Результат интеллектуальной деятельности: ПОДОГРЕВАТЕЛЬ КУСКОВОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки кусковых карбонатных пород (известняка, доломита, магнезита и др.) горячими газами и может быть использовано в металлургической, химической, строительной и других отраслях.

Наиболее близким по технической сущности является подогреватель известковой печи (патент США №3766663, кл. F 26 B 17/12, кл. США 34/168, 432/106). Подогреватель включает в себя цилиндрический футерованный расширяющийся в средней части корпус, течку сырья, расположенную под расширяющейся частью корпуса кольцевую газораспределительную камеру, через множество отверстий соединяющуюся с газоходами, установленный в центре корпуса коллектор для сбора отходящих газов, зону выдержки в нижней сужающейся части корпуса, установленную над разгрузочным отверстием вставку для смещения нагретого сырья к периферии.

Недостатки этого подогревателя:

- при прохождении высокотемпературных запыленных газов через отверстия в огнеупорной разделительной стенке последняя неизбежно будет зарастать известковой пылью; чистка настылей потребует затрат труда и времени;

- зарастание и закупоривание отверстий приводит к неравномерному распределению горячих газов по сечению слоя и соответственно к понижению теплового кпд подогревателя;

- теплообмен в противотоке характеризуется первоначальным контактом горячих газов с нагретым материалом, что является причиной образования спеков, которые, опускаясь вниз, закупоривают выгрузочную течку.

Технической задачей создания подогревателя является:

- повышение надежности работы подогревателя (увеличение производительности, уменьшение эксплуатационных затрат, включая чистку и ремонты, исключение образования настылей и спеков);

- уменьшение удельных затрат электроэнергии и топлива.

Для решения поставленной задачи в подогревателе кускового сырья, содержащем футерованный корпус, установленные соосно газораспределительную камеру и загрузочную течку, расположенный между течкой и корпусом кольцевой коллектор, выгрузочное устройство и установленную над ним вставку для смещения нагретого сырья к периферии, газораспределительная камера выполнена в виде диффузора с углом расширения 5... 40° , а выгрузочное устройство - в форме вращающегося кольцевого стола с футеровкой, рабочая поверхность которой наклонена к центру под углом 3... 15° . Футеровка корпуса, стенка камеры и свободные откосы сырья (под камерой, а также между течкой и корпусом) образуют зону нагрева, в которой протекает теплообмен между газами и сырьем. Под зоной нагрева располагается зона выдержки, в которой происходит выравнивание температур в кусках и в слое.

Предлагаемые существенные признаки обеспечивают достижение следующих технических результатов при эксплуатации подогревателя:

- выполнение газораспределительной камеры в виде диффузора позволяет уменьшить скорость газового потока без потерь напора;

- уменьшение скорости газового потока при входе в слой и прохождении через него обеспечит уменьшение потерь напора в квадратичной зависимости;

- вход горячих газов в холодный слой сырья исключает образование в нем спеков во всем диапазоне рабочих температур (до 1200° С), что обеспечивает интенсификацию процесса;

- выполнение выгрузочного устройства в форме вращающегося кольцевого стола с наклонной к центру рабочей поверхностью дает возможность уменьшить затраты на изготовление и эксплуатацию подогревателя: упрощается стыковка и притирка подины к корпусу, исключается кострение и уплотнение кусков при их движении к центру, исключается расход жаропрочной стали.

Выполнение газораспределительной камеры с углом расширения более 40° приводит к чрезмерно высоким потерям напора в самом диффузоре - до 30% от всех потерь. При угле раскрытия менее 5% диффузор теряет свою основную функцию: гасить скорость газового потока без потерь напора. Придание рабочей поверхности стола уклона более 15° усложнит регулировку скорости схода сырья, поскольку небольшие изменения угловой скорости стола приведут к значительным и неконтролируемым изменениям расхода сырья. При угле меньшем, чем 3° , происходит уплотнение и истирание сырья и одновременно растет нагрузка на привод.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает, что отсутствуют совпадения отличительных признаков заявляемого подогревателя кускового сырья с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию, “изобретательский уровень”.

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения, со ссылкой на чертеж, на котором показана схема подогревателя кускового сырья (вертикальный разрез по оси).

Подогреватель кускового сырья состоит из корпуса 1, газораспределительной камеры 2, загрузочной течки 3, подводящих сырье труб 4, бункера сырья 5, образованной футеровкой корпуса, стенкой камеры и свободными откосами сырья 6 зоны нагрева 7, зоны выдержки 8, кольцевого коллектора 9, выгрузочного стола 10, привода 11, вставки 12, выгрузочного отверстия 13, разгрузочной течки 14, газоходов 15, колосникового сита 16. Позицией α обозначен угол наклона поверхности футеровки стола по направлению к центру, а позицией β - угол расширения диффузора газораспределительной камеры. Подогреватель кускового сырья работает следующим образом.

Пример. Сырье, например, известняк фракции 20... 50 мм из бункера 5 самотеком по трубопроводам 4 и через загрузочную течку 3 поступает в корпус 1 подогревателя. По пути из сырья на колосниковом сите 16 отделяется мелкая фракция, попадание которой в подогреватель может привести к значительному росту аэродинамического сопротивления нагреваемого слоя сырья. Из течки 3 сырье попадает в кольцевую зону нагрева 7, образуя свободный откос 6, и далее в зону выдержки 8. В кольцевой зоне нагрева 7 происходит теплообмен между потоками газа и сырья. Горячие газы (продукты сгорания топлива и СO₂, выделяющаяся при диссоциации СаСО₃) при температуре 1000... 1200° С по газоходам 15 и через газораспределительную камеру 2, выполненную в виде диффузора, поступают в располагающийся воронкой слой сырья под камерой 2. Угол β расширения диффузора камеры 2 составляет 5... 40 градусов, благодаря чему уменьшение скорости потока газов перед входом в слой происходит практически без потерь напора. Первоначальный контакт газа и сырья происходит в прямотоке, причем в верхней части откоса 6 под камерой 2 горячие газы контактируют с холодным сырьем, благодаря чему достигаются высокие значения коэффициента теплоотдачи в пределах 12... 18 кВт/м³·^{град. Затем газы в слое сырья поворачивают почти на 180 градусов и направляются в коллектор 9, продолжая контактировать с опускающимся сырьем в противотоке. Коллектор служит для сбора охладившихся газов, выходящих из верхних откосов, и передачи их через установку газоочистки на дымосос. В результате контакта отходящие газы практически полностью отдают физическое тепло сырью, нагревая его поверхность до 850... 900° С и подвергая диссоциации на 10... 20%. Вследствие снижения скорости газового потока перед входом в слой потери напора в самом слое существенно уменьшаются. Нагретое сырье характеризуется неоднородностью температур как внутри отдельных кусков, так и в слое в целом. При попадании сырья в зону выдержки 8 происходит выравнивание температур. Температура выгружаемого из подогревателя сырья составляет 700... 800° С.}

Выгрузка подогретого сырья из подогревателя производится через выгрузочное отверстие 13, соединенное с разгрузочной течкой 14. Центральная течка 13 предусмотрена на вращающемся столе 10. Последний вращается под действием привода 11. Скорость вращения стола составляет 0,3... 0,8 об/мин. Благодаря наклону рабочей поверхности футеровки стола к центру под углом 3... 15° С разгрузка нагретого сырья протекает без кострения, а также без уплотнения и разрушения материала. Вставка 12 оттесняет нагретое сырье из центральной части подогревателя к периферии, что обеспечивает равномерную выгрузку по сечению подогревателя.

Применение настоящего изобретения позволяет повысить производительность вращающихся печей на 15-20%, снизить расход топлива на 13-18% и электроэнергии на 5-8%.