Результат интеллектуальной деятельности: ПЕЧЬ ВРАЩАЮЩАЯСЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Изобретение относится к технике обжига цементного клинкера и может быть использовано в цементной промышленности.

Известна вращающаяся печь для обжига сыпучего материала (а.с. №1322051, кл. 27 В 7/16, 07.01.86), содержащая теплообменные устройства и винтовую вставку, размещенные в рабочем пространстве печи и снабженные винтообразным кольцом и кронштейнами, плоскость которых направлена вдоль образующей печи, причем с одной стороны кронштейна закреплена винтовая вставка, а с другой - винтообразное кольцо, при этом винтообразное кольцо закреплено под углом к радиальному направлению печи и винтовая вставка закреплена перед теплообменными устройствами, считая по ходу движения газов.

Недостатком известного устройства является недостаточная интенсивность теплообмена и ограниченные технологические возможности.

Известна вращающаяся печь для приготовления цементного клинкера (Комар А.Г. / Строительные материалы и изделия // А.Г. Комар / учебник. Высшая школа, 1988, с.147-148), содержащая цилиндрический корпус, опирающийся через бандажи на опорные ролики, двойной привод, состоящий из двух электродвигателей и двух редукторов, двух подвенцовых шестерен, одного венцового колеса, питательную трубу для подачи шлама для обжига цементного клинкера, головки, через которую подаются в печь топливо и воздух, цепной фильтр-подогреватель, теплообменники, колосниково-переталкивающий холодильник. Корпус имеет уклон 3.5-4% и снабжен установкой для водяного охлаждения и центральной системой смазки.

Недостатком известной вращающейся печи для обжига цементного клинкера является необходимость создания уклона для транспортировки шлама для обжига цементного клинкера от загрузки к выгрузке, в связи с этим сложность ее эксплуатации, недостаточная интенсивность теплообмена и ограниченные технологические возможности.

Техническим решением задачи является расширение технологических возможностей, упрощение эксплуатации в связи с отсутствием уклона и интенсификация теплообмена.

Техническое решение достигается тем, что в печи вращающейся для приготовления цементного клинкера, содержащей корпус, опирающийся через бандажи на опорные ролики, двойной привод, состоящий из двух электродвигателей и двух редукторов, двух подвенцовых шестерен, одного венцового колеса, питательную трубу для подачи шлама для обжига цементного клинкера, головку для подачи в печь топлива и воздуха, цепной фильтр-подогреватель, теплообменники, колосниково-переталкивающий холодильник и снабженной установкой для водяного охлаждения и центральной системой смазки, корпус смонтирован горизонтально, изготовлен из направляющих элементов в виде трех прямоугольных полос, скрученных в продольном направлении относительно собственной оси симметрии, затем изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении и согнутых под углом попеременно в противоположные стороны по надрезам, выполненным под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены под углом одна с другой по продольным кромкам под углом с образованием по внутреннему периметру трех ломаных винтовых поверхностей и трех ломаных винтовых канавок основного направления для перемещения шлама для обжига цементного клинкера от загрузки к выгрузке и двух ломаных винтовых поверхностей и двух винтовых канавок противоположного направления для перемещения шлама для обжига цементного клинкера в обратном направлении от выгрузки к загрузке, при этом по наружному диаметру корпуса образуются три ломаные винтовые линии основного направления с шагом S и две ломаные винтовые линии противоположного направления с шагом 0,25S, в точках излома которых расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено технического решения, аналогичного заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции печи вращающейся для приготовления цементного клинкера.

Новизна заключается в том, что такое конструктивное оформление корпуса позволяет обеспечить осевое перемещение частиц шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении оси вращения корпуса, что упрощает эксплуатацию печи вращающейся в связи с отсутствием уклона корпуса.

Новизна обусловлена тем, что корпус выполнен многозаходным, с тремя ломаными винтовыми канавками по внутреннему периметру корпуса, что обеспечивает транспортировку шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении печи вращающейся для приготовления цементного клинкера.

Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление корпуса по периметру позволяет не только обеспечить продольное перемещение шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении корпуса, но и повышение интенсивности смешивания шлама для приготовления цементного клинкера, а также способствует интенсификации теплообмена.

Новизна обусловлена также тем, что форма поперечного сечения корпуса - неправильный четырехугольник, который по длине корпуса меняет не только свою форму и размеры сторон, но и их расположение относительно оси вращения корпуса, что нарушает стационарность движения шлама для приготовления цементного клинкера и способствует интенсификации их смешивания, при этом векторы скорости движения частиц цементного клинкера при транспортировке их от загрузки к выгрузке изменяются, что способствует интенсификации теплообмена и расширяет технологические возможности.

Новизна обусловлена также тем, что площадь поперечного сечения корпуса в виде неправильного четырехугольника меняется по длине корпуса, что обеспечивает сжатие и разжижение потоков частиц шлама для приготовления цементного клинкера при его движении от загрузки к выгрузке, что обеспечивает, в свою очередь, интенсификацию процессов смешивания и интенсификацию теплообменных процессов.

Новизна предложения заключается также в том, что внутри корпуса образованы три ломаные винтовые поверхности основного направления и две ломаные винтовые поверхности противоположного направления, что интенсифицирует процессы смешивания частиц шлама для приготовления цементного клинкера, интенсифицирует теплообменные процессы и расширяет технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что винтовые поверхности и винтовые канавки завихряют газовый тепловой поток, что интенсифицирует теплообмен.

Новизна предложения заключается также в том, что направленные навстречу друг другу ломаные винтовые канавки основного направления и направленные им навстречу две винтовые канавки противоположного направления обеспечивают внутри печи создание встречных потоков движения и смешивания частиц шлама для приготовления цементного клинкера, завихряют тепловые потоки, а также интенсифицируют теплообменные процессы.

Новизна заключается также в том, что ломаные винтовые канавки по внутреннему периметру корпуса основного и обратного направления, различные по размерам, усугубляют нарушение стационарности потоков движения шлама для приготовления цементного клинкера и расширяют технологические возможности.

Новизна заключается также в том, что при одних и тех же диаметрах корпуса в предлагаемой конструкции корпуса вращающейся печи три винтовые поверхности и винтовые канавки основного направления направляют потоки шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке, а две винтовые поверхности и две ломаные винтовые канавки противоположного направления направляют эти потоки навстречу друг другу, обеспечивая при этом не только их интенсивное смешивание, но и преимущественное движение частиц шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке, так как винтовых поверхностей основного направления и ломаных винтовых канавок больше (три), чем винтовых поверхностей и ломаных винтовых канавок противоположного направления (два), поэтому длина пути прохождения частиц шлама для приготовления цементного клинкера по сравнению с известными конструкциями корпуса вращающейся печи значительно больше, что представляет возможность сократить габариты корпуса печи вращающейся как по длине, так и по диаметру, а также способствует интенсификации теплообменных процессов в печи вращающейся для приготовления цементного клинкера и расширяет технологические возможности.

На фиг.1 изображен общий вид печи вращающейся для приготовления цементного клинкера; на фиг.2 - часть корпуса печи вращающейся для приготовления цементного клинкера из направляющих элементов в виде трех полос, общий вид; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 - сечение С-С на фиг.2; на фиг.5 - часть одной из трех полос с разметкой прямых линий сгиба; на фиг.6 - сечение Т-Т фиг.2; на фиг.7 - часть одной из трех полос после скручивания в продольном направлении относительно собственной продольной оси; на фиг.8 - вид части одной из трех полос после изгиба на оправке, изогнутой по винтовой линии в поперечном направлении и согнутой по надрезам со скошенными стенками; на фиг.9 - сечение Ф-Ф на фиг.8; на фиг.10 - выносной элемент 1 на фиг.2; на фиг.11 - сечение Е-Е на фиг.2; на фиг.12 - сечение Ж-Ж на фиг.2; на фиг.13 - сечение З-З на фиг.2; на фиг.14 - сечение К-К на фиг.2.

Печь вращающаяся для приготовления сыпучего материала (фиг.1) состоит из корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на опорные ролики 3. Корпус 1 смонтирован горизонтально и вращается, обеспечивая процесс движения в нем частиц шлама для приготовления цементного клинкера. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4, двух редукторов 5, одного венцового колеса 6 и двух подвенцовых шестерен 7. Печь вращающаяся снабжена с одной стороны питательной трубой 8 для подачи шлама для обжига цементного клинкера в корпус 1, а с противоположной стороны - головкой 9 для подачи топлива и воздуха. Со стороны головки 9 в печь подаются топливо и воздух: в результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи к холодному навстречу движущимся частицам шлама для обжига цементного клинкера. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи в холодном ее конце размещается цепной фильтр-подогреватель 10, создана цепная завеса 11 и установлены теплооменники 12. Пыль, уловленная в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного загружателя 13 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. Для охлаждения частиц готового цементного клинкера печь снабжена колосниково-переталкивающим холодильником 14. Корпус 1 оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной системой смазки 16.

Корпус 1 (фиг.8-9) изготовлен из трех прямоугольных полос 32, 33, 34 с образованием по наружному периметру корпуса 1 (фиг.8) трех винтовых линий 35-36-37-38-39-40; 41-41-43-44-45; 46-47-48-49-50 и по внутреннему периметру корпуса 1 (фиг.17-20) трех ломаных винтовых канавок К₁ - (35-36-37-38-40); К₂ - (41-41-43-44-45); К₃ - (46-47-48-49-50) с внутренним углом 70° (фиг.10). На всех полосах 32, 33, 34 (фиг.11) под углом 60° к продольным кромкам 51 и 52 выполнены попеременно с противоположных сторон надрезы 53 и 54 со скошенными стенками (фиг.12), расположенными попарно под углом один к другому посредством фрезерования, обработкой давлением и т.п. с образованием равносторонних треугольников 55.

Геометрия и величины углов λ, φ, ώ, ψ, α, β скосов надрезов 53 и 54 (фиг.12) и их взаимное расположение определяют углы наклона равносторонних треугольников 55 друг к другу по периметру корпуса 1. Полосы 32, 33, 34 свернуты в вертикальной плоскости (фиг.13) в продольном направлении относительно собственной оси симметрии полосы, а затем изогнуты по винтовым линиям в поперечном направлении (фиг.14) и согнуты по надрезам 53 и 54 со скошенными стенками в поперечно-продольном направлении, расположенными попарно под углом один к другому с обеих сторон полос, как, например, полоса 32 на фиг.11-14. На фиг.13 показана одна из полос, например 32, скрученная в вертикальной плоскости вдоль своей продольной оси с боковыми кромками 51 и 52. Предварительно скрученную в вертикальной плоскости относительно продольной оси полосу, например 32, помещают на оправку 56 (фиг.14-15) и изгибают так, чтобы кромки 51 и 52 разместились по винтовым линиям и в поперечном направлении. После изгиба в поперечном направлении каждая из полос 32, 33, 34 повернута относительно продольной оси корпуса 1 так, что их кромки образуют и в поперечном направлении полос винтовые линии с одинаковым шагом для всех полос. После этого полосу 32 снимают с оправки 56 либо фиксируют на оправке 56. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, например 33 и 34. После сгиба полос, например полосы 32 (фиг.11-14), надрезы 35-41, 41-36, 36-42, 42-37, 37-43, 43-38, 38-44, 44-39, 39-45, 45-40 сваривают и в результате образуются ребра жесткости. После сгиба полосы 32, 33, 34 соединяют одна с другой по продольным кромкам 51 и 52 под углом j (фиг.10). Такое соединение трех полос 32, 33, 34 становится возможным, так как после сгиба полос 32, 33, 34 по прямым линиям сгиба 53 и 54 (фиг.13-14) под углом µ попеременно друг к другу в противоположные стороны (фиг.8) на полосе образуются грани в виде равносторонних треугольников 55 (фиг.11), расположенных на полосе попеременно в противоположные стороны с образованием по продольным кромкам полос 32, 33, 34, точнее по наружному периметру корпуса 1 трех ломаных винтовых линий основного направления 35-36-37-38-39-40; 41-41-43-44-45; 46-47-48-49-50 с шагом S, одна из которых показана на фиг.8 утолщенной линией 35-36-37-38-39-40 и двух ломаных винтовых линий противоположного направления 45-49-38-43-47-36-41 и 50-39-44-48-37-42-46, одна из которых на фиг.8 показана утолщенной линией 45-49-38-43-47-36-41 с шагом 0,25 S. На фиг.8 показана утолщенной линией 35-36-37-38-39-40 одна из трех ломаных винтовых линий основного направления с шагом S, в каждой из точек излома которой в вершинах ломаных винтовых линий основного направления (фиг.8 и 16) расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т_5, Т₆. Например, в точке 38 (фиг.16) сходятся стороны 57, 58, 59, 60, 61, 62 шести равносторонних треугольников Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₅, Т₆. Соединение полос 32, 33, 34 может быть осуществлено известными методами, например, сваркой.

В такой конструкции по длине корпуса 1 каждое поперечное сечение-проходное сечение отличается от предыдущего не только формой сечения (фиг.17-20), но и их расположением относительно друг друга, при этом меняется и площадь проходного сечения, что нарушает стационарность движения частиц шлама для обжига цементного клинкера, увеличивает интенсивность их взаимодействия, расширяет технологические возможности. В такой конструкции корпуса 1 образованы по внутреннему периметру три ломаные винтовые канавки основного направления К₁ - (35-36-37-38-39-40); К₂ - (41-41-43-44-45); К₃ - (46-47-48-49-50) с внутренним углом j и шагом S (фиг.8, фиг.9, фиг.17-20) и две ломаные винтовые канавки противоположного направления К₄ - (45-49-38-43-47-36-41) и К₅ - (50-39-44-48-37-42-46) с шагом 0,25 S, одна из которых К₄ показана на фиг.8 утолщенной линией 45-49-38-43-47-36-41. Эти канавки не только препятствуют перемещению частиц шлама для приготовления цементного клинкера от загрузки к выгрузке, но и обеспечивают интенсивное их перемешивание, увеличивают интенсивность их взаимодействия, расширяют технологические возможности.

Предлагаемая печь вращающаяся для приготовления цементного клинкера работает следующим образом. Корпус 1, смонтированный горизонтально, вращается. Шлам для обжига цементного клинкера подается в питательную трубу 7 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся у холодного конца печи (корпуса 1). Со стороны головки 9 в печь (корпус 1) подаются топливо и воздух. В результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи (корпуса 1) к холодному, навстречу движущимся частицам шлама для приготовления цементного клинкера. Частицы шлама для приготовления цементного клинкера, находясь внутри вращающегося корпуса 1 и увлекаясь его винтовыми поверхностями в виде смонтированных под углом друг к другу равносторонних треугольников, поднимаются вверх, а поднявшись по направлению вращения корпуса 1 несколько выше угла своего естественного откоса, скатываются лавинообразно вниз. Так как корпус 1 по периметру снабжен многозаходной винтовой поверхностью, то обеспечиваются движение частиц шлама для приготовления цементного клинкера внутри корпуса 1 и перемещение их от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении корпуса 1. Фильтр-подогреватель 9 улучшает теплопередачу и обеспыливает газы. Пыль, уловленная в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного загружателя 12 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. После обжига частицы цементного клинкера охлаждаются в колосниково-переталкивающем холодильнике 14.

Технико-экономические преимущества возникают за счет обеспечения в печи вращающей продольного перемещения частиц шлама для приготовления цементного клинкера при горизонтальном расположении корпуса печи, вращающейся для приготовления цементного клинкера и создания их встречных потоков стенками- гранями корпуса в виде равносторонних треугольников, расположенных под углом не только друг к другу, но и к продольной оси корпуса по трем ломаным винтовым поверхностям внутреннего периметра корпуса, за счет того, что внутри, по всей длине корпуса образованы также две винтовые поверхности и канавки противоположного направления, которые обеспечивают не только перемещение частиц шлама для приготовления цементного клинкера в обратном направлении, но и способствуют интенсификации осуществления взаимодействия частиц шлама для приготовления цементного клинкера друг с другом и со стенками корпуса, что позволяет не только влиять на характер движения частиц шлама для приготовления цементного клинкера и изменять направления их скорости движения, но и расширяет технологические возможности, повышает интенсивность теплообмена, упрощает эксплуатацию вращающейся печи при ее горизонтальном расположении, повышает производительность.