Результат интеллектуальной деятельности: Установка для охлаждения кокса

Изобретение относится к цементной, коксохимической, металлургической отраслям промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например клинкера, кокса, при производстве цемента, цинка, свинца, олова и переработки руд.

Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (А.с. СССР, №1765154, кл. C10B 39/00, F27В 7/38), включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана с карманами охлаждения, выполненный из секций, каждая из которых смонтирована из шести пластин, выполненных в виде равнобочных трапеций, средства для загрузки и выгрузки. Каждая из трапеций соединяется боковой стороной попеременно с последующей трапецией по ее плоскости и проходит через вершину у верхнего основания и боковой стороны, образуя внутреннюю полость секции в виде правильного октаэдра. Секции соединены между собой в барабан нижними основаниями. Нижние основания трапеций больше боковой стороны на величину верхнего основания. Карманы охлаждения образованы соединением последовательно по периметру секции под внутренним тупым углом друг к другу попеременно к торцам секции верхним и нижним основаниями с односторонним напуском в сторону, противоположную внутреннему тупому углу. Односторонний напуск по наружному углу между двумя пластинами направлен в сторону вращения барабана.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является охладитель клинкера (патент РФ №2459169, кл. F27В 7/38, опубл. 20.08.2012, бюл. №23), включающий водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан по периметру выполнен из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых по винтовой линии на конической оправке в поперечном направлении трех и более полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине с увеличением их по длине барабана от загрузки к выгрузке, при этом по всей длине барабана смонтирована коническая пружина, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера или кокса и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера или кокса внутри барабана, сложность сборки конструкции.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения, расширение технологических возможностей, упрощение сборки конструкции.

Технический результат достигается тем, что в установке для охлаждения кокса, включающей водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки кокса, барабан выполнен в виде установленного наклонно под углом α относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками эллиптической формы, причем торцевая стенка у загрузочного приспособления выполнена плоской и смонтирована под углом ψ к оси вращения барабана, а торцевая стенка у разгрузочного приспособления размещена под углом β к оси вращения барабана и выполнена конической формы, причем угол β не равен углу Ψ, при этом по всей длине барабана смонтирована цилиндрическая пружина волнообразной формы с круглым сечением витков и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения барабана, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции установки для охлаждения кокса.

Новизна изобретения заключается в том, что барабан изготовлен из цилиндра, установленного наклонно относительно горизонтальной оси вращения, что упрощает изготовление и в результате создаются колебания частиц кокса за счет дисбаланса потоков частиц раскаленного кокса - масс загрузки и масс самого наклонного цилиндра, имеющего ось вращения, которая не совпадает с осью цилиндра, что не только упрощает изготовление, но и обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается в том, что в результате выполнения барабана в виде установленного наклонно под углом α относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками эллиптической формы, причем торцевая стенка у загрузочного приспособления выполнена плоской и смонтирована под углом ψ к оси вращения барабана, а торцевая стенка у разгрузочного приспособления размещена под углом β к оси вращения барабана и выполнена конической формы, частицы сыпучих материалов совершают внутри барабана сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как поверхность барабана выполнена в виде наклонного цилиндра, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное, что повышает эффективность теплопередачи и охлаждения горячих сыпучих материалов, расширяет технологические возможности.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вращающегося барабана и выполнение его в виде установленного наклонно под углом α относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками эллиптической формы, причем торцевая стенка у загрузочного приспособления выполнена плоской и смонтирована под углом ψ к оси вращения барабана, а торцевая стенка у разгрузочного приспособления размещена под углом β к оси вращения барабана и выполнена конической формы, нарушает стационарность движения охлаждающей воды, создает дополнительные турбулентные ее потоки, в результате повышается эффективность охлаждения горячего кокса водой, расширяются технологические возможности.

Новизна предложения заключается также в том, что по всей длине барабана смонтирована цилиндрическая пружина волнообразной формы с круглым сечением витков, и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения барабана, которая обеспечивает не только перемещение горячих частиц кокса в радиальном направлении, но и способствует интенсификации процесса теплопередачи за счет того, что частицы горящего кокса совершают циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных его оси симметрии, встречаясь с витками круглой формы, пружины изменяют траекторию своего движения и перемещаются к периферии поверхности барабана, увеличивают интенсивность их взаимодействия друг с другом и со стенками поверхности барабана, расширяют технологические возможности, повышают эффективность охлаждения кокса.

Новизна заключается также в том, что смонтированная по всей длине барабана пружина волнообразной формы с прямоугольным сечением витков снабжена устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, что позволяет влиять на характер движения кокса и изменять скорости перемещения от загрузки к выгрузке, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что направление витков цилиндрической пружины с круглым сечением витков совпадает с направлением вращения барабана, что обеспечивает транспортировку частиц кокса от загрузки к выгрузке, расширяет технологические возможности.

Новизна заключается в том, что центры симметрии внутренней поверхности барабана в каждом его элементе поперечного сечения по его длине смещены относительно оси вращения барабана, что нарушает стационарность движения частиц кокса, повышает эффективность теплопередачи и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что, так как положение поперечного сечения барабана вместе с движущимися внутри барабана частицами кокса меняется относительно друг друга и меняется расстояние движущихся частиц кокса (масс загрузки) относительно оси вращения барабана, то имеет место повышение эффективности процессов теплопередачи между частицами кокса между собой и со стенками барабана, охлаждаемыми водой.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что расширяются технологические возможности за счет придания частицам кокса сложного пространственного движения и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях, возбуждаемых за счет геометрии барабана при асимметричном движении масс загрузки в результате нарушения стационарности движения их потоков геометрической формой барабана, их взаимным расположением относительно друг друга и к оси вращения и, таким образом, нарушает стационарность движения частиц кокса и воды охлаждения.

Новизна обусловлена тем, что, так как форма и размеры проходного сечения барабана по его длине меняется от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс их констатирований, увеличивается не только активность взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, но и изменяется частота их взаимодействия и амплитуда движения друг с другом, в результате увеличиваются технологические возможности, повышается эффективность охлаждения кокса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена установка для охлаждения кокса, общий вид; на фиг. 2 изображен барабан с загрузочной и разгрузочной втулками, общий вид; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - барабан, пространственное изображение; на фиг. 5 - торцевая стенка барабана конической формы.

Установка для охлаждения кокса (фиг. 1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабан 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6. Для обеспечения дополнительного продольного перемещения частиц кокса и изменения направления движения, скорости перемещений раскаленных частиц кокса в барабане, а также частоты взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, увеличения интенсивности теплообмена, по всей длине барабана смонтирована пружина 7 волнообразной формы с круглым сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, Устройство для изменения шага витков пружины и привод барабана на чертежах не показаны. Барабан 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 4) снабжен втулками 8 и 9 и выполнен в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками 11 и 12 эллиптической формы, при этом большие оси эллипсов AB и CD торцевых стенок 11 и 12 повернуты относительно друг друга на угол ϕ (фиг. 3). При этом угол ϕ может быть равен в пределах от 0-45°.

Барабан 2 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) выполнен в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками эллиптической формы, причем торцевая стенка 11 у загрузочной втулки 8 выполнена плоской и смонтирована под углом ψ к оси вращения барабана, а торцевая стенка 12 у разгрузочной втулки 9 размещена под углом β к оси вращения барабана и выполнена конической формы, при этом угол β не равен углу ψ. Причем углы ϕ и ψ могут изменяться в пределах от 15-40°.

Установка для охлаждения кокса работает следующим образом.

Раскаленный кокс поступает во вращающийся барабан 2 с помощью загрузочного приспособления 3. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 частицы раскаленного кокса совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине барабана 2 в каждом поперечном сечении, при этом центры симметрии внутренней поверхности барабана 2 в каждом его элементе поперечного сечения по его длине смещены относительно оси вращения барабана 2, что нарушает не только стационарность движения частиц кокса внутри барабана 2, но и воды охлаждения снаружи барабана 2. Поэтому частицы кокса совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости - по эллиптическим траекториям, так как барабан 2 выполнен в виде наклонного цилиндра, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное с наложением на эти движения колебаний, возбуждаемых асиммтричным положением барабана (наклонно относительно горизонтальной оси вращения). В результате, поток движущихся частиц кокса не стационарен, а размеры и расположение активного смешивания частиц кокса заметно меняются за время одного оборота барабана 2. Поэтому в результате нарушения упорядоченности процесса движения частиц кокса, движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает энергоемкость и частота соударений частиц кокса между собой и со стенками барабана 2, а также с торцевыми стенками 11 и 12, что обеспечивает нарушение не только стационарности движения частиц кокса внутри барабана 2, но и воды охлаждения снаружи барабана 2, повышает эффективность охлаждения кокса.

Процесс не стационарности движения частиц кокса усугубляется расположением торцевых стенок 11 и 12, большие оси эллипсов AB и CD которых повернуты относительно друг друга на угол ϕ, что существенно меняет направление движения частиц кокса вдоль оси вращения барабана 2 и создает зоны различного давления торцевых стенок 1 и 12 на эти частицы кокса. Поэтому, частицы кокса имеют возможность под воздействием геометрического уклона барабана 2 и разности давления торцевых стенок эллиптической формы 11 и 12 друг к другу, не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении от загрузки к выгрузке. Усложнению траекторий перемещений частиц кокса и их движению от загрузки к выгрузке способствую и витки пружины 7 волнообразной формы.

Предлагаемая конструкция установки для охлаждения кокса позволяет упростить изготовление, повысить эффективность охлаждения кокса, расширить технологические возможности.

Технико-экономические преимущества возникают за счет конструктивных особенностей барабана, в том числе за счет того, что большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ и придания частицам кокса сложного пространственного движения с поджатием масс частиц кокса, что повышает производительность, эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.

Технико-экономические преимущества возникают также за счет расширения технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения коксом и охлаждаемой водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификации движения частиц кокса внутри барабана, упрощения сборки барабана, за счет монтажа внутри барабана пружины волнообразной формы с круглым сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц раскаленного кокса внутри барабана, увеличивает частоту их взаимодействия не только друг с другом, но и со стенками барабана, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.