Охладитель клинкера
CLINKER COOLER

Изобретение относится к цементной, коксохимической, металлургической отраслях промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например клинкера, кокса, при производстве цемента, цинка, свинца, олова и переработки руд.
Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (А.с. СССР, №1765154, кл. С10В 39/00, F27В 7/38), включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана с карманами охлаждения, выполненный из секций, каждая из которых смонтирована из шести пластин, выполненных в виде равнобочных трапеций, средства для загрузки и выгрузки. Каждая из трапеций соединяется боковой стороной попеременно с последующей трапецией по ее плоскости и проходит через вершину у верхнего основания и боковой стороны, образуя внутреннюю полость секции в виде правильного октаэдра. Секции соединены между собой в барабан нижними основаниями. Нижние основания трапеций больше боковой стороны на величину верхнего основания. Карманы охлаждения образованы соединением последовательно по периметру секции под внутренним тупым углом друг к другу попеременно к торцам секции верхним и нижним основаниями с односторонним напуском в сторону, противоположную внутреннему тупому углу. Односторонний напуск по наружному углу между двумя пластинами направлен в сторону вращения барабана.
Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера внутри барабана, сложность сборки конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является охладитель клинкера (патент РФ №2459169, кл. F27В 7/38, опубл. 20.08.2012, бюл. №23), включающий водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан по периметру выполнен из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых по винтовой линии на конической оправке в поперечном направлении трех и более полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине с увеличением их по длине барабана от загрузки к выгрузке, при этом по всей длине барабана смонтирована коническая пружина, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.
Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между частицами клинкера или кокса и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения частиц клинкера или кокса внутри барабана, сложность сборки конструкции.
Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения, расширение технологических возможностей, упрощение сборки конструкции.
Технический результат достигается тем, что в охладителе клинкера, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, средства для загрузки и выгрузки клинкера, барабан выполнен в виде цилиндра, установленного наклонно относительно своей горизонтальной оси вращения, с плоскими торцевыми стенками эллиптической формы, параллельными друг другу, размещенными перпендикулярно или наклонно под углом β к горизонтальной оси вращения барабана, но с сохранением параллельности друг другу, при этом большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ, при этом по всей длине барабана закреплена пружина бочкообразной формы с круглым сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции.
Новизна заключается также в том, что в барабане, выполненном в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с плоскими торцевыми стенками, параллельными друг другу, эллиптической формы, размещенными перпендикулярно или наклонно под углом α к оси вращения цилиндра, но с сохранением параллельности друг другу, большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ, создаются колебания частиц клинкера за счет дисбаланса масс загрузки и масс самого наклонного цилиндра, имеющего ось вращения, которая не совпадает с осью цилиндра, что не только упрощает изготовление, но и обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что барабан, выполненный в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра, с плоскими торцевыми стенками, параллельными друг другу, эллиптической формы, размещенными перпендикулярно или наклонно под углом α к горизонтальной оси вращения барабана, но с сохранением параллельности друг другу, придает и обеспечивает одновременное воздействие на частицы клинкера, что не только упрощает изготовление, но и обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц кокса внутри барабана, а также потоков воды снаружи барабана, улучшает теплообмен и охлаждение горячего клинкера и расширяет технологические возможности.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с торцевыми стенками, параллельными друг другу, эллиптической формы, размещенными перпендикулярно или наклонно под углом β к горизонтальной оси вращения барабана, но с сохранением параллельности друг другу, упрощает изготовление, нарушает стационарность движения частиц клинкера и воды охлаждения, повышает производительность и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что совместное влияния вращательного движения барабана и движущихся внутри частиц клинкера и совмещение с этих движений колебаний придает частицам клинкера сложное пространственное движение, что нарушает стационарность движения частиц клинкера и воды охлаждения, повышает производительность и расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается также в том, что по всей длине барабана смонтирована пружина бочкообразной формы с круглым сечением витков, которая обеспечивает не только перемещение частиц клинкера в радиальном направлении, но и способствует интенсификации теплообменных процессов частиц клинкера, совершающих циркуляционное движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных его оси симметрии, при этом они, встречаясь с витками пружины бочкообразной формы, изменяют траекторию своего движения и перемещаются не только к периферии барабана, но и в сторону разгрузочной устройства, увеличивают производительность приготовления кормов, интенсифицируют охлаждения клинкера, расширяют технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что смонтированная по всей длине барабана пружина бочкообразной формы с круглым сечением витков, снабжена устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, что позволяет влиять на характер движения частиц клинкера и изменять скорости их перемещения от загрузки к выгрузке, улучшает теплообменные процессы, расширяет технологические возможность.
Новизна заключается в том, что за счет того, что большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ, центры симметрии внутренней поверхности барабана в каждом его элементе поперечного сечения смещены относительно оси вращения барабана, что нарушает не только стационарность движения частиц клинкера, но и повышает эффективность охлаждения, расширяет технологические возможности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен охладитель клинкера с торцевыми стенками, размещенными перпендикулярно к горизонтальной оси вращения барабана, общий вид; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 - барабан с торцевыми стенками, размещенными наклонно под углом к горизонтальной оси вращения барабана и с сохранением параллельности друг другу; на фиг. 4 - барабан, наглядное изображение барабана на фиг. 3.
Охладитель кокса (фиг. 1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабана 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6. Для изменения направления движения, скорости перемещений раскаленных частиц кокса в барабане, а также частоты взаимодействия частиц кокса друг с другом и со стенками барабана, увеличения интенсивности теплообмена, по всей длине барабана смонтирована пружина 7 бочкообразной формы с круглым сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия. Устройство для изменения шага витков пружины и привод барабана на чертежах не показаны.
Барабан 2 (фиг. 1, фиг. 2) выполнен в виде установленного наклонно относительно горизонтальной оси цилиндра с плоскими торцевыми стенками, параллельными друг другу 9 и 10, эллиптической формы, размещенными перпендикулярно, при этом большие оси эллипсов АВ и CD торцевых стенок 9 и 10 повернуты относительно друг друга на угол ϕ, и снабжен втулками 11 и 12. Для обеспечения дополнительного продольного перемещения частиц клинкера внутри барабана 2 смонтирована пружина 7 бочкообразной формы с круглым сечением витков.
Барабан 2 может быть изготовлен (фиг. 3, фиг. 4) с торцевыми стенками, АВ и CD, размещенными наклонно под углом β к горизонтальной оси вращения барабана, но с сохранением параллельности друг другу, размещенными наклонно под углом β к горизонтальной оси вращения барабана, и с сохранением параллельности друг другу, при этом большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ. При этом угол β может изменяться в пределах от 30°-140°, а угол ϕ в пределах от 5°-40°.
Охладитель клинкера работает следующим образом.
Раскаленный кокс поступает во вращающийся барабан 2 с помощью загрузочного приспособления 3. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2 частицы раскаленного клинкера совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине барабана 2 в каждом поперечном сечении, при этом центры симметрии внутренней поверхности барабана 2 в каждом его элементе поперечного сечения по его длине смещены относительно оси вращения барабана 2, что нарушает не только стационарность движения частиц клинкера внутри барабана 2, но и воды охлаждения снаружи барабана 2. Поэтому частицы клинкера совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости по эллиптическим траекториям, так как барабан 2 выполнен в виде наклонного цилиндра, а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное с наложением на эти движения колебаний, возбуждаемых ассиметричным положением барабана (наклонно относительно горизонтальной оси вращения). В результате поток движущихся частиц клинкера нестационарен, а размеры и расположение активного смешивания частиц клинкера заметно меняются за время одного оборота барабана 2. Поэтому в результате нарушения упорядоченности процесса движения частиц клинкера движение их становится более активным, ликвидируется зона малоподвижности, возрастает энергоемкость и частота соударений частиц клинкера между собой и со стенками барабана 2, а также с торцевыми стенками 9 и 10, что обеспечивает нарушение не только стационарности движения частиц клинкера внутри барабана 2, но и воды охлаждения снаружи барабана 2, повышает эффективность охлаждения клинкера.
Процесс нестационарности движения частиц клинкера усугубляется расположением торцевых стенок 9 и 10, большие оси эллипсов АВ и CD которых повернуты относительно друг друга на угол ϕ, что существенно меняет направление движения частиц клинкера вдоль оси вращения барабана 2 и создает зоны различного давления торцевых стенок 9 и 10 на эти частицы клинкера. Поэтому частицы клинкера имеют возможность под воздействием геометрического уклона барабана 2 и разности давления торцевых стенок эллиптической формы 9 и 10 друг к другу не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении от загрузки к выгрузке. Усложнению траекторий перемещений частиц клинкера и их движению от загрузки к выгрузке способствуют и витки пружины 7 бочкообразной формы.
Предлагаемая конструкция охладителя клинкера позволяет упростить изготовление, повысить эффективность охлаждения, расширить технологические возможности.
Технико-экономические преимущества возникают за счет конструктивных особенностей барабана, в том числе за счет того, что большие оси эллипсов торцевых стенок повернуты относительно друг друга на угол ϕ и придают частицам клинкера сложные пространственные движения с поджатием масс частиц клинкера, что повышает производительность, эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.
Технико-экономические преимущества возникают также за счет расширения технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между коксом и охлаждаемой водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификации движения частиц кокса внутри барабана, упрощения сборки барабана, за счет монтажа внутри барабана пружины выпуклой формы с круглым сечением витков, которая оборудована устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, что обеспечивает нарушение стационарности потоков частиц раскаленного клинкера внутри барабана, увеличивает частоту их взаимодействия не только друг с другом, но и со стенками барабана, повышает эффективность охлаждения и расширяет технологические возможности.