УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 1995 года по МПК F27B7/00 C22B1/248 

Изобретение относится к конструкции комплексных установок для очистки сыпучей металлической стружки от масел и других органических загрязнений, входящих в состав смазочно-охлаждающих жидкостей, перед ее переплавом преимущественно в электропечах.

Такие установки могут быть использованы преимущественно на крупных машиностроительных предприятиях, имеющих собственные металлургические цеха или участки, на базах по переработке вторичного металлосырья перед переплавом и на металлургических заводах.

Общеизвестно, что замасленную стружку опасно заваливать непосредственно в металлургические агрегаты. Во-первых, потому, что при высокой концентрации масел и т.п. загрязнителей (более 2 по массе) возможны выбросы жидкого металла. Во-вторых, потому, что даже при отсутствии указанных выше нарушений режимов плавки возникают экологически недопустимые выбросы токсичных газов, сажи и пыли.

Поэтому подобное сырье очищают от органических загрязнителей до переплава.

Поскольку химсостав загрязнителей весьма разнообразен, а количество стружки на одном предприятии достигает сотен и тысяч (иногда десятков тысяч) тонн в год, для очистки стружки обычно применяют методы, предусматривающие нагрев до температур пиролиза (термодеструкции) загрязнителей и сжигание газообразных продуктов пиролиза (желательно с рекуперацией тепла). Соответственно конструируют и технологические установки.

Известна установка для очистки металлической стружки от органических загрязнителей на основе барабанной печи, которая оборудована вибропитателем для подачи стружки и по меньшей мере одной горелкой, подключенной со стороны вибропитателя, средствами отсоса и очистки прошедших через печь продуктов сгорания и образовавшихся в печи продуктов испарения или пиролиза загрязнителей от механических примесей (пыли) и приемником термообработанной стружки на выходном конце барабана.

Как видно из описания известной установки, нагрев стружки в ней обеспечивается только за счет внешнего энергоносителя при прямоточном (попутном) перемещении и нагреваемого материала, и продуктов сгорания, а ее экономическая эффективность может быть обеспечена лишь при дополнительной очистке отходящих газов от паров и продуктов пиролиза загрязнителей.

Кроме того, безопасное ведение процесса (с исключением воспламенения паров и продуктов пиролиза загрязнителей в полости печи) возможно лишь при нагреве стружки в потоке теплоносителя, лишенного кислорода.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для очистки металлической стружки от органических загрязнителей, известная из авт. св. N 490874, кл. С 23 G 5/04, 1974.

Эта установка имеет барабанную печь, устройство для подачи загрязненной стружки в эту печь, устройство для приема обработанной стружки, устройство для подготовки газообразного теплоносителя, имеющее по меньшей мере одну горелку, средство подключения горелки к загрузочному торцу барабанной печи для подачи в нее паров и продуктов пиролиза органических загрязнителей, патрубок для подачи воздуха на разбавление продуктов сгорания с регулятором расхода воздуха; дымосос, дымовую трубу для сброса избытка теплоносителя, оборудованную регулятором расхода, трубопровод рециркуляции с регулятором расхода, подключенный к выгрузочному торцу барабанной печи.

В установке-прототипе энергопотенциал загрязнителей утилизируется путем их сжигания и использования продуктов сгорания на получение теплоносителя. Нагрев в противотоке способствует повышению устойчивости процесса и степени очистки, поскольку наиболее горячий теплоноситель воздействует на уже нагретую стружку и обеспечивает эффективный пиролиз неиспарившейся части органических загрязнителей.

Однако подмешивание окислителя (воздуха) к теплоносителю, подаваемому в барабанную печь, не исключает возгорания паров и продуктов пиролиза загрязнителей в печном пространстве, что приводит к дестабилизации процесса термообработки стружки, к локальным перегревам и угару металла.

Целью изобретения является стабилизация процесса термообработки стружки и уменьшение ее угара путем исключения воспламенения паров и продуктов пиролиза органических загрязнений в печном пространстве.

Это достигается тем, что в установке для очистки металлической стружки от органических загрязнений, имеющей барабанную печь, подключенную с входного конца к питателю для подачи загрязненной, а с выходного к приемнику очищенной стружки, устройство для приготовления газообразного теплоносителя, содержащее по меньшей мере одну горелку, вход которой по горючему подключен к печному пространству, дымосос и трубопровод рециркуляции продуктов сгорания через барабанную печь в противотоке с нагреваемой стружкой и патрубок для сброса избытка продуктов сгорания, согласно изобретению за горелкой установлен рекуперативный холодильник продуктов сгорания, а дымосос и трубопровод рециркуляции продуктов сгорания подключены к входу и к выходу этого холодильника через снабженные регуляторами расхода патрубки.

Рекуперативные теплообменники (и в том числе холодильники) как таковые широко известны. Однако включение теплообменника по предлагаемой схеме приводит к тому, что он используется по иному назначению, поскольку, во-первых, изолирует высокотемпературные продукты сгорания от контакта с воздухом, во-вторых, обеспечивает регулирование их температуры перед подачей через трубопровод рециркуляции в барабанную печь и, как следствие, служит средством предотвращения воспламенения паров и продуктов пиролиза загрязнений в печном пространстве и снижения угара нагреваемой стружки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Первое дополнительное отличие в том, что рекуперативный теплообменник выполнен двухступенчатым и имеет в первой ступени воздухоподогреватель, выход которого связан со входом горелки по окислителю, а во второй экономайзер. Тем самым расширяется диапазон регулирования температур газообразного теплоносителя, что позволяет в одной установке обрабатывать стружку из разных материалов стали, алюминия и Al-сплавов, меди и ее сплавов.

Второе дополнительное отличие в том, что патрубок для сброса избытка продуктов сгорания установлен за экономайзером и подключен к атмосфере через осадитель пыли.

Третье дополнительное отличие в том, что перед питателем для подачи загрязненной стружки в барабанную печь установлена обогреваемая центрифуга для отжима избытка органических загрязнителей, полость которой подключена к рекуперативному холодильнику. Тем самым существенно расширяется диапазон замасленности (загрязненности) исходной стружки, в котором может в целом устойчиво работать заявляемая установка.

На чертеже изображена предлагаемая установка.

Предлагаемая установка для очистки металлической стружки от органических загрязнений (преимущественно масел) имеет наклонно установленную барабанную печь 1 (с не показанным отдельно приводом вращения). С входного конца печи установлен питатель 2 для подачи загрязненной стружки, который в случае особо высокой замасленности сырья целесообразно подключить к центрифуге 3 для отжима избытка масел в сборник 4 (в этом случае над горловиной центрифуги размещают ленточный или иной транспортер 5 для подачи стружки с промежуточного склада). На выходе из печи 1 установлен сборник 6 для очищенной стружки.

Над входной частью печи 1, которая одновременно служит коллектором 7 для сбора газов из печного пространства, расположено устройство для приготовления газообразного теплоносителя, содержащее последовательно установленные один над другим дожигатель 8, оборудованный внутри по меньшей мере одной газовой горелкой 23; рекуперативный теплообменник 9 для частичного охлаждения продуктов сгорания топливного газа и продуктов испарения и/или пиролиза органических загрязнений; экономайзер 10 с выпускным трубопроводом 11, который через циклон 12 для осаждения твердых примесей из отходящих газов (пылеосадитель) подключен к тяговому вентилятору 13 и через него к выхлопной трубе 14. Кроме того, в устройство для приготовления газообразного теплоносителя для нагрева очищаемой стружки включены совместно открывающиеся во входное колено 15 дымососа 16 патрубки 17 и 18 с регуляторами 19 и 20 расхода. Один из патрубков патрубок 17 подключен к дожигателю 8 перед рекуперативным теплообменником 9, а другой патрубок 18 подключен к тракту выпуска продуктов сгорания за этим холодильником, в частности, после экономайзера 10, который служит второй ступенью рекуперации тепла.

Центрифуга 3 может быть одним из потребителей тепла, рекуперируемого в теплообменнике 9, для чего предусмотрен трубопровод 21. Экономайзер 10 может включаться в работу в зависимости от количества и теплосодержания получаемых в дожигателе 8 продуктов сгорания. Отбираемое в экономайзере 10 тепло может быть использовано для заводских нужд, например для подогрева технического воздуха или воды (на чертеже потребители этого тепла, как не относящиеся к заявляемой установке, не показаны).

От дымососа 16 к нижнему (выгрузочному по стружке) концу печи 1 подключен трубопровод 22 для подачи газообразного теплоносителя в печное пространство.

Рекуперативный теплообменник 9 снабжен дутьевым вентилятором 24.

Металлическую стружку очищают с помощью описанной установки от органических загрязнений следующим образом.

Стружку сортируют на "сливную" и сыпучую. "Сливную" стружку дробят на мелкие не сцепляющиеся одна с другой частицы длиной до 50 мм и объединяют с сыпучей стружкой.

Далее определяют степень загрязненности (замасленности) стружки. Если она не превышает заданного значения (обычно ≅ 2 от массы сырья), то ее питателем 2 непосредственно загружают в печь 1. Если же замасленность выше заданного значения, стружку транспортером 5 подают в обогреваемую горячим воздухом от рекуперативного теплообменника 9 центрифугу 3 и избыток загрязнений отжимают, сливая полученную жидкость в сборник 4. Эта операция (отжима) необязательна, ибо дожигатель 8 способен работать в широком диапазоне концентраций горючих примесей в газах, отходящих из печи 1 через коллектор 7. Однако ее выполнение способствует стабилизации режима и качества очистки стружки от загрязнений и дает в качестве побочного продукта пригодные отчасти для регенерации смазочные материалы. Механически очищенная стружка из центрифуги 3 также поступает на питатель 2 и далее в печь 1.

Во вращающейся барабанной печи 1 стружка постепенно пересыпается от загрузочного к выгрузочному концу, взаимодействуя с противоточно движущимся газообразным теплоносителем, содержащим продукты полного сгорания углеводородов, нагревается и очищается от органических загрязнений вследствие испарения летучих и пиролиза нелетучих компонентов. (В пусковой период такой состав теплоносителя обеспечивают только с помощью встроенной в дожигатель 8 горелки 32, а в выведенной на стационарный режим установке путем совместного сжигания подаваемого извне топлива и продуктов испарения и/или пиролиза загрязнений на стружке. В обоих случаях конструкция устройства для приготовления теплоносителя и тракта его подачи в печь 1 практически исключает подмешивание воздуха и тем самым исключает воспламенение паров и продуктов пиролиза органических загрязнений в печном пространстве). Отдаленными следствиями этого преимущества являются повышение надежности установки и стабилизация качества очистки.

Продукты испарения и/или пиролиза загрязнений, образующиеся при нагреве стружки в печном пространстве, через коллектор 7 поступают в дожигатель 8, который обеспечивает, во-первых, реализацию теплотворной способности отходов очистки стружки и впоследствии частичную их утилизацию на нагрев загрязненного сырья; во-вторых, обезвреживание токсичных продуктов испарения и/или пиролиза органических загрязнений при их сжигании до нетоксичных конечных продуктов типа диоксида углерода (СО₂) и паров воды (Н₂О); в-третьих, подготовку безопасного газообразного теплоносителя, исключающего возможность воспламенения и/или взрыва продуктов испарения и/или пиролиза органических загрязнений в печном пространстве.

Поскольку температура продуктов сгорания на выходе из дожигателя 8 составляет 700.1000^оС, то их охлаждают в рекуперативном теплообменнике 9 (а при недостаточности охлаждения только в нем и в экономайзере 10) и часть из них через патрубки 17 и 18 и колено 15 дымососом 16 подают в печное пространство по трубопроводу 22, а избыток через трубопровод 11 и циклон пылеосадитель 12 вентилятором 13 подают в выхлопную трубу.

Температуру газообразного теплоносителя, подаваемого в печь 1, регулируют изменением расхода более горячих (после дожигателя 8) и более холодных (после экономайзера 10) продуктов сгорания с помощью регуляторов 19 и 20.

В сравнении с избранным прототипом предлагаемая установка имеет следующие преимущества:
в техническом отношении она обеспечивает подготовку газообразного теплоносителя для нагрева стружки только на основе нейтральных продуктов полного сгорания углеводородов;
тем самым исключается воспламенение продуктов испарения и пиролиза органических загрязнений в печном пространстве и повышаются надежность работы установки и качество очистки.

Использование: в металлургии для предварительной термической подготовки шихты. Сущность изобретения: установка для очистки металлической стружки от органических загрязнений содержит барабанную печь, подключенную с входного конца к питателю для подачи загрязненной стружки, устройство для приготовления газообразного теплоносителя, имеющее по меньшей мере одну горелку, вход которой по горючему подключен к печному пространству, дымосос и трубопровод рециркуляции продуктов сгорания через барабанную печь в противотоке с очищаемой стружкой и патрубок для сброса избытка продуктов сгорания в атмосферу. За горелкой установлен (преимущественно двухступенчатый) рекуперативный холодильник продуктов сгорания, а дымосос и трубопровод рециркуляции подключены к входу и выходу этого холодильника через патрубки, снабженные регуляторами расхода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, содержащая барабанную печь, подключенную с входного конца к питателю для подачи загрязненной стружки, а с выходного к приемнику очищенной стружки, устройство для приготовления газообразного теплоносителя, имеющее по меньшей мере одну горелку, вход которой по горючему подключен к печному пространству, дымосос и трубопровод рециркуляции продуктов сгорания через барабанную печь и патрубок для сброса избытка продуктов сгорания в атмосферу отличающаяся тем, что с целью стабилизации процесса термообработки стружки, а также исключения воспламенения паров и продуктов пиролиза органических загрязнений в печном пространстве, за горелкой установлен рекуперативный холодильник продуктов сгорания, а дымосос и трубопровод подключены к входу и выходу этого холодильника через снабженные регуляторами расхода патрубки. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рекуперативный холодильник выполнен двухступенчатым и снабжен в первой ступени воздухоподогревателем, выход которого связан с входом горелки по окислителю, а во второй - экономайзером. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что патрубок для сброса избытка продуктов сгорания в атмосферу установлен за экономайзером и подключен к атмосфере через пылеосадитель. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перед питателем для подачи загрязненной стружки в барабанную печь установлена обогреваемая центрифуга для отжима избытка органических загрязнителей, полость которой по входу теплоносителя подключена к рекуперативному холодильнику.