УСТАНОВКА ДЛЯ СКОРОСТНОГО ОБЖИГА МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК F27B1/02 

Изобретение относится к технике термообработки различных минеральных материалов в нисходящем фильтрующем слое и может быть использовано в различных областях промышленности, например в промышленности строительных материалов для производства цементного клинкера, извести, керамзитового гравия и других материалов, в металлургии для обжига рудных окатышей, в химической промышленности для спекания фосфоритов и прочего.

Известна установка для обжига и агломерации рудной шихты, включающая бункер для сырьевой смеси о твердым топливом, шахту, оснащенную боковыми стенками и перфорированными стенками, имеющими полости и перекрытия. Для поджога твердого топлива печь имеет зажигательное устройство, работающее на беззольном топливе. Установка оборудована разгрузочным устройством и системой вентиляторов (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 107066. Класс I8a 1/4, I956).

Недостатком установки является использование двух видов горючего, наличие выносной зажигательной камеры, сложность конструкции металлических перфорированных стенок и низкая единичная производительность.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является конструкция установки шахтной печи с шахтным холодильником, включающая шахту с продольными и перфорированными стенками из установленных друг над другом брусьев, с прилегающими к ним вводными и выводными полостями с перекрытиями и перегородкой, разграничивающей шахту на печь и холодильник, которые соединены общим газоходом и оснащены автономными газоходами подачи воздуха в холодильник и отвода отходящих газов из печи. Установка оборудована бункером сырьевой смеси и бункером охлажденного продукта и питателем. Авторское свидетельство СССР 1466423, М. Кл. F 27 В 1/00, 1/24, 7/38, I985).

Недостатками данной установки являются низкая единичная производительность, потери тепла в общем газоходе и громоздкость конструкции.

Общими недостатками этой и подобных установок является низкая единичная производительность, потери тепла в газоходах, высокая материалоемкость и повышенные энергозатраты.

В силу указанных недостатков, присущих названным установкам, дальнейшая интенсификация процесса термообработки и снижение капитальных и эксплуатационных затрат становятся затруднительными, а для ряда материалов невозможными.

Задачей изобретения является создание установки для скоростного обжига минеральных материалов, характеризующейся высокой производительностью, низкими капитальными и эксплуатационными затратами, простотой конструкции и рациональностью компановки ее узлов.

Эта задача решается посредством установки для скоростного обжига минеральных материалов, включающей шахту, оснащенную продольными стенками и перфорированными стенками, из установленных друг над другом брусьев с прилегающими к ним вводными и выводными полостями с перекрытиями и перегородкой, разграничивающей шахту на печь и холодильник, соединенные общими газоходами и оснащенные автономными газоходами подачи воздуха в холодильник и отвода отходящих газов из печи, бункером сырьевой смеси и бункером охлажденного продукта с питателем, согласно изобретению перфорированные стенки в шахте установлены вертикально параллельными рядами, а продольные стенки выполнены с окнами, соединенными с газоходами, причем общие газоходы печи и холодильника соединены с окнами с одной стороны продольных стенок, а автономные газоходы печи и холодильника соединены с окнами с другой стороны продольных стенок.

Возможен вариант, когда в общих газоходах печи и холодильника установлены горелки.

Рационально брусья в печи соединить между собой верхними ребрами с образованием двухгранных полок, под которыми каналы через индивидуальные окна в продольных стенках поочередно соединить с общими газоходами подачи теплоносителя и атономным газоходом отвода отходящих газов.

Желательно, чтобы автономные газоходы печи и холодильника с двух противоположных сторон соответственно были соединены с окнами и индивидуальными окнами в продольных стенках шахты.

Целесообразно, чтобы отношение рабочей длины брусьев в холодильнике к рабочей длине двухгранных полок в печи составляло 1-1,5.

Желательно, чтобы бункер охлажденного продукта был выполнен с отверстием, охватывающим одним питателем разгрузку по меньшей мере двух потоков материала.

Рационально продольные стенки печи выполнить из огнеупорных блоков, равных по высоте индивидуальным окнам, причем блоки выполнить с выемкой в середине, равной по ширине основанию индивидуальных окон, и в смежных по высоте рядах и в противоположных продольных стенках блоки сместить относительно друг друга на ширину основания окон и щелевого канала между перфорированными стенками, а в призматические пустоты в продольных стенках над и под двухгранными полками заложить призматические вставки.

Целесообразно продольные стенки холодильника выполнить из панелей с четырьмя выемками по всей высоте панелей с внутренней их стороны при ширине выемок, равной ширине перфорированных стенок, причем две центральные выемки расположить друг от друга на расстоянии ширины полости и две другие выемки расположить по краям панели, а установку панелей в продольных стенках выполнить с зазором, равным ширине полости, и в противоположных продольных стенках панели сместить относительно друг друга на расстояние удвоенной ширины перфорированной стенки вместе с шириной щелевого канала и полости.

Конструктивные особенности изобретения позволяют быстро нагревать материал, подавать из холодильника нагретый воздух для сжигания горючего в газоходах и в каждом слое, встречно подавать и рационально распределять в слое теплоноситель и тем самым обеспечить равномерность нагрева и повышение производительности, увеличить живое сечение перфорированных стенок и оперативно вводить установку в режим.

Установка перфорированных стенок в шахте вертикально ориентированными и параллельными рядами позволяет многократно увеличить площадь фильтрации в слое газов и соответственно повысить производительность.

Выполнение продольных стенок шахты с окнами для подачи в каждый слой и отвода из каждого слоя газов обеспечивает возможность расположения перфорированных стенок параллельными рядами с установкой какого угодно их количества, а применение общих и автономных газоходов печи и холодильника позволяет упростить конструкцию, исключив при этом систему обводных газоходов снаружи шахты.

Установка горелок в общих газоходах печи и холодильника упраздняет специальную выносную топку для сжигания беззольного горючего, что снижает материалоемкость, повышает компактность и снижает потери тепла на обжиг.

Соединение брусьев в полостях печи верхними ребрами с образованием двухгранных полок позволяет каналы под каждой двухгранной полкой поочередно соединять через индивидуальные окна в продольных стенках шахты с газоходами подачи и отвода газов, что обеспечивает прямоточную, противоточную и перекрестноточную фильтрацию газов в каждом слое материала, равномерность обжига и повышение производительности.

Подключение автономных газоходов с двух противоположных сторон к окнам в холодильнике и попеременно открытым сверху вниз индивидуальным окнам в печи обеспечивает двойное увеличение производительности без установки дополнительных газоходов, что снижает материалоемкость, упрощает конструкцию и снижает потери тепла в окружающую среду.

Логическое размещение холодильника под печью создает компактность, а изготовление в холодильнике брусьев длиной, равной 1-1,5 (и больше) длины двухгранных полок в печи, обеспечивает прочность конструкции, высокую проходимость материала в шахте и снижает габаритную высоту установки.

Устранение очагов пылевыброса из-под шахты холодильника решено размещением бункера охлажденного продукта с отверстием, охватывающим по меньшей мере разгрузку двух потоков материала из щелевых каналов одним питателем. Это снижает количество питателей, упрощает конструкцию, снижает энергозатраты и снижает материалоемкость.

Изготовление продольных стенок печи из огнеупорных блоков по высоте равными высоте индивидуальных окон позволяет упростить и упрочнить конструкцию, а также ускорить монтажные и ремонтные работы. Выемка в середине блока, равная ширине индивидуальных окон в продольных стенках, служит для крепления двухгранных полок в продольных стенках, а смещение блоков в смежных по высоте рядах и в противоположных продольных стенках относительно друг друга на ширину основания окна и щелевого канала между перфорированными стенками необходимо для установки двухгранных полок вертикально параллельными рядами и создания жесткой связи и высокой прочности установки.

Применение двухгранных полок из двух симметрично расположенных брусьев, присоединенных друг к другу верхними ребрами, упрощает их изготовление, монтаж и замену, а также повышает прочность двухгранных полок при работе в высокотемпературной и агрессивной газовой среде.

Применение призматических огнеупорных вставок, уложенных над и под двухгранными полками в призматические пустоты в продольных стенках печи, необходимо для создания жесткости конструкции и опоры для вышележащих двухгранных полок в перфорированных стенках.

Выполнение продольных стенок холодильника из панелей с четырьмя выемками по всей высоте панели с внутренней стороны при ширине выемок, равной ширине перфорированных стенок, с расположением двух центральных выемок на расстоянии ширины полости и двух других выемок. по краям панели позволяет упрочнить конструкцию и ускорить монтажные и ремонтные работы.

Установка панелей в продольных стенках с зазором, равным ширине полости, и в противоположных продольных стенках смещение панелей относительно друг друга на расстояние удвоенной ширины перфорированной стенки вместе с шириной щелевого канала и полости позволяет устанавливать и крепить в выемках панелей перфорированные стенки из брусьев, создавая монолитность и жесткость конструкции.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает установку для скоростного обжига минеральных материалов в нисходящем слое согласно изобретению, в поперечном разрезе;
фиг. 2 изображает другой вариант установки с двухсторонним соединением автономных газоходов с окнами в продольных стенках согласно изобретению, в поперечном разрезе;
фиг.3 - сечение I-I на фиг.2;
фиг.4 - фрагмент сечения I-I в укрупненном виде;
фиг. 5 - сечение II-II на фиг.3;
фиг.6 - разрез III-III на фиг.4;
фиг. 7 изображает изнутри продольную стенку холодильника, выполненную из панелей;
фиг.8 - сечение IV-IV на фиг.7.

Установка для скоростного обжига минеральных материалов содержит шахту 1, оснащенную продольными стенками 2 и перфорированными стенками 3, из установленных друг над другом брусьев 4 с прилегающими к ним вводными 5 и выводными 6 полостями с перекрытиями 7 и перегородкой 8, разграничивающей шахтное пространство на печь 9 и холодильник 10, которые соединены между собой общими газоходами 11 и оснащены автномными газоходами 12 и 13 соответственно подачи воздуха в холодильник 10 и отвода отходящих газов из печи 9. Установка оборудована бункером 14 сырьевого материала и бункером 15 охлажденного продукта с питателем 16.

В шахте 1 перфорированные стенки 3 установлены вертикально параллельными рядами, а продольные стенки 2 выполнены с окнами 17, соединенными с газоходами 11-13, причем общие газоходы 11 печи 9 и холодильника 10 соединены с окнами 17 с одной стороны продольных стенок 2 и в них установлены горелки 18, а автономные газоходы 12 и 13 холодильника 10 и печи 9 соединены с окнами 17 c другой стороны продольных стенок 2.

В другом варианте брусья в полостях 5 и 6 соединены между собой верхними ребрами, образуя двухгранные полки 19, каналы под которыми через индивидуальные окна 20 в продольных стенках 2 поочередно по горизонтали и вертикали соединены с общими газоходами 11 подачи теплоносителя и автономным газоходом 13 отвода отходящих газов. Отношение рабочей длины "в" брусьев 4 к рабочей длине "а" двухгранных полок 19 составляет 1-1,5.

Бункер 15 охлажденного продукта выполнен с отверстием 21, охватывающим одним питателем 16 разгрузку нескольких потоков материала, заключенного между рядами перфорированных стенок 3 холодильника 10.

В печи 9 продольные стенки 2 выполнены из огнеупорных блоков 22, равных по высоте "е" индивидуальным окнам 20, причем блоки 22 выполнены в середине с выемкой 23, равной по ширине основанию "о" индивидуальных окон 20 и в противоположных продольных стенках 2 и в смежных по высоте рядах блоки 22 смещены относительно друг друга на ширину выемки "о" и щелевого канала 24 между перфорированными стенками 3, а в призматические пустоты в продольных стенках 2 над и под двухгранными полками 19 заложены призматические вставки 25, равные по размерам призматическим пустотам.

В установке продольные стенки 2 холодильника 10 выполнены из панелей 26 с четырьмя выемками 27 по всей высоте панелей 26 с внутренней их стороны при ширине выемок 27, равной ширине перфорированных стенок 3, причем две центральные выемки 27 расположены друг от друга на расстоянии ширины полостей 5 или 6 и две другие выемки 27 расположены по краям панели 26, а установка панелей 26 в продольных стенках 2 выполнена с зазором, равным ширине полости 5, 6, и в противоположных продольных стенках 2 панели 26 смещены относительно друг друга на расстояние удвоенной ширины перфорированной стенки 3 вместе с шириной щелевого канала 24 и полости 5, 6.

Автономный газоход 12 подачи воздуха в холодильник 10 соединен с вентилятором 28, а автономный газоход 13 отвода отходящих газов из печи 9 соединен с дымососом 29.

Установка для скоростного обжига минеральных материалов работает следующим образом. Гранулированный или кусковой сырьевой материал без или в смеси с твердым топливом загружают в бункер 14, откуда материал под действием гравитации опускается вниз, и в шахте 1 печи 9 он разделяется на потоки двухгранными полками 19 и слоями в щелевых каналах 24 между перфорированными стенками 3 движется в печи 9 и в холодильнике 10, где проходит стадии обжига и охлаждения продукта, и затем из бункера 15 питателем 16 охлажденный продукт выгружается из установки и отправляется к потребителю.

Воздух вентилятором 28 по автономному газоходу 12 нагнетают в полости 5 через окна 17 с одной (фиг.1) или двух (фиг.2) сторон газохода 12. В полостях 5 холодильника 10 воздух поворачивает на 90^o и через зазоры между брусьями 4 перфорированных стенок 3 воздух поступает в каждый слой обожженного продукта и фильтруется в нем в перекрестном токе во встречном направлении и, пройдя слой (слои) через зазоры между брусьями 4 в противоположных перфорированных стенках 3, нагретый воздух поступает в выводные полости 6 холодильника 10, поворачивает на 90^o и движется вверх. В общих газоходах 11 сжигают беззольное горючее горелками 18 (для варианта обжига сырьевого материала без твердого топлива) и дымовые газы через индивидуальные окна 20 в продольных стенках 2 печи 9 поступают в каналы под двухгранными полками 19 и вытекают из-под них в потоки материала, где движутся в направлении к соседним двухгранным полкам 19, пересекая в щелевых каналах 24 слои материала в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях. Отходящие из слоя газы поступают в каналы под соседними двухгранными полками 19 с индивидуальными окнами 20, расположенными в противоположных продольных стенках 2, где поворачивают на 90^o и вытекают в автономный газоход 13 и дымососом 29 выбрасываются в атмосферу, минуя пылеочистку, которую выполняет сам слой материала, являясь зернистым фильтром с максимальной степенью очистки от пыли и газов.

При частичной или полной замене беззольного топлива твердым топливом, вводимым в состав сырьевой смеси, нагрузка на горелки 18 снижается и поджог твердого топлива в каждом слое производится воздухом, нагретым в холодильнике 10, а горелки 18 служат для розжига и поддержания рабочего режима.

Для варианта (фиг.1), в котором перфорированные стенки 3 печи 9 и холодильника 10 выполнены из брусьев 5, а продольные стенки 2 выполнены из панелей 26, воздух и дымовые газы в потоках материала фильтруются в перекрестноточном режиме, такой вариант обжига приемлем для обезвоженных материалов.

В таблице приводятся основные показатели малогабаритной установки скоростного обжига по данному изобретению в сравнении с промышленными шахтными печами по обжигу извести. Установка скоростного обжига превосходит базовые шахтные печи по производительности, компактности, расходу топлива и электроэнергии, она эффективнее по капитальным и эксплуатационным затратам различных печей и установок, действующих в мировой промышленности.

Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничивается описанными здесь примерами его выполнения и что возможны различные модификации и другие варианты осуществления установки для скоростного обжига минеральных материалов в нисходящем фильтрующем слое без отклонения от объема и существа настоящего изобретения.

На основе данного изобретения могут быть разработаны и изготовлены различные конструкции установок для скоростного обжига минеральных материалов в нисходящем фильтрующем слое с площадью перфорированных стенок в несколько тысяч квадратных метров и производительностью до и более 1000 т/ч. Такие установки предназначены для термообработки минеральных материалов с целью получения цементного клинкера, извести, рудных окатышей, огнеупорных материалов и прочего.

Настоящая конструкция характеризуется высокой производительностью, низким расходом металла и огнеупоров, компактностью, простотой конструкции, низким расходом топлива и электроэнергии и повышенной экологической безопасностью.

Изобретение относится к технике термообработки различных минеральных материалов в нисходящем фильтрующем слое. Технический результат - создание установки с высокой производительностью, низкими капитальными и эксплуатационными затратами. Установка для обжига кускового материала включает шахту, оснащенную продольными стенками и перфорированными стенками, вводными и выводными полостями с перекрытиями и перегородкой, разграничивающей шахту на печь и холодильник. Установка оснащена автономными газоходами подачи воздуха в холодильник и отвода отходящих газов из печи, бункером сырьевой смеси и бункером охлажденного продукта с питателем. В шахте к вводным и выводным полостям присоединены установленные вертикально параллельными рядами перфорированные стенки из установленных друг над другом брусьев, продольные стенки выполнены с окнами, соединенными общими газоходами, а автономные газоходы печи и холодильника соединены с окнами с другой стороны продольных стенок. 7 з.п.ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Установка для обжига кускового материала, включающая шахту, оснащенную продольными стенками, вводными и выводными полостями с перекрытиями и перегородкой, разграничивающей шахту на печь и холодильник, при этом установка оснащена автономными газоходами подачи воздуха в холодильник и отвода отходящих газов из печи, а также бункером сырьевой смеси и бункером охлажденного продукта с питателем, отличающаяся тем, что в шахте к вводным и выводным полостям присоединены установленные вертикально параллельными рядами перфорированные стенки из установленных друг над другом брусьев, продольные стенки выполнены c окнами, соединенными общими газоходами, а автономные газоходы печи и холодильника присоединены к окнам с другой стороны продольных стенок. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в общих газоходах печи и холодильника установлены горелки. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в печи брусья соединены между собой верхними ребрами, образуя двухгранные полки, под которыми каналы через индивидуальные окна в продольных стенках поочередно соединены с общими газоходами подачи теплоносителя и автономным газоходом отвода отходящих газов. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что автономные газоходы холодильника и печи с двух противоположных сторон соединены соответственно с окнами и индивидуальными окнами в продольных стенках шахты. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение рабочей длины брусьев в холодильнике к рабочей длине двухгранных полок в печи составляет 1-1,5. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что бункер охлажденного продукта выполнен с отверстием, охватывающим по меньшей мере разгрузку двух потоков материала одним питателем. 7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что продольные стенки печи выполнены из огнеупорных блоков, равных по высоте индивидуальным окнам, причем блоки выполнены с выемкой в середине, равной по ширине основанию индивидуальных окон, и в смежных по высоте рядах и в противоположных продольных стенках блоки смещены относительно друг друга на ширину основания индивидуальных окон и щелевого канала между перфорированными стенками, а в призматические пустоты в продольных стенках над и под двухгранными полками заложены призматические вставки. 8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что продольные стенки холодильника выполнены из панелей с четырьмя выемками по всей высоте панелей с внутренней их стороны при ширине выемок, равной ширине перфорированных стенок, причем две центральные выемки расположены друг от друга на расстоянии ширины полости и две другие выемки расположены по краям панели, а установка панелей в продольных стенках выполнена с зазором, равным ширине полости и в противоположных продольных стенках панели смещены относительно друг друга на расстояние удвоенной ширины перфорированной стенки вместе с шириной щелевого канала и полости.