Теплообменник для обработки полифракционного материала

Теплообменник для обработки полифракционного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалист мчесимк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»937943 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) За влено 15. 11. 79 (21) 2840340/29-33 (53)M. Кл.

Р 27 В 7/34 с присоединением заявки РЙ

Р оудоротеееый комнтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень 36---23 !

1

Дата опубликования описания 25. 06.82 ао делам нзооретеннй н открытей (53) УДК666 94.

- - - 041 (088. 8) I

В.А. Кулабухов, И. В. Моисеев, В. К. Абрамов, В; В ..Шелудько, А.Е. Радченко, А.В. Семерин, С.К. Рогожкин.и В,ф. Саюфмасов (72) Авторы изобретения

Шуровский ордена Трудового Красного Знамени цементнйй завод и Государственный всесоюзный научно-исследовательский институт цементной промышленности

-(71) Заявители (54) ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ПОЛИФРАКЦИОННО ГО МАТЕРИАЛА

Изобретение. относится к цементной промышленности, а именно к устройст вам для обжи га цемент ного кли нкера или подобных ему материалов, и может быть использовано в металлургической и химической промышленности, где есть необходимость единовременной обработки полифракционного материала в одних и тех же камерах ).

Известно теплообменное устройство „о содержащее камеру с рядом каскадно установленных реакторов с горелками в их днищах, шахтный дисперсный подогреватель, установленный над камерой, причем нижняя часть шахты непосредственно связана с камерой (11.

Недостатками известного теплообменника являются повышенный пылевынос мелкодисперсных фракций из-эа отсутствия циклона - сепаратора камеры,20 недостаточно высокая производительность из-за высокой степени циркуляции между камерой и шахтным подогревателем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является теплообменник для обработки полифракционного материала, содержащий камеру с рядом каскадно установленных реакторов с горелками в их днищах, шахтный дисперсный подогреватель, установленный над камерой и соединенный с каналом для перетока материала с загрузочной частью камеры, циклон-сепаратор с патрубком отходящих газов, установленный над каналом для выхода обработанного материала из камеры и в рассечку гаэохода, соединяющего разгрузочную часть камеры с шахтой дисперс. ного подогревателя (2j.

Недостатками известного устройства являются достаточно высокие энергетические затраты на термоподготовку материала из-эа потерь тепла в окружающую среду слабоизолированными каналами для перетока материала и циклоном-сепаратором и высокогo аэро3 93 794 ринами че ского сопроти влени я ци клонасепаратора известной конструкции, невысокая производительность теплообменника иэ-за значительного пылевыноса и циркуляции пыли внутри установки, недостаточная надежность узлов (каналов ) перетока материала, не имеющих автоматической очистки, большие габариты установки иэ-за наружного расположения переточных ка- 1В налов и циклона-сепаратора.

Цель изобретения - снижение энергетических затрат, повышение .производительности,надежности и компактности теплообменника. 15

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике для обработки полифракционного материала, содержащем камеру с рядом каскадно установленных реакторов с горелками в их днищах, шахтный дисперсный подогреватель, установленный над камерой и соединенный каналом для перетока материала с загрузочной частью камеры, циклон-сепаратор с патрубком отходящих. газов, установленный над каналом для выхода обработанного материала из камеры, канал для перетока материала вмонтирован в загрузочную часть камеры, причем выходное отверстие ка- зо нала снабжено устройством для очистки, а циклон-сепаратор и его канал для выхода отсепарированного материала установлены внутри разгрузочной части реакторной камеры.

При .этом теплообменник снабжен наклонной стенкой, установленной внутри камеры и образующей с.торцевой и боковыми стенками канал для перетока материала с щелевым выходным отверстием.

Кроме того, устройство для очистки может быть выполнено в виде цепи из жаростойкой стали, ко 1цы которой .прикреплены к штокам, установленным во втулках, вмонтированных в боковые стенки реакторной камеры.

При том корпус циклона-сепаратора может быть снабжен аксиальной вставкой в виде обечайки, соосной с патрубком отходящих газов,и установлен горизонтально.

А также аксиальная вставка может быть установлена с возможностью осевого перемещения от привода внутри патрубка отходящих газов циклона-се. паратора.

При этом теплообменник снабжен вертикальной стенкой, установленной ные иэ шамотобетона. У боковых .стен камеры 1 на днище 14 по всей длине камеры 1 установлены фасонные блоки 20,. имеющие внутри сквозные цилиндрические каналы 21 и прямоугольные каналы 22, расположенные тангенциально к цилиндрическому каналу.

Каналы 22 направлены на блоки 16, в

lс

3 4, внутри камеры параллельно торцевой стенке и образующей совместно с торцевой и боковыми стенками реакторной камеры канал для выхода отсепарированного материала из циклона-сепаратора.

На фиг. 1 показан теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 — раз- рез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - камера и циклон-сепаратор, поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - камера, поперечный разрез В-В на фиг.! с изображением устройства для очистки.

Теплообменник состоит из камеры 1 и шахтного дисперсного подогревателя 2. Подогреватель 2 выполнен в виде цилиндрической футерованной огнеупором 3 шахты 4, выполненной в веохней загрузочной части с сужением 5, к которому тангенциально подсоединены входные патрубки циклонов-сгустителей 6. Циклоны"сгустители 6 через мультициклоны подключены к дымососу (не показаны). В сужение 5 шахты 4 входит трубопровод 7 пневмосистемы подачи сухого полидисперсного материала в шахту 4 подогревателя 2.

Нижняя загрузочная часть шахты, 4 выполнена в виде усеченного конуса 8, малое сечение которого через свод 9 камеры 1 входит в верхнюю часть канала 10 для перетока материала в загрузочную часть камеры 1. Камера 1 снаружи выполнена в виде параллелепипеда с жестким самонесущим металлическим корпусом 11. Изнутри камера 1 футерована двойным слоем огнеупора 12. Свод 9 камеры 1 выполнен в виде плит 13 из жаропрочного армированного шамотобетона. На плиты 13 укладывают слой термоиэоляцйи. Днище 14 камеры 1 также снабжено футеровкой 15 и термоизоляцией. Иежду стандартными кирпичами футеровки 15 укладывают фасонные блоки 16 с отверстиями для ввода сопел подовых клапанных горелок 17. Горелки 17 устанавливаются в блоках 16 днища 14 несколькими рядами, между которыми устанавливаются призмы 18, выполнен9379 которых расположены сопла горелок 17.

Призмы 18 вместе с блоками 1б и 20 образуют реакторы 23, расположенные каскадно последовательно друг эа другом по длине днища 14 камеры 1. Ре- 5 акторы 23 представляют собой две усеченные пирамиды, установленные одна на другую. В объем меньшей пирамиды входят сопла горелок. 17 и прямоугольный канал 22. Фасонные блоки 20 при их стыковке по длине камеры 1 образуют сплошные цилиндрические кана лы 2 1,являющиеся рабочими объемами дополнительных топок 24. В торцевой стенке загрузочной части камеры 1 по оси топок 24 закреплены вихревые горелки 25. Горелки 25 и 17 своими воздуховодами, соответственно, 26 и 27 и газопроводами 28 и 29 через запирающие устройства и устройства для замера расхода подсоединены к общим коллекторам и далее к цеховым коммуникациям.

Продолжением прямоугольных каналов 22 в блоках 20 являются каналы 30, выполненные в боковых стенках 19. На

25 выходе каналов 30 установлены гляделки 31. В загрузочной части каме1эы 1 между боковыми ее стенками 19 та 32 не доходит своим нижним торцом до торцевой стены камеры 1. Таким образом, боковые стены 19, наклонная плита 32 и торцевые стены образуют канал 10 для перетока материала иэ конуса 8 шахты 4 в загрузочную часть

35 камеры 1, причем в нижней части канала 10 над первым реактором 23 загрузочной части камеры 1 боковые стены 19, плита 32 и торцевые стены обустановлена наклонная плита 32 из жа- эв ропрочного шамотобетона, причем пли43 6 образом, что его торцы опираются на футеровку боковых стен 19. Корпус цилиндра циклона 38 выполнен из шамотобетона. и не имеет металлической оболочки. Шамотобетон корпуса армирован охлаждаемыми воздухом трубами 39.

Входное отверстие циклона-сепарато-. ра 38 выполнено в виде прямоугольной щели 40. Внутри корпуса циклона 38 установлен патрубок 41 для выхода газов. Патрубок 41 также выполнен иэ шамотобетона, армированного трубами 42, Трубы 42 проходят через всю камеру циклона-сепаратора 38. Однако шамотобетонное покрытие труб 42 расположено примерно до 0,3-0,5 длины корпуса циклона-сепаратора 38. Входное отверстие 40 расположено в месте, где трубы 42 покрыты шамотобетоном.

Внутри патрубка 41 соосно с ним установлена аксиальная вставка 43 в виде обечайки иэ жаропрочной стали.

Вставка 43 закреплена на осевой трубе 44, которая выходит за пределы боковой стены 19 камеры 1 через втулку. Вставка 43 имеет воэможность возвратно-поступательного движения от привода, установленного соосно с трубой 44. Труба 44 имеет воздушное охлаждение. Выходное отверстие цикло-. на-сепаратора 38 выполнеHo в виде прямоугольной щели 45, причем сечение щели 45 расположено под углом 90о к сечению входного отверстия 40.

Щель 45 является входом канала 46 для выхода отсепарированного материала из циклона 38. Сам канал 46 образован торцевой стенкой 47, боковыми стенками 19 и вертикальной стенкой 48, установленной внутри камеры 1, парал50

55 разуют щелевое выходное отверстие 33.

В боковые стены 19 вмонтированы втулки 34, в которые входят штоки 35, с наружной стороны подсоединены к приводам, обеспечивающим возвратно-поступательное движение штокам 35. К торцам штоков 35 внутри канала 1О закреплена цепь 36 из жаропрочной стали. Цепь 36 со штоками 35 и втулками 34 представляют собой устройство для очистки выходного отверстия 33 канала 10. Внутри разгрузочной части камеры 1 над каналом 37 для выхода обработанного материала из камеры 1 установлен циклон-сепаратор 38.

Циклон-сепаратор 38 выполнен в виде цилиндра, установленного в верхнеи части камеры 1 горизонтально таким лельно торцевой стенке 47.Патрубок 41 посредством газохода 49 соединен с нижней частью шахты 4 подогревателя 2. Гаэоход 49 подсоединен к шахте 4 тангенциально.

Устройство работает следующим образом.

Через горелки 17 подают небольшое количество воздуха для охлаждения клапанов горелок 17. Проводят розжиг вихревых горелок 25 дополнительных топок 24. Увеличивая подачу газа и воздуха через горелки 25 разогревают топки 24. При этом отходящие высокотемпературные газы через прямоугольные каналы 22 выходят в обьем реакторов 23, последовательно разогревая нижнюю и верхнюю их части. Благодаря

93794 б5

7 высокой температуре в каналах 22 топок 24 разогревается наружная поверхность блоков 20. При разогреве нижних частей реакторов 23 до температуры 650-750оС последовательно разжигают горелки 17 во всех реакторах 23.

Контроль за температурой в реакто,рах 23 осуществляется посредством термопар, установленных а блоках 16 (не показаны). За розжигом горелок 17 и !о их работой визуально наблюдают через каналы 22, 30 и гляделки 31. Через гляделки 31 при их открытии при необходимости осуществляют очистку каналов 22 и 30. Высокотемпературные газы !5 иэ реакторов 23 выходят в рабочий объем камеры 1, разогревая ее стены.

Через отверстие 40 под действием разрежения, создаваемого дымососом, газы входят в циклон-сепаратор 38 и, gp закручиваясь между его корпусом, патрубком 41 и аксиальной вставкой 43, проходят в зазоры между арматурными трубками 42 и через торец аксиальной вставки 43 выходят в газоход 49. Из 25 газохода 49 газы тангенциально подаются в нижнюю часть шахты 4 над конуаом 8. Поднимаясь по спирали вверх газы разогревают футеровку шахты 4. далее горячие газы проходят сужение 5 зр шахты 4 и направляются в циклон-сгуститель 6 и далее в мультициклоны и дымосос, из которого выбрасываются в атмосферу, После разогрева всего тракта по ходу газов до необходимой температуры начинают подачу полидисперсного сухого материала по трубопроводу 7. Дисперсность материала составляет от 0,01 до 5 мм. Такой материал при получении, например цементного клинкера, отбирают за цеп° Ной завесой из вращающейся печи через сепараторы, установленные в отверстиях боковой поверхн9сти печи.

Материал имеет примерно 60-703 фракций от 0,01 до 1 мм и 30-40ã.от 1 до 5 мм. При высоких скоростях газов в сужении 5 шахты 4 мелкодисперсные фракции выносятся в циклонысгустители 6 и далее при накоплении в контуре циклон-сгуститель 6 — сужение 5 шахты 4, опускаются вместе с крупными фракциями (от 1,до 5 мм) а нижнюю часть шахты 4, При противоточном теплообмене с газами происходит нагрев материала в среднем до

650-700оС. Через конус 8 материал попадает на нагретую наклонную плиту 32, получает от нее часть тепла и далее через щелевое отверстие 33 выходит в рабочий объем камеры 1. Весь материал первоначально устремляется в первый реактор 23, расположенный под отверстием 33, однако по мере падения частиц происходит их сепарация. В нижнюю часть реактора 23 попадают лишь частицы, скорость витания которых выше скорости газов, проходящих навстречу частицам из глубины реакторов 23. Таким образом, в реактор 23 попадают лишь крупнодисперсные частицы от 1 до 5 мм. Сечение верхней части камеры 1 (над,реактором 23) расчитано на скорости газов, не превышающие скорость витания частиц до 0,01 ми. Мелкодисперсные частицы волнообразно двигаются по длине камеры 1 над реакторами 23 и та, где нет восходящего потока газов, т.е. над каналом 37 для выхода обработанного материала, опускаются а канал 37 и через последний направляются на дальнейшую обработку. Находясь во взвешенном состоянии а высокотемпературных газах, частицы, например, цементной сырьевой смеси эа короткий промежуток воемени декарбо- . ниэируются на 97-983. Наиболее мелкие фракции выносятся газовым потоком в циклон-сепаратор 38. Благодаря центробежной силе частицы прижимаются к верхней стенке циклонной камеры, сползают в щель 45 и далее опускаются по каналу 46 в канал 37. Частицы, которые не успели при первоначальном входе попасть в канал 46, при многократной крутке с газами между корпусом циклона 38 и патрубком 41, вставкой 43 и продвижении по длине корпуса циклона 38 до входа в торец вставки 43 осаждаются а канал 46.

Часть пыли все же выходит вместе с газами в шахту 4 подогревателя. Благодаря аксиальной вставке 43 путем ее перемещения по оси циклона добиваются изменения степени сепарации астиц при изменении скоростей газо вого потока. Так при снижении скорости газового потока вставку 43 выдвигают из патрубка 41, увеличивая тем самым степень крутки газов с материалом. При этом аэродинамическое сопротивление циклона-сепаратора 38 можно поддерживать на оптимальном уровне, соответствующем стационарному рабочему режиму. При выходе на расчетный режим вставка 43 полностью вдвигается в патрубок 41. Перемеще9 ние вставки 43 может осуществляться автоматически по перепаду давления на входе и выходе из циклона 38 посредством электропривода..

Крупнодисперсные Фракции опускаются из канала 10 в первый реактор 23 и, заполняя реактор 23, находятся в нем в режиме фонтанирования под действием высокотемпературных газов, образованных в дополнительных топ- 10 ках 24 и при сгорании газовоздушной смеси в слое материала. При высокоинтенсивном теплообмене в фонтаниру- . ющем слое происходит разогрев материала и его частичная декарбонизация.

После заполнения первого реактора 23 происходит последовательное .заполнение последовательно установленных за ним реакторов 23 до полного заполнения реакторной части камеры 1. При этом по ходу движения степень декарбониэации материала увеличивается.

После заполнения всех реакторов 23 начинается переток обработанного материала в канал 37, где происходит смешение обработанных фракций. Благодаря длительному пребыванию в объеме реакторов 23,происходит полная декарбонизация крупнодисперсного материала. зо

Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит необходимая тепловая обработка полифракционного материала.

937943

1. Теплообменник для обработки полифракционного материала, содержащий камеру с рядом каскадно установленных реакторов с горелками в их днищах, шахтный дисперсный подогреватель, установленный над камерой и соединенный каналом для перетока материала с загрузочной частью камеры. циклон-сепаратор с патрубком отходящих газов, установленный над каналом для выхода обработанного материала из камеры, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, повышения производительности, надежности и компактности, канал для перетока материала вмонтирован в загрузочную часть камеры, причем выходное отверстие канала снабжено устройством для очистки, а циклон-сепаратор и его канал для выхода отсепарированного материала установлены внутри разгрузочнои части камеры.

2. Теплообменник по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен наклонной стенкой, установленной внутри камеры и образующии с торцевой и боковыми стенками камеры канал для перетока материала с щелевым выходным отверстием.

3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что устройство для очистки выполнено в виде цепи из жаростойкой стали, конзь

При нормальнои работе агрегата цепь 36 устройства для очистки находится в натянутом положении и при этом располагается над отверстием 33 канала 10. Для устранения забивания отверстия 33 материалом автоматически через определенные промежутки времени включаются приводы. При этом штоки 35, перемещаясь во втулках 34, входят внутрь канала 10, а цепь 36 провисает под собственным весом, проходит через щелевое отверстие 33 в объем камеры 1 и при своем движении очищает отверстие 33 от налипшего материала. Интервал движения цепи 36

50 подбирается опытным путем. Благодаря нахождению цепи 36 в канале 10 она защищена от мощного теплового излу,чения камеры 1 и высокотемпературного

1газового потока. Небольшое,количест-1

55 во газов, проходящее через канал 10, и сравнительно низкая температура материала способствует увеличению долговечности цепи 36.

Благодаря размещению канала 10 внутри камеры 1 обеспечивается дополни .ельный разогрев материала на наклонной его плите 32 и работоспособность как самого канала 10, так и теплообменника в целом. Умень-, шение остановок теплообменника для очистки канала 10 и снижение пылевыноса из циклона-сепаратора 38 способствует увеличению производительности теплообменника. Низкое сопротивление горизонтального циклона-сепаратора 38 способствует снижению энергетических затрат. Этому же способствует снижение потерь тепла в окружающую среду, Расположение каналов 10 для перетока материала внутри камеры 1 обеспечивает уменьшение габаритов и компактность установки, снижает количество металлоконструкций.

Формула изобретения

937943

11 цы которой прикреплены к штокам, установленнйм во втулках, вмс нтированных в боковые стенки камеры.

4. Теплообменник по и. 1, о тл и ч à ю шийся тем, что корпус циклона" сепаратора снабжен вксиальной вставкой в виде обечайки, соосной с пвтрубком отходящих газов, и установлен горизонтально.

5. Теплообменник по пп. 1, 4, о т- !о л и ч а ю шийся тем, что аксиальная вставка установлена с возможностью осевого перемещения от привода внутри патрубка отходящих газов циклона"сепаратора.!

6. Теплообменник по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен вертикальной стенкой, установленной внутри камеры параллельно торцевой стенке и образующей совместно с торцевой и боковыми стенками камеры канал для выхода отсепарированного ма«ериала из.циклона-сепаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ М 2737079, кл. F 27 В 15/10.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2756233/29-33, кл. F 21 В 7/34, 20. 04. 79.

9379 3

Составитель Л. Петрова

Редактор Н. Пушненкова Техред Е.баритончик Корректор H. Коста

Закаэ И3К/5б Тираж 615 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

1130 5 "oñêâà Ж-35 Рауаская наб.s д. 4/

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,ч