Встроенный теплообменниквращающейся печи

(23) П рноритет ао аалам нзобретеннй н ютнрытнйОпубликовано 30.01.81. Бюллетень Ла 4 Дата опубликования описания 30.01.81(53) УД К 666,94. ,041(088,8) В. А. Куиебуиов, И. В. Моисеев, А, М. Дмитриев,А, Н. Макаров, А, И. Кудрин, Г. А. Рассадкйн,И. Д. Горбачевич, В. В, Шелудько, И. М, СЮмойлов,А. Н. Посысаев и А. В, БессмертнымиЩуровский ордена Трудового Красного Знамени цементныйзавод и Государственный всесоюзный научна-иссрледовател,ьскийинститут цементной промышленности(54) ВСТРОЕННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ 1Изобретение относится к промътшленности строительных материалов, предназначено для интенсификации тепловой обработки сыпучих материалов во врашаюшихся печах и может найти применение в металлургической и химической промышленностях в процессах, где применяется тепловая обработка кускового, гранулированного или порошкообразного материала во вращающихся трубчатых печах.Известен теплообменник врашаюшейся печи для обжига сыпучих материалов, содержащий ряды параллельных арматурных полых труб, радиально пересекаюшнх рабочее пространство печи с футеровкой в15 виде стальных листов, непосредственно контактирукхпих с газами и материалом .1.Недостатком устройства является недолговечность работы в условиях высоких температур (порядка 800-1000 ОС) из-за20 температурной деформации стальных листов и арматурных труб и невысокая эффективность теплообмена, так как передача тепла материалу от теплообменника 2происходит только прн непосредственномконтакте материала с футеровкой теплообменника. Теплопередача от газа к слоюматериала неэффективна, а присадка окалины к материалу при производстве, например белого цемента ухудшает качест/во последнего,Наиболее близким к предлагаемому является встроенный теплообменник врашаюшейся печи для обжига сыпучего материала, преимущественно цементной сырьевойсмеси, содержащий ряды параллельных ар-,матурных труб, закрепленных диаметрально своими концами на корпусе печи, снанизанными на них фасонными блокамифутеровки с отверстиями для труб и систему охлаждения труб, подсоединеннуюк воздушным коллекторам 2.Недостаток известного теплообменниказаключается в невысоком теплообменемежду газами и материалом, объясняемом тем, что, несмотря на уменьшениетермического сопротивления слоя, разделенного стенками теплообменника на ряд800558 11 г 5 Риг. ЯО Составитель Л, ПетроваТанкред М. Лоя Корректор И. Муска. Редактор Н. Безродная филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 10380/44 Тираж 669 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушсхая наб., д. 4/53 80отдельных участков, материал в слое слабо контактирует с печными газами, Термическое сопротивление слоя остается достаточно высоким, Низкая надежность вусловиях высоких температур (порядка800-1000 ОС) объясняется тем, что призначитедьном температурном расширениифутеровка ыыизанная на арматурные трубы, упираетсл в жесткий корпус, увеличение диаметра которого значительно ниже, чем футеровки на трубах. В резудьтате происходит раскапывание отдельныхфасонных блоков и их выпадение с труб.Не имея фиксации по длине труб, остав-шиеся блоки при поворотах лечи соскальзывают по трубе и от соударения раскалываются. Таким образомотдельные трубы оголяются, входят в непосредственныйконтакт с раскаленными газами и постепенно деформируются или сгорают,Расход воздуха, подаваемого на охлаждение арматурных труб, не регулируетсяи по соображениям экономии электроэнергии расчитывается на поддержание температуры труб ниже предела деформациипод нагрузкой. Так, для Ст Х 18 Н 10 Тэта температура равна 700 С. ПоддержаОние более низкой температуры акономически невыгодно также иэ-оа переохлаждения регенерируюшей поверхности блоков футеровки, нанизанной на трубы.При выпадении отдедьных блоков отсутствие регудирования температуры труб( регулированием расхода воздуха) приводит к их деформации и выгоранию. Крометого, вентиляторы системы охлажденияработают ненадежно на корпусе печи,Цель изобретения - повынмиие эффективности тепловой обработки и надежности работы в условиях высоких температур.Поставленная цель достигается тем,что во встроенном тепдообменинке вращаюшейся печи для обжига сыпучего материала, преимущественно ггементной сырьевойсмеси, который содержит ряды паралдедьных арматурных труб, закреплемиых диаметрадьно своими концами на корпусе печи, с нанизанными на них фасонными блоками футеровки с отверстиями ддя труби систему охлаждения труб, подсоединенную к воздушяыи кодлекторам, футеровкаарматурных труб снабжена свободно установденными на трубах между блоками дистанционирующими вкдадышами, а фасонныеблоки на участках между параллельнымиарматурными трубами выполнены с перфорациями, перпендикулярными отверстиямддя труб, диаметром, равным 0,02-0,4расстояния между трубами, При этом од 0558 4ни концы труб прикреплены к корпусу печи жестко, а другие - с возможностьюосевого перемещения, система охлаждениятруб выполнена в виде закрепленных на 5подвижных концах труб инжекционных насадков с конфузорами, в которых установлены сопла, жестко закрепленные на корпусе печи и подсоединенные к воздушнымкодлекторам. Арматурные трубы снабжены О установленными на их жестко закрепленных концах заглушками и выполнены с отверстиями по алине, При этом теплообменник снабжен установленными в месте контакта блоков с корпусом печи асбестовыми прокладками, а дистанционируюшиевкладыши выполнены либо в виде перфорированных труб с диаметром, в 1,5-2 раза превышакхцим диаметр арматуры труб,либо в виде цедьнолитых цилиндров идипараллелепипедов. Кроме того, на боковойповерхности блоков, контактирующей с печными газами и материалом, в пространстве между арматурными трубами сделаныжелоба, причем перфорация в блоках выподнена в желобах, а торцы блоков изготовлены с пазами под дистанционирукзциевкладыши. Каждый блок снабжен арматурой в виде цилиндрических проволочныхкаркасов, связанных между собой в месте выполнения жепобов пластинами, причем проволока каркасов и пластины покрыты, соответственно, шнуровым и листовымасбестом.На фиг, 1 показана печь с установленным в ней встроенным теплообменником, Э 5продольный разрез; на фиг. 2 - разрезА-А на фиг. 1; на фиг. 3 - дистанционирующий вкладыш, выполненный в виде пластины; на фиг. 4 - то же, поперечное сечение; на фиг. 5 - вкладыш в виде перфорированной трубы, продольный разрез; нафиг. 6 - то же, поперечный разрез; нафиг. 7 - вкладыш в виде цельнолитого:цилиндра, прододьный разрез; на фиг.8- 45то же, поперечный разрез; на фиг. 9 вкладыш в виде параллелепипеда, вид сбоку; на фиг. 10 - то же, вид с торца;на фиг. 11 - узды крепления арматурныхтруб и инжекционная насадка на подвижном конце трубы, на фиг. 12 - вариантвыполнения труб с отверстиями по длинеи заглушкой на конце; на фяг. 13 - клиновой блок, вид в плане; на фиг. 14 блок с пятью отверстиями для арматурных труб, желобами и пазами под вклады ши; на фиг. 15 - вид Б на фиг. 14;на фиг. 16 - вариант блока с проволочной арматурой на фиг. 17 - вид В нафиг. 16; на фйг. 18 - вариант выподне8005 5ния арматуры; на фиг, 19 - вид Г нафиг. 18; на фиг. 20 - положение вкладышей между блоками,В корпусе 1 вращающейся печи высверлены параллепьные ряды отверстий, в5каждом ряду - от трех до десяти отверстий, В отверстия вварены втулки 2, внутренний диаметр которых несколько больше диаметра арматурных труб 3, установленных в эти втулки 2. Одни из концов4 труб 3 жестко закреплены во втулках2, например посредством болтов 5, продетых через поперечные отверстия вовтулках 2 и трубах 3, Вторые концы 6труб 3 выступают за пределы корпуса 1печи и втулок 2. На трубы 3 нанизаныфасонные блоки 7 футеровки труб 3. Вплоскости, перпендикулярной трубам 3,блоки 7 выполнены с отверстиями 8, диаметр ",которых несколько бопьше наружного диаметра труб 3, В блоках 7 междуотверстиями для труб 3 выполнены перфорации 9, диаметр или ширина которых равна (в зависимости от среднего размераобрабатываемого материала) 0,02-0,4 д 5ширины фасонного блока 7, Между корпусом 1 и первым и последним блок.ами 7,нанизанными на трубы 3, установлены асбестовые прокладки 10, толщина которыхподбирается по разности температурногоудлинения всех блоков 7 и увеличения диаметра печи в результате объемного температурного расширения корпуса 1 с учетом величины усадки асбеста.Между блоками 7 на ряд параллельныхтруб 3 свободно устанавливают дистанционирующие вкладыши 11, выполненные,например, в виде пластин, труб, цилиндров или параплелепипедов. Вкладыши 11сделаны с рядом отверстий с шагом, равным шагу арматурных труб 3 по образукщей корпуса 1 лечи. На концах 6 труб3, имеющих возможность осевого перемещения во втулках 2, установлены инжекционные насадки 12 с конфузорами 13.По образующей корпуса 1 печи установлены воздушные коллекторы 14, снабженные соплами 15, каждое из которых направлено строго по оси инжекционных насадок 12 и входит в полость конфузоров5013. Воздушные коллекторы 14 и их сопла 15 жестко закреплены к корпусу 1печи и подсоединены к кольцевому воздушному коллектору 16, который, в свою очередь, подсоединен посредством радиальной трубы 17 к осевой трубе 18, входя 55щей за предепами корпуса 1 печи в стационарное сапьниковое устройство 19, впоследнее подключено гибким шлангом к 58 6стационарной цеховой воздушной магистрали 20,В одном из вариантов устройства(фиг. 12) арматурные трубы 3 снабженыотверстиями 21 и заглушками 22, установленными на торцах жестко закрепленных концов 4 трубы 3. В торцах блоков7 есть отверстия 23, Блоки 7 фасоннойфутеровки могут быть выполнены в видеклиньев. Укпадка клиновых блоков 7 осуществляется таким образом, что направления клиньев чередуются (фиг. 11).Блоки 7 могут быть выполнены крупноразмерными с несколькими отверстиями дпя труб 3, преимущественно в видецельнолитных или прессованных блоковиз шамотобетона на основе высокоглиноземистого цемента, обладающего высокойтермостойкостью и жаропрочностью. Набоковой поверхности блоков 7 в областимежду параллельными трубами 3 выполнены желоба 24 полуцилиндрической формы.Бпагодаря этому боковая поверхность блоков 7 увеличивается в 1,2-1,3 раза. Вжелобах 24 имеются перфорации 9 круглой или прямоугольной формы.На торцовых поверхностях блоков 7выполнены пазы 25, повторяющие формувкладышей 11, Пазы 25 по длине нескопько короче длины блока 7, что при стыковке соседних блоков 7 обеспечивает защиту вкладышей 11 от высокой температуры.Блоки 7 могут быть армированы стальным каркасом 26, например из проволоки,который изготовляют в виде цилиндров 27,соединенных между собой в месте расположения желобов 24 пластинами 28, причем проволочный каркас 26 и пластины28 покрывают перед заливкой бпоков 7соответственно асбестовым шнуром 29 иасбестовым листом 30. Корпус 1 печиизнутри в месте установки теплообменника имеет огнеупорную футеровку 31,Устройство работает следующим образом.Сухой гранупированный,мелкокусковойили;пыпевидный материал известными приемами при вращении печи подают в зонуустановки теплообменника. Попадая на лопасть, образованную рядом параллепьныхармировочных труб 3 и блоков 7 футеровки этих труб 3, материал поднимаетсявыше оси печи и после достижения высоты, соответствующей углу естественногооткоса материала, начинает перемещатьсяпо плоскости лопасти теплообменника. Перемешаясь по желобам 24, материал частично попадает в перфорации 9 блоков 7.Через них мелкодисперсный материал не 7 8005 обходимой (по условиям расчета теплообмена) фракции выпадает с лопасти в го рячий газовый поток печи, в котором интенсивно подогревается во взвешенном состоянии. фракции, размер которых превышает диаметр ( ширину) перфорации 9, скользят по желобам 24 до диаметрально противоположной стороны лопасти и снова попадают в слой, находяшийся на футеровке 31 корпуса 1 печи. Далее при движении материала по уклону печи в сторону разгрузочного конца цикл повторяется,Раскаленный газовый поток печи отдает свое тепло блокам 7 фасонной футеровки труб 3, а последние отдают тепло круп нодисперсному материалу, перемешаюшемуся по их развитой боковой поверхности,Таким образом, осушествляется регенеративный теплообмен между печными газами и крупнодисперсным материалом и теп- , лообмен во взвешенном состоянии между газами и относительно мелкодисперсным ма те риалом, которы й проваливается через перфорации 9 в лопастях тенлообменника.Регенеративны й теплообмен усиливается благодаря развитой боковой поверхности блоков. 7.При разделении материала на ряд слоев небольшой высоты снижается его термическое сопротивление, в результате чего материал разогревается быстрее. Температура внутри блока 7 футеровки труб 3 может достигнуть (особенно в центре печи) величины, при которой начинается деформация труб 3, вслед за чем происхо 35 дит разрушение блоков 7 футеровки с дальнейшим выгоранием труб 3. Для устранения этого нежелательного явления в трубы 3 через инжекционные насадки,12 посредством сопел 15 подают охлаждаюший воздух. Сжатый воздух с давлением 2-3 ати от стационарной магистрали 20 по гибкому шлангу подаЮт к сальниковому устройству 19, Из сальникового устройства 19 воздух проходит во вршцающуюся вместе с печью осевую трубу 18 и далее через радиальную трубу 17 - в кольцевой коллектор 16, из которого распределяется по продольным воздушным коллекторам 14 и соплам 15. Выходя из сопел 15 с большой скоростью, сжатый воздух создает разрежение в конфузорах 13 и увлекает воздух из окружаюшей среды, который входит в инжекционные насадки 12 и далее поступает в трубы 3, охлаждая их55 до заданной температуры, которая несколько ниже температуры начала деформации .труб 3 при нагрузке. В данном случаетакой нагрузкой являются блоки 7 футе 58 8ровки труб 3. Однако температура труб 3 должна быть не ниже температуры,при которой температура наружной поверхности блоков 7 может быть недостаточной для создания эффективного подогрева материала. Воздух после прохода труб 3 удаляется через второй открытый конец 4 трубы 3 в атмосферу,При выполнении труб 3 с отверстиями 21, когда их жестко закрепленные концы 4 заглушены, воздух поступает через отверстия 21 в трубах 3 в отверстия 23 в торцах блоков 7 и далее через них - в пространство печи. Такой вариант целесообразен в тех случаях, когда воздух необходим для прохождения технологического процесса, или, например, для дожигания продуктов неполного сгорания топлива на поверхности или в области теплообменника, Такое дожигание, например окиси углерода, необходимо в печах для производства клинкера белого цемента, когда в зоне спекания клинкера создается восстановительная среда и образуется окись углерода при неполном сгорании топлива. Дожигание окиси углерода в области теплообменника способствует интенсификации теплообмена и снижению удельного расхода топлива на обжиг клинкера.При повышении температуры арматурных труб 3 их длина незначительно увеличивается. При этом свободно установленные концы 6 труб 3 перемещаются во втулках 2. В свою очередь, перемещая инжекционные насадки 12 и их конфуэоры 13 в сторону жестко установленных на корпусе 1 печи сопел 15. При холодной печи, а следовательно, и холодных трубах 3 сопла 15 установлены в конфузорах 13 в таком положении, чтобы коэффициент инжекции, зависящий от скорости истечения инжектируюшего (сжатого) воздуха и конструкции насадки 12, был ниже максимальной величины, т.е. сопла 15 не должны быть углублены в конфузоры 13 до уровня, при котором обеспечивается максимальное инжектирование, Чем выше температура труб 3, тем больше их удлинение, ближе обрез сопла 15 к оптимальному положению и выше коэффициент инжекции при неизменном давлении инжектирующей среды (сжатого воздуха). Из окружаюшей среды при повышении температуры труб 3 поступает все большее количество воздуха, охлаждая трубы 3 до расчетной величины. При понижении температуры и сокрашении длины труб 3 количество охлаждающего воздуха уменьшается в результате удаления обрезов1 О 1. Встроенный теппообменник вращающейся печи дпя обжига сыпучего матери апа, преимущественно цементной сырьевойсмеси, содержащий ряды параллельныхарматурных труб, закрепленных диаметрально своими концами на корпусе печи,с нанизанными на них фасонными блоками О футеровки с отверстиями для труб и систему охлаждения труб, подсоединеннуюк воздушным коллекторам о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности тепловой обработки и 5 надежности работы, футеровка арматурныхтруб снабжена свободно установленнымина трубах между блоками дистанционирующими вкдадьпцами, а фасонные блоки на участках между параллельными арматурными1ЭО трубами с перфорациями, перпендикуляр-,ными отверстиям дпя труб, диаметром,равным 0,02-0,4 расстояния между трубами, причем одни концы труб прикреплены к корпусу печи жестко, а другиес возможностью осевого перемещения, а 35система охлаждения труб выполнена в виде закрепленных на подвижных концахтруб инжекционных насадков с конфузорами, в которых установлены сопла, жесткозакрепленные на корпусе печи и подсоединенные к воздушным коллекторам.2. Теппообменник по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что арматурныетрубы снабжены установленными наих 45жестко закрепленных концах заглушкамии выполнены с отверстиями по длине,3. Теппообменник по и. 1, о т и ич а ю щ и й с я тем, что он снабженустановленными в месте контакта блоков 50с корпусом печи асбестовыми прокнадками.4. Теппообменник по и. 1, о т и ич а ю ш и й с я тем, что дистанционируюшие вкладыши выполнены в виде пер,форированных труб с диаметром, в 1,52 раза превышающим диаметр арматурных 55труб.5. Теплообменник по и. 1, о т и ич а ю щ и й с я тем, что дистанционируюшие вкладыши выполнены в виде цепь 9 80 сопел 15 от оптимального положения внутри конфузоров 13.Таким образом обеспечивается автоматическое регулирование температуры арматурных труб 3Особенно важно такое регулирование при разрушении блоков 7 и оголении арматурных труб 3. При соприкосновении труб 3 непосредственно с раскапенными газами происходит их резкое удлинение. При этом обрез сопла 15 максимально приближается к оптимальному положению, обеспечивающему максимальный расход воздуха через трубу 3 и максимапьное ее охлаждение, что предохраняет трубы 3 от деформации и выпадения оставшихся целых блоков 7. При расширении в панепи асбестовые прокладки 10, расположенные между корпусом 1 печи и крайними блоками 7, сжимаются, что предохраняет блоки 7 от раскалывания. Листанционируюшие вкладыши 11 кроме своего прямого назначения служат для увеличения жесткости лопасти теплообменника, образованной рядом параллельных труб 3. Благодаря выполнению арматуры блока 7 в виде нескольких цилиндрических проволочных каркасов 26 и связи их с помошью пдастин 28 происходит объемное расширение арматуры. При этом асбестовый шнур 29, покрывакхций проволоку, сжимается, не давая возможности металлу упереться в бетон и разрушить его, Соединительные пластины 28, объемно расширяясь, частично сжимают соседние проволочные каркасы 26 и асбестовые листы 30, приклеенные к их плоскостиТакое выполнение арматуры позволяет блоку 7 выдерживать значительные механические нагрузки в условиях температур до 1200 С. Предлагаемый для отливки блоков 7 высокоглиноземистый цемент с заполнителем в виде полидисперсной шамотной крошки позволяет применять блоки при температурах ао 1500 С и выше.ОВолнистая боковая поверхность блока 7, лишенная острых углов, а следовательно, и мест концентраций напряжений, также способствует повышению термостойкости блоков 7 футеровки.Предлагаемый теплообменник устанавливают во вращающихся печах для обжига клинкера в зонах подогрева и декарбонизации при температурах газового потока 900-120 С С, т,е, там, где известные теппообменники из легированных сталей не могут длительно работать. Особое значение имеет установка предлагаемого теплообменника в печах для получения 0558 10 специальных видов цемента, например белого или особочистого высокогпиноземистого, где недопустимы присадки железа к сырьевому материалу.Применение предлагаемого теппообменника снижает удельный расход топлива на обжиг клинкера и повышает производительность печи. Формула изобретения11 800558 12 нопитых цилиндров или параллелепипедов, снабжен арматурой в виде цилиндрических6. Теппообменник по п. 1, о т л и- проволочных каркасов, связанных между ч а ю щ и й с я тем, что на боковой собой в месте выполнения желобов ппасповерхности блоков контактирующей с тинами, причем проволока каркасов и ппаспечными газами и материалом, в простран-тины покрыты, соответственно, шнуровым стве между арматурными трубами выпоп- и листовым асбестом. невы жепоба, причем перфорация в блоках Источники информации, выполнена в желобах, а торцы блоков вы- принятые во внимание при экспертизе попнены с пазами под дистанционируюшие Д, Патент США Х 3227430, вкладыши. 1 о кл, 263 33, опублик. 1966.7, Теппообменник по и. 1, о т л и. Патент США М 3227488, ч а ю щ и й с я тем, что каждый блок кл, 263-33, опублик. 1966 (прототип).