ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
Известен технологический комплекс для обжига вермикулита (RU №47082, МПК F27B 15/00, опубликовано 10.08.2005), в состав которого входит печь обжига, выполненная в виде плоских противней из огнеупорного материала, установленных друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, при этом противни снабжены электрическими нагревателями, расположенными на поверхностях противней.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются противни из огнеупорного материала, установленные друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, при этом противни снабжены электрическими нагревателями, расположенными на поверхностях противней.
Указанная печь обладает следующими недостатками. В процессе ее работы неизбежно возникают вторичные энергетические ресурсы - тепловые потери в виде энергии теплового излучения, так как не вся энергия, излучаемая электрическими нагревателями, поглощается вермикулитом, и в виде конвективных тепловых потоков горячего воздуха, выходящих из противней. Но эти вторичные энергетические ресурсы в аналоге не рекуперируются и не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), содержащая плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой, снабженные электрическим нагревателями, расположенными на поверхности противней, противни снабжены крышками со съемными элементами, закрепленными снизу, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установленных на ребро и размещены под крышками на поверхностях противней продольно, так что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание сырья в процессе обжига с одного на другой и снабженные электрическим нагревателями, расположенными на поверхности противней, противни снабжены крышками, электрические нагреватели размещены под крышками на поверхностях противней.
Указанная печь обладает тем же недостатком. В процессе ее работы неизбежно возникают вторичные энергетические ресурсы - тепловые потери в виде энергии теплового излучения, так как не вся энергия, излучаемая электрическими нагревателями, поглощается вермикулитом, и в виде конвективных тепловых потоков горячего воздуха, выходящих из пространства под крышками противней. Но эти вторичные энергетические ресурсы в данном аналоге так же не рекуперируются и не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №101789, МПК F27B 9/06, опубликовано 27.01.2011), которая содержит корпус, плоские противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные под углом друг к другу, снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней под крышками, перфорированные всасыватели, закрепленные в корпусе продольно по отношению к верхним торцевым частям противней и бункер-осадитель с вытяжным вентилятором.
Общими признаками заявляемой полезной модели с прототипом являются корпус, плоские противни, выполненные из огнеупорного материала, установленные под углом друг к другу и снабженные электрическими нагревателями, расположенными на поверхности противней под крышками и бункер-осадитель с вытяжным вентилятором.
Недостатком прототипа является то, что в процессе его работы неизбежно возникают вторичные энергетические ресурсы - тепловые потери в виде теплового излучения и конвективные тепловые потоки горячего воздуха, выходящие их пространства под крышками противней. Но эти вторичные энергетические ресурсы не рекуперируются и не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата, так как перфорированные всасыватели используются для выведения мелкодисперсных компонентов вспучивающегося вермикулита в бункер-осадитель за счет вытяжного вентилятора и не могут выполнять функцию рекуперации вторичных энергетических ресурсов для их использования в технологическом процессе обжига вермикулитовых концентратов.
Заявляемая полезная модель направлена на энергосбережение при обжиге вермикулитовых концентратов в электрической печи.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении потребляемой электроэнергии и снижении энергоемкости обжига путем рекуперации части энергии теплового излучения, поглощаемого металлическими корпусами перфорированных всасывателей и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхних торцевых частей противней и в использовании части этих энергий для нагрева дополнительного не электрифицированного противня, потребляющего эти энергии от рекуператоров тепловой энергии, направляющих их в массив вспучивающегося вермикулита.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, содержащая корпус, установленные под углом друг к другу противни из огнеупорного материала с расположенными на поверхностях электрическими нагревателями под крышками и бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, согласно полезной модели она снабжена дополнительным не электрифицированным противнем, расположенным под нижним противнем с электрическим нагревателем, все противни снабжены рекуператорами тепловой энергии, содержащими перфорированные всасыватели и отражательные камеры, при этом перфорированные всасыватели выполнены с черными шероховатыми поверхностями в виде половины трубы с торцевой стенкой и отверстиями в ней, а отражательные камеры выполнены с криволинейными отполированными поверхностями, причем корпус не электрифицированного противня выполнен из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения с пространством обжига между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором. При этом противни электрифицированы и снабжены рекуператорами тепловой энергии, поглощающими часть энергии теплового излучения и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхних торцевых частей противней с высокой температурой; каждый рекуператор тепловой энергии содержит перфорированный всасыватель, выполненный в виде половины трубы с торцевой стенкой и отверстиями в стенке и отражательную камеру. Перфорированные всасыватели имеют черную шероховатую поверхность с максимальной поглощательной способностью, а отражательные камеры выполнены с криволинейными отполированными поверхностями. При этом печь снабжена дополнительным не электрифицированным противнем, расположенным под нижним противнем с электрическими нагревателями, корпус не электрифицированного противня выполнен из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения с пространством обжига между ними, куда поступает вспучивающийся вермикулит из нижнего электрифицированного противня, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором. Падающее на торцевые стенки перфорированных всасывателей тепловое излучение нагревает их, а отраженное тепловое излучение из отражательных камер рекуператоров, нагревает перфорированные всасыватели с обратной стороны. Горячий воздух дополнительно нагревается от металлических стенок перфорированных всасывателей и поступает в тепловые камеры дополнительного не электрифицированного противня с температурой 560-590°C, нагревая пространство обжига дополнительного не электрифицированного противня и сообщая вспучивающемуся вермикулиту дополнительную тепловую энергию. За счет увеличения продолжительности обжига примерно на 25% температура нагревателей электрифицированных противней может быть снижена, что позволяет уменьшить потребление электроэнергии и снизить энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются дополнительный не электрифицированный противень с верхними и нижними тепловыми камерами коробчатого сечения, образующими пространство обжига между ними, трубопроводы для подвода горячего воздуха к тепловым камерам, трубопроводы для отвода воздуха из тепловых камер к бункеру-осадителю с вытяжным вентилятором, рекуператоры тепловой энергии, снабженные перфорированными всасывателями, выполненными в виде половины трубы с торцевой стенкой и отверстиями в стенке и отражательными камерами, перфорированные всасыватели имеют черную шероховатую поверхность, а отражательные камеры имеют криволинейные отполированные поверхности; перфорированные всасыватели соединены с трубопроводами подвода горячего воздуха к верхним и нижним тепловым камерам дополнительного не электрифицированного противня, а тепловые камеры в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 показана схема электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов.
На фиг. 2 показан электрифицированный противень с рекуператором вторичных энергетических ресурсов - энергии теплового излучения и конвективных тепловых потоков горячего воздуха.
На фиг. 3 показан дополнительный не электрифицированный противень, работающий на вторичном энергетическом ресурсе - энергии теплового излучения и конвективных тепловых потоков горячего воздуха.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, показанная на фиг. 1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1 со спусковым лотком 2. В корпусе 3 печи под углом друг к другу расположены электрифицированные противни 4 с рекуператорами тепловой энергии 5, которые соединены с трубопроводами 6, изолированными каким либо термостойким материалом, например муллитокремнеземистым войлоком. Дополнительный не электрифицированный противень 7 расположен под нижним электрифицированным противнем 4 и снабжен в верхней и нижней частях трубчатыми коллекторами 8. Трубопроводы 6 соединены с трубчатыми коллекторами 8 в верхней части дополнительного не электрифицированного противня 7, а трубопроводы 9 соединены с трубчатыми коллекторами 8 в нижней части дополнительного не электрифицированного противня 7 и сообщены с бункером-осадителем с вытяжным вентилятором (на фиг. не показаны).
Рекуператор тепловой энергии на фиг.2 показан совместно с электрифицированным противнем.
Электрифицированный противень содержит раму 10 с шарниром 11, термокрышку 12 с термопрокладкой 13 и отражательные экраны 14, набранные из отполированных пластин с высокой отражательной способностью, и внутренний термоизоляционный слой 15 (например, муллитокремнеземистый войлок). Нагреватели 16 закреплены на головках 17, установленных на съемной панели 18. Для обеспечения доступа к головкам 17 и нагревателям 16 рекуператор установлен относительно торца модуля обжига с зазором z, а рама 10 может поворачиваться до горизонтального положения (см. фиг.1) вокруг шарнира 11.
Рекуператор тепловой энергии содержит перфорированный всасыватель 19, выполненный из половинки трубы с плоской торцевой стенкой и отверстиями в ней 20 и отражательную камеру 21. Перфорированный всасыватель 19 имеет черную шероховатую поверхность, обладающую максимальной поглощающей способностью, а отражатели 22 и 23 имеют криволинейные отполированные поверхности с максимальной отражательной способностью. Между отражателями 22 и 23 расположен термоизолирующий материал 24 (например, муллитокремнеземистый войлок), уменьшающий потери тепла. Перфорированный всасыватель 19 с обеих сторон соединен с патрубками 25 для подвода горячего воздуха к тепловым камерам дополнительного не электрифицированного противня, показанного на фиг. 3.
Корпус дополнительного не электрифицированного противня образован металлическими листами 26 и переборками 27. Между верхними 28 и нижними 29 тепловыми камерами располагается пространство обжига 30, ограниченное экранами 31 с высокой отражательной способностью. Переборки 27 создают структурный «скелет» противня с соответствующим заполнением термоизоляционным материалом 32. В верхние тепловые камеры 28 вторичный энергетический ресурс - горячий воздух подводится по патрубкам коробчатого сечения 33 через коллектор 34 по трубопроводам 35. В нижние тепловые камеры 29 горячий воздух подводится по патрубкам коробчатого сечения 36 через коллектор 37 и трубопроводы 38. Отвод воздуха из верхних 28 и нижних 29 тепловых камер осуществляется по патрубками коробчатого сечения 39 через коллекторы 40 по трубопроводам 41, соединенным с бункером-осадителем с вытяжным вентилятором (на фиг. не показаны). Все металлические детали рекуператоров, противней, дополнительного не электрифицированного противня, трубопроводы и коллекторы выполнены из жаростойких сталей.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом, фиг. 1. Барабанный дозатор 1 по спусковому лотку 2 подает вермикулитовый концентрат на верхний противень 4. Пересыпаясь с одного противня 4 на другой, вермикулитовый концентрат подвергается воздействию теплового излучения, идущего с поверхностей электрических нагревателей, выполненных из нихрома и вспучивается. Однако не вся излучаемая тепловая энергия поглощается вспучивающимся вермикулитом. Некоторая часть этой энергии нагревает воздух и образует конвективные потоки горячего воздуха, выходящие из верхних торцевых частей противней 4. Другая часть, отражаясь от основания и крышек противней 4 и от самого вспучивающегося вермикулита выходит в виде теплового излучения через верхние торцевые части противней 4. Так образуются вторичные энергетические ресурсы. Рекуператоры тепловой энергии 5 установлены вдоль верхних торцевых частей противней 4, «собирают» эту энергию и в виде горячего воздуха с температурой 560-590°C через трубопроводы 6 и трубчатые коллекторы 8 направляют ее за счет разряжения в трубах 9, создаваемого вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фиг. не показаны), в дополнительный не электрифицированный противень 7. Здесь, вермикулитовый концентрат окончательно вспучивается, получая тепловую энергию в дополнительном не электрифицированном противне 7. За счет дополнительного не электрифицированного противня 7, в зависимости от его длины, продолжительность обжига увеличивается на 25-30%, поэтому температура нагревателей противней 4 может быть уменьшена, так как вторичный энергетический ресурс - рекуперированная тепловая энергия повторно используется в процессе обжига. Это позволяет снизить потребление электроэнергии и уменьшить энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Рекуператоры тепловой энергии, фиг.2, предназначены для поглощения энергии теплового излучения металлическими корпусами перфорированных всасывателей 19 и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхней торцевой части противня. При разряжении в патрубках 25 поток горячего воздуха, выходящий из верхней торцевой части противня всасывается через отверстия 20 перфорированного всасывателя 19. Тепловое излучение, идущее из верхней торцевой части противня нагревает плоскую стенку перфорированного всасывателя 19, а отраженные тепловые потоки, проникающие в пространство отражательной камеры 21, нагревают его поверхность с обратной стороны, отражаясь от криволинейных отполированных поверхностей 22 и 23. Перфорированный всасыватель 19 имеет черную шероховатую поверхность и обладает максимальной поглощающей способностью, а отражатели 22 и 23 имеют полированные поверхности и обладают максимальной отражательной способностью. Между отражателями 22 и 23 расположен термоизолирующий материал 24, уменьшающий потери тепла за пределы рекуператора тепловой энергии. Горячий воздух, проходя внутри перфорированного всасывателя 19 дополнительно нагревается от его металлических стенок до температуры 560-590°C и направляется по патрубкам 25 к трубопроводам 35 и 36, фиг.3, через коллекторы 34 и 37 и патрубки коробчатого сечения 33 и 36 к верхним 28 и нижним 29 тепловым камерам дополнительного противня, принимающего рекуперированную тепловую энергию. Горячий воздух, движимый разряжением, создаваемым вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фиг. не показаны) в трубопроводах 41, коллекторах 40 и патрубках коробчатого сечения 39, проходя по верхним 28 и нижним 29 тепловым камерам, нагревает пространство обжига 30 дополнительного не электрифицированного противня и сообщает вспучивающемуся вермикулиту дополнительную тепловую энергию. Здесь, вермикулитовый концентрат окончательно вспучивается. За счет дополнительного не электрифицированного противня 7, в зависимости от его длины, продолжительность обжига вермикулитового концентрата увеличивается на 25-30%, поэтому температура нагревателей противней 4 (фиг. 1) может быть уменьшена, так как рекуперированная тепловая энергия повторно используется в процессе обжига. Это позволяет снизить потребление электроэнергии и уменьшить энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Всасываемые перфорированными всасывателями 19 (фиг. 2) вместе с горячим воздухом мелкодисперсные компоненты вспучивающегося вермикулита, осаждаются и накапливаются в бункере-осадителе.
Таким образом, достигается технический результат полезной модели, заключающийся в уменьшении потребляемой электроэнергии и снижении энергоемкости обжига путем рекуперации части энергии теплового излучения, поглощаемого металлическими корпусами перфорированных всасывателей и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхних торцевых частей противней и в использовании части этих энергий для нагрева дополнительного не электрифицированного противня, потребляющего эти энергии от специальных рекуператоров тепловой энергии и направляющих их в массив вспучивающегося вермикулита.