижать температуру по ходу движения, а нагретые стенки каналов 11 и 12 отдают тепло нагреваемым пересыпающимся слоям материала, движущимся в каналах 11 и 12 навстречу газу. Применение пустотелых блоков 10 во вставке 8 для прямого, а не косвенного обогрева материала, как в известной муфельной печи, позволяет интенсифицировать процесс термообработки материала в промежуточной зоне 7 печи, поскольку вставка 8 обладает развитой поверхностью теплообмена и уменьшенной суммарной площадью проходного сечения в силу исключения из нее площадей торцов блоков 10 в кольце 9 и уменьшения площадей проходных сечений части каналов 11, при работе периодически засыпаемых материалом со стороны зоны подогрева 5. Увеличение рабочей скорости газа в каналах 11 и 12 поддерживает уменьшающийся суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвекцией в промежуточной зоне 7, по сравнению с коэффициентом теплоотдачи излучением в зоне обжига 6, а развитая площадь поверхности теплообмена увеличивает количество тепла, передаваемого материалу.Gas from the firing zone 6, which gave a significant part of its heat to the processed material and lowered its temperature, enters the channels 11 and 12 of the insert 8 and, when moving over them over the material layers, heats the walls of the channels 11 and 12, while continuing to lower the temperature in the direction of travel the walls of the channels 11 and 12 give off heat to the heated overflowing layers of material moving in the channels 11 and 12 towards the gas. The use of hollow blocks 10 in the insert 8 for direct rather than indirect heating of the material, as in the known muffle furnace, allows to intensify the process of heat treatment of the material in the intermediate zone 7 of the furnace, since the insert 8 has a developed heat exchange surface and a reduced total flow area due to exclusion from the area of the ends of the blocks 10 in the ring 9 and the reduction of the areas of the passage sections of the channels 11, when periodically filled with material from the heating zone 5. Increase the working scab gas in the channels 11 and 12 supports a decreasing overall coefficient of heat transfer by radiation and convection in the intermediate zone 7, as compared with the radiation heat transfer coefficient in the burning zone 6 and the developed heat exchange surface area increases the amount of heat transferred to the material.

Канал 11 трапециевидного поперечного сечения при одинаковой площади проходного сечения с каналом круглого сечения и при одинаковом стандартном коэффициенте заполнения материалом сравниваемых каналов имеет занятую материалом площадь поверхности, определяющую количество тепла, переданного от газа к внутренним стенкам канала 11, а от них - к материалу, в среднем на 25% больше за оборот корпуса 1. Во всех каналах 11 со сквозным проходом газа происходят местные завихрения потока по и против часовой стрелки, вследствие наличия на пути газа рядов встречных и попутных ступенек 37, что ведет к дополнительному увеличению коэффициента теплоотдачи конвекцией от газа к внутренним поверхностям каналов 11.The channel 11 of the trapezoidal cross section with the same passage area with a circular channel and at the same standard fill factor of the material of the compared channels has a surface area occupied by the material, which determines the amount of heat transferred from the gas to the inner walls of the channel 11, and from them to the material, in an average of 25% more per revolution of the housing 1. In all channels 11 with a through gas passage, local flow swirls occur clockwise and counterclockwise, due to the presence of rows in the gas path pedestrian and associated steps 37, which leads to an additional increase in the heat transfer coefficient by convection from gas to the inner surfaces of the channels 11.

Кроме того, в промежуточной зоне 7 часть прямого излучения из зоны обжига 6 используют для дополнительного нагрева материала в каналах 11, не пропуская излучение по изогнутым каналам 11 напрямую в зону подогрева 5. Этому же служит и минимизация площади поперечного сечения центрального канала 12 вставки 8.In addition, in the intermediate zone 7, a part of the direct radiation from the firing zone 6 is used for additional heating of the material in the channels 11, not passing the radiation through the curved channels 11 directly into the heating zone 5. This also serves to minimize the cross-sectional area of the central channel 12 of the insert 8.

Газ после выхода из первых по ходу материала входных отверстий 35 сквозных каналов 11, открытых при вращении вставки 8, смешивают с газом, выходящим из центрального канала 12 вставки 8, после чего газовый поток с пониженной температурой поступает в зону подогрева 5, в которой основной теплообмен происходит при обдуве газом падающих с лопастей 16 через отверстия 17 частиц материала. Меньшую часть тепла в зоне подогрева 5 передают от газа к лопастной насадке 15, включая обечайку 18, а от них к пересыпающемуся слою материала в этой зоне. Небольшая закрутка газа, выходящего из каналов 11, несколько интенсифицирует теплопередачу в условиях постоянно уменьшающейся скорости по ходу движения газа. Излучение газа в зоне подогрева 5 на внутреннюю поверхность обечайки 18, лопасти 16 и на падающие частицы материала невелико вследствие низкой температуры газа.The gas after exiting the first inlet material 35 of the through channels 11, open when the insert 8 is rotated, is mixed with the gas leaving the central channel 12 of the insert 8, after which the gas stream with a reduced temperature enters the heating zone 5, in which the main heat transfer occurs when gas is blown falling from the blades 16 through the holes 17 of the particles of material. A smaller part of the heat in the heating zone 5 is transferred from the gas to the blade nozzle 15, including the shell 18, and from them to the overflowing material layer in this zone. A small twist of the gas exiting the channels 11, somewhat intensifies the heat transfer under conditions of a constantly decreasing speed along the gas. The gas radiation in the heating zone 5 on the inner surface of the shell 18, the blade 16 and the incident particles of the material is small due to the low temperature of the gas.

После прохождения зоны подогрева 5 печи низкотемпературный запыленный газ поступает в загрузочную камеру 3, из которой основную часть отходящего газа через штуцер 22 направляют на газоочистку, а меньшую часть запыленного газа через штуцер 24 направляют в газоход 23 рециркулирующего газа, где он поступает в циклон 27 для улавливания пыли, которую после прохождения затвора 28 по опускной трубе 29 направляют в загрузочную трубу 33, где пыль смешивают с исходным мелкозернистым сырьем, после чего обеспыленный рециркулирующий газ с помощью дымососа 26 по газоходу 23 направляют через штуцер 25 в разгрузочную камеру 4. Объемный расход рециркулирующего газа зависит от рабочей температуры газового потока на входе в зону обжига 6 и от температуры отходящего газа, которая должна быть выше температуры точки росы сернистых соединений для исключения их конденсации на рабочих поверхностях оборудования. Применение дымососа 26 для транспортировки рециркулирующего газа вызвано тем, что абсолютное давление газа в разгрузочной камере 4 больше, чем в загрузочной камере 3. Использование затвора 28 между циклоном 27 и его опускной трубой 29 вызвано схожим обстоятельством.After passing through the heating zone 5 of the furnace, the low-temperature dusty gas enters the loading chamber 3, from which the main part of the exhaust gas through the nozzle 22 is directed to the gas purification, and the smaller part of the dusty gas through the nozzle 24 is sent to the recycle gas duct 23, where it enters the cyclone 27 for dust collection, which, after the passage of the shutter 28 through the downpipe 29, is sent to the loading pipe 33, where the dust is mixed with the initial fine-grained raw material, after which the dust-free recycle gas using a smoke exhauster 26 through the duct 23 is directed through the nozzle 25 into the discharge chamber 4. The volumetric flow rate of the recycle gas depends on the working temperature of the gas stream at the inlet to the firing zone 6 and on the temperature of the exhaust gas, which should be higher than the dew point of the sulfur compounds to prevent their condensation on the working surfaces equipment. The use of a smoke exhauster 26 for transporting recirculated gas is caused by the fact that the absolute gas pressure in the discharge chamber 4 is greater than in the loading chamber 3. The use of the shutter 28 between the cyclone 27 and its lowering pipe 29 is caused by a similar circumstance.

Исходное мелкозернистое сырье вместе с уловленной пылью через загрузочную трубу 33 непрерывно подают в начало зоны подогрева 5 печи, в приемно-винтовую насадку 19 с Г-образными лопастями 20 для быстрого отвода материала от образующегося завала.The initial fine-grained raw materials, together with the captured dust, are continuously fed through the loading pipe 33 to the beginning of the heating zone 5 of the furnace, into the receiving-screw nozzle 19 with L-shaped blades 20 for quick removal of material from the resulting blockage.

Далее слой обрабатываемого материала при перемешивании за счет вращения наклонного корпуса 1, в виде сегмента в поперечном сечении, и при нагреве с помощью газа, движущегося противотоком, продвигают по направлению уклона футеровки 2 по зоне подогрева 5 в сторону вставки 8.Next, the layer of the processed material with stirring due to the rotation of the inclined body 1, in the form of a segment in the cross section, and when heated with gas moving in countercurrent, is advanced in the direction of the slope of the lining 2 along the heating zone 5 towards the insert 8.

При вращении лопастной насадки 15 каждая лопасть 16 поочередно зачерпывает порцию из пересыпающегося слоя материала в одном из нижних квадрантов сечения футеровки 2, в зависимости от направления вращения корпуса 1, и поднимает материал вверх, при этом материал, находящийся на поднимающейся лопасти 16, ссыпают через отверстия 17 и через торцы лопастей 16 непрерывно вниз на вышедшие из пересыпающегося слоя материала нижерасположенные поднимающиеся лопасти 16, поддерживая на них исходное количество материала. Количество материала, захватываемого с помощью лопастей 16 S-образного сечения, больше, чем в известной насадке Г-образного сечения. Постоянное ссыпание разрозненных частиц материала с поднимающихся лопастей 16 на слои материала нижерасположенных лопастей 16, совместно с разовым ссыпанием остатка частиц с верхнего положения каждой лопасти 16 через ее край на пересыпающийся слой материала, значительно повышает эффективную площадь поверхности теплообмена между разрозненными падающими частицами и газом. Кроме того, на поднимающихся лопастях 16 происходит постоянная частичная циркуляция материала, сопровождающаяся передачей тепла теплопроводностью, в отличие от работы известной лопастной насадки без перфорации, при которой теплообмен между низкотемпературным газом и малоподвижными плотными слоями материала на лопастях незначителен. Таким образом, в поперечном сечении зоны подогрева 5, кроме циркуляции обрабатываемого материала в пересыпающемся слое, осуществляют его частичную циркуляцию на поднимающихся при вращении корпуса 1 лопастях 16.During the rotation of the blade nozzle 15, each blade 16 sequentially scoops a portion from the overflowing material layer in one of the lower quadrants of the cross section of the lining 2, depending on the direction of rotation of the housing 1, and lifts the material upward, while the material located on the rising blade 16 is poured through the holes 17 and through the ends of the blades 16 continuously down onto the lower-lying rising blades 16 emerging from the overburden of material, maintaining the initial amount of material on them. The amount of material captured using the blades 16 S-shaped section, more than in the known nozzle L-shaped section. The constant pouring of disparate particles of material from the rising blades 16 onto the layers of material of the lower blades 16, together with a single pouring of the remainder of the particles from the upper position of each blade 16 through its edge to the overflowing layer of material, significantly increases the effective heat transfer surface area between the scattered falling particles and gas. In addition, on the rising blades 16 there is a constant partial circulation of the material, accompanied by heat transfer by heat conduction, in contrast to the operation of the known blade nozzle without perforation, in which the heat transfer between the low-temperature gas and sedentary dense layers of material on the blades is negligible. Thus, in the cross section of the heating zone 5, in addition to the circulation of the processed material in the overflowing layer, it is partially circulated on the blades 16 that rise during rotation of the housing 1.

Интенсификацию теплообмена в зоне подогрева 5 с лопастной насадкой 15 осуществляют за счет превышения относительной скорости падающих разрозненных частиц материала, обдуваемых газом, над скоростью газа в зоне подогрева 5, что ведет к увеличению коэффициента теплоотдачи конвекцией, преобладающей в зоне подогрева 5, а увеличение площади поверхности разрозненных частиц материала, падающих с поднимающихся лопастей 16 через отверстия 17, за единицу времени, увеличивает количество тепла, передаваемого материалу.The heat transfer in the heating zone 5 with the blade nozzle 15 is intensified by exceeding the relative velocity of incident disparate particles of material blown by the gas above the gas velocity in the heating zone 5, which leads to an increase in the heat transfer coefficient by convection prevailing in the heating zone 5, and an increase in the surface area disparate particles of material falling from the rising blades 16 through the holes 17, per unit time, increases the amount of heat transferred to the material.

Подпорный порог 13 в конце зоны подогрева 5 по ходу материала, перед вставкой 8, служит для частичного увеличения в зоне подогрева 5 теплосъема, связанного с увеличением коэффициента заполнения материалом зоны подогрева 5, ведущего к увеличению теплообменной поверхности насадки 15 и свободной поверхности футеровки 2, контактирующих с пересыпающимся слоем материала.The retaining threshold 13 at the end of the heating zone 5 along the material, before insert 8, serves to partially increase the heat removal in the heating zone 5, associated with an increase in the fill factor of the heating zone 5, leading to an increase in the heat transfer surface of the nozzle 15 and the free surface of the lining 2 in contact with a pouring layer of material.

Материал, подходящий к торцу вставки 8 со стороны зоны подогрева 5, разделяют на порции и направляют поочередно во входные отверстия 35 по ходу материала части каналов 11, находящихся при вращении корпуса 1 в нижней половине вставки 8, а остаток из верхней части пересыпающегося слоя материала направляют в центральный канал 12. Материал, поступивший в изогнутые каналы 11, поднимают наверх, и при вращении каналов 11 вставки 8 вокруг оси наклонного корпуса 1 в них происходит выравнивание материала пересыпающихся слоев по длине каналов 11 и его продвижение в сторону уклона корпуса 1, при этом материал последовательно и понемногу задерживают на ряде встречных ступенек 37 при их нахождении в горизонтальном положении с одной стороны корпуса 1 и не препятствуют последовательному продвижению материала через ряд попутных ступенек 37 с противоположной стороны корпуса 1. Подпорный порог 14 перед зоной обжига 6 также служит для увеличения теплосъема в каналах 11 вследствие увеличения коэффициентов заполнения их материалом.The material suitable for the end face of the insert 8 from the side of the heating zone 5 is divided into portions and sent alternately to the inlet holes 35 along the material of the part of the channels 11 located during rotation of the housing 1 in the lower half of the insert 8, and the remainder from the upper part of the overflowing material layer is directed into the central channel 12. The material entering the curved channels 11 is lifted upward, and when the channels 11 of the insert 8 are rotated around the axis of the inclined body 1, the material of the overburden layers is aligned along the length of the channels 11 and is advanced towards the slope of the housing 1, while the material is sequentially and little by little delayed on a number of oncoming steps 37 when they are in a horizontal position on one side of the housing 1 and do not impede the sequential movement of material through a series of associated steps 37 on the opposite side of the housing 1. Retaining threshold 14 in front of the firing zone 6 also serves to increase the heat removal in the channels 11 due to an increase in the fill factors of their material.

После прохождения материала по каналам 11 его выгружают из выходных по ходу материала отверстий 36 каналов 11 в зону обжига 6. Материал, поступивший в центральный канал 12, также продвигают в сторону уклона корпуса 1 с последующей выгрузкой его в зону обжига 6. Вставка 8 не мешает перемещению обрабатываемого материала из зоны подогрева 5 в зону обжига 6 по каналам 11 и центральному каналу 12, а также проходу газа по каналам 11 и 12 в противоположном направлении, из зоны 6 в зону 5, кроме части каналов 11, в которых входные по ходу материала отверстия 35 завалены материалом при вращении корпуса 1.After the material passes through the channels 11, it is discharged from the outlets 36 of the channels 11 that exit along the material to the firing zone 6. The material entering the central channel 12 is also advanced towards the slope of the housing 1 with its subsequent unloading into the firing zone 6. The insert 8 does not interfere the movement of the processed material from the heating zone 5 to the calcination zone 6 along the channels 11 and the central channel 12, as well as the gas passage through the channels 11 and 12 in the opposite direction, from zone 6 to zone 5, except for the part of the channels 11, in which holes 35 blockage material during rotation of the housing 1.

Нагретый обрабатываемый материал, выходящий из каналов 11 и центрального канала 12 по ходу материала при вращении корпуса 1, ссыпают в зону обжига 6 и продвигают по ней в сторону разгрузочной камеры 4, при этом материал проходит термическую обработку при высокой температуре, в основном за счет излучения газа. Из конца зоны обжига 6 по ходу материала его ссыпают в разгрузочную камеру 4 печи, а из нее готовый продукт удаляют на охлаждение.Heated processed material leaving the channels 11 and the central channel 12 along the material during rotation of the housing 1 is poured into the firing zone 6 and advanced along it towards the discharge chamber 4, while the material undergoes heat treatment at high temperature, mainly due to radiation gas. From the end of the firing zone 6 along the material it is poured into the discharge chamber 4 of the furnace, and from it the finished product is removed for cooling.

В предлагаемой печи повышен коэффициент теплоотдачи излучением от газа к футеровке в зоне обжига применением рецикла части отходящего газа, увеличена передача тепла конвекцией в сквозных каналах промежуточной зоны за счет увеличения площади поверхности теплообмена, а также передача тепла конвекцией и теплопроводностью в зоне подогрева с помощью перфорированной лопастной насадки S-образного поперечного сечения, что позволяет увеличить производительность печи путем увеличения расхода топлива в горелке без повышения температуры отходящего газа, то есть без уменьшения термического кпд печи, или уменьшить габариты и материалоемкость печи при той же производительности.In the proposed furnace, the heat transfer coefficient is increased by radiation from gas to the lining in the firing zone by using a recycle of a portion of the exhaust gas, the heat transfer by convection in the through channels of the intermediate zone is increased by increasing the heat exchange surface area, as well as the heat transfer by convection and heat conduction in the heating zone using perforated paddle S-shaped cross-section nozzles, which allows to increase the furnace productivity by increasing the fuel consumption in the burner without increasing the waste temperature yaschego gas, i.e., without reducing the thermal efficiency of the furnace, or to reduce the dimensions and material of the furnace at the same performance.

Claims

A rotary drum furnace, comprising an inclined cylindrical body lined internally with wedge end and rib bricks, a heating zone with receiving screw and blade nozzles, a firing zone, an intermediate zone between them with an insert of a series of volume rings adjacent to each other along its length made of a number of hollow blocks of a trapezoidal cross section and forming through it peripheral channels and a central cylindrical channel, a loading chamber with a loading pipe and a fitting outgoing about gas and a discharge chamber with a burner, a recirculation gas duct connecting the loading and unloading chambers outside the casing with a built-in smoke exhauster, support stations, drive and sealing of the casing, while the insert is partially buried in the lining in the intermediate zone of the casing with the formation of retaining thresholds in front of it and after it and is made with the possibility of rotation of adjacent volumetric rings in the direction of rotation of the housing at angles corresponding to half the thickness of the side wall of the hollow block, to give through channels from bending along helical lines, the blade nozzle of the heating zone is made of a cylindrical shell adjacent to the lining with U-shaped notches placed staggered along its surface, of which longitudinally placed S-shaped blades are made, partially overlapping each other, and close to perforation of the blades was carried out in the blades, and a cyclone with a shutter was installed in the recirculation gas duct in front of the exhaust fan, whose lower pipe is connected to the loading pipe.