ОХЛАЖДАЮЩАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ПЕЧИ ПО ОБЖИГУ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА
COOLING GRID OF CEMENT CLINKER ANNEALING FURNACE

Область техники
Изобретение относится к охлаждающей решетке для охлаждения и транспортировки цементного клинкера согласно отличительной части п.1 формулы изобретения, а также сегментов решетки для подобной охлаждающей решетки.
Уровень техники
Зернистый цементный клинкер, далее кратко называемый как клинкер, возникает в процессе обжига зачастую в так называемых вращающихся печах. Из вращающейся печи нагретый примерно до 1450°C клинкер через входной распределитель в виде подушки сыпучего материала, также говорят о клинкерной подушке, выгружается на решетчатый холодильник для того, чтобы охлаждать клинкер охлаждающим воздухом и транспортировать его на дальнейшую переработку, чаще всего сначала через дробилку. При этом происходит перенос тепла от клинкера в охлаждающий воздух. При этом, чем больше достигнутая охлаждающим воздухом температура, тем эффективнее можно повторно использовать сохраненное тепло в качестве технологического тепла. Типичная высота клинкерной подушки составляет от 0,4 до 0,8 м.
Типичным образом решетчатый холодильник имеет по меньшей мере одну охлаждающую решетку по меньшей мере с одной подложкой для клинкера, в которую охлаждающий воздух вдувается через охлаждающие воздушные каналы. Охлаждающий воздух должен выносить долю мелких фракций подушки сыпучего материала вверх для того, чтобы охлаждающий воздух беспрепятственно проходил сквозь оставшиеся между большими частицами зазоры и охлаждал частицы. Однако необходимо предотвращать завихрения или перелопачивания частиц подушки сыпучего груза, так как в противном случае по всей высоте подушки сыпучего материала устанавливается равномерная температура. Хотя желательной является увеличивающаяся с увеличением расстояния до подложки температура, так как температура на поверхности подушки сыпучего материала, по существу, определяет максимальную температуру охлаждающего воздуха. Данный оптимальный температурный профиль полностью не реализуется из-за потерь на излучение от поверхности. Поэтому цель заключается в том, чтобы самая горячая зона подушки сыпучего материала находилась лишь в нескольких сантиметрах под поверхностью.
Для достижения максимально равномерного обдува подушки сыпучего груза в EP 0167658 предлагается ступенчатая решетка, в которой коробчатые элементы решетчатого днища расположены рядами рядом друг с другом и перпендикулярно направлению транспортировки. Задняя часть каждого ряда перекрывается передней частью расположенного позади ряда так, что возникает ступенчатая структура, в которой ступени, по существу, образуются расположенными рядом элементами решетчатого днища. В каждом элементе решетчатого днища расположены несколько щелеобразных охлаждающих воздушных каналов, которые расположены друг за другом и поперек направления транспортировки. Охлаждающие воздушные каналы образуются посредством промежутков между сегментами решетки, которые вдвинуты в коробчатый держатель элементов решетчатого днища. Верхние участки охлаждающих воздушных каналов в направлении транспортировки отклонены от вертикали, чтобы охлаждающий воздух выходил из охлаждающих воздушных каналов под наклоненным в направлении транспортировки углом и чтобы, по меньшей мере, существенная часть охлаждающего воздуха сначала прилегала к подложке. Нижняя часть щелевидных охлаждающих воздушных каналов изогнута по типу сифона, чтобы клинкер не мог проваливаться вниз через охлаждающие воздушные каналы.
Раскрытие изобретения
3
2
В основе изобретения лежит наблюдение, что вынос мелких фракций клинкера из подушки сыпучего материала с помощью известной ступенчатой решетки удается еще не полностью удовлетворительно. Ниже критической подачи воздуха примерно 0,75 м/с на м подложки, то есть после сокращения - 0,75 м/с, доля мелких фракций выносится ненадежно. И хотя с ростом подачи воздуха это удается лучше, однако происходит усиливающееся образование воздушных каналов, так называемых прострелов, которые снижают эффективность и температуру охлаждающего воздуха над клинкером. Самое позднее при более чем 1,5 м/с частицы в подушке сыпучего материала из-за падения давления поднимаются и завихряются.
Задачей изобретения является надежное удаление пылевидный мелких фракций клинкерной подушки при минимально возможной подаче воздуха, чтобы при небольшом падении давления обеспечить максимально хороший теплообмен между клинкерной подушкой и охлаждающим воздухом.
Данная задача решена посредством охлаждающей решетки по п.1 формулы изобретения. Подобная охлаждающая решетка может иметь решетчатые сегменты по п.11 формулы изобретения. Прежде всего, она может иметь коробчатые элементы решетчатого днища, в которые вставлены решетчатые сегменты по п.11 формулы изобретения. Предпочтительные выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Охлаждающая решетка для охлаждения и подачи цементного клинкера имеет по меньшей мере одну подложку для цементного клинкера. Прежде всего, она может быть поверхностью сегмента решетчатого днища или частью поверхности. При транспортировке клинкер сдвигается по подложке. Тем самым подложка находится в одной плоскости с направлением транспортировки. Строго говоря, это действует только для плоских подложек. Но, например, также и в волнистых подложках их ориентация определяет, по меньшей мере, по существу направление транспортировки. С целью упрощения в рамках данной патентной заявки исходной посылкой является то, что подложка находится в горизонтальной плоскости. Однако является предпочтительным, что подложка слегка наклонена в направлении транспортировки для того, чтобы содействовать транспортировке клинкерной подушки. В подложке оканчивается по меньшей мере один охлаждающий воздушный канал для того, чтобы вдувать в клинкер охлаждающий воздух. На примыкающем к горловине участке охлаждающего воздушного канала он слегка наклонен в направлении транспортировки. Поскольку охлаждающий воздушный канал, по меньшей мере, на примыкающем к горловине участке изогнут, то поток охлаждающего воздуха благодаря эффекту Коанда лучше прилегает к подложке, чем это происходит в известных из уровня техники решетчатых холодильниках. Тем самым охлаждающий воздух сначала отклоняется в направлении транспортировки, пока он не встретится с частицами клинкера, которыми он затем отклоняется вверх. Поскольку частицы клинкера лежат на подложке не в виде стены, а в виде гранул, то на каждом участке подложки вверх отклоняется только часть охлаждающего воздуха. Тем самым, на сравнительно длинной дистанции от горловины воздушного охлаждающего канала происходит надежное и сравнительно равномерное вентилирование клинкерной подушки. К тому же благодаря, по меньшей мере, примерно в параллельном подложке или же направлению потока охлаждающего воздуха направлении поддерживается транспортировка подушки сыпучего материала. Охлаждающий воздух перемешивает клинкерную подушку меньше, чем в известных из уровня техники охлаждающих воздушных каналах. Благодаря этому в клинкерной подушке образуется желаемый температурный градиент.
К тому же, благодаря изгибу скорость потока, по меньшей мере, на протяжении изогнутого участка может поддерживаться в значительной степени постоянной, хотя, как правило, подаваемый снизу охлаждающий воздух отклоняется в направлении транспортировки. Особенно хорошо это удается, если поперечное сечение охлаждающего воздушного канала, по меньшей мере, на изогнутом участке, постоянно, по меньшей мере, в пределах (±10%).
Предпочтительно, изгиб на переходе от охлаждающего воздушного канала к подложке является непрерывным, благодаря чему особенно хорошо оказывается содействие эффекту Коанда, и воздушный поток своей значительной частью следует направлению транспортировки клинкера.
Изгиб охлаждающего воздушного канала в направлении транспортировки может наилучшим образом определяться на основании линии охлаждающего воздушного канала, которая образуется при, предпочтительно, вертикальном сечении охлаждающего воздушного канала плоскостью, в которой лежит указывающий на направление транспортировки вектор. Изгиб кривой (или линии) в точке М является предельным значением соотношения угла 5 между положительным направлением касательной в точке M и точкой N на линии (см. Бронштейн "Справочник по математике", издательство Harry Deutsch Frankfurt а. М., 1. изд., 1993, стр.174).
Эффекту Коанда оказывается особое содействие, если изгиб в направлении подложки уменьшается, прежде всего, это действует и для уменьшения изменения изгиба примыкающего к горловине участка охлаждающего воздушного канала в направлении горловины.
Охлаждающий воздушный канал является, предпочтительно, щелевидным и в направлении транспортировки и против направления транспортировки ограничен перегородкой. Предпочтительно, расстояние между перегородками в примыкающем к горловине участке охлаждающего воздушного канала постоянно, по меньшей мере, в пределах (±10%). Благодаря этому уменьшаются завихрения, которые способствуют отрыву потока от подложки и, тем самым, противодействуют эффекту Коанда.
Предпочтительно, в подложке предусмотрена по меньшей мере одна проходящая в направлении транспортировки открытая вверх продольная щель, которая сообщается с охлаждающим воздушным каналом. Благодаря этому подача охлаждающего воздуха в насыпанную на подложку клинкерную подушку может осуществляться по особенно большой площади. Соответственно повышается температура охлаждающего воздуха над клинкерной подушкой и снижается риск прострелов. К тому же снижается необходимая производительность вентилятора для заданного количества охлаждающего воздуха.
Если глубина продольной щели с увеличением расстояния от охлаждающего воздушного канала уменьшается, то скорость потока охлаждающего воздуха в продольной щели и на удаленном от охлаждающего воздушного канала конце может поддерживаться такой же высокой для того, чтобы доля мелких фракций надежно выдувалась. Тем самым можно воспрепятствовать забиванию продольной щели.
Особо предпочтительно, продольная щель ответвляется от охлаждающего воздушного канала в направлении транспортировки. Тем самым также достигается особо равномерная подача охлаждающего воздуха в клинкерную подушку с вышеуказанными преимуществами, поскольку направляемый над подложкой поток воздуха минимизирует охлаждающий воздух в продольной щели в направлении транспортировки.
Предпочтительно, продольная щель имеет дно, которое непрерывно изогнуто переходит в охлаждающий воздушный канал. Это также служит выравниванию потока охлаждающего воздуха и уменьшению завихрений, которые влияют на увеличение сопротивления потоку.
Предпочтительно, охлаждающая решетка имеет несколько расположенных параллельно друг другу продольных щелей. Предпочтительно, расстояние между продольными щелями должно быть меньше или равно среднему расстоянию между частицами клинкера (без учета доли мелких фракций). Ширину продольной щели следует выбирать в зависимости от объема охлаждающего воздуха сквозь продольную щель, чем обеспечивается то, что, по меньшей мере, все частицы, которые проваливаются в продольную щель, могут выдуваться охлаждающим воздухом.
Предпочтительно, вход канала охлаждающего воздуха расширен, то есть его поперечное сечение на примыкающем к входу участке в направлении входного отверстия увеличивается. Тем самым скорость потока охлаждающего воздуха, по меньшей мере, в этом находящемся со стороны входного отверстия участке или во входном отверстии уменьшается, что ведет к уменьшению разности давлений, которая необходима для определенного объемного расхода через охлаждающую воздушную щель.
Описанные охлаждающие воздушные каналы могут быть изготовлены особо просто, если охлаждающая решетка имеет решетчатые сегменты, которые имеют по меньшей мере одну подложку для цементного клинкера, а также направленную в направлении транспортировки торцовую сторону и одну противолежащую торцовой стороне тыльную сторону, при этом торцовая сторона и тыльная сторона образуются соответственно поверхностями, которые по меньшей мере на одном примыкающем к подложке сегменте плоскости изогнуты в направлении транспортировки. Подобные решетчатые сегменты могут быть расположены друг за другом, например, в одном элементе решетчатого днища, при этом остается зазор в качестве охлаждающего воздушного канала между следующими друг за другом торцовыми сторонами и тыльными сторонами решетчатых сегментов. Этот зазор, по меньшей мере, на примыкающем к горловине участке наклонен и изогнут в направлении транспортировки, так чтобы проходящий сквозь зазор охлаждающий воздух в соответствии с эффектом Коанда прилегал к подложке в направлении транспортировки. Сбоку охлаждающий воздушный канал ограничен боковыми стенками элемента решетчатого днища. Предпочтительно, зазор намного шире своей толщины, то есть расстояние между его боковыми ограничителями существенно больше, чем расстояние между двумя следующими друг за другом элементами решетчатого днища.
Предпочтительно, по меньшей мере один примыкающий к подложке участок торцовой стороны конгруэнтен участку тыльной стороны. Тем самым при описанном выше расположении в ряд друг за другом может быть образован охлаждающий воздушный канал с постоянным поперечным сечением, по меньшей мере, по частям.
Предпочтительно, изгиб тыльной стороны, по меньшей мере, на переходе к подложке является непрерывным для того, чтобы обеспечить содействие эффекту Коанда.
Если изгиб тыльной стороны на прилегающем к подложке участке с уменьшением расстояния до подложки уменьшается, то охлаждающий воздух особо хорошо прилегает к подложке.
Особо предпочтительно, изменение изгиба тыльной стороны на прилегающем к подложке участке с ростом расстояния до подложки увеличивается.
Предпочтительно, сегмент решетчатого днища с обеих сторон имеет соответственно, по меньшей мере, один направляющий элемент для того, чтобы вдвигать их в направляющие коробчатого элемента решетчатого днища. Благодаря этому решетчатые сегменты могут быть легко заменены.
Предпочтительно, решетчатый сегмент на торцовой и/или тыльной стороне имеет соответственно, по меньшей мере, один выступ в качестве проставки до располагаемого до или же после решетчатого сегмента решетчатого сегмента, благодаря чему между прилегающими друг к другу решетчатыми сегментами остается щелевидный охлаждающий воздушный канал.
Предпочтительно, расстояние от нижней стороны решетчатого сегмента до определенной подложкой плоскости в направлении торцовой стороны уменьшается. Особо предпочтительно, расстояние уменьшается монотонно, прежде всего строго монотонно. Благодаря этому уменьшаются завихрения в области впуска образованного двумя расположенными последовательно друг за другом решетчатыми сегментами охлаждающего воздушного канала.
Описание чертежей
Далее изобретение без ограничения общей идеи изобретения описывается в качестве примера на основании примеров выполнения со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 показана охлаждающая решетка,
На фиг.2 показано продольное сечение элемента решетчатого днища,
На фиг.3 показаны детали фиг.1,
На фиг.4 показано несколько видов и сечение решетчатого сегмента,
На фиг.5 показано продольное сечение другого элемента решетчатого днища,
На фиг.6 показаны детали фиг.5,
На фиг.7 показаны соотношения потоков элемента решетчатого днища согласно фиг.2 (вверху) в сравнении с соотношениями потоков элемента решетчатого днища из уровня техники (внизу).
Охлаждающая решетка 100 на фиг.1 имеет множество расположенных рядами элементов 1 решетчатого днища. Ряды образуются расположенными рядом друг с другом на поперечных балках 120 элементами 1 решетчатого днища. Через поперечные балки 120 элементы решетчатого днища снабжаются охлаждающим воздухом. Поэтому поперечные балки также называются "воздушными балками" 120. Воздушные балки 120 расположены со смещением друг за другом таким образом, что передняя область элементов 1 решетчатого днища одного ряда накрывает заднюю зону элементов решетчатого днища расположенного перед ним ряда. Тем самым, поверхность охлаждающей решетки ступенчатая. Для транспортировки расположенного на охлаждающей решетке клинкера некоторые воздушные балки 120' (здесь выделены жирным) выполнены с возможностью смещения параллельно подложке 10 элементов 1 решетчатого днища. Таким образом, посредством непоказанного исполнительного элемента соответствующие воздушные балки 120' могут сдвигаться вперед и назад.
На фиг.2 и 5 показано соответственно продольное сечение элемента 1 решетчатого днища, который расположен на обозначенной воздушной балке 120. Элемент 1 решетчатого днища имеет поштучно плоскую поверхность в качестве подложки 10 для клинкерной подушки (не показано). Направление транспортировки клинкерной подушки обозначено стрелкой 2. Подложка 10 образуется по существу пластиной 50, решетчатым сегментом 60 и фронтальной частью 70. Пластина 50 образует тыльный замыкающий сегмент 50 и в смонтированном состоянии перекрывается нижней стороной расположенного позади элемента 1 решетчатого днища. К пластине 50 в направлении 2 транспортировки примыкают несколько решетчатых сегментов 60 и фронтальных замыкающих сегментов 70. Между пластиной 50, решетчатым сегментом 60 и фронтальным замыкающим сегментом 70 имеются расположенные перпендикулярно направлению 2 транспортировки щели 20, которые служат в качестве охлаждающих воздушных каналов 20. Далее поток через охлаждающие воздушные каналы 20, по меньшей мере, по существу определяется торцовыми сторонами 51,61 и тыльными сторонами 62, 72 пластиной 50, решетчатым сегментом 50 или же фронтальным замыкающим сегментом 70, а также расстоянием между соответствующими торцовыми и тыльными сторонами.
Для охлаждения клинкерной подушки через воздушные балки 120 охлаждающий воздух может вдуваться через отверстие 5 нижней стороны элемента 1 решетчатого днища в элемент 1 решетчатого днища (обозначено стрелкой 3). Охлаждающий воздух выходит через охлаждающие воздушные каналы 20 на верхней стороне 7 элемента 1 решетчатого днища. Соответственно, охлаждающие воздушные каналы 20 имеют по одному расположенному снизу входному отверстию 21 и одной горловине 22 в подложке 10 (см. фиг.2 или же 4). Охлаждающие воздушные каналы 20 имеют по одному примыкающему в направлении входного отверстия к горловине 22 участку 24, в котором они наклонены в направлении 2 транспортировки и изогнуты в этом направлении. Тем самым, наклон охлаждающих воздушных каналов 20 увеличивается в направлении транспортировки. Поэтому выходящие из охлаждающих воздушных каналов 20 "струи охлаждающего воздуха", по меньшей мере, изначально прилегают к подложке 10. Это отчетливо видно на фиг.7, на которой показаны соотношения потоков в сравнении с уровнем техники (сверху согласно изобретению, снизу согласно уровню техники). В это улучшенное прилегание охлаждающего воздуха к подложке вносит свой вклад, прежде всего, то, что тыльные стороны 62 решетчатых сегментов 60 непрерывно изогнуто переходят в примыкающие плоские участки подложки 10 (см. фиг.3, 4 и 6). К тому же изгиб непрерывно уменьшается с увеличением расстояния до подложки 10. Благодаря этому область подложки 10, которая не является плоской, лишь совсем немного покатая. Также примыкающие к горловине 22 области охлаждающих воздушных каналов 20 лишь немного покатые. Поэтому частицы клинкера не могут падать вниз против выходящего из охлаждающих воздушных каналов воздушного потока сквозь охлаждающие воздушные каналы 20. Поэтому требуемый в уровне техники "сифон" (см. фиг.7, внизу) может отсутствовать. Благодаря этому также уменьшается сопротивление потоку элемента 1 решетчатого днища и, тем самым, потребляемая мощность вентилятора для охлаждающего воздуха. Отсутствие сифонообразных участков охлаждающих воздушных каналов 20 дополнительно обеспечивает равномерное обтекание входных отверстий 21 охлаждающих воздушных каналов. Соответственно, как отчетливо видно на фиг.5, охлаждающий воздух выходит из охлаждающих воздушных каналов равномернее, чем это происходит в известном из уровня техники элементе решетчатого днища. За счет этого выравнивания вероятность прострелов охлаждающего воздуха сквозь клинкерную подушку при заданном расходе охлаждающего воздуха на единицу площади подложки существенно уменьшается.
Элементы решетчатого днища на фиг.1 и фиг.3 помимо всего прочего отличаются друг от друга еще и тем, что нижние стороны решетчатых сегментов 60 на фиг.1 имеют различную форму: на фиг.2-4 нижние стороны 66 решетчатых сегментов 60, по меньшей мере, по существу ровные, однако в направлении подложки поднимаются, пока в области входных отверстий закругленно не перейдут в соответствующие тыльные стороны 62. За счет этого уменьшаются завихрения в области входного отверстия 21 соответствующего охлаждающего воздушного канала 20. К тому же область перехода от торцовой стороны 61 к нижней стороне 66 сегмента 60 решетчатого днища образует шипообразный выступ, который разделяет приходящий сзади или же снизу поток охлаждающего воздуха. Таким образом, в области входных отверстий 21 перед шипообразным выступом устанавливается приблизительно постоянное давление, благодаря чему поток охлаждающего воздуха через расположенные друг за другом охлаждающие воздушные каналы 20 существенно равномернее, чем в уровне техники (см. фиг.5). За счет этого существенно уменьшается опасность прострелов.
В подложке решетчатого сегмента 60 согласно фиг.4 имеются проходящие в направлении транспортировки открытые вверх продольные щели 63. Продольные щели простираются от тыльной стороны 62 решетчатого сегмента 60 почти до торцового конца подложки 10. В смонтированном состоянии продольные щели 63 соединяются с ограниченным торцовой стороной
61 и тыльной стороной 62 двух расположенных друг за другом решетчатых сегментов охлаждающим воздушным каналом 20. Соответственно охлаждающий воздух из охлаждающего воздушного канала 20 попадает в продольную щель 63, а через нее - в расположенную со стороны торца область подложки 10. Ширина продольных щелей 63 рассчитана так, чтобы лишь небольшая часть особо маленьких частиц клинкера могла бы упасть в продольную щель: но эти маленькие частицы клинкера выдуваются охлаждающим воздухом из продольных щелей 63. Таким образом, данные продольные щели 63 обеспечивают особо равномерное охлаждение клинкерной подушки. Переход от тыльной стороны 62 решетчатого сегмента 60 в дне продольной щели 63 является, преимущественно, непрерывным и, прежде всего, предпочтительно, непрерывно изогнутым. За счет этого, с одной стороны, поддерживается выдувание возможно попавших частиц клинкера и уменьшается сопротивление потоку. К тому же часть потока охлаждающего воздуха, как на переходе от горловины 22 к подложке 10, следует непрерывной плоскости. По тем же основаниям переход дна продольной щели 63 в подложку также является, предпочтительно, непрерывным, прежде всего, особо предпочтительно, непрерывно изогнутым. Предпочтительно, глубина продольных щелей 63 в направлении транспортировки уменьшается, так что скорость потока в продольных щелях 63, несмотря на выход охлаждающего воздуха вверх, не уменьшается ниже значения, которое необходимо для надежного выдувания частиц клинкера из продольных щелей 63. Таким образом, продольные щели 63 обеспечивают беспрепятственную транспортировку охлаждающего воздуха и в находящуюся с торцовой стороны область подложки.
Решетчатые сегменты 60 на фиг.5 и фиг.6 являются полыми телами, благодаря чему снижается количество требуемого для изготовления материала. Естественно, что можно было бы и в данных полых телах выполнить подъем нижних сторон 66, как показано на фиг.1 и фиг.2, так чтобы расстояние от нижней стороны до общей плоскости плоских участков подложки 10 постоянно уменьшалось, пока нижняя сторона, предпочтительно, непрерывно закругленно не перейдет в тыльную сторону 62.
Обычно решетчатые сегменты 60 отливаются из металла. Альтернативно, их также можно изготовить из керамики или композита из стали и керамики.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1
элемент решетчатого днища
2
направление транспортировки
3
подача охлаждающего воздуха
5
отверстие на нижней стороне элемента решетчатого днища
6
нижняя сторона
7
верхняя сторона 10 подложка
20
охлаждающий воздушный канал
21
впускное отверстие
22
горловина
23
примыкающий к впускному отверстию 21 участок
24
примыкающий к горловине 22 участок
50
пластина/пластинчатый тыльный замыкающий сегмент
51
торцовая сторона пластины 50 / пластинчатого
тыльного замыкающего сегмента 50
60
решетчатый сегмент
61
торцовая сторона решетчатого сегмента 60
62
тыльная сторона решетчатого сегмента 60
63
продольная щель
66
нижняя сторона решетчатого сегмента 60
70
фронтальный замыкающий сегмент
72
тыльная сторона фронтального замыкающего сегмента 70
100
охлаждающая решетка
120
воздушная балка