ТЕРМОАЭРОКЛАССИФИКАТОР О.Л.ЧЕРНЫХ Российский патент 1997 года по МПК B07B4/02 B07B4/04 

Изобретение относится к промышленности стройматериалов, переработки углей, руд, минеральных удобрений, отходов производства и т.д. Может быть использовано при пневматической классификации сыпучих материалов по границе крупности 0,1 6,0 см с одновременной их сушкой.

Известны термоаэроклассификаторы, содержащие наклонную газораспределительную решетку, продуваемую вертикальным потоком горячего газа и связанную с виброприводом [1]
Недостатком данных аппаратов является низкая эффективность процесса сушки при совмещении его с процессом классификации по границе крупности менее 1,0 мм, что приводит либо к получению некондиционного продукта по влаге, либо к вынужденному снижению производительности термоаэроклассификатора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является пневматический классификатор, выполненный из корпуса с расположенной в нем наклонной распределительной решеткой беспровального типа, наклонными жалюзийной решеткой и пересыпной полкой под ней, питающего приспособления, над которым установлена вертикальная шахта с равномерно расположенными на боковой поверхности соплами и охватываемая кольцевым газораспределительным коллектором. Патрубок разгрузки, на боковой поверхности которого равномерно расположены сопла, охватывается кольцевым газораспределительным коллектором и расположен под пересыпной полкой. При этом патрубок отвода пылевоздушной смеси выполнен зигзагообразным с расширяющимся кверху сечением, причем загрузочный патрубок соединен пневмотранспортирующей трубой с нижней частью зигзагообразного патрубка, а по периферии распределительной решетки выполнены напорные камеры с соплами в надрешетном пространстве [2]
Недостатком данной конструкции является снижение остроты сепарации при колебаниях влажности исходного питания. Поскольку вертикальная шахта, расположенная под патрубком загрузки исходного материала, полая, то это приводит к незначительному времени пребывания материала в ней и не всегда к достаточно эффективному процессу сушки при колебаниях влажности исходного сырья и, как следствие, не гарантирует качества обеспыленного продукта (крупной фракции). Так как зигзагообразный патрубок отвода пылевоздушной смеси выполнен полым, это приводит к низкой эффективности процесса перечистки мелкого продукта в нем, и, как следствие, к значительному загрязнению мелкой фракции крупным продуктом.

Задача повышения остроты сепарации и эффективности термообработки решается предложенным изобретением, сущность которого заключается в следующем.

В термоаэроклассификаторе, включающем корпус, расположенную в нем распределительную решетку, а также жалюзийную решетку с пересыпной полкой под ней, примыкающие к дополнительному патрубку отвода пылевоздушной смеси, патрубки для подвода газа и отвода пылевоздушной смеси, загрузочный патрубок, питающее приспособление, примыкающее к верхнему концу распределительной решетки, над которым расположена вертикальная шахта с соплами на боковой поверхности и охватываемая кольцевым газораспределительным коллектором, разгрузочный патрубок, также состоящий из вертикальной шахты с соплами на боковой поверхности и охватываемый кольцевым газораспределительным коллектором, расположен под пересыпной полкой. Перечистная камера в форме зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением расположена над жалюзийной решеткой, причем вертикальная шахта под загрузочным патрубком соединена пневмотранспортирующей трубой с нижней частью перечистной камеры. Напорные камеры, закреплены на боковых стенках корпуса, вдоль распределительной решетки с соплами в надрешетном пространстве. В вертикальной шахте под загрузочным патрубком установлены два сопла первого (верхнего) яруса направленные диаметрально противоположно друг другу, между верхним и вторым ярусами сопел закреплен конический рассекатель, на боковой поверхности вертикальной шахты закреплены также наклонные кольца. Перечистная камера снабжена кольцевыми элементами с рассекателями потока внутри. Площадь сечения каждого из сопел первого яруса вертикальной шахты под загрузочным патрубком в 2 5 раз больше площади сечения сопел нижележащих ярусов, причем сопла нижележащих ярусов отклонены от радиального направления в горизонтальной плоскости в одну сторону.

Существенными признаками заявляемого устройства являются: корпус, распределительная решетка, жалюзийная решетка, пересыпная полка, патрубки подвода газа и отвода пылевоздушной смеси, дополнительный патрубок отвода пылевоздушной смеси, загрузочный патрубок, вертикальная шахта под загрузочным патрубком с установленным внутри коническим рассекателем и наклонными кольцами на боковой поверхности, с соплами расположенными на боковой поверхности шахты ярусами по высоте и охватываемая кольцевым газораспределительным коллектором, разгрузочный патрубок в форме вертикальной шахты с соплами на боковой поверхности и охватываемым кольцевым газораспределительным коллектором, перечистная камера в форме зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением и снабженная кольцевым элементами с рассекателями потока внутри, напорные камеры на боковых стенках корпуса с соплами в надрешетном пространстве.

Отличительными признаками предложенного изобретения от известного являются: установка внутри вертикальной шахты, расположенной под загрузочным патрубком конического рассекателя, расположенного между верхним и вторым ярусами сопел, обращенного своей вершиной навстречу потоку исходного материала, закрепление на боковой поверхности этой же шахты наклонных колец, расположение двух сопел верхнего яруса диаметрально противоположно друг другу, большая площадь сечения каждого из этих сопел в сравнении с соплами нижележащих ярусов, отклонение направления сопел нижележащих ярусов от радиального, установка внутри перечистной камеры кольцевых элементов и рассекателей потока.

Установка внутри вертикальной шахты, расположенной под загрузочным патрубком конического рассекателя, закрепленного между первым и вторым ярусами сопел, расположение двух сопел первого яруса в радиальном направлении, друг против друга, увеличивает диспергацию исходного материала, позволяет создать зону гарантированного удержания материала в шахте и интенсифицировать процесс теплообмена между газовой и твердой фазами в этой зоне. Зона слияния газовых струй расположена над коническим рассекателем, о который тормозятся ссыпающиеся частицы исходного материала. Относительная скорость струй в месте слияния составляет порядка 200 м/с, это зона наиболее интенсивной сушки обрабатываемого материала в аппарате. Поскольку указанная зона сушки обеспечивает наибольший влагосъем, то в эту зону целесообразнее подавать большее количество теплоносителя. Большая площадь сечения каждого из сопел верхнего яруса в сравнении с соплами нижележащих ярусов обеспечивает: наибольший приток теплоносителя в зону над коническим рассекателем, проникновение струй теплоносителя до оси шахты, эффективную диспергацию исходного материала. Практика показала, что площадь сечения каждого из сопел верхнего яруса должна быть в 2 5 раз больше площади сечения каждого сопла нижележащих ярусов. При меньшем увеличении площади сечения струя теплоносителя может затухнуть не достигнув ядра потока ссыпающегося материала, при большем (чем в 5 раз) увеличении площади сечения верхнего сопла происходит непроизводительный унос теплоносителя в пневмотранспортирующую трубу.

Наличие в вертикальной шахте конического рассекателя, наклонных колец, отклонение сопел нижележащих (от верхнего) ярусов от радиального направления увеличивает время пребывания материала в зоне термообработки. Как следствие, увеличивается удельный влагосъем, что в конечном итоге позволяет получить более обеспыленный крупный продукт на выходе из аппарата.

Установка внутри перечистной камеры кольцевых элементов с рассекателями потока способствует более эффективной перечистке мелкого продукта, освобождению его от крупных частиц. Мелкодисперсные частицы, ударившись о кольцевые элементы и рассекатели потока, теряют свою скорость. Частицы материала, имеющие крупность, превышающую крупность граничного зерна, ссыпаются из перечистной камеры на жалюзийную решетку, где подвергаются повторному обеспыливанию. Частицы материала, имеющие крупность меньше граничного зерна, после удара об установленные элементы, вновь разгоняются потоком воздуха в перечистной камере, так как имеют скорость витания меньше скорости газового потока. Таким образом, происходит многократная перечистка, как крупного, так и мелкого продуктов, что обеспечивает высокую остроту сепарации.

Зависимость эффективности классификации подобных устройств от режимных и конструктивных параметров может быть представлена формулой:

где E эффективность классификации по критерию Ханкока Луйкена, доли ед;
β_o массовая доля мелочи в исходном материале, доли ед.

ρ_д плотность дисперсной фазы, кг/м³;
ε порозность слоя материала на решетке, доли ед.

h высота слоя взвешенного на решетке, м;
t время пребывания материала на решетке, с;
m расходная концентрация материала, кг/м³;
W скорость потока газа в сечении аппарата, м/с;
a угол наклона основной распределительной решетки к горизонтали, град.

R_м произведение массовой доли частиц крупнее граничного зерна в мелком продукте на выход мелкого продукта, доли ед.

Из формулы (1) следует, что эффективность классификации существенно зависит от массовой доли мелочи в материале, поступающем на распределительную решетку b_o Увеличение времени пребывания материала в вертикальной шахте под загрузочным патрубком, интенсификация его термообработки, позволяет полнее обеспылить материал (снизить β_o подаваемый питающим приспособлением на распределительную решетку. Более эффективная перечистка мелкого продукта в перечистной камере, уменьшая R_м, обеспечивает увеличение E.

На фиг. 1 показан общий вид термоаэроклассификатора, на фиг. 2 схема расположения сопел и взаимодействия струй газа в вертикальной шахте под загрузочным патрубком, на фиг. 3 распределительная решетка, вид сверху.

Термоаэроклассификатор включает корпус 1 трапецеидального сечения, снабженный питающим приспособлением 2, патрубком подвода газа 3 и разгрузочным патрубком 4, состоящим из вертикальной шахты 4 с соплами 5, охватываемой кольцевым газораспределительным коллектором 6, имеющим патрубок подвода воздуха (B) 7 (или газа). Внутри корпуса 1 расположена наклонная, беспровального типа, распределительная решетка 8, с боков которой закреплены напорные камеры 9 с соплами 10 (фиг. 3), наклонная жалюзийная решетка 11 с пересыпной полкой под ней 12, примыкающие к дополнительному патрубку отвода пылевоздушной смеси (B + M) 13. Сверху корпуса 1 установлена перечистная камера 14 в форме зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением, оканчивающаяся патрубком отвода пылевоздушной смеси (B + M) 15. Внутри перечистной камеры 14 установлены кольцевые элементы 16 и рассекатели потока 17. Сверху питающего приспособления 2 расположена вертикальная шахта 18, имеющая на боковой поверхности сопла 19, расположенные в несколько ярусов по высоте и наклонные кольца 20. Внутри шахты 18 между первым и вторым ярусами сопел закреплен конический рассекатель 21, обращенный вершиной вверх. Два сопла верхнего яруса 22 расположены друг против друга. Вертикальная шахта 18 охватывается кольцевым газораспределительным коллектором 23, имеющим патрубок подвода горячего газа (B + t^o) 24. Верхняя часть вертикальной шахты 18 соединена посредством пневмотранспортирующей трубы 25 с нижней частью перечистной камеры 14. Загрузочное приспособление 26 посредством загрузочного патрубка 27 соединено с начальным участком пневмотранспортирующей трубы 25 и установлено по оси вертикальной шахты 18.

Термоаэроклассификатор работает следующим образом. Исходный материал (ИМ) через загрузочное приспособление 26 и загрузочный патрубок 27 поступает в вертикальную шахту 18, где сразу же попадает в зону действия высокоинтенсивных струй горячего газа, выходящего из сопел 22 первого яруса. Ударившись о конический рассекатель 21, частицы исходного материала тормозят другие частицы из ссыпающегося потока материала. В зоне слияния струй горячего газа, над коническим рассекателем 21 происходит интенсивная сушка материала и его дезагрегация. Ссыпаясь с конического рассекателя 21 кольцевым потоком, материал попадает в зону действия струй горячего газа, выходящего из сопел 19 нижележащих ярусов. Поскольку направление их расположения отклонено от радиального в одну сторону, газоматериальная смесь в шахте 18 подвергается крутке, что увеличивает время пребывания материала в зоне термообработки. Наклонные кольца 20 образуют в вертикальной шахте 18 зоны пережима газоматериального потока, что увеличивает его скорость в ядре (потока), создавая тем самым дополнительные циркуляционные потоки в пространстве шахты между коническим рассекателем 21 и кольцами 20. Таким образом, просушиваемый материал многократно попадает в зону струйной термообработки.

Мелкодисперсные частицы, отделяясь от основного потока материала, ссыпающегося в вертикальной шахте 18 сверху вниз, уносятся газовым потоком по пневмотранспортирующей трубе 25 в перечистную камеру 14. Поддерживая определенную скорость газа в сечении вертикальной шахты 18, можно обеспечить вынос частиц требуемой крупности.

Частично высушенный и частично обеспыленный материал (полуфабрикат) питающим приспособлением 2 подается на распределительную решетку 8. Проходя по наклонной распределительной решетке 8, материал продувается горячим газом (B + t^o), подаваемым под решетку и дополнительно обрабатывается высокоинтенсивными струями горячего газа, выходящими из сопел 10 напорных камер 9, в результате чего на решетке 8 образуется взвешенный слой, из которого происходит дальнейшее удаление мелких частиц. Во взвешенном слое происходит окончательное досушивание и обеспыливание обрабатываемого материала. Крупная фракция материала (K) выводится из термоаэроклассификатора через вертикальную шахту 4 разгрузочного патрубка, где в зависимости от требования к кондиционному продукту осуществляется его струйная обработка воздухом или теплоносителем (в зависимости от задачи) через сопла 5 до необходимой температуры.

Мелкая фракция, выносимая потоком газа из взвешенного слоя материала, уносится в перечистную камеру 14. При движении по зигзагообразному каналу 14 и ударяясь об установленные в нем кольцевые элементы 16 и рассекатели потока 17 наиболее крупные частицы отделяются от основного газоматериального потока и ссыпаются из перечистной камеры 14 на жалюзийную решетку 11 (увлекая с собой и часть мелких частиц). На жалюзийной решетке 11 происходит повторное обеспыливание материала, ссыпающего из перечистной камеры 14. Этой же цели служит пересыпная полка 12, установленная над патрубком разгрузки 4. Материал, ссыпающийся с нее, обеспыливается потоком воздуха, выходящим из патрубка 4 снизу вверх. Мелкая фракция удаляется из аппарата через патрубок отвода пылевоздушной смеси (B + M) 15 и дополнительный патрубок 13.

Пылевоздушные потоки, выходящие из патрубков 13 и 15 очищают от твердых частиц, например, в циклоне и пылеуловителе со встречными закрученными потоками. Выделенная при этом мелкая фракция материала является одним из продуктов классификации.

В предлагаемом термоаэроклассификаторе можно эффективно разделять материалы с массовой долей влаги до 10 12% (например, песок) за счет совмещения процесса сушки и классификации. Создание в аппарате условий для многократной перечистки как крупного, так и мелкого продуктов, обеспечивает значительную остроту сепарации.

Использование: классификация сыпучих материалов по границе крупности 0,1 - 6,0 мм с совмещением процесса сушки. Сущность изобретения: в корпусе термоаэроклассификатора с патрубками подвода газа и основным и дополнительными патрубками отвода пылевоздушной смеси расположены распределительная решетка и примыкающие к дополнительному патрубку отвода пылевоздушной смеси жалюзийная решетка с пересыпной полкой под ней. Под загрузочным патрубком установлена над листом подачи материала на распределительную решетку вертикальная шахта с соплами, расположенными ярусами на ее боковой поверхности по высоте, и охватываемая кольцевым газораспределительным коллектором. Для увеличения времени пребывания материала в зоне термообработки верхний ярус сопел выполнен из двух сопел, установленных диаметрально противоположно друг другу, внутри вертикальной шахты расположен конический рассекатель, обращенный своей вершиной вверх и закрепленный между верхним и вторым ярусами сопел, а на боковой поверхности шахты закреплены наклонные кольца. При этом площадь сечения каждого сопла верхнего яруса в 2 - 5 раз больше площади сечения каждого сопла нижележащих ярусов, а сопла нижележащих ярусов отклонены в горизонтальной плоскости от радиального направления в одну сторону. Под жалюзийной решеткой расположена перечистная камера в виде зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением. Внутри нее закреплены кольцевые элементы с рассекателями потока, а нижняя часть ее посредством пневмотранспортирующей трубы соединена с вертикальной шахтой. Вдоль распределительной решетки на боковых стенках корпуса закреплены напорные камеры с соплами, в надрешетном пространстве. Под пересыпной полкой расположен разгрузочный патрубок, состоящий из вертикальной шахты с соплами на ее боковой поверхности и охватываемый кольцевым газораспределительным коллектором. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Термоаэроклассификатор, включающий корпус с патрубками для подвода газа, основным и дополнительным патрубками отвода пылевоздушной смеси, расположенные в корпусе распределительную решетку и примыкающие к дополнительному патрубку отвода пылевоздушной смеси жалюзийную решетку с пересыпной полкой под ней, установленную под загрузочным патрубком над местом подачи материала на распределительную решетку вертикальную шахту с соплами, расположенными ярусами на ее боковой поверхности по высоте, и охватываемую кольцевым газораспределительным коллектором, расположенную над жалюзийной решеткой перечистную камеру в виде зигзагообразного канала с расширяющимся кверху сечением, нижняя часть которой соединена посредством пневмотранспортирующей трубы с вертикальной шахтой, закрепленные на боковых стенках корпуса вдоль распределительной решетки напорные камеры с соплами в надрешетном пространстве и разгрузочный патрубок, расположенный под пересыпной полкой, состоящий из вертикальной шахты с соплами на ее боковой поверхности и охватываемой кольцевым газораспределительным коллектором, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен коническим рассекателем, наклонными кольцами, кольцевыми элементами с рассекателями потока, при этом конический рассекатель расположен внутри вертикальной шахты, установленной под загрузочным патрубком, своей вершиной обращен вверх и закреплен между верхним и вторым ярусами сопел, верхний ярус сопел выполнен из двух сопел, установленных диаметрально противоположно друг другу, наклонные кольца закреплены на боковой поверхности этой же шахты, а кольцевые элементы с рассекателями потока закреплены внутри перечистной камеры. 2. Термоаэроклассификатор по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения каждого сопла верхнего яруса вертикальной шахты, установленной под загрузочным патрубком, в 2 5 раз больше площади сечения каждого сопла нижележащих ярусов, причем сопла нижележащих ярусов отклонены в горизонтальной плоскости от радиального направления в одну сторону.