СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1999 года по МПК F26B17/20 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обезвоживания кускового материала. Его достоинством является то, что изобретение находит применение в области переработки сточных вод, таких как токсичные шламы, органические осадки, образующиеся на мясоперерабатывающих предприятиях, с тем чтобы удалить воду из отходов, а также для того чтобы устранить запахи и стерилизовать материал отходов.

В случае данного описания выражение "кусковой материал" приобретает родовое значение и должно означать скопление частиц, образующих массу, которая содержит воду, такую как водная смесь практически нерастворимого материала (т. е. грязь, шлам и т.п.) или скопление отдельных частиц, содержащих воду. Термин "обезвоживание" должен означать значительное уменьшение содержания воды в определенном материале, что совсем не предполагает, что материал полностью освобождается от воды.

Как показано и подробно описано ниже, изобретение предлагает устройство для обезвоживания кускового материала, причем это устройство включает:
- канал, имеющий конец, предназначенный для приема подлежащего обезвоживанию кускового материала, и выходной конец для выдачи обезвоженного кускового материала, причем канал образует газоход для перемещения по нему воздушного потока с целью улавливания и выноса водяных паров, выделяющихся из кускового материала;
- винтовой конвейер, установленный в канале с возможностью вращения, причем винтовой конвейер является средством выполнения следующих задач:
а) перемещение кускового материала по каналу от входного конца в направлении выходного конца;
б) перемешивание кускового материала с целью изменения относительного положения образующих его частиц, и способствуя таким образом улучшению выделения водяных паров;
- короб, осуществляющий теплообмен с каналом, причем по коробу идет нагретый газ, передающий тепловую энергию находящемуся в канале кусковому материалу для обеспечения выделения кусковым материалом водяных паров, причем короб по существу изолирован от канала по меньшей мере на значительном участке этого канала с тем, чтобы не допустить на всем этом значительном участке контакта между газообразной средой в газоходе и в коробе;
- нагревательную камеру, образующую соединительный участок между коробом и каналом и обеспечивающую повышение температуры проходящей через нее газообразной среды, так что смесь воздуха и водяного пара, выходящая из газохода, поступает в нагревательную камеру с целью повышения содержания тепла и затем направляется в короб с тем, чтобы отдать тепло кусковому материалу, находящемуся в канале.

В наиболее предпочтительном варианте реализации изобретения кусковой материал, проходящий обработку в устройстве, перемещается по извилистому тракту, состоящему из множества горизонтально расположенных участков, сдвинутых по вертикали относительно друг друга. Каждый участок включает по меньшей мере один винтовой конвейер, перемещающий кусковой материал от одного конца участка до другого. Когда кусковой материал достигает конца данного участка, он падает под воздействием силы тяжести на следующий участок тракта, расположенный на более низком уровне. Установка между различными участками извилистого тракта экранов позволяет образовать два газохода для отвода газообразной среды. Первый газоход повторяет форму извилистого тракта и открыт над подвергаемым обезвоживанию кусковым материалом, что позволяет собирать выделяющиеся водяные и вредные пары. Кроме того, вентилятор гонит воздух в направлении, противоположном направлению перемещения кускового материала, чтобы собирать и удалять водяные и вредные пары, выделившиеся из кускового материала. B конце первого газохода газы, выделенные кусковым материалом, проходят через нагревательную камеру, где температура газов повышается по меньшей мере до 750^oC, чтобы в максимально возможной степени сжечь вредные пары. Горячий и относительно чистый газ направляется затем во второй газоход, который также повторяет форму извилистого тракта и предназначен для того, чтобы повысить температуру кускового материала и способствовать выделению воды и вредных испарений. Компоновка первого и второго газоходов выполнена таким образом, чтобы предупредить смешивание между собой газовой среды, выходящей из нагревательной камеры, и газа, выделяемого кусковым материалом и всасываемого в нагревательную камеру. Целью такой компоновки является недопущение загрязнения вредными парами подвергнутых термической обработке и относительно чистых газов.

Как показанo и подробно описано ниже, изобретение предлагает также способ обезвоживания кускового материала, причем этот способ включает следующие операции:
- загрузку предназначенного для обезвоживания кускового материала в канал, образующий газоход для перемещения воздушного потока с целью сбора и удаления водяного пара, выделяемого кусковым материалом;
- продвижение кускового материала по каналу при одновременном перемешивании кускового материала с тем, чтобы улучшить выделение пара из кускового материала;
- нагрев газа, выходящего из газохода и содержащего смесь воздуха и водяного пара, выделяемых кусковым материалом;
- прохождение нагретого газа в контакте с каналом с целью передачи тепловой энергии находящемуся в нем кусковому материалу без смешивания нагретого газа с газообразной средой, находящейся в газоходе.

Как показано и подробно описано ниже, изобретение предлагает устройство для обезвоживания кускового материала, причем это устройство включает:
- канал, имеющий входной конец, предназначенный для приема подлежащего обезвоживанию токсичного кускового материала, и выходной конец для выдачи токсичного обезвоженного кускового материала, причем канал образует газоход для перемещения по нему воздушного потока с целью улавливания и выноса водяных и вредных паров, выделяющихся из кускового материала;
- винтовой конвейер, установленный в канале с возможностью вращения, причем винтовой конвейер является средством выполнения следующих задач:
а) перемещение токсичного кускового материала по каналу от входного конца в направлении выходного конца;
б) перемешивание токсичного кускового материала с целью изменения относительного положения образующих его частиц, что способствует, таким образом, улучшению выделения водяных и вредных паров;
- нагревательную камеру, образующую соединительный участок с выходным отверстием газохода и осуществляющую нагрев газов, поступающих по газоходу с целью сжигания вредных паров, выделяемых токсичным кусковым материалом;
- короб, сообщающийся с нагревательной камерой для выпуска из нее газообразной среды, причем короб осуществляет теплообмен с каналом для передачи тепловой энергии находящемуся в канале кусковому материалу с целью способствовать выделению кусковым материалом водяных паров, причем короб по существу изолирован от канала с тем, чтобы не допустить загрязнения газообразной среды, выходящей из нагревательной камеры, вредными парами, выделяемыми кусковым материалом.

Краткое описание чертежей:
- на фиг. 1 показано схематическое вертикальное изображение в поперечном разрезе устройства, являющегося предметом настоящего изобретения;
- на фиг. 2 показано перспективное изображение батареи желобов, образующих один уровень извилистого тракта, по которому осуществляется обезвоживание кускового материала в устройстве, причем желоба показаны со стороны входа;
- на фиг. 3 показано перспективное изображение батареи желобов с фиг. 2, но желоба показаны со стороны выхода;
- на фиг. 4 показано изображение в плане винтового конвейера, предназначенного для перемещения кускового материала по желобу;
- на фиг. 5 показано схематическое изображение, иллюстрирующее размещение батарей желобов и винтовых конвейеров.

Описание предпочтительного варианта реализации изобретения.

Настоящее изобретение предлагает устройство для обезвоживания кускового материала, имеющее возможность сжигания вредных паров, выделяющихся в процессе обработки, и пригодное, таким образом, для обработки жидких токсичных отходов.

Как показано на фиг. 1, устройство, обозначенное в целом позицией 10, состоит из кожуха 12, выполненного из подходящего материала. Для придания ему коррозионной стойкости предпочтительным является применение нержавеющей стали. Кожух 12 разделен на три камеры, которые выполняют различные функции. Центральная и наибольшая камера 14 является главной рабочей зоной, через которую по извилистому тракту подвигается кусковой материал, подвергаясь нагреву для выделения содержащихся в нем водяных и вредных паров. Справа от рабочей зоны 14 находится блок управления 16, в котором размещены различные приводы и электронная система управления устройством 10. С другой стороны от главной рабочей зоны 14 размещена камера сгорания 18, предназначенная для сжигания выделяемых кусковым материалом вредных паров перед выбросом их в атмосферу.

Главная рабочая зона 14 состоит из семи батарей желобов, наложенных друг на друга с образованием извилистого тракта для перемещения подлежащего обезвоживанию кускового материала через устройство. Конструкция батарей желобов, обозначаемых в целом позицией 20, лучше всего показана на фиг. 2 и 3. Каждая батарея желобов состоит из восьми открытых сверху желобов 22, расположенных параллельно друг другу и лежащих в одной плоскости. Каждый желоб 22 имеет подобный водосточному желобу закругленный участок 24 в форме усеченного в продольном направлении цилиндра, диаметр которого увеличивается по направлению от выходного конца 26 желоба к его входному концу 28. Цель такого технического решения заключается в создании тракта для повергнутого обработке кускового материала, который последовательно сужается с целью компенсации уменьшения объема материала в результате испарения воды.

В каждом желобе 22 размещен протяженный винтовой конвейер 30, обладающий дополняющий формой с желобоподобным закругленным выступом. Если сказать более конкретно, то концевая часть винтового конвейера 31, размещенная во входном конце желоба, имеет больший диаметр, а концевая часть 34, размещенная в выходном конце 26 желоба, - меньший диаметр. Уменьшение диаметра между концами 31 и 34 происходит постепенно.

Винтовые конвейеры 30 имеют двойное назначение. Во-первых, винтовой конвейер перемещает предназначенный для обработки кусковой материал по соответствующему желобу 22. Во-вторых, винтовой конвейер осуществляет рыхление и перемешивание кускового материала с тем, чтобы непрерывно выносить на поверхность частицы, находящиеся в глубине массы материала. В результате достигается более эффективное выделение водяных и вредных паров.

Как лучше всего показано на фиг. 1 и 5, в каждой из батарей желобов 20 располагается восемь винтовых конвейеров 30, и батареи наложены друг на друга. Все батареи желобов 20 имеют одинаковые размеры, за исключением нижней батареи желобов 20, которая имеет несколько большую длину, позволяющую увеличить время нахождения в ней кускового материала в целях его достаточного охлаждения. Винтовые конвейеры 30 нижней батареи желобов 20 имеют длину, соответствующую длине батареи желобов. Батареи желобов 20 взаимосвязаны комплектом перегородок 32 (каждый комплект состоит из трех отдельных перегородок 32a, 32b и 32c, показанных на фиг. 1 пунктирными линиями), предназначенных для ограничения вместе с батареями желобов 20 газохода 34, идущего непрерывно от выходного конца 36 главной рабочей зоны, через который выгружается обезвоженный кусковой материал, и до входного конца 38, через который загружают предназначенный для обработки кусковой материал. Назначение воздушного потока, создающегося в газоходе 34, заключается в захвате водяных и вредных паров, выделяющихся из кускового материала в процессе его обработки. Собранная таким образом газообразная среда попадает в камеру сгорания 42, обогреваемую газовыми горелками 44 до температуры по меньшей мере 750^oC. При такой температуре большая часть вредных паров, которые выделяются кусковым материалом, сгорает, а полученный газ оказывается по существу чистым. Газовые горелки 44 имеют обычную конструкцию. Они включают отдельные нагнетатели, прогоняющие в процессе горения топливо с высокой скоростью по камере сгорания 42. Струя горящего топлива повышает температуру газообразной среды, поступающей в камеру сгорания 42, и наряду с этим разгоняет газообразную среду с тем, чтобы увеличить ее скорость.

Прокаленные газы, покидающие камеру сгорания 42, проходят по газоотводу 46 и возвращаются в главную рабочую зону, чтобы проследовать по извилистому тракту, образуемому батареями желобов 20 и комплектами перегородок 32. Путь прохождения нагретых газов, покидающих камеру сгорания 42, показан воздушным потоком 48. При этом подразумевается, что поток горячего газа следует по тому тракту, по которому продвигается кусковой материал, с тем чтобы нагреть кусковой материал и способствовать выделению им водяных и вредных паров. Однако перегородки в главной рабочей зоне разделяют два газовых потока и не допускают загрязнения прокаленных газов вредными парами, выделяемыми кусковым материалом. Прокаленные газы выбрасываются из главной рабочей зоны в атмосферу через выходное отверстие 50.

В блоке управления 60 размещено промышленное электронное управляющее устройство, которое регулирует работу различных компонентов устройства 10. Более конкретно, контроллер регулирует температуру в камере сгорания 42 наряду со скоростью вращения каждого винтового конвейера 30. В этом отношении следует сказать, что привод каждого винтового конвейера 30 осуществляется отдельным электродвигателем 52.

Устройство 10 действует следующим образом. Перед загрузкой в главную рабочую зону подлежащего обработке материала отходов зажигают газовые горелки 44, чтобы довести температуру камеры сгорания 42 до нужного уровня. Отходы, предназначенные для обработки, выгружают на самые верхние батареи желобов 22 через питающий бункер 54. Винтовые конвейеры 30, вращающиеся в отдельных желобах 32, продвигают материал в направлении выходного конца 26 батареи желобов при одновременном перемешивании материала. Когда кусковой материал достигает конца 26 батареи желобов, он падает под воздействием силы тяжести на второй уровень извилистого тракта и вновь перемещается по горизонтали на второй батарее желобов. Это движение кускового материала продолжается до тех пор, пока материал не достигнет выходного конца 36. В процессе движения кускового материала по главной рабочей камере 14 с помощью вентилятора 40 создают воздушный поток, который идет по газоходу 34 в направлении, противоположном направлению перемещения кускового материала. Воздушный поток захватывает вредные и водяные пары, выделяемые кусковым материалом, которые направляются в камеру сгорания 42 для сжигания в ней.

Подразумевается, что вход газохода 34, соответствующий расположению вентилятора 40, прилегает к выходу 36, через который выгружается обезвоженный материал. Задача такого расположения заключается в постоянном поддержании разрежения над кусковым материалом вплоть до его выгрузки из устройства 10, что гарантирует рекуперацию всех возможных выделяющихся вредных паров. Противоток воздуха в газоходе 34 оказывает также нужное охлаждающее воздействие на кусковой материал, находящийся на самой нижней батарее желобов, где кусковой материал проходит цикл охлаждения.

В процессе работы устройства 10 требуется постепенно уменьшать скорость перемещения кускового материала по извилистому тракту с тем, чтобы увеличить длительность нахождения материала в высокотемпературной зоне и соответственно увеличить степень удаления воды. В этом отношении следует отметить, что уменьшение скорости перемещения кускового материала, возможно, и не вызовет переполнения на входном конце устройства в связи с постепенным удалением воды в процессе продвижения материала по извилистому тракту. Преимущество замедления материала позволяет увеличить длительность нахождения для более полного удаления водяных и вредных паров. Для уменьшения скорости кускового материала в различных отсеках главной рабочей зоны двигатели 52 винтовых конвейеров вращаются все медленнее от уровня к уровню.

Возможно, что наиболее важным преимуществом устройства, являющегося предметом настоящего изобретения, является его способность работать в непрерывном режиме, не требуя остановок. Устройство может быть оборудовано автоматической загрузочной машиной, которая дозирует подачу отходов в бункер 54, в то время как конвейер или система транспортировки материала любого другого типа удаляет обезвоженные отходы, выданные через выпускное отверстие 36. В случае необходимости пары, выходящие через выпускное отверстие 50, могут подвергнуться дополнительной фильтрации с целью более полного отделения загрязнений.

Приведенное выше описание предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения не должно рассматриваться как ограничивающее, поскольку возможно внесение изменений без отклонения от существа изобретения. Объем изобретения определяется приведенной ниже формулой изобретения.

Изобретение может быть использовано в области переработки сточных вод, таких как токсичные шламы, органические осадки и т.д. Устройство 10 включает желоб с входным концом 38 для приема предназначенного для обезвоживания кускового материала и выходным концом 36 для выдачи обезвоженного кускового материала. Винтовой конвейер 30, установленный с возможностью вращения в желобе, продвигает кусковой материал, одновременно перемешивая кусковой материал для улучшения выделения водяного и вредных паров. Вентилятор 40 создает в желобе воздушный поток для уноса водяных и вредных паров, выделенных кусковым материалом. Пары направляются в камеру сгорания 42, в которой осуществляется максимально возможное сжигание опасных и токсичных составляющих. Полученная газообразная среда направляется по коробу, осуществляющему теплообмен с желобом для повышения температуры кускового материала, подвергаемого обработке, и стимулирования выделения водяных и вредных паров. Короб отделен от желоба для того, чтобы избежать непосредственного контакта между прокаленными газами, которые выбрасываются в атмосферу, и еще не прокаленными газами, собранными в желобе. Изобретение обеспечивает сжигание вредных паров, выделяющихся в процессе обработки жидких токсичных отходов. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для обезвоживания кускового материала, включающее желоб (22), имеющий входной конец (38) для приема подлежащего обезвоживанию кускового материала и выходной конец (36) для выдачи обезвоженного кускового материала, причем желоб определяет газоход (34) для сбора и перемещения по нему водяного пара, выделяющегося из кускового материала, винтовой конвейер (30), установленный в желобе (22) с возможностью вращения, причем винтовой конвейер выполнен с возможностью обеспечения перемещения кускового материала по желобу (22) от входного конца (38) в направлении выходного конца (36) и перемешивания кускового материала для изменения относительного положения образующих его частиц для обеспечения улучшения выделения водяных паров, газоотвод (46), осуществляющий теплообмен с желобом (22), причем по газоотводу проходит нагретый газ, передающий тепловую энергию находящемуся в желобе кусковому материалу для обеспечения выделения из кускового материала водяного пара, причем газоотвод (46) по существу изолирован от желоба (22) для исключения контакта между нагретым газом, проходящим по газоотводу (46), и водяным паром, проходящим по газоходу (34), камеру сгорания (42), образующую соединительный участок между газоотводом (46) и желобом (22), причем камера сгорания (42) включает средства (44) для нагрева газообразной среды до температуры по меньшей мере 750^oC, причем водяной пар, выходящий из газохода (34), поступает в камеру сгорания и нагревается в ней, образуя нагретый газ, который поступает в газоотвод (46) для передачи тепла кусковому материалу в желобе (22), а камера сгорания (42) включает средства для сжигания любого вредного пара, выделяемого из кускового материала, и вентилятор (40), создающий воздушный поток в газоходе (34) для направления водяного пара, собранного в газоходе (34), в направлении камеры сгорания (42), отличающееся тем, что газоход (34) имеет выходное отверстие, прилегающее к выходному концу (36), вентилятор (40) расположен с возможностью обеспечения направления воздуха от отверстия в газоход (34) для создания в канале воздушного потока, который проходит в направлении, противоположном направлению движения кускового материала в желобе (22), нагревательная камера (42) сообщается непосредственно с газоотводом (46) и желобом (22), при этом водяной пар, покидающий газоход (34), поступает непосредственно в камеру сгорания (42), а полученный нагретый газ поступает непосредственно в газоотвод (46). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит множество батарей (20) желобов, образующих извилистый тракт, а винтовой конвейер (30) включает винт, установленный с возможностью вращения в каждой батарее (20) извилистого тракта. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что батареи (20) извилистого тракта простираются по существу горизонтально и смещены по вертикали относительно друг друга, при этом кусковой материал перемещается от выходного конца (34) данной батареи до входного конца (38) следующей батареи данного тракта под воздействием силы тяжести. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждая батарея данного тракта включает множество по существу параллельных желобов (22), причем в каждом желобе (22) имеется винтовой конвейер (30) для транспортировки по нему кускового материала. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каждый винтовой конвейер (30) имеет плавно уменьшающийся в направлении движения кускового материала в соответствующем желобе (22) диаметр. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что включает приводное средство (16, 52), обеспечивающее вращение винтового конвейера (30) в одной батарее со скоростью меньшей, чем у винтового конвейера (30) предшествующей батареи для уменьшения скорости продвижения кускового материала по тракту. 7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что нагревательное средство выбирается из группы, включающей электрический нагревательный элемент и топливную горелку. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что нагревательное средство включает по меньшей мере одну топливную горелку (44), расположенную в камере сгорания (42) для повышения в ней температуры, причем топливная горелка (44) включает нагнетатель для разгона горящих газов по камере сгорания, включающий средства для ускорения смеси воздуха и водяного пара, проходящей через камеру сгорания. 9. Способ обезвоживания кускового материала, включающий следующие операции: загрузку предназначенного для обезвоживания кускового материала в желоб (22), определяющий газоход (34), в котором собирается и удаляется водяной пар, выделяемый кусковым материалом, перемещение кускового материала по желобу (22) при одновременном перемешивании кускового материала для улучшения выделения пара из кускового материала, подачу собранного в газоходе (34) воздушного пара в камеру сгорания (42), нагрев водяного пара, поступающего в камеру сгорания (42), в камере сгорания до температуры по меньшей мере 750^oC для получения нагретого газа и пропускание нагретого газа по желобу (22) для передачи тепловой энергии находящемуся в нем кусковому материалу без смешивания нагретого газа с водяным паром, находящимся в газоходе (34), отличающийся тем, что включает дополнительную операцию: создание воздушного потока в направлении, противоположном направлению перемещения кускового материала, причем воздушный поток переносит выделенный водяной пар в газоходе (34) в направлении камеры сгорания (42), а водяной пар, собранный в газоходе (34), поступает непосредственно в камеру сгорания (42).