ЦЕПНАЯ ЗАВЕСА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ Российский патент 1998 года по МПК F27B7/18 

Изобретение относится к технике обжига во вращающихся печах в промышленности строительных материалов, в цветной металлургии.

Известна цепная завеса вращающейся печи, выполненная из закрепленных на корпусе за оба конца цепей в виде кольцевых рядов перекрещивающихся гирлянд (см. Е.И.Ходоров, М.С.Шмаргуненко "Техника спекания шихт глиноземной промышленности", с. 47-48, рис. 13, с. 65-66, рис. 19).

Недостатки известной цепной завесы состоят в сложности конструкции, ограниченной пропускной способности при транспортировании материала, неполном перекрытии поперечного сечения печи цепями, образовании при обрывах клубков цепей, нарушающих транспортирование материала. В результате имеет место ограничения производительность, зарастание корпуса и цепей в области пластичного состояния шихты, ограниченная продолжительность кампании печи, повышение продолжительности ремонта.

Известна цепная завеса вращающейся печи, выполненная из закрепленных на корпусе за оба конца цепей в виде винтовых гирлянд (см. предыдущую ссылку с. 47-49, рис. 19). Эта завеса обладает существенно лучшей транспортирующей способностью. Ее недостатки состоят в ограниченной подвижности цепей и плотности навески, подъеме большого количества материала в газовый поток на цепных гирляндах при вращении печи, сложности конструкции. В результате ограничивается производительность, имеют место повышенные унос и расход топлива, при обрывах образуются клубки цепей, препятствующие перемещению материала, не исключается зарастание сушильной зоны налипающей высушиваемой шихтой, наблюдается повышенная продолжительность ремонтов.

Известна цепная завеса из закрепленных на корпусе одним концом свободновисящих цепей, расположенных в коридорном или шахматном порядке (Е.И.Ходоров. Печи цементной промышленности, Л.: Стройиздат, 1968, с. 60-67, рис. 15).

Недостатки известной цепной завесы состоят в неудовлетворительной пропускной способности материала из-за создания кольцевых порогов из цепей одного ряда по окружности, повышенном износе цепей, обрывах цепей с образованием клубков, высоком аэродинамическом сопротивлении, интенсивном разрушении гранул, вызывающем повышенный пылеунос и уменьшение интенсивности теплопередачи в полой части печи. Это приводит к ограничению производительности, увеличению удельного расхода топлива и пылеуноса, повышенному расходу цепей, снижению качества продукта обжига.

Известна цепная завеса из свободновисящих цепей, точки подвески которой расположены по многозаходной винтовой линии, при этом длина цепей периодически меняется по длине винтовой линии, и участки с цепями различной длины смещены в соседних винтовых линиях, образуя лавирующий канал (а.с. СССР N 1560961, МПК: F 27 B 7/18, опубл. 30.04.1990 г.).

Такая цепная завеса по сравнению с рассмотренными выше имеет лучшую транспортирующую способность, меньшее аэродинамическое сопротивление. Однако обладает рядом недостатков:
- периодическое изменение длины цепей вдоль каждой винтовой направляющей ввиду изменения сопротивления продвижению материала приводит к формированию волнообразного перемещения материала, дестабилизирующего режим термообработки;
- в области жидкотекущей шихты (загрузочная зона) при поступлении в газовый поток участка винтовой направляющей с короткими цепями резко ухудшается пылеулавливающая способность цепной завесы и возрастает периодически пылеунос, дестабилизируя режим;
- в области пластичной шихты участки по длине направляющей с короткими цепями подвержены образованию нароста из-за плохой очистки короткими цепями; здесь затормаживается вязкий материал, создавая подпор вновь поступающему, с последующим прорывом волны плохо просушенного материала.

Ближайшим аналогом изобретения, принятым за прототип, является цепная завеса вращающейся печи, выполненная из равномерно размещенных по окружности винтовых рядов свободновисящих цепей (а.с. СССР 904415, МПК F 27 B 7/18, опубл. 23.06.1989 г.).

Такая завеса по сравнению с рассмотренными выше обладает повышенной транспортирующей способностью, пониженным аэродинамическим сопротивлением, обеспечивает хорошую очистку корпуса сушильной зоны от нароста.

Недостатки известной цепной завесы - прототипа состоят в следующем.

Для обеспечения эффективного улавливания пыли из печных газов необходимо достаточно полное перекрытие поперечного сечения печи цепями, т.е. необходимо использовать длинные цепи (≈0,75 - 0,9 диаметра печи). При небольшом количестве заходов винтовых линий подвески цепей (3 - 4 шт.) длина цепи оказывается близкой к длине дуги между соседними по окружности винтовыми рядами, что обеспечивает хорошее транспортирование и очистку корпуса, минимальное истирание частиц высушиваемого материала. Однако при этом ограничена поверхность цепей и, следовательно, эффективность теплопередачи. При увеличении количества заходов винтовых линий крепления цепей происходит перекрытие находящимися в нижнем положении цепями соседних по окружности рядов. Это создает пороги из цепей, препятствующие продвижению материала, способствует запутыванию и образованию клубков цепей, переизмельчению частиц материала, повышенному уносу и волнообразному движению материала, дестабилизирующему режим печи. В результате снижается производительность, возрастают расход топлива и пылеунос, ухудшается стойкость цепной завесы, дестабилизируется режим.

Технической задачей изобретения являются снижение разрушения гранул сухой шихты, пылеуноса из печи, удельного расхода топлива, цепей и футеровки, увеличение производительности и продолжительности кампании печи, повышение качества продукта термообработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в цепной завесе вращающейся печи, выполненной из равномерно расположенных по окружности корпуса винтовых рядов свободновисящих цепей, между основными винтовыми рядами размещены дополнительные винтовые ряды свободновисящих цепей, длина цепей в которых составляет 0,2 - 0,7 длины цепей в основных рядах. При этом отношение массы цепей в дополнительных и основных винтовых рядах составляет 0,1 - 0,85.

В прототипе (а. с. 904415) цепную завесу выполняют из винтовых рядов свободновисящих цепей. Этот признак совпадает с ограничительной частью формулы предлагаемого изобретения. По сравнению с другими известными цепными завесами это обеспечивает очистку печи от нароста из присыхающей шихты, хорошую транспортирующую способность завесы.

Для обеспечения достаточной пылеулавливающей способности за счет уменьшения площади свободного прохода под цепями здесь необходимо использовать цепи повышенной относительной длины. В то же время для интенсификации теплообмена целесообразно увеличивать количество заходов винтовой навески, обеспечивающих большее количество пересечений потока газов с цепями, а также увеличивать плотность навески. Однако при этом длинные цепи соседних рядов, перекрывающие друг друга в нижнем положении на корпусе в слое материала, образуют препятствующие продвижению материала пороги, запутываются в клубки, обрываются. По этой причине возникает переизмельчение частиц шихты, возрастает пылеунос, не обеспечивается достаточная эффективность теплообмена, дестабилизируется режим.

Отличительным признаком заявляемого технического решения является размещение между основными винтовыми рядами дополнительных винтовых рядов свободновисящих цепей, имеющих меньшую длину, чем в основных рядах. Чередование по окружности винтовых рядов из длинных и коротких цепей обеспечивает возможность увеличения количества заходов винтовых линий подвески, т.к. увеличение рядов коротких цепей увеличивает поверхность теплообмена и количество пересечений газового потока с цепями без возрастания опасности запутывания в клубки, образования порогов из цепей. Короткая цепь меньше времени за оборот находится в материале и больше в газовом потоке, при соскальзывании по корпусу не образует клубка ввиду малой длины, меньше измельчает гранулы, не препятствует очистке корпуса скользящей массой цепей.

Таким образом, отличительный признак предлагаемого изобретения обеспечивает хорошую пылеулавливающую способность за счет наличия в одном сечении длинных цепей основных винтовых рядов и интенсификацию теплопередачи от газа к материалу за счет увеличенных плотности навески и количества заходов благодаря наличию коротких цепей дополнительных рядов.

Изобретением предусматривается, что длина цепей в дополнительных рядах составляет 0,2 - 0,7 длины цепей в основных рядах. Этот диапазон обеспечивает достижение наибольшего технического эффекта. При отношении менее 0,2 не удается разместить достаточного количества дополнительных цепей, т.е. не достигается существенной интенсификации теплопередачи. При отношении более 0,7 в нижней части образуются клубки, пороги из цепей, возникают обрывы, что дестабилизируют процесс термообработки, приводит к перерасходу топлива, цепей, футеровки, ограничивает производительность. Лучшие результаты при отношении 0,4 - 0,5.

Дополнительный отличительный признак предусматривает, что отношение массы цепей в дополнительных и основных винтовых рядах составляет 0,1 - 0,85. При величине этого отношения менее 0,1 поверхность цепей в дополнительных рядах оказывается недостаточной для существенной интенсификации теплопередачи. При величине отношения более 0,85 возникают затруднения с размещением такого количества укороченных цепей на винтовых направляющих для крепления цепей, на корпусе в нижнем положении возникают пороги из цепей, препятствующие равномерному движению материала, способствующие переизмельчению материала и пылеуносу. Лучшие результаты при величине этого отношения 0,4 - 0,6.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы.

В проанализированных источниках не встречаются отличительные признаки предлагаемого изобретения. Совокупность этих признаков обеспечивает эффективность предлагаемой цепной завесы по сравнению с известными конструкциями. Следовательно, указанные признаки отвечают критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения показана на рисунках, где на фиг. 1 приведен поперечный разрез, а на фиг. 2 - развертка участка вращающейся печи с предлагаемой цепной завесой.

Участок вращающейся печи содержит барабанный корпус 1, равномерно распределенные по окружности основные винтовые ряды длинных свободновисящих цепей 2, размещенные по окружности между ними дополнительные винтовые ряды коротких свободновисящих цепей 3.

Цепная завеса выполнена в зонах сушки и нагрева вращающейся печи спекания нефелино-известняковой шихты. Загружаемый материал перемещается от загрузочного к разгрузочному концу за счет наклона и вращения печи. По мере продвижения через цепную завесу он высушивается и нагревается до температуры ≈ 100 - 300^oC за счет движущихся противоточно продуктов сгорания топлива. Закрепленные на корпусе 1 основные ряды свободновисящих цепей 2, имеющих относительную длину 0,6 - 0,9 внутреннего диаметра печи, обеспечивают достаточно полное перекрытие поперечного сечения печи, что способствует улавливанию цепями пыли, уносимой газовым потоком. Тяжелые длинные цепи основных рядов 2, проскальзывая большой путь по поверхности корпуса при вращении, очищают его от налипающего материала. Наличие дополнительных винтовых рядов более коротких свободновисящих цепей длиной 0,2 - 0,7 длины цепей основных рядов при массе цепей в дополнительных рядах 0,1 - 0,85 массы цепей в основных рядах обеспечивает значительное увеличение поверхности теплопередачи без образования клубков цепей при соскальзывании по корпусу и без запутывания, а также увеличение количества пересечений газового потока с цепями в винтовых рядах, что интенсифицирует теплообмен. Транспортируемая газовым потоком технологическая пыль, подхваченная в высокотемпературных зонах полой части печи, а также поднятая в газовый поток короткими цепями 3, в значительной степени улавливается длинными цепями 2 основных рядов. Короткие цепи ввиду их большего времени пребывания в газовом потоке эффективно участвуют в теплообмене, особенно в связи с увеличением количества заходов навески. При этом за счет хорошей подвижности способствуют улучшению очистки корпуса, а ввиду меньшего пути проскальзывания по нижней части корпуса обеспечивают уменьшение измельчения гранул материала и соответственно пылеуноса.

Отметим, что положительный эффект достигается при навеске дополнительных винтовых рядов коротких свободновисящих цепей согласно предлагаемому изобретению. Навеска же коротких цепей только в основных рядах чередованием с длинными цепями не позволяет существенно интенсифицировать теплопередачу ввиду ограниченного количества заходов винта и ухудшения омывания газом цепей из-за очень плотного расположения цепей вдоль винтовых направляющих.

Проверка эффективности предлагаемой системы навески цепей выполнена во вращающейся печи спекания нефелино-известняковой шихты глиноземного производства, склонной к наростообразованию и имеющей пониженную влажность ≈ 30%, что способствует повышенному пылеуносу.

Испытания проведены на печи 5х185 м. В качестве базового объекта и прототипа послужила эксплуатируемая цепная завеса из 3-заходной винтовой подвески свободновисящих цепей (опыт 1) и 6-заходной (опыт 2). Предлагаемая цепная завеса испытана в опытах 3 - 7, причем в опытах 4 - 6 конструктивные характеристики навески находятся в заявленных пределах.

Из данных таблицы видно, что внедрение предлагаемой цепной завесы обеспечивает снижение расхода топлива на 2,0 - 3,8%, увеличение производительности на 1 - 4%, снижение пылеуноса в 1,2 - 2,5 раза, снижение содержания мелких фракций в материале в ≈ 2 раза, улучшение качества продукта термообработки (извлечение глинозема при выщелачивании спека увеличивается на 0,3 - 0,6% (абс. ). Эти данные подтверждают также оптимальность заявленного диапазона конструктивных характеристик.

Изобретение относится к технике обжига во вращающихся печах в промышленности строительных материалов, в цветной металлургии. Технический результат изобретения состоит в уменьшении измельчения гранул высушиваемой шихты, пылеуноса из печи, удельного расхода топлива, цепей и футеровки, в увеличении производительности и продолжительности кампании печи, повышении качества продукта термообработки. Цепная завеса вращающейся печи выполнена из равномерно расположенных по окружности винтовых рядов свободновисящих цепей. Кроме того, между основными винтовыми рядами размещены дополнительные винтовые ряды свободновисящих цепей, длина цепей в которых составляет 0,2-0,7 длины цепей в основных рядах. При этом отношении массы цепей в дополнительных и основных винтовых рядах составляет 0,1-0,85. 1 з.п. ф-лы. 2 ил., 1 табл.

1. Цепная завеса вращающейся печи, выполненная из равномерно расположенных по окружности винтовых рядов свободновисящих цепей, отличающаяся тем, что между основными винтовыми рядами размещены дополнительные винтовые ряды, длина цепей в которых составляет 0,2 - 0,7 длины цепей в основных рядах. 2. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что отношение цепей в дополнительных и основных винтовых рядах составляет 0,1 - 0,85.