Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, а именно к производству гранулированного удобрения преимущественно из отходов производства, например, дефекта сахарных заводов или смеси дефекта и чернозема, смываемого с корнеплодов свеклы.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ №2217228, МПК B01J 2/20, опубл. 27.11.2003), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения.

Недостатком является снижение качества готовой продукции при изменении размеров гранул из-за отсутствия регулирования соотношения скорости среза плоским ножом продавливаемого вращающимся шнеком удобрения и подъемной силы вращающегося горячего теплоносителя, обусловленной его давлением на выходе из форсунок, тангенциально расположенных в нижней части камеры сушки.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ №2417832, МПК B01J 2/20, опубл. 10.05.2011), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен со входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул.

Недостатком технического решения является энергоемкость получения гранул в общей массе удобрения в виде готового продукта при длительной эксплуатации устройства, что обусловлено необходимостью дополнительного использования электрической энергии для дежурного освещения помещения, в котором находится устройство для гранулирования удобрений, а также питания систем автоматизации и контроля получения гранул.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированной мощности привода вращения плоского ножа для обеспечения заданного качества гранулирования удобрения путем устранения дополнительного использования электроэнергии для дежурного освещения и питания систем автоматизации и контроля за счет использования теплового потенциала газа, поступающего в камеру для сушки гранул, термоэлектрическим генератором, соединенным с форсунками камеры сушки гранул.

Технический результат достигается тем, что устройство для гранулирования удобрений, содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул, при этом между штуцером подвода теплоносителя и форсунками расположен термоэлектрический генератор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, причем «горячие» концы дифференциальных термопар расположены внутри проходного канала для теплоносителя, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора, кроме того, вход проходного канала для теплоносителя термоэлектрического генератора соединен со штуцером для подвода теплоносителя, выход его соединен через трехходовой клапан с форсунками.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - разрез решетки классификатора.

Устройство состоит из цилиндрической емкости 1, содержащей загрузочную камеру 2 со шнеком 3, камеру для сушки гранул 4 со штуцерами 5 вывода готового продукта и штуцером 6 для подвода теплоносителя, форсунок 7, тангенциально расположенных в нижней части камеры сушки гранул 4 и соединенных со штуцером 6 подвода теплоносителя, классификатора в виде съемных решеток из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса с меньшим основанием 10 и большим основанием 11, и с расположенным под ним плоским ножом 12 с приводом 13 вращения. Классификатор делит емкость 1 на камеры 2 и 4. Привод 13 вращения снабжен регулятором скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором 15 давления с датчиком 16 давления, при этом регулятор давления 15 содержит блок сравнения 17 и блок задания 18, причем блок сравнения 17 соединен с входом электронного усилителя 19, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 20, а выход электронного усилителя 19 соединен с входом магнитного усилителя 21 с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 13 вращения плоского ножа 12, при этом датчик 16 давления расположен перед форсунками 7 в камере. Между штуцером 6 для подвода теплоносителя и форсунками 7 расположен термоэлектрический генератор 22, выполненный в виде корпуса 23 с проходным каналом 24 для теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар 25. «Горячие» концы 26 дифференциальных термопар 25 расположены внутри проходного канала 24 для теплоносителя, а их «холодные» концы 27 укреплены на поверхности 28 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22. Вход 29 проходного канала 24 для теплоносителя термоэлектрического генератора 22 соединен со штуцером 6 для подвода теплоносителя, а его выход 30 соединен через трехходовой клапан 31 с форсунками 7.

Устройство работает следующим образом.

Одна часть теплоносителя с температурой свыше 100°С (см., например, Кассен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования. М.: Химия, 1982. 282 с.), необходимой для сушки удобрений, поступает через штуцер 6 на вход 29 проходного канала 24 для теплоносителя корпуса 23 термоэлектрического генератора 22, где контактирует с «горячими» концами 26 дифференциальных термопар 25, после чего через выход 30 направляется к трехходовому клапану 31 для смешивания со второй частью теплоносителя, разделенного после штуцера 6. В результате контакта теплоносителя с «горячими» концами 26 комплекта дифференциальных термопар 25, а «холодных» концов 27 - с воздухом помещения с температурой от 15 до 20°С (в соответствии со СНиП 23-01-29 Строительная климатология. М.: Стройиздат, 2001), т.к. они расположены на поверхности 28 корпуса 23, на каждом элементе комплекта дифференциальных термопар 25 при использовании в качестве термопар, например, хромель-копеля возникает термоЭДС до 6,96 мВ (см., например, Иванова, Г.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.). А это позволяет получить напряжение на выходе термоэлектрического генератора 22 в пределах 12-36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник./Под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для дежурного освещения помещения, в котором размещено устройство для гранулирования удобрений, и/или питания схем автоматизации и контроля процесса гранулирования удобрений. Следовательно, не требуется дополнительных затрат электрической энергии для дежурного освещения и/или схем автоматизации и контроля, что снижает энергоемкость и соответственно стоимость готового продукта.

Вторая часть теплоносителя, разделенного после штуцера 6, поступает к трехходовому клапану 31, где смешивается с первой частью теплоносителя, поступающего из выхода 30 проходного канала 24, и далее к форсункам 7 и в камеру сушки гранул 4. В камере сушки гранул 4 смешанный поток теплоносителя закручивается под действием избыточного давления, образуя вращающийся горячий газовый поток, величина подъемной силы которого определяется размером гранул, продавливаемых через решетку.

Качество сушки в камере сушки гранул 4 характеризуется длительностью витания гранул под воздействием избыточного давления вращающегося горячего газового потока теплоносителя, регулируемого регулятором давления 15, соединенного с датчиком давления 16.

При изменении размеров гранул, например уменьшении их, сокращается необходимая величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока для обеспечения качественной сушки, т.е. длительности витания гранул в камере сушки гранул 4 до удаления через штуцеры 5 вывода готового продукта, что соответствует снижению давления теплоносителя, регистрируемого датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика давления 16, становится меньше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. В результате в электронном усилителе 19 компенсируется нелинейность характеристики привода 13 вращения плоского ножа 12. Сигнал с выхода электронного усилителя 19 поступает на вход магнитного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает увеличение тока возбуждения на входе магнитного усилителя 21.

В результате повышается момент от привода 13 и при вращении шнека 3 увеличенная масса перемещается к съемным решеткам из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса. Увеличение количества удобрения, проталкиваемого через отверстия 9 съемных решеток из биметалла 8 от меньшего основания 10 к большему основанию 11, приводит к возрастанию размеров гранул. Удобрения, выходящие из большего основания 11 отверстий 9, выполненных в виде усеченного конуса, срезается плоским ножом 12, перемещающимся практически без зазора по поверхности классификатора. Полученные гранулы в результате взаимного воздействия подъемной силы вращающегося горячего потока теплоносителя и силы тяжести витают в полости камеры для сушки гранул 4, интенсивно сушатся и, приобретая меньший вес (часть влаги из гранул при контакте с теплоносителем испаряется), перемещаются к периферии вращающегося горячего газового потока и через штуцеры 5 выходят в виде готового продукта.

В связи с тем, что температура теплоносителя, контактирующего со съемными решетками из биметалла 8, более высокая, чем температура удобрения, поступающего на гранулирование, то наблюдается термовибрация съемных решеток из биметалла 8. В этом случае совместное воздействие как интенсивной турбуленции потока теплоносителя, обусловленной резким изменением направления движения его в камере для сушки гранул 4 и при выходе из штуцеров 5, так и термовибрации съемных решеток из биметалла 8, практически устраняет случайное налипание гранулированного удобрения как на поверхности съемных решеток из биметалла 8 со стороны плоского ножа 12, так и к самой поверхности ножа.

При увеличении размеров гранул выше нормированных (рассчитанных из соотношения скорости привода 13 вращения или подачи удобрения шнеком 3 к съемных решеткам из биметалла 8 классификатора, и давления теплоносителя, поступающего из форсунок 7), возрастает величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока, т.к. возросла тяжесть гранул, а качественная их сушка определяется заданным временем витания в камере для сушки гранул 4. В результате возрастает давление теплоносителя, поступающего из штуцера 6 к форсункам 7, что и регистрируется датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика давления 16, становится больше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. Сигнал с выхода электронного усилителя 19 поступает на вход магнитного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 21. В результате уменьшается момент от привода 13 и при вращении шнека 3 уменьшенная масса удобрений перемещается к съемным решеткам из биметалла 8, и соответственно наблюдается уменьшение размеров гранул с последующим выходом в виде готового продукта через штуцеры 5.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что использование теплового потенциала теплоносителя, осуществляющего сушку гранул удобрения, дополнительно позволяет вырабатывать электрическую энергию, достаточную для дежурного освещения и/или питания схем автоматизации и контроля устройства для гранулирования удобрений, посредством термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса с проходным каналом для теплоносителя, где расположены «горячие» концы дифференциальных термопар. А это в конечном итоге снижает стоимость производства готового продукта с заданным качеством, особенно при длительной эксплуатации, когда и не основные технологические энергозатраты оказывают существенное влияние на стоимость процесса гранулирования удобрений.