Запечной теплообменник вращающейся печи

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности портландцемента, извести. Технический результат - увеличение долговечности конвейерной колосниковой решетки, повышение качества готового продукта, увеличение производительности агрегата. Запечной теплообменник содержит герметичный корпус с размещенной в нем колосниковой решеткой, состоящей из набора бесконечных цепей, каждая из которых натянута на две звездочки, находящиеся в противоположных концах цепи и неподвижно закрепленные на ведомом и ведущем валах. Валы установлены на опорах вне корпуса. Колосники колосниковой решетки через оси шарнирно закреплены на цепях. Рабочая и холостая ветви колосниковой решетки поддерживаются дополнительными звездочками, жестко насаженными на валы, опоры которых расположены за пределами корпуса. За холодным концом теплообменника находится загрузочный бункер с заслонкой. Надрешеточное пространство разделено рядом поперечных перегородок, сверху примыкающих к перекрытию корпуса, а в нижней части образующих зазоры над колосниковой решеткой. В зазорах установлены поворотные шиберы с исполнительными механизмами. Камеры надрешеточного пространства, образованные поперечными перегородками, соединены между собой газоходами и с газоходом, соединяющим подрешеточное пространство с электрофильтром. Все газоходы снабжены шиберами с исполнительными механизмами. В каждой камере установлено по одной термопаре, а также в подрешеточном пространстве и газоходе, ведущем к электрофильтру. В последней по ходу движения отходящих газов камере смонтирована электродная решетка под напряжением. 1 ил.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности портландцемента, извести, магнезита и других материалов, для обжига которых применяются вращающиеся печи с запечными теплообменниками типа конвейерный кальцинатор (Леполь).

Известны запечные теплообменники вращающихся печей для термической обработки сырья, в которых теплообмен осуществляется между горячими газами, поступающими из вращающейся печи и слоем гранулированного или кускового материала, расположенного на конвейерной колосниковой решетке, путем однократного, двукратного или трехкратного прососа отходящих газов, через слой материала (1).

Недостатком известной конструкции является неравномерное распределение потоков отходящих газов из вращающейся печи. Это приводит к нагреву деталей и узлов конвейерной колосниковой решетки выше допустимых температур и преждевременному выходу их из строя.

Известная конструкция запечного теплообменника (Леполь) (2) (прототип) для термической обработки гранулированного или кускового материала, выбранного в качестве прототипа, содержит бесконечную колосниковую решетку, состоящую из набора бесконечных цепей, каждая из которых натянута на две звездочки, находящиеся в противоположных концах цепи и неподвижно закрепленные на ведомом и ведущим валах, движущуюся в неподвижном металлическом корпусе, футерованным огнеупором. Корпус разделен на две камеры (камеру сушки и камеру частичной декарбонизации), где установлены термопары. Конвейерная колосниковая решетка транспортирует во вращающуюся печь гранулированное или кусковое сырье. Высота слоя гранулированного материала регулируется заслонкой, расположенной в основании загрузочного бункера. Через слой материала и колосниковую решетку сверху вниз просасываются отходящие газы, поступающие из печи. Отходящие газы из вращающейся печи попадают в первую верхнюю камеру по ходу движения газов и просасываются через слой гранулированного материала в первую нижнюю камеру. Затем из первой нижней камеры с помощью дымососа через систему циклонов поступают во вторую верхнюю камеру и также просасываются через слой гранулированного материала во вторую нижнюю камеру. Далее при помощи дымососа, находящегося за электрофильтром, отходящие газы поступают из подрешеточного пространства по газоходу на очистку в электрофильтр.

Недостаток известной конструкции следующий. При быстром нагреве свежеприготовленные гранулы с влажностью 12-14% разрушаются вследствие бурного испарения воды. Образованная при этом мелочь забивает поры между гранулами и сильно увеличивает гидравлическое сопротивление слоя материала на конвейерной колосниковой решетке. В местах с менее плотной упаковкой гранул и особенно у бортовых уплотнений конвейерной колосниковой решетки происходит активный просос, где, как известно, скорость потока газа на 30-70% выше скорости в центральной зоне слоя.

Таким образом, в местах с более плотной укладкой материала самоочищение пространств между гранулами от пылевидной фракции не происходит из-за низкой скорости потока. Интенсивность прососа газов в этих местах резко снижается, теплообмен ухудшается, качество термической обработки материала снижается и производительность агрегата падает. В местах с менее плотной укладкой гранул и в бортовых уплотнениях конвейерной колосниковой решетки происходит самоочищение пространств между гранулами от пылевидной фракции, вызванной повышенными скоростями газового потока. В этих местах осуществляется интенсивный просос газов, что приводит к нагреву деталей конвейерной колосниковой решетки выше допустимых температур и преждевременному выходу их из строя.

Изобретение направлено на увеличение долговечности деталей и узлов конвейерной колосниковой решетки и производительности запечного теплообменника, повышение качества термообработки материала за счет улучшения теплообмена между газом и гранулированным материалом и равномерного распределения потока газа по всей просасываемой площади, улучшение работы электрофильтра путем поддержания температуры газов, поступающих на очистку выше "точки росы".

Это достигается тем, что в запечном теплообменнике вращающейся печи, содержащем стационарно установленный герметичный корпус с размещенной в нем колосниковой решеткой, состоящей из набора бесконечных цепей, каждая из которых натянута на две звездочки, находящиеся в противоположных концах цепи и неподвижно закрепленные на ведомом и ведущем валах, установленных на опорах вне корпуса, а также колосники, через оси шарнирно закрепленные на цепях, при этом рабочая и холостая ветви колосниковой решетки поддерживаются дополнительными звездочками, жестко насаженными на валы, опоры которых расположены за пределами корпуса, загрузочный бункер с заслонкой, находящийся за холодным концом теплообменника, а также термопары, причем подрешеточное пространство соединено газоходом с электрофильтром, согласно предлагаемому решению, в надрешеточном пространстве установлен ряд поперечных перегородок, сверху примыкающих к перекрытию корпуса, а в нижней части образующих зазоры над колосниковой решеткой, в которых установлены поворотные шиберы с исполнительными механизмами, при этом камеры надрешеточного пространства, образованные перегородками и шиберами, через перекрытие корпуса соединены между собой газоходами, сообщенными с газоходом, ведущим к электрофильтру, причем все газоходы также снабжены шиберами с исполнительными механизмами, а термопары установлены по одной в каждой камере, подрешеточном пространстве и газоходе, ведущем к электрофильтру, при этом в последней по ходу движения отходящих газов камере смонтирована электродная решетка под напряжением.

На чертеже изображен общий вид запечного теплообменника вращающейся печи.

Запечной теплообменник состоит из корпуса 1 теплообменника, слоя гранулированного материала 2, конвейерной колосниковой решетки 3, состоящей из набора бесконечных цепей, каждая из которых натянута на две звездочки, находящиеся в противоположных концах цепи и неподвижно закрепленные на ведомом и ведущем валах 4 и 5, установленных на опорах, расположенных вне корпуса, колосников, шарнирно насаженных на оси, а оси закреплены на цепях известным образом (не показаны), верхних и нижних опорных валов 6 и 7, поддерживающих колосниковую решетку 3, установленных также вне корпуса, загрузочного бункера 8, примыкающего к холодному концу. В надрешеточном пространстве конвейерной колосниковой решетки 3 установлен ряд перегородок 9, 10, 11, выполненных из огнеупорного материала, например кирпича, своей верхней частью примыкающих к перекрытию корпуса 2 и делящих надрешеточное пространство на камеры A, B, C, D, где камера A первая по ходу движения газов, а камера D последняя. Указанные перегородки образуют зазор между слоем материала на решетке и основанием перегородок. В этих зазорах установлены поворотные шиберы 12, 13, 14, позволяющие регулировать величину расстояния между слоем материала на решетке и основаниями перегородок от max до min. Перегородки и поворотные шиберы являются устройствами для создания гидравлических сопротивлений потоку газов, поступающих из вращающейся печи 1, с целью равномерного распределения газа при прососе через слой обрабатываемого материала, расположенного на колосниковой решетке. Камеры надрешеточного пространства, образованные перегородками A, B, C, D и шиберами 12,13,14, соединены между собой газоходами 15, 16, 17, 18, в которых установлены поворотные шиберы 20, 21, 22, 23 с газоходом 19, идущим из подрешеточного пространства к электрофильтру (не показан). В газоходе 19 установлен также поворотный шибер 24. Управления положения шиберов 12, 13, 14, 20, 21, 22, 23, 24 осуществляется соответственно исполнительными механизмами ИМ12, ИМ13, ИМ14, ИМ20, ИМ21, ИМ22, ИМ23, ИМ24 в зависимости от заданных температур потока газов, замеряемых термопарами 25, 26, 27, 28, 29, расположенными в камерах B, C, D, в газоходе 19 и в подрешеточном пространстве. Исполнительные механизмы приводятся в движение, например, шаговыми электродвигателями (не показаны). Управление положениями поворотных шиберов, обеспечивающих заданную температуру потоков газов, предусматривается автоматическое с помощью блока автоматического управления 30, но в случае выхода из строя исполнительных механизмов предусмотрено ручное управление. Все исполнительные механизмы закреплены на корпусе 1 и газоходах рядом с соответствующими шиберами. В последней камере колосниковой решетки по ходу движения горячих газов над поверхностью слоя материала на изоляторах установлена электродная решетка 31. Между электродной решеткой и материалом подводится напряжение 20-70 кВ, причем на электродную решетку подается знак "минус", а на корпус знак "плюс". Источником постоянного напряжения 20-70 кВ является существующее электрооборудование электрофильтра. Таким образом, осуществляется интенсификация процесса сушки материала с использованием эффекта наложения электрического поля. Высоту слоя гранулированного материала регулируют заслонкой 32. Запечной теплообменник горячим концом примыкает к вращающейся печи 33.

Конвейерная колосниковая решетка работает следующим образом. При движении колосниковой решетки 3 материал из бункера 8, распределяясь равномерным слоем определенной высоты с помощью регулировочной заслонки 32, расположенной в основании бункера, по поверхности колосниковой решетки 3, транспортируется во вращающуюся печь 33. Горячие газы, поступающие из вращающейся печи 33 в требуемом количестве и направлении, путем регулирования шиберами просасываются через слой материала в каждой из камер, образованных межкамерными перегородками.

Изменяя величину открытия шиберов 12, 13, 14, 20, 21, 22, 23, 24, обеспечивают требуемую схему распределения горячих газов, поступающих из вращающейся печи в полном соответствии с требованиями технологического процесса термической обработки материала, расположенного на конвейерной колосниковой решетке, исключая нагрев деталей решетки выше допустимых температур.

Постепенно уменьшая степень открытия шиберов 12, 13, 14, по ходу движения газов, можно плавно понижать температуру газов в камерах от температуры 1000-1100^oC в камере A до температуры 300-250^oC в камере D. В камере D над слоем материала установлена электродная решетка под постоянным напряжением 20-70 кВ. Электродную решетку устанавливают в камере D, т.к. там происходит процесс сушки материала. Под действием электрического поля в гранулированном материале происходит электроосмотическое явление, это значит, что влага под действием электрического поля по капиллярам быстро перемещается от центра к периферии гранулы, что обеспечивает "мягкую" сушку материала, исключая при этом разрушение гранулированного сырья.

Снижение разряжения в камерах A, B, C, D ниже допустимых значений свидетельствует об увеличении гидравлического сопротивления слоя материала в камерах, вызванного заполнением пространств между гранулами пылевидной фракцией при прососе газов через слой материала. Температуру и разряжение в камерах фиксируют термопарами 25, 26, 27, 28 и 29 в газоходе 19. Необходимо периодически в камерах производить изменение направления прососа газов (реверс) путем открытия и закрытия соответствующих шиберов. При открытых шиберах 12, 13, 23 и закрытых шиберах 14, 24, 20, 21, 22 производится изменение направления потока газа в камере D и гидравлическое сопротивление слоя материала уменьшается.

При открытых шиберах 12, 14, 22, 23 и закрытых шиберах 13, 20, 21, 24 производится изменение направления потока газов в камерах D и C одновременно, и гидравлическое сопротивление слоя материала в этих отсеках уменьшается.

При открытых шиберах 13, 14, 21, 22, 23 и закрытых шиберах 24, 20, 12 производится изменение направления потока газов в камерах B, D и C одновременно, и гидравлическое сопротивление в этих местах также уменьшается.

Изменение направления прососа газов через слой материала на конвейерной колосниковой решетке производится кратковременно, пока величина разряжения не будет приведена в соответствие с нормами.

Открытием или закрытием шибера 20 поддерживается оптимальная температура газа в электрофильтре, превышая температуру "точки росы" на 15-20^oC для обеспечения эффективной очистки отходящих газов и увеличения долговечности электродов электрофильтра.

Конструктивное изменение запечного теплообменника позволило повысить надежность агрегата. Улучшение схемы прососа и распределения отходящих газов с наложением на обрабатываемый материал воздействий энергетических полей обеспечивает увеличение долговечности деталей и узлов конвейерной колосниковой решетки в 1,5-2 раза, увеличение производительности запечного теплообменника на 10-12%, снижение удельного расхода тепловой энергии на 12-15%, повышение качества термообработки материала за счет улучшения теплообмена между газом и гранулированным материалом и равномерного распределения потока газа по всей просасываемой площади, а также улучшение работы электрофильтра путем поддержания температуры газов, поступающих на очистку выше "точки росы".

Источники информации 1. Ходоров Е. И. Печи цементной промышленности, М., Стройиздат, 1968, стр. 44.

2. То же, стр. 41.

Формула изобретения

Запечной теплообменник вращающейся печи, содержащий стационарно установленный герметичный корпус с размещенными в нем колосниковой решеткой, состоящей из набора бесконечных цепей, каждая из которых натянута на две звездочки, находящиеся в противоположных концах цепи и неподвижно закрепленные на ведомом и ведущем валах, установленных на опорах вне корпуса, а также колосники, через оси шарнирно закрепленные на цепях, при этом рабочая и холостая ветви колосниковой решетки поддерживаются дополнительными звездочками, жестко насаженными на валы, опоры которых расположены за пределами корпуса, загрузочным бункером с заслонкой, находящимся за холодным концом теплообменника, а также термопарами, причем подрешеточное пространство соединено газоходом с электрофильтром, отличающийся тем, что в надрешеточном пространстве установлен ряд поперечных перегородок, сверху примыкающих к перекрытию корпуса, а в нижней части образующих зазоры над колосниковой решеткой, в которых установлены поворотные шиберы с исполнительными механизмами, при этом камеры надрешеточного пространства, образованные перегородками и шиберами через перекрытие корпуса, соединены между собой газоходами, сообщенными с газоходом, ведущим к электрофильтру, причем все газоходы также снабжены шиберами с исполнительными механизмами, а термопары установлены по одной в каждой камере, подрешеточном пространстве и газоходе, ведущем к электрофильтру, при этом в последней по ходу движения отходящих газов камере смонтирована электродная решетка под напряжением.

РИСУНКИ

Рисунок 1