Результат интеллектуальной деятельности: Загрузочное устройство шахтной печи

Изобретение относится к отрасли строительных материалов и применяется на шахтных печах обжига извести.

Известно загрузочное устройство шахтной печи (авторское свидетельство СССР № 435431, кл. F27B1/00, опубл. 05.-7.1974), содержащее воронку, верхний и нижний колоколы, уравновешенные противовесами, которые размещены на одной направляющей на расстоянии друг от друга не менее хода верхнего колокола, причем противовес нижнего колокола соединен тросом с верхним колоколом.

Однако это загрузочное устройство шахтной печь для обжига сыпучего материала, например, извести, не позволяет осуществлять контроль герметичности по утечкам газов сопряжений верхний колокол - воронка (верхний клапан) при нижнем положении верхнего колокола и нижний колокол - воронка (нижний клапан) при верхнем положении нижнего колокола.

Технический результат изобретения - выполнение контроля герметичности по утечкам газов сопряжений верхний колокол - воронка (верхний клапан) при нижнем положении верхнего колокола и нижний колокол - воронка (нижний клапан) при верхнем положении нижнего колокола, который позволяет повысить эффективность работы шахтной печи за счет уменьшения потерь тепловой энергии газов из печи в окружающую среду при входе холодного воздуха из атмосферы в шахтную печь через негерметичные сопряжения верхнего и нижнего колоколов с воронкой.

Поставленная задача решается тем, что к шахтной печи подключены два счетчика газов и четыре вентиля, вход первого счетчика газов через первый вентиль соединен с атмосферой, выход первого счетчика газов соединен с внутренней полостью воронки, вход второго счетчика газов подключен к внутренней полости воронки, выход второго счетчика газов через второй вентиль подключен к внутренней полости шахты печи, третий вентиль подключен параллельно первому газовому счетчику и первому вентилю и четвертый вентиль подключен параллельно второму газовому счетчику и второму вентилю.

На фигуре 1 показано положение загрузочного устройства в момент загрузки шахтной чаши загрузочного устройства (нижний колокол закрыт, а верхний открыт), а на фигуре 2 - промежуточное положение загрузочного устройства (верхний и нижний колоколы закрыты).

Загрузочное устройство содержит приемную чашу 1, размещенную в верхней части шахтной известеобжиговой печи 2, воронку 3, верхний 4 и нижний 5 колоколы.

Устройство работает следующим образом: нижний колокол через тросовую систему 6 и блоки 7 и 8 прижимается противовесом 9 к воронке 3. Противовес заключен в направляющие 10. Верхний колокол 4 через тросовую систему 11 и блочок 12 подвешен к противовесу 13, который заключен в направляющие и расположен несколько ниже противовеса нижнего колокола. Расстояние от верхней плоскости противовеса верхнего колокола до нижней точки плоскости противовеса нижнего колокола должно быть равным или несколько большим ходя верхнего колокола.

Для подъема и опускания противовесов предусмотрена лебедка 14, трос которой закреплен к противовесу 13. Для осуществления автоматического режима работы загрузочного устройства предусмотрены конечные выключатели 15, 16 и 17. Заполнение чаши 1 шихтой осуществляется ковшом 18 скипового подъемника 19. Для постоянного натяжения троса предусмотрен дополнительный груз 20.

В чашу 1 ковшом 18 скипового подъемника 19 засыпается шихта. Так как верхний колокол 4 постоянно открыт, то шихта попадает в воронку 3 на нижний колокол 5. При опускании ковша последний воздействует на конечный выключатель 15, установленный в верхней части рамы скипового подъемника 19. Выключатель 15 дает команду на выключение лебедки 14, трос которой, закрепленный к противовесу 13 верхнего колокола, будет его приподнимать.

После перекрытия верхним колоколом чаши 1, противовес 13 поднимает противовес 9 нижнего колокола 5, что приводит к опусканию последнего и выгрузке шихты из чаши в печь.

Опускание нижнего колокола продолжается до тех пор, пока его противовес 9 не воздействует на конечный выключатель 16, который дает команду на переключение лебедки 14 с подъема на опускание противовесов. Так как противовесы 9 и 13 тяжелее колоколов, при опускании троса лебедки противовесы также опускаются. Когда увлекаемый противовесом 9 нижний колокол 5 поднимается, то верхний колокол 4 находится в закрытом состоянии, так как опускание противовеса 13 компенсируется за счет петли на тросе 11, созданной грузом 20. Длина петли равна длине хода нижнего колокола.

Как только нижний колокол 5 перекроет воронку 3, петля на тросе 11 выбьется и дальнейшее опускание противовеса 13 приведет к подъему верхнего колокола 4. Подъем верхнего колокола продолжается до воздействия противовеса 13 на конечный выключатель 17, который дает команду на выключение лебедки 14, чем и заканчивается цикл загрузки печи.

По технической сущности колоколы 4 и 5 - это два затворы, которые совместно с седлами в виде верхнего и нижнего торцов воронки 3 образуют два клапаны: верхний и нижний клапаны загрузочного устройства шахтной печи.

В работе загрузочного устройства шахтной печи выделяется четыре

такта:

1 такт - верхний колокол 4 и нижний колокол 5 находятся в верхних положениях, шихта из ковша 18 высыпается в воронку 3 и заполняет почти полностью воронку, то есть, верхний клапан (колокол 4) открыт, а нижний клапан (колокол 5) закрыт (фигура 1).

2 такт - верхний колокол 4 находится в нижнем положении (верхний клапан закрыт), а нижний колокол 5 - в верхнем положении (нижний клапан закрыт) и шихта находится в воронке 3, то есть, верхний и нижний клапаны закрыты и шихта находится в воронке (фигура 2).

3 такт - верхний колокол 4 находится в нижнем положении, а нижний колокол 5 - в нижнем положении и шихта поступает из воронки 3 в печь 2, то есть, верхний клапан закрыт и нижний клапан открыт.

4 такт - верхний колокол 4 находится в нижнем положении, а нижний колокол 5 - в верхнем положении, то есть, верхний и нижний клапаны закрыты. После такта 4 цикл повторяется и начинается первый такт.

При эксплуатации шахтной печи необходимо на такте 2 знать герметичность по утечкам газа верхнего клапана при закрытом положении потому, что на следующем третьем такте будет открытие нижнего клапана, и в печь будет проходить холодный воздух из атмосферы через верхний клапан. Заметим, что шахтная печь работает обычно при разрежении внутри шахты печи, равном 1,9 - 3,5 кПа (190 -350 миллиметров водного столба) относительно окружающего печь атмосферного воздуха. На четвертом и первом такте нижний клапан должен быть герметично закрытым потому, что из атмосферы в печь будет проходить холодный воздух.

Утечки газов через закрытый верхний клапан (на втором такте) при полностью заполненной воронке 3 шихтой и закрытом нижнем клапане определяются следующим образом (фигура 2). Открывается вентиль 26 и в воронке 3 устанавливается разрежение равное разрежению в шахтной печи 2. На нижнем клапане (колокол 5) устанавливается разность разрежений, равная нулю, а поэтому расход газов через этот клапан равен нулю. Верхний клапан (колокол 4) закрыт, но этот клапан находится под полным перепадом разрежений между разрежением в печи (и воронке) и атмосферным давлением и поэтому через верхний клапан будет проходить воздух в печь. Так как нижний клапан закрыт, находится под перепадом разрежений равным нулю и расходе газов через него равным нулю, а также учитывая то, что воронка 3 полностью заполнена шихтой, которая закрывает имеющиеся микрощели в нижнем клапане, считается, что в этот момент нижний клапан герметичен и утечки газов через него равны нулю. Закрывают вентиль 26, берут первый отсчет показаний по счетчику газов 23, открывают вентиль 25 и проводят измерение герметичности верхнего клапана (колокол 4) на протяжении установленного промежутка времени (5-30 секунд). В этом случае воздух из атмосферы проходит через верхний клапан (колокол 4), счетчик газов 23, вентиль 25 в шахту 2 печи. После истечения заданного промежутка времени закрывают вентиль 25 и берут второй отсчет по счетчику газов 23. По разности показаний счетчика газов 23 за установленный промежуток времени определяют утечки газов через верхний клапан (колокол 4 - втулка 3) ΔV_{верхнего клапана} и делают заключение о герметичности верхнего клапана.

На третьем такте нижний клапан (колокол 5) открывается и шихта из воронки 3 поступает в печь 2, а на четвертом такте нижний клапан (колокол 5) закрывается. Верхний клапан (колокол 4) при выгрузке шихты в печь оставался в неизменном положении, поэтому его герметичность по утечкам газов, определенная на втором такте, остается такой же и равной ΔV_{верхнего клапана}.

Для определения герметичности по утечкам газов нижнего клапана (колокол 5) на четвертом такте открывают вентиль 24 и выравнивают давление в воронке 3 с атмосферным давлением. Закрывают вентиль 24, берут первый отсчет показаний по счетчику газов 21, открывают вентиль 22 и проводят измерение утечек газов через нижний клапан (колокол 5) на протяжении установленного промежутка времени (5 - 30 секунд). В этом случае воздух из атмосферы проходит через вентиль 22, счетчик газов 23, воронку 3, нижний клапан (колокол 5) и в внутреннее пространство печи 2. С другой стороны воздух из атмосферы проходит через верхний клапан (колокол 4), воронку 3, нижний клапан (колокол 5) во внутреннее пространство печи.

После истечения заданного промежутка времени закрывают вентиль 22, берут второй отсчет по счетчику газов 21 и определяют разность показаний по счетчику 21 -ΔV_{счетчика 21}. Утечки газов через нижний клапан (колокол 5) ΔV_{1 нижнего клапана} определяется по формуле

где ΔV_{1 нижнего клапана} - утечки газов через нижний клапана (колокол 5 - втулка 3), определенные на четвертом такте работы шахтной печи, м³;

ΔV_{верхнего клапана} – утечки газов через верхний клапан (колокол 4 - втулка 3), определенные на втором такте работы шахтной печи, м³;

ΔV_{счетчика 21} - разность показаний счетчика газов 21 за время измерения герметичности нижнего клапана (колокол 5 - втулка 3) на четвертом такте работы шахтной печи, м³.

Если разность показаний счетчика 21 ΔV_{счетчика 21} равна нулю, то есть, утечки газов через нижний клапан (колокол 5) меньше или равны утечкам газов через верхний клапан (колокол 4) при определении герметичности нижнего клапана (колокол 5), тогда необходимо использовать счетчик газов 23 и следующею очередность измерений.

Открывается вентиль 26 и в воронке 3 устанавливается разрежение равное разрежению в шахтной печи 2. Закрывают вентиль 26, берут первый отсчет показаний по счетчику газов 23, открывают вентиль 25 и проводят измерения на протяжении установленного промежутка времени (5-30 секунд). В этом случае воздух из атмосферы проходит через верхний клапан (колокол 4), счетчик газов 23, вентиль 25 в шахту 2 печи. После истечения заданного промежутка времени закрывают вентиль 25 и берут второй отсчет по счетчику газов 23. По разности показаний счетчика газов 23 за установленный промежуток времени определяют утечки газов по счетчику газов 23 - ΔV_{счетчика 23}. Определяют утечки газов через нижний клапан (колокол 5) ΔV_{2 нижнего клапана} за установленный промежуток времени по формуле

где ΔV_{2 нижнего клапана} - утечки газов через нижний клапана (колокол 5 - втулка 3), определенные на четвертом такте работы шахтной печи, м³;

ΔV_{верхнего клапана} - утечки газов через верхний клапан (колокол 4 - втулка 3), определенные на втором такте работы шахтной печи, м³;

ΔV_{счетчика 23} - разность показаний счетчика газов 23 за время измерения герметичности нижнего клапана (колокол 5 - втулка 3) на четвертом такте работы шахтной печи, м³.

По значениям утечек газов ΔV_{1 нижнего клапана} и ΔV_{2 нижнего клапана} через нижний клапан (колокол 5) делают заключение о герметичности нижнего клапана.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое загрузочное устройство шахтной печи позволяет выполнять контроль герметичности по утечкам газов сопряжений верхний колокол - воронка (верхний клапан) при нижнем положении верхнего колокола и нижний колокол - воронка при верхнем положении нижнего колокола (нижний клапан), который позволяет повысить эффективность работы шахтной печи за счет уменьшения потерь тепловой энергии газов из печи в окружающую среду при входе холодного воздуха из атмосферы в шахтную печь через негерметичные сопряжения верхнего и нижнего колоколов с воронкой.