Аппарат дисковый для термической обработки сыпучих материалов

Изобретение относится к аппаратам для нагревания, сушки и охлаждения сыпучих материалов и может найти применение в химической промышленности, черной и цветной металлургии и других отраслях промышленности. Аппарат дисковый для термической обработки сыпучих материалов, содержащий корпус с горизонтально расположенными и соосно установленными теплообменными дисками, в которых предусмотрены выгрузочные отверстия для обрабатываемого материала и центральные отверстия для вала, при этом между дисками выполнены междисковые камеры, в которых размещены закрепленные на валу скребковые лопасти, а выгрузочные отверстия смещены на смежных дисках относительно друг друга в сторону, противоположную движению материала, снабжен, по крайней мере, одним коллектором отвода паров, соединенным посредством штуцеров с междисковыми камерами, расположенными преимущественно в зоне интенсивного нагрева обрабатываемого материала, при этом указанные штуцеры установлены в междисковых камерах преимущественно со стороны, противоположной выгрузочным отверстиям теплообменных дисков. Технический результат заключается в возможности комплексной термической обработки сыпучих материалов без ограничений по начальной влажности, снижении энергозатрат на проведение процесса термической обработки и уменьшении капитальных вложений. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к аппаратам для термической обработки сыпучих материалов, и может найти применение в черной и цветной металлургии, а также в химической и других отраслях промышленности.

Известен полочный аппарат (печь) для нагрева и сушки сыпучих материалов дымовыми газами (см. М.Ш.Исламов. Печи химической промышленности. Л., «Химия», 1969, с.40-43).

Аппарат представляет собой стальной корпус с подами, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Через центр аппарата проходит вал, на котором над каждым подом укреплены скребки.

Исходный материал поступает на периферию первого пода аппарата и скребками передвигается от периферии к центру, затем по специальным отверстиям поступает на следующий под и так далее до последнего пода, с которого выгружается в обработанном состоянии. Сушильный агент (горячие дымовые газы) поступает противотоком с нижнего пода на верхний и выводится из аппарата.

Преимуществом данного аппарата по сравнению, например, с барабанными сушилками является возможность организации оптимальных условий обработки материала на каждом поде.

К недостаткам данного устройства следует отнести:

- высокие энергозатраты из-за применения в качестве теплового агента продуктов сгорания природного газа;

- сложную систему очистки и утилизации отходящих газов из-за большого пылеуноса и относительно высокой их температуры;

- необходимость охлаждения обрабатываемого продукта, имеющего высокую температуру на выходе (свыше 100 °С).

Наиболее близким к заявляемому изобретению устройством (прототипом) является дисковый нагреватель порошков, содержащий вертикальный пакет горизонтальных неподвижных соосно установленных теплообменных дисков. На рабочей и обратной поверхности каждого диска выполнены пазы для установки глухих дистанционных обечаек. Внутри каждого диска имеются каналы для теплоносителя. При этом на диске имеются выгрузочные отверстия, выполненные по форме сектора, и центральное отверстие, через которое пропущен вертикальный вал, связанный с системой привода. В междисковом пространстве на рабочей поверхности диска размещены скребковые лопасти, закрепленные на валу (см. авт. свид. СССР №500449, МКИ² F27B 1/22, F27B 9/16, 1976 г., бюл. №3).

Сыпучий материал поступает через загрузочный люк на верхний диск. Скребковые лопасти, приводимые в движение валом, перемещают материал по нагретой поверхности диска к выгрузочному отверстию, ссыпая его на нижеустановленный диск и так далее до выгрузки материала из аппарата. За время движения материала по поверхности диска происходит его нагрев по всему объему.

Преимущества прототипа перед аналогом:

- возможность проведения процесса обработки материала в мягких режимах за счет регулирования тепловой нагрузки на каждом диске;

- возможность применения различных теплоносителей (пара, промежуточного органического теплоносителя, охлаждающей воды и т. п.).

К недостаткам рассмотренного устройства относятся:

- невозможность обработки материалов с большой влажностью, поскольку выделяющиеся пары влаги устремляются противотоком через отверстия диска и уносят с собой большое количество пылевых фракций. Кроме того, на верхних дисках при встрече с холодным потоком материала пары начинают конденсироваться, нарушая режим обработки материала.

- значительное возрастание габаритных размеров и энергозатрат при увеличении отверстий в дисках с целью уменьшения скорости паров при их контакте с материалом.

Решаемая изобретением задача заключается в возможности комплексной термической обработки сыпучих материалов без ограничений по начальной влажности, исключении противотока выделяющихся паров с поступающим материалом, а также снижении при этом энергетических затрат на проведение процесса и уменьшении капитальных вложений.

Задача решается благодаря тому, что аппарат дисковый для термической обработки сыпучих материалов, содержащий корпус с горизонтально расположенными и соосно установленными теплообменными дисками, в которых предусмотрены выгрузочные отверстия для обрабатываемого материала и центральные отверстия для вала, при этом между дисками выполнены междисковые камеры, в которых размещены закрепленные на валу скребковые лопасти, а выгрузочные отверстия смещены на смежных дисках относительно друг друга в сторону, противоположную движению материала, согласно изобретению снабжен, по крайней мере, одним коллектором отвода паров, соединенным посредством штуцеров с междисковыми камерами, расположенными преимущественно в зоне интенсивного нагрева обрабатываемого материала, при этом указанные штуцеры установлены в междисковых камерах преимущественно со стороны, противоположной выгрузочным отверстиям теплообменных дисков.

В предпочтительном варианте реализации изобретения в междисковых камерах над скребковыми лопастями установлена, по крайней мере, одна направляющая для паров, выполненная, например, в виде желоба, соединенного со штуцером коллектора отвода паров.

В другом варианте реализации изобретения аппарат снабжен контуром охлаждения теплообменных дисков, размещенных в его нижней части.

Еще в одном варианте реализации изобретения аппарат снабжен контуром нагрева теплообменных дисков, размещенных в его верхней части, при этом вход указанного контура соединен по теплоносителю с выходом контура охлаждения теплообменных дисков, размещенных в нижней части аппарата.

В следующем варианте реализации изобретения аппарат снабжен снаружи теплоизолирующей оболочкой, при этом коллекторы отвода паров установлены между корпусом аппарата и указанной теплоизолирующей оболочкой.

Кроме того, в обогреваемых теплообменных дисках установлены спирали электронагрева, соединенные с клеммными коробками системы электропитания, которая снабжена устройством отключения подачи напряжения при превышении заданной температуры поверхности диска.

Клеммные коробки системы электропитания дисков размещены в теплоизолирующей оболочке, при этом в нижней части указанной оболочки выполнен штуцер подачи воздуха для обдува клемм электронагрева, а в ее верхней части - штуцер отвода воздуха.

Снабжение аппарата дискового коллектором отвода паров, соединенным посредством штуцеров с междисковыми камерами, обеспечивает отвод паров, образовавшихся непосредственно над дисками, сбор их в коллекторы и вывод из аппарата. При этом установка штуцеров со стороны, противоположной выгрузочным отверстиям теплообменных дисков, позволяет обеспечить минимальный унос пыли с парами.

Установка в междисковых камерах над скребковыми лопастями направляющих для паров, выполненных в виде желобов, обеспечивает равномерные по диску скорости движения паров и дополнительно уменьшает унос пыли с парами.

Снабжение теплообменных дисков, размещенных в нижней части аппарата дискового, контуром охлаждения позволяет снизить температуру обрабатываемого продукта на выходе до требуемой.

Снабжение теплообменных дисков, размещенных в верхней части аппарата дискового, контуром нагрева, вход которого соединен по теплоносителю с выходом контура охлаждения теплообменных дисков, размещенных в нижней части аппарата, обеспечивает рациональное использование тепла и уменьшает энергозатраты на процесс обработки материала.

Установка теплоизолирующей оболочки снаружи корпуса аппарата дискового и коллекторов отвода паров между корпусом и теплоизолирующей оболочкой позволяет уменьшить потери тепла в окружающую среду, исключив частичную конденсацию паров в коллекторах и забивку их влажной пылью.

Размещение в обогреваемых теплообменных дисках спиралей электронагрева, соединенных с клеммными коробками системы электропитания, которая снабжена устройством отключения подачи напряжения при превышении заданной температуры поверхности диска, обеспечивает более высокую температуру поверхности диска, регулирование ее в заданных пределах и надежную работу аппарата.

Установка клеммных коробок системы электропитания дисков в теплоизолирующей оболочке, в которой предусмотрены штуцер подачи воздуха для обдува клемм электронагрева в нижней части оболочки и штуцер отвода воздуха в верхней ее части, предотвращает оседание пыли на клеммах и обеспечивает продолжительную эксплуатацию аппарата в безаварийных режимах.

Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения обеспечивает необходимое качество термической обработки сыпучих материалов без ограничения по влажности исходного продукта. Также заметно снижаются энергозатраты и металлоемкость оборудования, поскольку процесс нагрева материала и отвода малозагрязненных паров осуществляется непрерывно на каждом диске, а потери тепла в окружающую среду сведены до минимума. Кроме того, имеется возможность охлаждения обезвоженного продукта до необходимой температуры, а нагретый при этом теплоноситель использовать для нагрева поступающего материала в верхней части аппарата.

Изобретение иллюстрируется прилагаемыми чертежами, на которых изображены:

Фиг.1 - общий вид аппарата в разрезе по теплоизолирующей оболочке.

Фиг.2 - местный разрез по теплообменным дискам, нагреваемым жидким теплоносителем и при помощи электронагрева.

Фиг.3 - горизонтальное сечение аппарата по междисковой камере над направляющей для отвода паров (желобом).

Аппарат дисковый (фиг.1) содержит вертикальный корпус в виде пакета неподвижных, горизонтально и соосно установленных теплообменных дисков 1, 2, 3 и междисковых камер 4 со штуцерами отвода паров 5, соединенных с коллекторами 6. При этом диск 1 выполнен для подачи через коллектор 7 горячего теплоносителя или пара с выводом теплоносителя или конденсата по коллектору 8. Диски 2 выполнены со спиральными электронагревателями 9 (фиг.2). Снаружи в корпусах дисков установлены датчики контроля температуры. Выводы спиралей соединены тоководами 10 с клеммными коробками 11 системы электропитания (фиг.3). Диски 3 выполнены для подачи через коллектор 12 хладагента (воды) и отвода его через коллектор 13.

Корпус установлен на основании рамы 14 с приводом, на котором закреплены вертикальные стяжки 15, скрепляющие диски по высоте. Привод состоит из мотор-редуктора 16 и конического редуктора 17, соединенных между собой муфтой 18.

В каждом диске имеется центральное отверстие, через которое проходит вал 19, и выгрузочное отверстие 20. Диски установлены так, что выгрузочное отверстие 20 каждого последующего диска смещено относительно предыдущего в сторону, противоположную вращению вала 19.

В междисковом пространстве на валу с помощью шпонок 21 надеты скребковые лопасти 22, перемещающие материал по поверхности диска. Скребковые лопасти 22 выполнены в виде радиальных пластин и связаны по окружностям двумя замкнутыми кольцами, образуя секторы-ячейки, принудительно перемещающие материал к выгрузочному отверстию диска. В междисковых камерах 4 над скребковыми лопастями 22 установлены направляющие для отвода паров (желоба) 23, соединенные со штуцером 5 коллекторов отвода паров 6. Вал 19 соединен с выходным валом конического редуктора 17 муфтой 24.

Верхняя междисковая камера корпуса закрыта крышкой 25, в которой на подшипнике 26 закреплен вал 19. В крышке 25 выполнен также штуцер 27 для загрузки обрабатываемого материала. В основании рамы 14 выполнен штуцер 28 выгрузки обработанного материала с термометром 29 контроля температуры.

Для регулирования подачи обрабатываемого материала и исключения подсоса паров над штуцером 27 загрузки и после штуцера 28 выгрузки установлены шлюзовые питатели 30 (затворы).

Корпус по наружной поверхности, включая коллекторы 6, 7, 8, 12 и 13, закрыт теплоизолирующей оболочкой, состоящей из установленных между основанием рамы 14 и крышкой 25 подвижных (открывающихся) 31 и неподвижных 32 щитов. При этом в неподвижных щитах 32 установлены клеммные коробки 11, штуцер 33 подвода воздуха для обдува клемм и штуцер 34 для отвода воздуха.

Аппарат работает следующим образом.

При подаче электропитания на диски с электронагревом последние разогреваются до заданной температуры. Одновременно с этим включается привод аппарата и питатели 30. Обрабатываемый влажный материал через штуцер 27 поступает на первые диски 1, которые в первоначальный момент разогреваются паром или имеющимися на производстве вторичными источниками тепла (горячей водой, конденсатом и т.п.).

Продвигаясь с помощью скребковых лопастей и пересыпаясь с диска на диск, материал нагревается до температуры испарения. Далее он поступает на диски 2 с электронагревом, на поверхности которых поддерживается заданная температура. При продвижении по поверхности с помощью скребков 22 с заданной скоростью (частота вращения вала регулируется с помощью тиристорного преобразователя частоты) материал перемешивается, из него интенсивно испаряются пары, собираются в направляющих для отвода паров (желобах) 23, поступают через штуцер 5 в коллекторы 6 и отсасываются на конденсацию и очистку. Проходя диски 2 с электронагревом, материал высушивается до заданной конечной влажности и поступает на диски 3 с подачей хладагента (воды). На этих дисках материал охлаждается до заданной температуры и через штуцер 28 с помощью питателя (затвора) 30 выгружается из аппарата и поступает на последующую обработку.

После появления первой порции материала на выгрузке нагретую воду после дисков 3 можно переключить на подачу в диски 1 для разогрева исходного материала.

Следует отметить, что применение заявленного аппарата не ограничивается приведенным в описании примером его конструктивного оформления. В зависимости от требований технологического процесса в нем могут быть предусмотрены конструктивные элементы для использования других сочетаний теплоносителей, изменяться компоновка теплообменных дисков, а также по-другому выполняться элементы системы отвода паров испаряющейся жидкости.

Конструкция заявленного аппарата создана для обработки коксовой мелочи производительностью 1200 кг/ч при начальной влажности 24% и конечной влажности 0,35% и температуре на выходе 90°С. Однако она может быть с таким же успехом использована для термической обработки любых других сыпучих материалов, из которых требуется удалить избыточную влагу и при необходимости охладить на выходе из аппарата до заданной температуры.

1. Аппарат дисковый для термической обработки сыпучих материалов, содержащий корпус с горизонтально расположенными и соосно установленными теплообменными дисками, в которых предусмотрены выгрузочные отверстия для обрабатываемого материала и центральные отверстия для вала, при этом между дисками выполнены междисковые камеры, в которых размещены закрепленные на валу скребковые лопасти, а выгрузочные отверстия смещены на смежных дисках относительно друг друга в сторону, противоположную движению материала, отличающийся тем, что он снабжен, по крайней мере, одним коллектором отвода паров, соединенным посредством штуцеров с междисковыми камерами, расположенными преимущественно в зоне интенсивного нагрева обрабатываемого материала, при этом указанные штуцеры установлены в междисковых камерах преимущественно со стороны, противоположной выгрузочным отверстиям теплообменных дисков.

2. Аппарат дисковый по п.1, отличающийся тем, что в междисковых камерах над скребковыми лопастями установлена, по крайней мере, одна направляющая для паров, выполненная, например, в виде желоба, соединенного со штуцером коллектора отвода паров.

3. Аппарат дисковый по п.1, отличающийся тем, что он снабжен контуром охлаждения теплообменных дисков, размещенных в его нижней части.

4. Аппарат дисковый по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он снабжен контуром нагрева теплообменных дисков, размещенных в его верхней части, при этом вход указанного контура соединен по теплоносителю с выходом контура охлаждения теплообменных дисков, размещенных в нижней части аппарата.

5. Аппарат дисковый по п.1, отличающийся тем, что он снабжен снаружи теплоизолирующей оболочкой, при этом коллекторы отвода паров установлены между корпусом аппарата и указанной теплоизолирующей оболочкой.

6. Аппарат дисковый по п.1, отличающийся тем, что в обогреваемых теплообменных дисках установлены спирали электронагрева, соединенные с клеммными коробками системы электропитания, которая снабжена устройством отключения подачи напряжения при превышении заданной температуры поверхности диска.

7. Аппарат дисковый по п.6, отличающийся тем, что клеммные коробки системы электропитания дисков размещены в теплоизолирующей оболочке, при этом в нижней части указанной оболочки выполнен штуцер подачи воздуха для обдува клемм электронагрева, а в ее верхней части - штуцер отвода воздуха.