Устройство для тепловой обработки тонкодисперсного материала

(55 Р 27 В 7/3 ЫЙ КОМИТЕТИЯМ И ОТКРЫТИ ГОСУДАРСТВПО ИЗОБРЕТЕПРИ ГКНТ СС ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОРС ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ТЕПЛОВОЙ ОБРАСНОГО МАТЕРИАотносится к промышленх материалов, а именно к епловой обработки тонкоиалов в закрученном погаэов (например, в иклонного типа), и может менение в металлургичеи других отраслях проязанных с переработкой й в газовом потоке. Цель тенсификация процесса(71) Государственный всесоюзный проектный и научно-исследовательский институтцементной промышленности(56) Цемент. 1983, М 2, с. 12,(54) УСТРОЙСТВО БОТКИ ТОНКОДИ ЛА(57) Изобретение ности строительны устройствам для т дисперсных матер токе горячих теплообменнике ц также найти при ской, химической мышленности, св порошков и пыле изобретения - ин Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки тонкодисперсных материалов в закрученном потоке горячих газов(например, втеплообменнике циклонного типа) и может быть использовано в промышленности строительных материалов, в металлургической, химической и других отраслях промышленности, связанных с переработкой порошков и пылей в газовом потоке. тепломассообмена, повышение удельной производительности устройства, снижение удельных расходов тепла и электроэнергии на обжиг, а также повышение надежности работы циклонов. Устройство содержит установленные крестообразно в выходном патрубке циклонов раскручиватели, выполненные в виде расположенных с зазором по высоте пластин с углом разворота относительно друг друга 15 - 30 вокруг оси выхлопного пагрубка навстречу вращению газового потока. При этом отношение высота пластин к диаметру выходного патрубка составляет 0,10 - 0,25, отношение величины зазора между пластинами к их высоте составляет 0,25-0,50, а отношение суммарной высоты раскручивателя к диаметру выходного патрубка составляет 0,8-1,2. Кроме того, пластины сочленены между собой при помощи пазовых замков и закреплены в прорезях выходного патрубка циклона посредством фиксирующих пазов по концам пластин. Причем отношение ширины пазов к толщине пластины составляет 1,6-2,2. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл. Целью изобретения является интенсификация процесса тепломассообмена, повышение удельной производительности и снижение удельных расходов топлива и электроэнергии на обжиг, а также повышение надежности работы циклов.На фиг. 1 изображено устройство, вид спереди; на фиг. 2 - узел на фиг, 1 (выходной патрубок с раскручивателем в разрезе); на фиг. 3 - разрез А - А на фиг, 2.Устройство для тепловой Обработи тонкодисперсного материала содержит соединенный с вращающейся печью 1 запечный теллаобменник с системой циклонов 2, 3, соединенных газоходами 4, 5. Внутри выходных патрубков 6 циклонов установлены крестообразные элементы 7 - раскручиватели газового потока, каждый из которых Выполнен в виде расположенных с зазором по высоте одна относительно другой пластин 8 с углом разворота ме)кду ними 15- 30 по высоте вокруг аси выхОДНОГО патрубка по встречном направлении с направлением вращения газового патака, образуя ступени. Пластины 8 каждой ступени Взаимно перпендикулярны. Отношение В- соты Н пластиндиаметру б одноа патрубка составляет 010-0,25, отношение величины зазора Ь между пластинами 7 к их высоте Н составляет 0,25-0,50, а отношение суммарной Высоты раскручивателя к диаметру выхОДНОО пат 2)уока составляет 0,8 - 1,2.С целью повышения надежности работы циклонов пластины 8 соединены ме:,;ду Собой лри помощи пазовьх замков и закреплены в прорезях Вь 1 хадного латруб)ка циклона посредством фиксирук)щих галазов ло концам пластин, входя;цих одна В другую, причем Отношение ширины паза к толЩине Пластины составлЯет 1,6 - 2,2,Раскручиватель 7, устанавленный В Выходном патрубке б циклона 2 нижней ступени, спрямляет поток и улучшает теплообмен и Газадинамику вхадаи)ГО Газахада 5 циклона 3 верхней ступени 2, поэтому работу раскручивателя возможна только в сисеме газоходов и циклонов,Устройство оабатает следующим образом,Высокатемпера"ур 1 ые Опочные Газы, отходящие из вращающейся печи 1, через ГВЗОХОД 4 поступа 1 ат В 3,иклон 2 нижней ступени теплообменника, откуда направляются в крестообразный ступенчатый раскручиватель 7, услановленный в выходном латрубке 6 циклона, а далее - газохад 5 верхней ступени теплаобменника. Сырьевая смесь подается в газохад 5. . де в результат 8 эфф 8 ктивнОГО Гашения вращат 8 льнОГО движения газового потока, выходящего после раскручивателя 7, создаются условия для увеличения интенсивности межфазного теплообмена, благодаря сниженик) взаимовлияния частиц сырьевого материала при повышении однородности их распределения по сечени)о газохода за счет устранения "циклонного эффекта", Затем материал вместе с отходящими газами поступает в циклон 3 Верхней ступени, откуда по течке 10 15 20 25 30 ) Г 40 ) 5 50 подается в газоход 4 нижней ступени теплообменника. В предложенной конструкции устройства образуются значительные градиенты вращательной скорости пылегазавого потока перед каждой из ступеней, обусловленные воздействием прилегающих к кромкам пластин (лопастей) слоев газа на удаленные слои за счет сил внутреннего трения, Возникающие при этом вблизи передних кромок, на которые направлен газовый латок, мелкомасштабные турбулентные пульсации способствуют адиабатическому (без внешних потерь) перераспределению энергии потока, вследствие чего большая часть вращательной скорости преобразуется в скорость лэступательного движения. В результате сложения местных эффектов у всех кромок лопастей вращение потока на выходе из циклона и в следующем за ним газоходе исчезает, вследствие чего нагреваемый материал переходит из плотного пристенного слоя во взвешенное состояние, что значительно улучшает межфазный теллаобмен в газоходах, позволяет снизить удельный расход тепла и повысить производительность теллаобменника. Кроме того, лри исчезновении вращения падает газодинамическое сопротивление выходного газохода циклона, чта обуславливает уменьшение сопротивления тракта циклонного теллаабменника и снижение расхода электроэнергии тя годутьевых устройств.Угол разворота пластин одна относительно другой вокруг. Оси выхлопного патрубка навстречу вращению газового потока в нем составляет 15-30 О, величина угла разворота в указанных пределах обеспечивает наиболее выраженный эффект торможения вращательного течения в патрубке за счет прогрессивного затухания тангенциальной компоненты скорости лылегазового потока на ступенях раскручивателя, Разворот пластин снижает сопротивление как выходно- ГО патрубка, так и циклона в целом. Все эта способствует уменьшению соп Оотивления теплообменника и расхода электроэнергии тягодутьевых машин. При углах менее 15 масштаб турбулентных пульсаций у крамак пластин резко уменьшается, турбулентный пограничный слой переходит в вязкий ламинарный, в котором практически исчезает перераспределение скоростей потока, При этом эффект торможения вращения ослаблен, снижение газодинамического солра 1 ивления теплообменника и расхода электроэнергии практически отсутствует, При величине угла более 30 также происходит ослабление эффекта раскручивания и рост расхода электроэнергии тягодутьевыхмашин из-за возникновения у каждой пластины присоединенных парных вихрей, приводящих к деформации и размыву структуры мелкомасштабной турбулентности, разрыву непрерывности поля тангенциальных скоростей, возрастанию газодинамического сопротивления самого раскручивателя.Отношение высоты пластины раскручивателя к диаметру выходного патрубка составляет 0,10 - 0,25. Эта величина влияет на надежность работы циклона (долговечность пластин раскручивателя) и на сопротивление выходного патрубка циклона, т.е. способствует снижению расхода электроэнергии.Минимальное отношение обусловлено понижением прочности и быстрым сгоранием тонких пластин в среде горячих газов, а максимальное - уменьшением числа ступеней, обуславливающим снижение эффекта раскручивания и возрастание гидравлического сопротивления теплообменника и расхода электроэнергии тягодутьевых машин,Отношение величины зазора между пластинами к высоте составляет 0,25 - 0,50. Влияние этого параметра сводится к оптимизации структуры газавага потока с затухающей круткой при наличии разворота соседних пластин одна относительна другой, Эта способствует эффективному торможению вращательного движечия и дополнительно снижает сопротивление газахадав на выходе из циклонов, что позволяет уменьшить расход электроэнергии тягодутьевых машин При величине отношения осевого зазора между пластинами к высоте ступени менее 0,25 мелкотурбулентная структура потока разрушается, при этом наличие углового сдвига ступеней является причиной возникновения нестационарных крупномасштабных вихрей у кромок пластин, В результате повышается сопротивление выходного патрубка и следующего за ним газохода, возрастает ра:хад электроэнергии, При увеличении этого отношения аалее 0,50 уменьшается число ступеней раскручивателя в пределах заданной конструк-. цией циклона высоты выходного патрубка, т,е. Сокращается числа осевых промежутков между ступенями, в,;атарых и происходит, главным образам, затухание вращения, Кроме того, значительно снижается эффективность торможения крутки за счет образования у крамок присоединенных парных крупномасштабных вихрей, чта в сваю очередь увеличивает сопротивление газохода, следующего за циклоном, и расход электраэнери.дит к увеличению расхода тепла на 25 - 30 ккалкг (л, и электроэнергии на 3,0 - З.д кЬтф ч/т Кл), снижению температуры магериала 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 Отношение суммарной высоты раскручивателя к диаметру выходного патрубка составляет 0,8-1,2. При этом эффективность торможения вращательного движения потока максимальна, а собственное сопротивление пластин минимально. Если высота раскручивателя превышает 1,2 диаметра патрубка, резко увеличиваются потери на трение при обтекании пластин, растет сопротивление теплоабменника и расход электроэнергии. Если эта величина менее 0,8, значительно снижается эффект торможения крутки, межфазный теплообмен е газоходе происходит в основном е пристенном слое, возрастает расход топлива,В предложенной конструкции устройства принципиальное назначение пазовых замковых соединений состоит не только в осушествлении крепления и фиксирования устройства, чта может быть выполнено и иными способами (сваркой, болтовым крепежам и др.), а в создании условий для по-, вышения долговечности пластин и надежности работы раскручивателя за счет исключения внутренних напряжений в пластинах рэскручивателя и патрубках циклона приадан,величины зазора в пазовых замках, дастэтачных для компенсации температуанага аасширения состав-.ых частей устра ства, При отсутствии завара в случае жесткага соединения (сварного, балтавагс) выход. ай патрубак циклона деформируется и ра;кручиватель быстра разрувается, Величина завара между сачленяемыми деталями, устанавливаемая конструктив; а и с уче;ам ксэффициентав тсрмическага расширен:, я материалов, недастатач а для компенсации удлинения деталей, находящихся в пылегазавам патоке нз-за забивки зазоров в пазах налипшей пылью. Поэтому наиень",ая ширина паза принята 1,6 толщи:.ь листа соединяем ьх етале., при меншем зазоре пыл:,:, налипшая в пазах,не паз-.,элит ска пенсиравать тепловое расширение дегалей, чта и снизит надежность рабаты ц кланов, г:рведя к деформации раскр,ияателя.ри ширине чдз" свьшс 2 тал.ш;:, иста нарушаетс жес.;кость раскручивалцч, чта также приводит к ега десна сц, и сн;жает н.де.кнась рабатьсР табл, 1 риведе.ы характеристики, каса;сг.иеся влияния режимных паааметрав печ:-.ага агрегата, Данные табл. 1 пакззыва.ат, чта выход значений параметров конструкции раскручивателя за пределы, указанные в Формуле изобретения, приво 1675639после циклонов 1 ступени на 20-30 С) и удельной производительности теплообменника на 46 - 48 кг Кл/ч мз).В табл. 2 приведены данные сравниельных испытаний предложенного и известного устройства.Как следует из тасл, 2, интенсивность межфазного теплообмвна во Входном газо- ходе каждого циклона повышается за счет эффективного спрямления пылегазового потока, поступающего после ступенчатого раскручивателя, установленного в Выходном патрубке предыдущего циклона. Это приводит к снижению потерь тепла с отходящими из теплообменника газами на 21,6;4., в окру)как)щую среду теплообменни- (ом на 25,0 , а также к повышению теплового КПД теплаоб) е,. ника н Я 2 7е( О удщьной прюводигельност НЯ 26.,7,4 степени разложения кярба,дтя ,(аль ция теплообменнике ня 62,7 оу Рсзультируюгций расход тепла на производство клинкера паи этом снижается на 50 ккал/кг Кл. Вследствие эффективного спрямления потока снижается газсдичамическое сопротиВление ВМОдных Гязоходов циклоноВ, благодаря ступенчатой конструкции рас 1(рччивятеля уменьшяетсГ Гязадинамическое с)- прот вление Выхан.) длтр 1 бк Все та снижает гязодинамическое сопротивление ОДНОГО циклона на 20 мм вод,ст, и расхОД Электроэнергии при об)киге на 23 Яф за Счет уменьшения мощ 1 ости тягадутьзвых машин).ЗЯ СЧЕТ СНЯТИЯ ВНЧТ)"-)ННИХ НЯПОЯ"(ЕНИЙ 9 пластинах Оаскруивателя и патрубках циклонов при температурной самскомпенсации составных частей устройства в пазовых замках повышается В 2 раза сро", луж 1 яы раскрччира 1 для Пу)и это ( роове 1 ственно увеличивается надежность работы циклонов, я так)ке появляется ВозмОжнОсть зкОномить высокОлеГиоовянную жарастайкую сталь, идущую на изготовление элементов раскручивателей.Экономический эффект от внедренияизобретения складывается из снижения 5 удельных расходов топлива и электроэнерГии на обжиг клинкера, а также увеличения производительности печного агрегата и составляет 63,3 тыс. руб. 10 Формула изобретения1. Устройство для тепловой обработкитонкодисперсного материала, содержащеесоединенный с вращающейся печью запечный теплообменник с системой циклонов и15 гязоходов и установленные крестообразновнутри выходных патрубков циклонов раскручиватели газового потока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью интенсификациипроцесса тепломассообмена, повышения20 удельной производительности и сниженияудельных расходов тепла и электроэнергии.ня обжиг, раскручиватели выполнены в видерасположенных с зазором па высоте однаотносительна другой пластин с чглом разво 25 рата между ними по высоте 15-30 вокругоси выходного патрубка во встречном направлении с направлением вращения газового потока, при этом отношение высотыпластин к диаметру выходного патрубка со 30 ставляет 0,10 - 0,25, отношение величины зазора между пластинами к.их высоте -0,25-0,50, а отношение суммарной высотыраскручивятеля к диаметру выходного патрубка - 0,8-1,2,35 2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения надежности В работе циклонов, пластины взаимносоединены посредством пазовых замков изакреплены в проезях выходного патрубка40 циклонов при помощи выполненных по концам пластин фиксирующих пазов, при этомотношение ширины паза к толщине пластины сОставляет 1,6-2,2,Оффс О О О лОмг исчсо ьо СО ьО М Л ьо Ф СеЪ М Се СЪ М М СеЪ О О 0 О ссМ ф ЮСЧ О ф Е 6 Оь э 2 ф ЫК 1 фб Е аЕОф Е В Сь К ООООСО сч О О а вО ф ОО ООИОСООООО О И ЦЪ СЧ Ф И ьоФ СЪ иЪ а а вп в а а в а О ОООООООООО О ф 0 еь В 0 КИИММ О тг фф Л Л - ОЕ СО С 1 ьО Сч СО М Иьв ессиЪиЪИИИ с цЪ ОЕ С 1и"СЧ Св ьО СЧ Оь М ОО вв ОеоеиЪЪ ОсьООе е-Оь ФМИС МООьффв а в еы в ее вОООье- Ф е-е-СЧ СЧ Сч е- СьС СЧ СЧ.СЧ СЧ СЧ цЪ И иЪ О О И О есЪ О О О И иъ и 0 ф л 0 с 0 Оъ Оь Ое Оь Ссъ Ое Фь Ое Ое Ое О И О иЪ О О О иЪ О ОООЪ ФСчь-СЧ тФМФ Т Ф т Ф Ф ООИиИОСО ьо еО 0 иЪ " И ьО И лллс" с лс-л ЕО ьо Со Ф СЧ 0 Фав ьеьС"1 е- СЧ Сч Сч еОЗОеа О О СООвО О Се О О ЦЪ И И иЪ О О иЪ О в е е и СЧ СС СЧ а аа ва а ООООООООООцЪООООСОООО сч сч сч сч сч ч сч сч м1675639 12 ФТаблица 2 Параметры 167 131 1000 950 150 130 19,1 25,0 12,2 912 83,03 85,26 Потери тепла с отходяшими из циклонного теплообменника газами,ккалф кгпв Кл Потери тепла в окружающую среду теплоккал обменником,кг Кл Суммарный расход тепла на производствоГаэодинамическое сопротивление одного циклона, мм вод/ст.Расход электрсэнергии на обжиг клинкера, кВтчтКлСтепень разложения карбоната кальция в теплообменнике, 7.Удельная производительность теплообменнитка, - м сут Тепловой КПД теплообменника 7.Срок службы раскручивателя, мес известного предлагаемого1675639 лося аюа Редак Моты Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2991 ВНИИПИ Госу Составитель С. ПрямковаТехред М;Моргентал Корректор А, Осаулен Тираж " г Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5