Циклонная печь Советский патент 1981 года по МПК F27B15/00 

1

Изобретение относится к обжигу рудного и нерудного сырья, в частности к конструкции печей для обжига дисперсных термочувствительн1з1х материалов, и может быть использовано при обжиге и плавлении материалов чувствительных к загрязнению продуктами неполного сгорания топлива.

Известна циклонная печь, содержащая бункер шихты с питателем, вертикальную циклонную камеру для тепловой обработки материала, снабженную горелками, и бассейн для гомогенизации, осветления и охлаждения стекломассы. Шихта в виде аэровзвеси вдувается в камеру, подхватывается нисходящим высокотемпературнБМ вихрем газов и в виде расплава поступает в бассейн. Отходящие из циклона дымовые газы удаляются через дымоход .

Известная циклонная печь не обеспечивает полноты сгорания, .топлива, не предотвращает зашлаковывания поверхностей топочной камера и насыщение продукта несгоревшими частицами топлива , что приводит к снижению качества готового продукта, понижает коэффициент использования сырья, топлива, уменьшает межремонтный пробег .

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является циклонная печь,

содержащая камеру горения и камеру обработки материала, разделительный

-и выходной аэромеханические пережимь воздухоохлаждаемый кожух, соединен10ный каналами с пережимами, горелку, тангенциальные сопла для подачи воздуха и тангенциальные фурмы для ; обрабатываемого материала 2.

Недостатком конструкции печи яв15ляется возможность контакта частичек материала с футеровкой печи, что приводит к образованию на ней наЬтылей и быстрому износу футеровки как вследствие контакта ее с обрабатываемым

20 материалом, так и вследствие перегрева. Кроме того, качество обработки материала снижается, так как часть материала обрабатывается на поверхности футеровки.

25

Цель изобретения - повьвпениэ эффективности работы Печи.

Цель достигается тем, что в циклонной печи, содержащей камеру горения и камеру обработки материала,

30 разделительный и выходной азромеханические пережимы, воэдухоохлаждаемый кожух, соединенный каналами с пережимами, горелку, танге1циальные сопла для подачи первичного воздуха и тангенциальные фурмы для ввода обрабатываемого материала, последние снабжены соплами для подачи воздуха, выполненными с углом одностороннего раскрытия 5-15 .

На фиг,1 изображена циклонная печь общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-В на фиг.1 на фиг,4 - фурма для подачи материала и воздуха в камеру обработки материала; на фиг.5 - вид В на фиг.4,

Циклонная печь содержит корпус 1, заключенный в металлическую обечайку 2, между которыми ийеется зазор 3 для прохождения воздуха, камеру горения .4, камеру обжига 5, разделительный б и выходной 7 пережимы. Камера горения 4 оборудована форсункой 8 для пода:и топлива, тангенциальными соплами первичного воздуха 9, соединенными с зазором 3, Камера обжига 5 оборудована фигурными фурмами 10, которые содержат сопло подачи возду.ха 11 и сопло подачи продукта 12, разделенные между собой перегородкой 13,. и которые имеют боковые грани 14 верхнюю грань 15, нижнюю грань 16. Разделительный пережим б выполнен в виде полого кольца, имеющего наружную стенку 17; внутреннюю стенку 18, между которыми находится полость 19, Наружная стенка 17 оборудована входными окнами 20 с регулирующими клапанами 21. Внутренняя стенка 18 оборудована выходными окнами 22, сообщающимися с отверстием 23 для прохода газов. Выходной пережим 7 так же оборудован полостью 24 и его стенки имеют входные окна 25 и выходные окна 26. Входные окна 25 выполнены в стенке 27, соединяют полость 24 с зазором 3 и оборудованы регулирующими клапанами 28. Выходные окна соединяют полость 24 с центральным отверстием 29 для выхода продуктов термообработки из камеры обжига 5 в дальнейший технологический процесс. Площадь живого сечения входных окон больше площощи живого сечения полости, а площадь живого сечения выходных окон 26 меньше площади живого сечения полости 24. Площадь живого сечения центрального отверстия 29 составляет 30-85% площади живого сечения камеры обжига 5.

Циклонная печь работает следуюВ1ИМ образом.

В камеру горения 4 через форсунку 8 поступает топливо, а через тангендигшьные сопла 9 - воздух из зозцушного зазора 3. Количество подаваемого воздуха регулируется клапанами. Топливо сжигают с коэффициентом избытка воздуха Ы г1,03 - 1,05, что

обеспечивает высокую экономичность процесса горения и высокую температуру факела. Образовавшиеся продукты сгорания из камеры горения 4 поступают в камеру обжига 5 через разделительный пережим, который выполнен аэромеханическим и регулирует время пребывания топлива в камере горения 4.

Процесс регулирования протекает следующим образом.

Воздух из зазора 3 через входные окна 20 в стенке 17 поступает в полость 19 и его количество регулируется клапанами 21, Площадь живого сечения окон 20 больше площади живог сечения полости 19, что обеспечивает равномерное распределение воздуха по всей полости 19 необходимое для того, чтобы обеспечить стабильный выход воздуха по всему периметру отверстия 23. Выход воздуха в отверстие 23 происходит через выходные окна 22. Площадь живого сечения окон 22 меньше площади живого сечения полости 19 для того, чтобы обеспечить постоянное давление воздуха по всей полости 19, Постоянное давление и равномерный выход воздуха из окон 22 в отверстие 23 необходим для регулирования времени нахождения топлива в камере горенил 4 и ликвидации проскока несгоревшего топлива в камеру обжига 5, Если давление воздуха в полости 19 является переменным, то в отверстии 23 возникают области, которые воздух, выходящий из окон 22j перекрйвает сильнее и области, в которых воздействие воздуха ослабляется. Там,, где воздействие воздуха ослаблено, продукты сгорания начинают проходить более интенсивно и гидродинамический работы печи нарушается, В отверстии 23 возникают зоны завихрений регулирование времени пребывания топлива в печи затрудняется. При равномерном давлении в полости 19 воздух равномерно вытекает в отверстие 23, Регулируя клапанами 21 количество воздуха поступающего в полость 19 и выходящего через окйа 22 в отверстие 23, тем сг№1ым регулирует(jH сила препятствия, которую необходимо преодолеть продуктам сгорания при движении из камеры горения 4 в камеру обжига 5 через отверстие 23, С увеличением силы препятствия увеличивается время нахождения продуктов сгорания в камере горения 4 и наоборот. Таким образом, силой воздушного потока регулируется время нахождения оплива в камере горения 4 и полнота его сгорания. Площадь живого сечения отверстия 23 составляет 30-85% площади живого сечения камеры горения 4, если его сделать . :меньше 30%, то резко возрастает аэро динамическое сопротивление газово,г)

тракта, требуется большая мощность тяговых машин, а при увеличении живого сечения более 85% ухудшается качество регулирования процесса горения в камере 4, так как диаметр отверстия 23 возрастает и для полного перекрытия сечения отверстия 23 воздушной завесой потребуется увеличение мощности воздушного потока выходящего из выходных окон 22. Увеличенный расход воздуха снижает температуру факела, а вместе с ней и тепловую эффективность устройства. Выполнение разделительного пережима 6 в виде полого кольца, стенки которого оборудованы входными 2 О и выходными окнами 22, а входные окна 20 оборудованы регулирующими клапанами 21, позволяет качественно регули ровать время нахождения топлива в камере горения 4, предотвратить его проскок в камеру обжига 5. При полном сгорании топлива в камере горения 4 оно не попадает в камеру обжига 5 и продукты его неполного сгорания не оседают на поверхности обрабатываемого материала и не внедряются в его структуру. Качество обработки материала в камере обжига улучшается, расход топлива снижается

Продукты сгорания топлива из камеры горения 4 поступают через отверстие 23 в камеру обжига 5.

В камеру обжига 5 тангенциально вводятся материал, подвергаемый тепловой обработке, и воздух. Ввод их осуществляется через сопла 11 и 12 фигурных фурм 10, Воздух защищает футеровку печи от абразивного износа, охлаждает и оттесняет от нее агрессивные газы, защищает футеровку печи от образования на ней настыл

Воздух вводят между слоем материала и футеровкой печи с большой скоростью и относительно низкой температурой. Воздух должен растекаться по всей поверхности футеровки печи, поэтому сопло 11 выполняется специальной фигурной формы. Форма сопла выбрана такой, чтобы можно было больше охватывать потоком воздуха футеровку камеры обжига. Сопло 11 выполнено с односторонним расширением относительно горизонтали. Верхняя грань сопла 15 устанавливается горизонтально к оси движения потока воздуха, а нижняя грань 16 образует с ней угол 5 - is. Увеличение угла раскрытия сопла более приводит к воздушной струи от стенки сопла, способствует образованию местных завихрений, при этом качество обдува футеровки воздухом ухудшается. Уменьшение угла раскрытия сопла меньше 5° приводит к попаданию обрабатываемого материала на футеровку печи и образованию настылей.

Выполнять двухстороннее раскрытие сопла, т.е. расположить грань 16 под

каким-либо углом к движения воздуха, нецелесообразно, так как обдувается футеровка, не соприкасающаяся с обрабатывае1иым материалом. Для того чтобы скорость воздуха по мере 5 движения по соплу 11 не падала, сопло 11 по ходу движения воздуха сужается. Подача воздуха между материалом и футеровкой печи с большой скоростью и Относительно низкой темпе Q ратурой способствует охлаждению футеровки печи, а выполнение фурмы фигурной обусловлено тем, что в месте выхода из сопла воздушный поток обладает максимальной кинетической энергией и, соответственно, для пред15отвращения соприкосновения продукта со стенкой требуется меньшая энергия воздушного потока, чем при вводе его не в одном месте с продуктом.

0 При тепловой обработке термочувствительных материалов, т.е. материалов температура обжига которых и температура начала плавления близки друг к другу, например боросодержа5 щих руд, наблюдается оплавление по1верхностных слоев частицы. Соприкасаясь с пористой поверхностью раскаленной футеровки легкоплавкие час тицы продукта прилипают к ней своей Q оплавленной поверхностью и образуют на футеровке печи настыли. Эти настыли заполняют рабочее пространство камеры обжига 5, нарушают тепловой и гидродинамический режимы печи и выводят ее из строя.

5

Кроме того, воздух, выходя из сопла 11, обладает большой кинетической энергией и отталкивает частицы материала и пары агрессивных газов от стенки и предотвращает ее разрушение. После термообработки в камере обжига 5 продукты термообработки (продукты разложения материала, обожженный материал, продукты сгорания топлива) через центральное отверстие 29 выходного пережима 7 направляются в дальнейший технологический процесс. Выходной пережим 7 выполнен также аэромеханйческим с полостью 24, входными и выходными окнами 25, 26. Из n зазора 3 в полость 24 через входные окна 25 поступает воздух, расход которого регулируется клапанами 28,

В отверстие 29 воздух поступает через выходные окна 26, расположенные по диаметру отверстия 29 равномерно. Площадь живого сечения входных окон 25 больше площади живого сечения полости 24, а живое сечение выходных окон 26 меньше живого сечения полости 24. Такое ртношение 0 живых сечений между окнами и полостью способствует созданию равномерного давления в полости 24 и равномерному истечению, воздуха через окна 26 в отверстие 29, что позволяет качественно регулировать процесс обжига

В камере 5 и время пребывания в нёК материала.

Конструкция циклонной печи позволяет регулировать время горения толива и ликвидировать его механический и химический недожег в камере горенияf что снижает расход топлива на 1-5% ликвидировать проскок топлива из камеры горения в камеру обжига, вследствие чего отсутствует контакт несгоревших частиц топлива с обрабатываемым продуктом и исклю.чается загрязнения его топливом, повышается качество готового продукта увеличить межремонтный пробег футеровки печи, предохранив ее от абразивного износа, разъедания агрессивными газами.

Формула изобретения

Циклонная печь, содержащая камеру горения и камеру обработки материаЛи, разделительный и выходной аэромеханичэские пережимы, воздухоохлаждаемый кожух, соединенный каналами с пережимами, горелку, тангенциальные сопла для подачи первичного воздуха и тангенциальные фурмы для ввода : обрабатываемого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы печи, фурмы снабжены соплами для подачи воздуха, выполненными с углом одностороннего раскрытия 5-15.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 330114, кл. С 03 В 5/04, 1970.

2.Дорман Е.И. и др. Разработка, исследования и опыт эксплуатации циклонных энерготехнологических агрегатов для сжигания серы.- Сб.Энерготехнологические циклонные процессы и установки М., Цветметинформация, 1970, с. 181-192.