Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига карбонатных пород

Полезная модель относится к шахтным печам для обжига карбонатных пород, преимущественно известняка, и может быть использована в металлургической, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности, где применяется гашеная известь.
В известных двухшахтных прямоточно-противоточных печах с круглыми шахтами для обжига карбонатных материалов, в которых верхняя часть шахт входит в нижнюю ее часть с образованием газового кольцевого канала, сложно выполнять горизонтально расположенный над кольцевым каналом свод. Для укладки свода требуются специальные фасонные огнеупорные кирпичи, размеры которых различны для печей разных диаметров. При укладке кирпичей необходима точная подгонка и использование специальных приспособлений (см., например, патент ЕР №2199717 С04В 2/12, F21B 1/02, опубликован 23.06.2010 г.).
Так известна прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига карбонатных материалов с круглыми шахтами, которые в месте расширения соединены между собой кольцевыми каналами для перетока дымовых газов из одной шахты в другую. Внутренние стенки каналов образованы футерованными со всех сторон огнеупорным материалом полыми воздухоохлаждаемыми юбками.
Нижняя часть юбки имеет полый L-образный выступ, обращенный внутрь шахты и служащий опорой для футеровки. Внутренняя полость L-образного выступа соединена патрубками с напорным коллектором подачи охлаждающего воздуха. Патрубки расположены между стенкой несущей футеровкой и воздухоохлаждаемой юбкой. Выше коллектора в стенке юбки имеются отверстия для выхода охлаждаемого воздуха.
Выполнение нижней части юбки в виде L-образной пятовой балки позволяет использовать для футеровки внутренних стенок стандартный клиновый кирпич, обладающий наибольшей стойкостью в условиях контакта с перемещающимся обрабатываемым материалом, имеющим высокую температуру и химическую активность.
Сверху газовые каналы для перетока дымовых газов из одной шахты в другую имеют горизонтальные своды (потолки), которые футеруются специальными фасонными кирпичами сложной формы, что удорожает стоимость печи (см., авторское свидетельство СССР №1719837 F27B 1/04, опубликовано 15.03.1992 г.).
Известна и прямоточно-противоточная регенерирующая печь для обжига карбонатных материалов, состоящая из двух круглых автономных шахт, каждая из которых содержит верхнюю для обжига и нижнюю для охлаждения обожженной извести части. При этом нижняя часть шахт больше верхней по диаметру на 50% и своим горизонтальным сводом (потолком) охватывает по внешней поверхности верхние шахты. В месте углового их стыка в горизонтальном своде равномерно по всему периметру смонтированы компенсационные узлы деформаций, возникающих при тепловом нагреве внутренних стенок шахт. Указанный деформационных узел представляет собой достаточно сложное устройство, включающее механизм деформационного перемещения блоков и собственно сами блоки, предназначенные для тепловой изоляции свода шахт. Каждый фасонный блок свода имеет очень точную форму и изготавливается заводом-поставщиком в индивидуальном порядке, а их взаимная подгонка представляет определенную проблему. Указанное обстоятельство значительно усложняет процесс формирования и выкладки сводов нижней части шахт, а следовательно и определяет сложность всей конструкции печи в целом (см. патент ЕР 2199718 С04В 2/12, F27B 1/14, оп. 23.06.2010 г.).
Наиболее близким к заявленной печи по технической сущности, решаемой задаче и достигаемому результату является аналог по патенту РФ №2301388 F27D 1/08 «Промышленная печь», опубликованному 20.06.2007 года. Эта прямоточно-противоточная регенеративная печь содержит две круглые автономные шахты (одна условно не показана), каждая их которых состоит из нижней части шахты и входящей в ее полость верхней части шахты, с образованием накрытого сверху горизонтальным плоским сводом кольцевого канала, выложенного из фасонных кирпичей, соединенного с переходным между шахтами газовым каналом, имеющим свод. Входящая в полость нижней части шахты верхняя футерованная со всех сторон шахта имеет внутри металлическую воздухоохлаждаемую юбку с отогнутыми в нижней части внешними краями, на которую отирается футеровка. Снизу металлическая юбка защищена кольцом, отлитым из жаропрочного бетона. Для предотвращения повреждений структуры фасонных кирпичей во внешнем выпуклом огнеупорном слое верхней части шахты, служащей внутренней стенкой газового кольцевого канала, возникающих вследствие температурных расширений, предусмотрен разрыв этого слоя четырьмя зонами выравнивания, составленными из двух бетонных элементов, соединенных между собой деформационным швом. Эти бетонные элементы с геометрическим замыканием плотно соединены по периметру с соседними выполненными в виде гантели фасонными кирпичами, при этом бетонные элементы закрепляются на металлическом корпусе юбки при помощи большого количества раздваивающихся бетонных анкеров.
Практика показала, что в процессе эксплуатации кладка между бетонными элементами выдавливается при расширении в полость канала. Остается также проблема точной и сложной индивидуальной подгонки фасонных кирпичей горизонтального свода газового кольцевого канала печи (как и в других аналогичной конструкции печах). Все это вызывает сложности в применении прямоточно-противоточных регенеративных печей с круглыми шахтами.
Задача по устранению недостатков прототипа решается путем создания конструкции печи с кладкой свода конусной формы и применения анкеров в виде пластин для удерживания внешней кладки верхней части шахты, входящую в полость нижней части шахты.
Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции печи, достигается за счет того, что кладка свода кольцевого канала выполнена наклонно к вертикали печи под углом α=40-50° из огнеупорных кирпичей клиновидной стандартной формы с опорой на нижнюю часть шахт и свод переходного канала, по крайней мере, в два слоя с нахлестом, а верхний край кладки прилегает к стенке верхней шахты с зазором b=5-10 мм, заполненным пластичным теплоизоляционным материалом, при этом внешняя стенка верхней части шахт также выполнена из огнеупорных кирпичей клиновидной стандартной формы с анкерами в виде равномерно распределенных загнутых снаружи кладки металлических пластин, прикрепленных к металлическому корпусу верхней шахты.
Таким образом, выполнение свода газового кольцевого канала из клиновидных кирпичей стандартной формы и использование анкеров для удерживания внешней кладки внутренней его стенки позволяет исключить индивидуально подбираемые для каждой печи специальные фасонные кирпичи, упростить монтажные работы и повысить стойкость огнеупорной кладки.
Предлагаемая полезная модель «Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига карбонатных пород» обладает новизной, поскольку в источниках информации совокупность признаков формулы полезной модели не обнаружена (см. информацию, принятую во внимание при оформлении данной заявки на полезную модель).
Заявленная полезная модель обладает изобретательским уровнем, так как выполнение кладки свода кольцевого канала наклонно в вертикали печи под углом α=40°-50° в два слоя внахлест являются неочивидным техническим решением, что позволяет исключить индивидуальный подбор для каждой печи специальных фасонных кирпичей и упростить монтажные работы.
По полезной модели разработана конструкторская документация и предусматривается ее применение при строительстве трех печей на ОАО «Тулачермет».
Сущность полезной модели проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема устройства шахтной печи, на фиг. 2 изображен разрез по А-А на фиг. 1, а на фиг. 3 изображен разрез переходного между шахтами канала по Б-Б на фиг. 1, и на фиг. 4 показан разрез стенки верхней шахты с анкерами по В-В на фиг. 2.
Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига карбонатных пород включает две круглые шахты 1 и 2, каждая из которых состоит из нижних частей 3 и 4 шахты со сводами 5 и 6 из кирпичной кладки и входящих в их полости верхней части 7 и 8 шахты с образованием газового кольцевого канала 9, соединенного с переходным между шахтами 1 и 2 газовым каналом 10, имеющим сверху свод 11 из огнеупорного кирпича. При этом кладка сводов 5 и 6 кольцевого канала 9 выполнена в два слоя 12 и 13 с нахлестом 14 и наклонно к вертикали печи под углом α=40-50° из огнеупорных кирпичей 15 стандартной клиновидной формы с опорой на поверхность 16 нижней части шахт 3 и 4 а также на свод 11 канала, а верхний край 17 кладки прилегает к внешней стенке 18 верхних шахт 7 и 8 с зазором b=5-10 мм для устранения деформации сводов 5 и 6. Указанные размеры зазора обеспечивают свободное перемещение при температурном расширении кладки свода кольцевого канала относительно кладки внутренних его стен, а при заданных размерах угла наклона α=40-50° обеспечивается наибольшая прочность кирпичной кладки сводов 5 и 6.
Верхние части 7 и 8 каждой шахты 1 и 2 подвешены и закреплены относительно нижних частей 3 и 4 с помощью металлических воздухоохлаждаемых юбок 19 и 20 с отогнутыми краями, несущими футерованные стенки 21 и 22.
Для повышения долговечности наружных стенок 21 кольцевого канала 9 предусмотрено размещение по всему их контуру пластинчатых анкеров 23, жестко прикрепленных к юбкам 19 и 20, а чтобы исключить индивидуальный подбор фасонных огнеупорных кирпичей при плоском своде газового кольцевого канала, обязательный для каждой шахты, своды 5 и 6 выполняют наклонно в два ряда внахлест, что позволяет использовать обычные стандартные клиновидные огнеупорные кирпичи. Теплоизоляционный слой 24 предохраняет шахты от излишней потери тепла. Снизу воздухоохлаждаемые металлические юбки 19 и 20 защищают бетонные кольца 25, а для проведения наблюдения за загрязнением этого кольца в боковой стенке нижних частей 3 и 4 выполнены смотровые окна 26 и 27. Кольцевой канал 9 и переходный газовый канал 10 предназначены для перетока дымовых газов из одной шахты в другую. Форма кольцевого канала 9 не имеет принципиального значения, наиболее важно, чтобы площадь поперечного его сечения обеспечивала бы нормальный переток дымовых газов из одной печи в другую.
Прямоточно-противоточная регенеративная печь для обжига карбонатных пород работает следующим образом.
В шахтах 1 и 2 попеременно осуществляют режимы прямотока путем сжигания топлива и противотока (отвод продуктов сгорания и охлаждающего обожженный материал воздуха). Переток газовых потоков из одной печи в другую происходит через кольцевой канал 9 и переходный газовый канал 10.
Выложенная наклонно под углом α=40-50° к вертикальной оси шахт кирпичная кладка сводов 5 и 6 внахлест 14 в два слоя 12 и 13 значительно упрощает конструкцию шахтной печи, так как устраняет необходимость подгонки каждого фасонного кирпича, что дает возможность использовать обычные стандартные клиновидные огнеупорные кирпичи не только непосредственно в самих сводах, но и во внешних стенках кольцевого канала 9 каждой шахты 1 и 2. Никаких изменений в движении дымовых газовых потоков из-за изменения формы газового канала 9 ожидать не следует, если обеспечена достаточная общая площадь его проходного сечения.
В целом, в остальном работа шахтной печи происходит стандартно: при обжиге извести в первой шахте идет подготовка и отвод тепла во второй шахте, и потом процесс осуществляют наоборот, переключением шахт.
Выполнение кирпичной кладки сводов 5 и 6 кольцевого канала наклонно под углом α=40-50° позволяет упростить конструкцию печи и использовать при ее изготовлении обычные стандартные клиновидные огнеупорные кирпичи отечественного производства, вместо дорогостоящих импортных, осуществляя, таким образом, импортозамещение.
Зазор b=5-10 мм между верхним краем кладки свода кольцевого канала и внешней стенкой верхней шахты обеспечивает свободное перемещение кладок по вертикали при тепловом расширении, а заполнение его пластичным теплоизоляционным материалом препятствует проникновению в него и цементации пыли, содержащейся в дымовых газах.
Информация, принятая во внимание при оформлении заявки на полезную модель:
1. Авторское свидетельство СССР №1589012 F17B 1/02, оп. 30.08.1990 г.
2. Патент РФ №2101636 F27B 1/02, оп. 10.01.1998 г.
3. Патент РФ №2353595 С04В 2/12, F27B 1/02, оп. 27.04.2009 г.
4. Патент США №3351685 F27B 1/00, оп. 07.11.1967 г.
5. Патент США №8673247 С04В 2/02, оп. 18.03.2014 г.
6. Патент ЕР 2199718 С04В 2/12, F27B 1/02, оп. 23.06.2010 г.
7. Патент ЕР 2199717 С04В 2/12, F27B 1/02, оп. 23.06.2010 г.
8. Патент Китая CN 102555077 B28D 1/22, оп. 11.07.2012 г.
9. Патент США №5163831 F27D 1/00, оп. 17.11.1992 г.
10. Патент США №3822989 F27B 1/02, оп. 09.07.1974 г.
11. Патент Японии №2002060254 F27B 1/02, оп. 26.02.2002 г.
12. Патент РФ №2301388 F27D 1/08, оп. 20.06.2007 г.
13. Авторское свидетельство СССР №1719837 F27B 1/04, оп. 15.03.1992 г.