RU2775517C1

RU2775517C1 - System of hermetic supply of raw material to the pyrolysis zone

Info

Publication number: RU2775517C1
Application number: RU2021133296A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Григорьевич Аверичев
Original assignee: Эдуард Григорьевич Аверичев
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-07-04

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of energy and can be used in equipment for continuous pyrolysis of small-sized organic materials, namely in high temperature zones. The system for hermetic supply of raw materials to the pyrolysis zone contains an upper and lower helical spiral conveyors connected by a vertical shaft, a unit for controlling the density of the transported raw materials and an analysis unit that determines the operating mode of the helical spiral conveyors as a function of material density in the interface area of the upper spiral conveyor and the shaft.

EFFECT: invention makes it possible to ensure the constancy of the process in the high-temperature pyrolysis zone, eliminates the occurrence of an emergency in the formation of blockages of the material, allows to control and manage the process of supplying raw materials without stopping the equipment and reducing labor productivity.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в оборудовании непрерывного пиролиза мелкокусковых органических материалов, а именно в зонах высоких температур.The invention relates to mechanical engineering and can be used in equipment for continuous pyrolysis of small-sized organic materials, namely in high temperature zones.

Известно транспортное устройство со шнековым транспортером, вращающимся вокруг своей продольной оси и расположенным в корпусе, содержащем загрузочное и разгрузочное устройства [Пат. № 2117617. Российская Федерация. Транспортное устройство / Хартмут Херм и др.; патентообладатель: Сименс АГ. - Опубл. 20.08.1998. - Режим доступа: http://wwwl.fips.ru]. Особенностью его является уплотнение материала в процессе движения и образование газоплотного затвора, препятствующего попаданию кислорода воздуха в реакционное пространство и попаданию образующихся в реакционном пространстве газов против направления транспортирования в окружающую среду.Known transport device with a screw conveyor rotating around its longitudinal axis and located in a housing containing loading and unloading devices [US Pat. No. 2117617. Russian Federation. Transport device / Hartmut Herm et al.; patentee: Siemens AG. - Published. 08/20/1998. - Access mode: http://wwwl.fips.ru]. Its peculiarity is the compaction of the material in the process of movement and the formation of a gas-tight seal that prevents the ingress of oxygen from the air into the reaction space and the ingress of gases formed in the reaction space against the direction of transportation into the environment.

Известно устройство для сжигания гранулированного топлива, в котором приводной шнековый питатель состоит из верхнего и нижнего приводных шнековых питателей, последовательно соединенных между собой шахтой через отсекатель, выполненный в виде полого цилиндра, ось которого перпендикулярна оси шахты, и в котором размещен приводной многолопастный ротор [Патент № 98536. Полезная модель. Российская Федерация. Устройство для сжигания гранулированного топлива / Трегубов Д.А., Магзумов P.P.; патентообладатель: ООО «Кировский завод электромагнитов «ДимАл». - Опубл. 20.10.2010. - Режим доступа: http://wwwl.fips.ru]. Недостатком системы подачи топлива в зону сжигания, реализованной в этом устройстве, является отсутствие системы контроля его подачи (в многолопастном роторе возможно образование забивок сырья), сложность реализации системы в высокотемпературной печи. Указанная система по своей сути наиболее близка к заявленной, поэтому принята в качестве прототипа.A device for burning granulated fuel is known, in which the drive screw feeder consists of upper and lower drive screw feeders, connected in series by a shaft through a cutter made in the form of a hollow cylinder, the axis of which is perpendicular to the shaft axis, and in which a drive multi-blade rotor is placed [Patent No. 98536. Utility model. Russian Federation. Device for burning granulated fuel / Tregubov D.A., Magzumov P.P.; Patent holder: LLC "Kirov plant of electromagnets "DimAl". - Published. 10/20/2010. - Access mode: http://wwwl.fips.ru]. The disadvantage of the system for supplying fuel to the combustion zone, implemented in this device, is the lack of a control system for its supply (in a multi-bladed rotor, blockages of raw materials are possible), the complexity of implementing the system in a high-temperature furnace. This system is inherently closest to the claimed, therefore, adopted as a prototype.

Технической задачей заявленного изобретения является разработка системы герметичной подачи сырья в зону пиролиза, обеспечивающей контролируемую его подачу, формирование газоплотного затвора из него и бесперебойную работу в области высоких температур.The technical objective of the claimed invention is the development of a system for the hermetic supply of raw materials to the pyrolysis zone, which ensures its controlled supply, the formation of a gas-tight seal from it and uninterrupted operation at high temperatures.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет использования рациональной конструкции узла контроля плотности транспортируемого сырья и возможности регулирования режима работы транспортирующего механизма.The technical result of the claimed invention is achieved through the use of a rational design of the unit for controlling the density of the transported raw materials and the ability to control the mode of operation of the transporting mechanism.

Суть заявленного изобретения поясняется фиг. 1, 2.The essence of the claimed invention is illustrated in Fig. 12.

На фиг. 1 приведен общий вид узла контроля плотности, где 1 - диск подвижный, 2 - корпус узла, 3 - крышка, 4 - фланец, 5 - ось диска подвижного с подшипниковыми узлами.In FIG. 1 shows a general view of the density control unit, where 1 is a movable disc, 2 is the assembly body, 3 is a cover, 4 is a flange, 5 is the axis of the movable disc with bearing assemblies.

На фиг. 2 представлена схема системы герметичной подачи сырья в зону пиролиза, где 6 - корпус верхнего транспортера, 7 - верхний винтовой спиральный транспортер с жесткой спиралью, 8 - узел контроля плотности транспортируемого материала, 9 - блок анализа, 10 - шахта, 11 - нижний винтовой спиральный транспортер с жесткой спиралью, 12 - корпус нижнего транспортера.In FIG. 2 shows a diagram of a system for hermetic supply of raw materials to the pyrolysis zone, where 6 is the body of the upper conveyor, 7 is the upper screw spiral conveyor with a rigid spiral, 8 is the unit for controlling the density of the transported material, 9 is the analysis unit, 10 is the shaft, 11 is the lower screw spiral conveyor with a rigid spiral, 12 - the body of the lower conveyor.

Корпус узла контроля плотности выполнен в виде полого цилиндра, в стенках которого размещается ось диска подвижного с подшипниковыми узлами. Диск на оси закреплен жестко, асимметрично с возможностью вращательного движения против часовой стрелки относительно оси. На свободном конце оси расположен элемент электрической цепи, который замыкает цепь в случае поднятия диска на максимально возможную высоту, ограниченную крышкой. Диск изменяет свое исходное положение (горизонтальное) только в случае заполнения сырьем всего внутреннего объема корпуса и не реагирует на случайные воздействия. В случае достижения величиной плотности критического значения диск подвижный отклоняется от горизонтального положения вверх, ось диска совершает вращательное движение, электрическая цепь замыкается, сигнал об этом поступает в блок анализа (БА), где производится необходимая фильтрация шума показаний и формируется решение об управляющем воздействии. Величина критического значения плотности и масса диска подвижного пропорциональны производительности и размерам установки, фракционному составу транспортируемого материала и др.The housing of the density control unit is made in the form of a hollow cylinder, in the walls of which the axis of the movable disk with bearing units is located. The disk on the axle is fixed rigidly, asymmetrically with the possibility of rotational movement counterclockwise relative to the axle. At the free end of the axle there is an element of the electric circuit, which closes the circuit if the disk is raised to the maximum possible height, limited by the cover. The disk changes its initial position (horizontal) only if the entire internal volume of the housing is filled with raw materials and does not respond to random influences. If the density value reaches a critical value, the movable disk deviates from the horizontal position upwards, the disk axis rotates, the electrical circuit closes, a signal about this goes to the analysis unit (BA), where the necessary noise filtering of the readings is performed and a decision on the control action is formed. The value of the critical density value and the mass of the moving disk are proportional to the productivity and dimensions of the installation, the fractional composition of the transported material, etc.

Система работает следующим образом. Материал из загрузочного бункера (на фиг. 2 не показан) попадает внутрь корпуса верхнего транспортера, уплотняется и продвигается вперед за счет вращения спирали транспортера. Транспортер выполнен винтовым спиральным с жесткой спиралью. При этом пара последних витков спирального винтового транспортера направлена противоположно основным виткам, линия соединения противоположных витков совпадает с вертикальной осью шахты. Происходит заполнение шахты сырьем при неподвижном нижнем винтовом спиральном транспортере, назначение которого обрушивание сырья в нижней части шахты, постоянное перемешивание его и постепенная подача в зону реакции (высокотемпературного пиролиза). При попадании материала в зону противоположно направленных витков винтового спирального транспортера непрерывно образуется зона повышенной плотности - саморазрушающаяся пробка (газоплотный затвор), которая исключает попадание воздуха внутрь шахты и неконтролируемый выброс реакционных газов из нее. При прохождении через шахту, выполненную в виде диффузора, пробка разрушается за счет движения нижнего транспортера. Плотность материала и свойства саморазрушающейся пробки зависят от исходной влажности материала и его крупности. В случае образования саморазрушающейся пробки, заполнения всего внутреннего объема шахты и существенного уплотнения материала над пробкой материал, подаваемый верхним транспортером к началу шахты, за счет вращения витков спирали поднимается вверх. После заполнения всего внутреннего объема корпуса давление материала на нижнюю поверхность диска подвижного увеличивается, происходит его приподнимание (вращательное движение против часовой стрелки). Когда плотность сырья достигает критического значения, движение диска подвижного ограничивается крышкой, его ось поворачивается на максимально допустимый угол против часовой стрелки, при этом элемент на конце оси замыкает электрическую цепь и сигнал поступает в БА. В блоке анализа формируются управляющие воздействия, изменяющее характер движения транспортеров: вращение верхнего винтового транспортера должно быть изменено на пульсирующее движение, нижний винтовой транспортер начинает вращательно-пульсирующее движение (чередование непродолжительных вращений с прямолинейным реверсивным). За счет чего происходит разрушение саморазрушающейся пробки, активное ворошение материала и поступление его в зону высокотемпературного пиролиза. В это время плотность материала в верхнем транспортере в начале шахты существенно уменьшается. При уменьшении давления сырья на нижнюю поверхность диска подвижного он начинает движение в противоположном направлении, за счет действия силы тяжести возвращается в исходное положение. Вместе с диском в противоположном направлении движется ось, электрическая цепь размыкается, передача сигнала в БА прекращается и формируются управляющие воздействия на изменение характера движения транспортеров: верхний транспортер вращается, а нижний транспортер останавливается. Изменение характера движения транспортеров может осуществляться с помощью автоматических или механических систем, вручную.The system works as follows. The material from the hopper (not shown in Fig. 2) enters the body of the upper conveyor, is compacted and moves forward due to the rotation of the conveyor spiral. The conveyor is made of screw spiral with a rigid spiral. In this case, the pair of the last turns of the spiral screw conveyor is directed opposite to the main turns, the connection line of the opposite turns coincides with the vertical axis of the shaft. The shaft is filled with raw materials with a fixed lower screw spiral conveyor, the purpose of which is the collapse of raw materials in the lower part of the shaft, its constant mixing and gradual supply to the reaction zone (high-temperature pyrolysis). When material enters the zone of oppositely directed turns of the screw spiral conveyor, a zone of increased density is continuously formed - a self-destructing plug (gas-tight seal), which prevents air from entering the shaft and uncontrolled release of reaction gases from it. When passing through a shaft made in the form of a diffuser, the plug is destroyed due to the movement of the lower conveyor. The density of the material and the properties of a self-destructing cork depend on the initial moisture content of the material and its fineness. In the case of the formation of a self-destructive plug, the filling of the entire internal volume of the shaft and a significant compaction of the material above the plug, the material supplied by the upper conveyor to the beginning of the shaft rises up due to the rotation of the spiral turns. After filling the entire internal volume of the housing, the pressure of the material on the lower surface of the movable disk increases, and it rises (rotation movement counterclockwise). When the density of the raw material reaches a critical value, the movement of the movable disk is limited by the cover, its axis rotates to the maximum allowable angle counterclockwise, while the element at the end of the axis closes the electrical circuit and the signal enters the BA. In the analysis block, control actions are formed that change the nature of the movement of the conveyors: the rotation of the upper screw conveyor must be changed to a pulsating movement, the lower screw conveyor begins a rotational-pulsating movement (alternating short rotations with rectilinear reverse). Due to this, the self-destructive cork is destroyed, the material is actively turned and enters the high-temperature pyrolysis zone. At this time, the density of the material in the upper conveyor at the beginning of the shaft is significantly reduced. With a decrease in the pressure of the raw material on the lower surface of the movable disk, it begins to move in the opposite direction, due to the action of gravity returns to its original position. Together with the disk, the axis moves in the opposite direction, the electrical circuit opens, the signal transmission to the BA stops, and control actions are formed to change the nature of the movement of the conveyors: the upper conveyor rotates, and the lower conveyor stops. Changing the nature of the movement of conveyors can be carried out using automatic or mechanical systems, manually.

Это позволяет обеспечить постоянство протекания процесса в зоне высокотемпературного пиролиза, исключает возникновение аварийной ситуации при образовании забивок материала, позволяет контролировать и управлять процессом подачи сырья без останова оборудования и снижения производительности труда.This makes it possible to ensure the constancy of the process in the high-temperature pyrolysis zone, eliminates the occurrence of an emergency in the formation of blockages of the material, allows you to control and manage the process of supplying raw materials without stopping the equipment and reducing labor productivity.

Следует отметить, что применяемые в настоящее время системы контроля и регулирования подачи материалов в зоны высоких температур отличаются высокой стоимостью, ограниченным сроком службы. Заявленное техническое решение отличается простотой конструкции, отсутствием дорогостоящих элементов в термозащищенном исполнении, что обеспечивает ее низкую в сравнении с аналогами стоимость и большой ресурс наработки до отказа.It should be noted that the currently used systems for monitoring and regulating the supply of materials to high temperature zones are characterized by high cost and a limited service life. The claimed technical solution is distinguished by its simple design, the absence of expensive elements in a thermally protected design, which ensures its low cost in comparison with analogues and a long time to failure.

Claims

A system for hermetic supply of raw materials to the pyrolysis zone, containing an upper and lower helical spiral conveyors connected by a vertical shaft, characterized in that it additionally contains a unit for controlling the density of the transported raw materials and an analysis unit that determines the operating mode of the helical spiral conveyors as a function of the density of the material in the interface area of the upper spiral conveyor and mine.