Циклонная шахтная печь Советский патент 1985 года по МПК F27B15/00 

« Изобретение относится к устройст вам термохимической обработки мелко измельченного сырья, например в производстве строительных материалов, а также может быть применено в металлургической промьшшенности, на пример в нагревательных печах, или в химической промышленности в качестве теплообменной установки. Известна циклонная камера для термообработки полидисперсного мате риала состоящая из цилиндрического корпуса с газогорелочными устройствами, центральной загрузкой обрабатываемого .материала и нижним выводом из циклонной камеры дымовых газов и обрабатываемого материалаL1 Вэтой печи интенсификация теплообмена осуществляется выступами на внутренней поверхности камеры, расположенными в несколько рядов по высоте корпуса под углом к образующей последнего в направлении крутки газового потока. Печь также требует установки дополнительного сепарационного оборудования, поскольку дымовые газы имеют непосредственный контакт с сыпучим материалом. Наиболее близкой к изобретению является кольцевая шахтная печь для термообработки сыпучего материала, содержащая коническую расширяющуюся книзу рабочую камеру с центральным расширяющимся кверху дымоходом, соединенным с топочной камерой, окружающей рабочую камеру. В печи с целью инте нсификации теплообмена снижения пылеуноса нижняя часть топочной камеры соединена с нижней частью дымохода каналом, оборудован ным топливосжигакщим устройством, а /стенки рабочей камеры выполнены сплошнымиС2. Однако в данной печи не использу ются все возможности интенсификации рабочего процесса за счет повьшения уровня конвективного теплообмена, открываемые применением закрученных циклонных: потоков. Кроме того, печь обладает большим гидравлическим сопро тивлением газового тракта. Цель изобретения - интенсификация конвективного теплообмена к стенкам рабочей и топочной камер и одновременное снижение гидравлического сопротивления топочной камеры. Цель достигается тем, что в цикл ной шахтной печи для термообработки 69 сыпучего материала,содержащей цилиндрическую рабочую камеру с центральным расширякицимся кверху дымоходом, соединенным с топочной камерой, окружающей рабочую камеру, топочная камера вьшолнена в форме эллиптического цилиндра с отнощением малой и большой осей, равным 0,5-0,7. На фиг.1 показана печь, вертикальный разрез-, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (тепловые и гидравлические характеристики печи иллюстрированы графиками); на фиг.З - зависимость г Nu f (е( Re) ; на фиг.4 - козффициент К гидравлического сопротивления 1 предлагаемой печи в зависимости от отношения малой и большой осей эллипса; на фиг.З - коэффициент тепловой эффе.ктИвности печи Г1 f(K). Печь содержит цилиндрическую рабочую камеру 1 с центральным расширяющимся кверху дымоходом 2. Рабочая камера расположена соосно с топочной камерой 3 с расположенными тангенциально к ее внутренней поверхности горелками 4. Топочная камера 3 каналами 5 соединяется с центральным дымоходом, по оси которого установлено дополнительное топливосжигающее устройство 6. Печь оборудована разгрузочным приспособлением 7. Сама топочная камера 3, выполнена в форме эллиптического цилиндра с отношением осей эллипса, равным D,,7. Такое отношение выбрано из дналиэа экспериментальных графиков (фиг.3,4 и 5), позволякщих определить оптимальное значение К 0,6. Для этого значения отношения осей эллипса суммарный коэффициент сопротивления ниже в 2 раза, а теплоотдача конвекцией и коэффициент тепловой эффективности выще в 1,9 и 3 раза соответственно по сравнению с печьюпрототипом. При увеличении коэффициента сжатия ,7 и при уменьшении К 0,5 наблюдается увеличение суммарного коэффициента сопротивления, снижение уровня конвективного теплообмена и, как следствие, падение коэффициента тепловой эффективности печи. Печь работает CJ.eдyющим образом. .Сьтучий материал поступает в зазор между цилиндрической поверхность 8 рабочей камеры и трубой 9 дымохода. Поверхность 8 и поверхность трубы 9 образуют рабочую камеру и изолируют обрабатываемый материал от греющих газов. Под действием сил тяжести материал опускается вниз со скорость определяемой разгрузочным приспособлением 7. При работе печи топливо и воздух в необходимых количествах и пропорциях подаются в горелки 4 и 6 Образующиеся дымовые газы обогревают обрабатываемый материал через поверхность 8 снаружи и, перетекая по каналам 5, обогревают материал через стенку твубы 9 изнутри. Благодаря эллиптической форме топочной камеры достигается существенное повьшение конвективного коэффици ента теплоотдачи к стенкам рабочей и топочйой камер, а также снижение гидравлического сопротивления топочной камеры. Данный факт установлен экспериментально на моделях печей с различной формой топочной камеры, имевшей коэффициент сжатия эллипса 1-0,5 с промежуточными значениями К 0,8, К 0,7 и К 0,6. Кривизна эллиптической поверхности в отличие от круглой () непрерывно меняется в направлении движения потока Это приводит к перестройке структуры вращающегося потока. Особенно заметны изменения в характере движения потока при К 0,7, когда появля ;ются интенсивные вторичные течения, определякицие особенности, движения потока в топочном объеме печи Ось вращения такого; потока, несмотря на наличие рабочей камеры в , начинает прецессировать, вызывая тем самым колебательные движения всего потокаi Это приводит к резкому увели чению коэффициента теплоотдачи как к рабочей камере, так и к поверхности топочной камеры. Интенсификация конвективной тепло отдачи к поверхности рабочей камеры иллюстрирована экспериментальными графиками на фиг.З, /из 1соторых видно что теплоотдача конвекцией к рабочей камере достигает максимальных значений при отношении малой и большой осей эллипса, равном 0,5-0,7 и в среднем на 70-90% вьше, чем в печипрототипе. Экспериментально установлено также, что теплоотдача конвекци 694 к боковой поверхности топочной камеры эллиптической формы возрастает п среднем на 70%. Опытные величины суммарного коэф(1мциента сопротивления печи с эллиптической формой топочной камеры приведены на фиг.4. По сравнению с печью-прототипом в предлагаемой печи с отношением осей эллипса, равным 0,5-0,7, коэффициент, сопротивления оказался примерно в 2 раза ниже. faKHMобразом, предлагаемая печь в целом в 2,5-3 раза эффективнее печи, принятой в качестве прототипа (фиг.5), Коэффициент тепловой эффективности печи оценивается по вы ражению М I 2 где /Nu Л - . число Нуссельта , суммарный т.:оэффициент сопротнатгения козффиц11е1 т теплоотдачи конвекцией; диаметр рабочей камеры; скорость газов на выходе из горелок; соответственно коэффициент теплопроводности и плотность газов при irx температуре ка выходе из горелок; перепад полного давления в топочной камере. В выражении (1) индекс 1 соответтвует печи предлагаемой конструкии, индекс 2 - печи-прототипу. начения чисел HyccejibTa и сопроивления соответствуют одинаковой агрузке по газу обоих типов печей. . Повышение тепловой .эффективности ечи за счет значительной интенсифиации конвективного теплообмена и нижения ее гидравлического сопротивения позволяет снизить удельный асход топлива и энергии на термообаботку.

) ЦИКЛОННАЯ ШАХТНАЯ ПЕЧЬ для термообработки сыпучего материала, содержащая цилиндрическую рабочую камеру с центральным расширяющимся кверху дымоходом, соединенным с топочной камерой, окружающей рабочую камеру, отличающа я- с я тем, что, с целью интенсификации конвективного теплообмена к стенкам рабочей и топочной хамер и одновременного снижения гидравлического сопротивления топочной камеры, последняя вьшолнена в -форме эллиптического циличдра с отношением малой и большой осей, равньм 0,5-0,7.