Устройство для термической обработки сыпучего материала с низким энергопотреблением

Область техники
Полезная модель относится к устройству для термической обработки сыпучих материалов, в котором сыпучий материал подают по меньшей мере в одну зону сушки, одну зону предварительного нагрева, одну зону обжига и зону охлаждения с помощью цепи движущейся колосниковой решетки, выполненной с возможностью поворота в направлении движения, включающей замкнутую колосниковую решетку с движущимися звеньями, колосниковые тележки, каждая из которых состоит из рамы с колесами и колосников, расположенных на поперечинах, и при этом газ проходит через колосниковые тележки и их колосники из дутьевых камер или в дутьевые камеры, и из дутьевой камеры в зоне охлаждения, которая установлена ниже по потоку от первой дутьевой камеры зоны охлаждения и которая всасывает охлаждающую газовую среду, охлаждающий газ рециркулируют через рециркуляционный трубопровод, снабженный по меньшей мере одним вентилятором, в одну дутьевую камеру зоны сушки.
В устройствах для обжига или спекания гранул сыпучий материал, подлежащий обработке, такой как, например, железная руда, оксиды железа или также цинковая руда, загружают на колосниковые тележки. Такие колосниковые тележки состоят из рамы, снабженной колесами и состоящей из концевых частей и поперечин, и колосников, расположенных между поперечинами. Множество таких колосниковых тележек образует замкнутую цепь колосниковых тележек, которую также называют движущейся колосниковой решеткой.
Например, на фиг. 1 представлено устройство 1 для обжига гранул железной руды, в котором в данном случае использовали настоящую полезную модель. На питающем участке перед колпаком 2 сыпучий материал загружают на колосниковые тележки 3, образуя замкнутую цепь колосниковых тележек, которую называют движущейся колосниковой решеткой 4. Под колпаком 2 сыпучий материал, транспортируемый на колосниковых тележках 3, проходит через ряд участков термической обработки. Более подробно эти участки представляют собой:
1 - зону загрузки,
2 - первую зону сушки,
3 - вторую зону сушки,
4 - зону предварительного обжига,
5 - зону обжига,
6 - зону последующего обжига,
7 - зону охлаждения и
8 - зону выхода.
В этих зонах колосниковые тележки загружают материалом, сыпучий материал высушивают, предварительно нагревают, обжигают и затем снова охлаждают. На участках обработки под колпаком 2 движущуюся колосниковую решетку направляют по несущей дорожке 5 непрерывного конвейера 6, при этом ролики 7 колосниковых тележек 3 направляют между внутренним направляющим рельсом 8 и внешним направляющим рельсом 9. Движение движущейся колосниковой решетки 4 осуществляют через ведущее или подъемное колесо 10, выполненное в виде зубчатого колеса и зацепляющее своими впадинами между зубьями (углублениями 11) ролики 7 колосниковых тележек 3.
После прохождения через колпак 2 колосниковые тележки 3 движущейся колосниковой решетки 4 достигают участка разгрузки, которая закреплен за опускающим или выходным колесом 13 непрерывного конвейера 6. Как и в случае подъемного колеса 10, на опускающем колесе 13 впадины 14 между зубьями выходного зубчатого колеса входят в зацепление с роликами 7 колосниковых тележек 3. Колосниковые тележки 3 наклоняются так, что их груз сбрасывается под действием силы тяжести. Поскольку колосниковые тележки 3 направляют с помощью внешнего направляющего рельса 9, сами они не падают вниз, но возвращаются к подъемному колесу 10 вверх дном по нижней дорожке 15 непрерывного конвейера 6. Под колпаком 2 расположены дутьевые камеры 16, которые обеспечивают регулируемый поток газа. В области несущей дорожки 5 колосниковые тележки 3 перемещаются между расположенным выше колпаком 2 и расположенными ниже дутьевыми камерами 16 без столкновения с компонентами колпака 2 или дутьевыми камерами 16.
В ходе нормальной работы движущаяся колосниковая решетка 4 бесконечно поворачивается на непрерывном конвейере 6 и перемещает сыпучий материал, подлежащий обработке, через участки обработки под колпаком 2, прежде чем его выгружают на участке разгрузки и обрабатывают далее способом, который в данном документе не описан подробно.
Как уже отмечено, в двух зонах сушки, зоне предварительного нагрева, зоне обжига, зоне последующего обжига и зоне охлаждения сыпучий материал, содержащийся в колосниковых тележках, подвергают термической обработке благодаря тому, что горячий или холодный газ поступает либо из дутьевой камеры через сыпучий слой в колосниковой тележке в колпак, или из колпака через сыпучий слой в колосниковой тележке в дутьевую камеру. В зоне загрузки и зоне выхода никакой поток не преобладает.
Для повышения энергетической эффективности таких колосниковых тележек часто нагретые газовые потоки рециркулируют, например, отходящие газы обжига рециркулируют на стадию сушки и/или предварительного нагрева. Другие концепции рециркуляции тепла описаны в документах EP 1 974 066 B1 и DE 195 13 549 B4.
В документе DE 4234085 A1 показана двухсекционная зона охлаждения с рециркуляцией из второй секции в первую секцию охлаждения и зону сушки по трубопроводам.
В документе DE 1433339 описана зона охлаждения, разделенная на два сектора, в результате чего воздух из второго сектора частично рециркулируют в первый сектор охлаждения и частично на стадию сушки. Кроме того, в DE 1433339 описан трубопровод для рециркуляции газа из первого сектора охлаждения на стадию предварительного нагрева. Однако эта энергетическая концепция не затрагивает затраты на электрическую энергию и капитальные затраты, поскольку для регулирования давления и массового расхода газа в дутьевых камерах, в которые рециркулируют газ, необходимы два вентилятора. Таким образом, общее потребление энергии, направленное на конечную тепловую электрическую энергию, все еще высоко.
В данном контексте целью настоящей полезной модели является снижение общих энергетических потребностей устройств для грануляции.
Этой цели достигают с помощью устройства в соответствии с признаками по п.1 формулы полезной модели.
Такое устройство выполнено с возможностью выполнения способа, который направлен на усовершенствование охлаждения устройств для грануляции, а именно к стадии охлаждения с двумя независимыми секциями колпака и обводным трубопроводом, пропускающим отходящие газы с последней стадии охлаждения не только на стадию сушки, но и на первую стадию охлаждения, где используют общий вентилятор.
Более подробно, способ термической обработки сыпучего материала включает обработку по меньшей мере в одной зоне сушки, одной зоне предварительного нагрева, одной зоне обжига и двух зонах охлаждения. Через эти зоны пропускают сыпучий материал с помощью цепи движущейся колосниковой решетки, выполненной с возможностью поворота в направлении движения, содержащей бесконечную движущуюся колосниковую решетку с движущимися звеньями, колосниковые тележки, каждая из которых состоит из рамы с колесами и колосников, расположенных на поперечинах. Сыпучий материал загружают на колосниковые тележки. Термическую обработку обеспечивают с помощью газа, протекающего через колосниковые тележки и их колосники из дутьевой камеры или в дутьевую камеру, при этом направление потока газа из нагнетательной дутьевой камеры, установленной выше или ниже колосниковой решетки, во всасывающую дутьевую камеру относится к различным зонам. Что касается зоны охлаждения, то следует отметить, что она содержит по меньшей мере две пары дутьевых камер (две верхние и две нижние). Из дутьевой камеры в зоне охлаждения, которая установлена ниже по потоку от первой дутьевой камеры зоны охлаждения и которая всасывает охлаждающую газовую среду, охлаждающий газ рециркулируют через рециркуляционный трубопровод, содержащий по меньшей мере один вентилятор, в одну дутьевую камеру зоны сушки.
Существенной частью полезной модели является то, что ниже по потоку от частей вентилятора охлаждающего колпака 2 отходящий газ отводят по обводному трубопроводу и направляют обратно в дутьевую камеру первой зоны охлаждения, вдувая газовую среду. Кроме того, охлаждающий газ в рециркуляционном и обводном трубопроводе регулируют с помощью по меньшей мере одного клапана регулирования давления в каждом трубопроводе, который обеспечивает отведение охлаждающего газа в качестве отработанного газа. Таким образом, можно использовать только один вентилятор, но можно удовлетворить различные технологические требования дутьевых камер, в которые рециркулируют газ. В результате снижают капитальные и эксплуатационные затраты, что приводит также к экономической и экологической выгоде.
В предпочтительном воплощении полезной модели охлаждающий отходящий газ рециркулируют из последней дутьевой камеры зоны охлаждения, которая всасывает охлаждающую газовую среду. Таким образом, разница температур с первой зоной охлаждения, в которой рециркулируют части газа, и, как следствие, тепловой эффект рециркуляции максимизируют.
Также предпочтительно рециркулирующий газ имеет температуру от 280 до 420°C, которая наилучшим образом соответствует требованиям зоны сушки и первой зоны охлаждения.
В этой связи также предпочтительно подавать газ с температурой от 160 до 200°C в дутьевую камеру, которая отделена от дутьевой камеры, из которой рециркулируют газовый поток.
Наиболее эффективным является использование окружающего воздуха в качестве охлаждающего газа, так как он доступен без каких-либо дополнительных затрат.
Кроме того, предпочтительно рециркуляционный трубопровод и/или обводной трубопровод имеют отрицательное давление по соображениям безопасности.
Для дальнейшего повышения энергетической эффективности способа газ рециркулируют в качестве теплоносителя из первой зоны охлаждения в зону предварительного нагрева и/или из первой зоны охлаждения в зону обжига и/или из зоны предварительного нагрева в зону сушки и/или из зоны обжига в зону предварительного нагрева. Каждая рециркуляция обеспечивает по меньшей мере частичную рекуперацию тепла.
Такое устройство для термической обработки сыпучего материала включает по меньшей мере одну зону сушки, одну зону предварительного нагрева, одну зону обжига и по меньшей мере две зоны охлаждения. Кроме того, она содержит цепь движущейся колосниковой решетки, выполненную с возможностью поворота в направлении движения, содержащую замкнутую движущуюся колосниковую решетку с движущимися звеньями, колосниковые тележки, каждая из которых состоит из рамы с колесами и колосников, расположенных на поперечинах. Для создания потока газа через колосниковые тележки и их колосники, размещены дутьевые камеры таким образом, чтобы газ протекал из дутьевых камер или в них. В контексте полезной модели, отличительным признаком уже указанной дутьевой камеры являются по меньшей мере две зоны охлаждения, причем из дутьевой камеры в зоне охлаждения, которая установлена ниже по потоку от первой дутьевой камеры зоны охлаждения и которая всасывает охлаждающую газовую среду, охлаждающий газ рециркулируют через рециркуляционный трубопровод, содержащий по меньшей мере один вентилятор, в одну дутьевую камеру зоны сушки.
Полезная модель характеризуется обводным трубопроводом, который ответвлен ниже по потоку от вентилятора и ведет обратно в дутьевую камеру первой зоны охлаждения, нагнетая газовую среду. Кроме того, каждый из обводного трубопровода и рециркуляционного трубопровода содержит по меньшей мере один клапан регулирования давления, что обеспечивает возможность отвода охлаждающего газа в качестве отработанного газа. Таким образом, повышают общую энергетическую эффективность, включая тепловую и электрическую энергию.
В предпочтительном воплощении вентилятор представляет собой сушильный вентилятор с восходящим потоком воздуха (UDD-вентилятор). UDD-вентилятор обеспечивает необходимый объем газа для первой стадии сушки и регулирует давление в колпаке второй зоны охлаждения.
Также предпочтительно зона охлаждения содержит две зоны охлаждения с двумя верхними и двумя нижними дутьевыми камерами. Таким образом, с помощью настоящей концепции достигают максимальной скорости рециркуляции энергии.
В другом предпочтительном воплощении клапаны регулирования давления в обводном трубопроводе и рециркуляционном трубопроводе ведут к общему выпускному трубопроводу. Таким образом, необходим только один вытяжной вентилятор колпака и меньше трубопроводов, что еще больше снижает капитальные и эксплуатационные расходы.
Другие признаки, преимущества и возможные области применения полезной модели вытекают из описания приведенных ниже чертежей. В данном документе все описанные и/или показанные признаки формируют самостоятельно или в произвольном сочетании предмет полезной модели, независимо от их краткого изложения в формуле полезной модели или их отсылок.
На чертежах показано:
на фиг.1 представлена конструкция движущейся колосниковой решетки;
на фиг. 2 показана первая технологическая схема способа в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 3 представлена вторая технологическая схема способа в соответствии с уровнем техники;
на фиг. 4 представлена технологическая схема в соответствии с настоящей полезной моделью.
Фиг. 1 уже подробно объяснена и на ней показано принципиальное расположение движущейся колосниковой решетки также в качестве основы настоящей полезной модели.
На фиг. 2 более подробно показаны различные зоны устройства 1 для обжига гранул и соответствующие дутьевые камеры и их трубопроводы. Колосниковая тележка 3 проходит первую и вторую зоны сушки с соответствующими верхними дутьевыми камерами 10 и 11, а также нижними дутьевыми камерами 10' и 11'. Оттуда она поступает в зону предварительного нагрева с верхней дутьевой камерой 20 и нижней дутьевой камерой 20'.
Ниже по потоку от описанной предварительной обработки, находится зона обжига с верхней дутьевой камерой и нижней дутьевой камерой. В качестве отличительного признака зона обжига характеризуется второй верхней дутьевой камерой 31, соединенной с нижней дутьевой камерой 30' для последующего обжига.
Наконец, сыпучий материал, загруженный на колосниковую тележку, проходит различные зоны охлаждения, которые, например, имеют три верхних дутьевых камеры 40, 41 и 42 и одну нижнюю дутьевую камеру 40'. Свежий воздух подают через трубопроводы 60, 62 и вентилятор 61 в нижнюю дутьевую камеру 40' и продувают через сыпучий материал в верхнюю всасывающую дутьевую камеру 40, 41 и 42.
Отходящий газ, выдуваемый из первой верхней дутьевой камеры 41 зоны охлаждения, подают через трубопровод 32 в верхнюю дутьевую камеру 31 обжига для последующего обжига. Из второй верхней дутьевой камеры 40 отходящий газ рециркулируют по трубопроводам 80, 81 и 82 в верхнюю дутьевую камеру 30 обжига и верхнюю дутьевую камеру 22 предварительного нагрева. Отходящий газ из третьей дутьевой камеры зоны 42 охлаждения рециркулируют через трубопровод 50, вентилятор 51 и трубопроводы 52, 53 в первую нижнюю дутьевую камеру 20' зоны сушки. Части указанного рециркулируемого газа отводят через трубопровод 54 и пропускают через клапан 55 и трубопровод 56 в трубопровод 12.
Собранный отходящий газ из первой верхней дутьевой камеры 10 первой зоны сушки и указанного трубопровода 56 подают в трубопровод 90 и выдувают через вентилятор 01 и трубопровод 92.
Отходящий газ обжига рециркулируют через трубопровод 70, вентилятор 71 и трубопровод 72 в нижнюю дутьевую камеру 22' зоны предварительного нагрева.
Отходящий газ из нижних дутьевых камер 21' второй сушки отводят через трубопровод 73, вентилятор 74 и трубопровод 75, при этом отходящий газ из нижней дутьевой камеры 22' зоны предварительного нагрева отводят через трубопроводы 76 и 78 и соответствующий вентилятор 77. Оба отходящих газа собирают в трубопроводе 79.
На фиг. 3 показана еще одна возможность повышения энергетической эффективности, уже обнаруженная в известном уровне техники. В данном случае зона охлаждения имеет четыре верхние дутьевые камеры 40, 41, 42 и 43 и три нижние дутьевые камеры 44, 45 и 46, причем нижняя дутьевая камера 46 соответствует верхним дутьевым камерам 42 и 43.
Из верхней дутьевой камеры 46 зоны охлаждения, которую сыпучий материал проходит последней, нагретый отходящий газ отводят и рециркулируют через трубопровод 56, вентилятор 57 и трубопровод 58 в качестве охлаждающей среды в нижнюю первую дутьевую камеру 44 зоны охлаждения.
Кроме того, две другие нижние дутьевые камеры 45 и 46 зоны охлаждения имеют раздельную подачу охлаждающего газа, через трубопровод 60, вентилятор 61 и трубопровод 62 для дутьевой камеры 45 и через трубопровод 63, вентилятор 64 и трубопровод 65 для дутьевой камеры 46.
На фиг. 4 представлена настоящая полезная модель. Таким образом, предусмотрены только три верхние дутьевые камеры 40, 41 и 42, а также две нижние дутьевые камеры 47 и 48 без прямой корреляции между верхней и нижней дутьевыми камерами.
По трубопроводу 50 частично нагретый отходящий газ отводят из дутьевой камеры 42 зоны охлаждения, через которую сыпучий материал проходит последней. Передающий тепло газ находится под давлением в вентиляторе 94. Через обводной трубопровод 96 газ частично вводят в первую нижнюю дутьевую камеру 47 зоны охлаждения. Обводной трубопровод 96 содержит регулирующий клапан 97.
Оставшийся поток газа рециркулируют через трубопроводы 95, 51 и трубопровод 52 в первую нижнюю дутьевую камеру 20' предварительного нагрева. Давление и расход в трубопроводе 52 регулируют с помощью клапана 55 через трубопроводы 53, 54 в трубопровод 90.
Перечень условных обозначений:
1 - устройство для обжига гранул
2 - колпак
3 - колосниковая тележка
4 - движущаяся колосниковая решетка, цепь колосниковых тележек
5 - несущая дорожка
6 - непрерывный конвейер
7 - ролик колосниковой тележки
8 - внутренний направляющий рельс
9 - внешний направляющий рельс
10 - подъемное или ведущее колесо
11 - впадины между зубьями
13 - опускающее или выходное колесо
14 - впадины между зубьями
15 - нижняя дорожка
20 - первая верхняя дутьевая камера зоны сушки
20'' - первая нижняя дутьевая камера зоны сушки
21 - вторая верхняя дутьевая камера зоны сушки
21' - вторая нижняя дутьевая камера зоны сушки
22 - верхняя дутьевая камера зоны предварительного нагрева
22' - нижняя дутьевая камера зоны предварительного нагрева
30 - первая верхняя дутьевая камера зоны обжига
30' - нижняя дутьевая камера зоны обжига
31 - вторая верхняя дутьевая камера зоны обжига
40 - вторая верхняя дутьевая камера зоны охлаждения
41 - первая верхняя дутьевая камера зоны охлаждения
42 - третья верхняя дутьевая камера зоны охлаждения
43 - четвертая верхняя дутьевая камера зоны охлаждения
40' - нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
44 - первая нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
45 - вторая нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
46 - третья нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
47 - первая нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
48 - вторая нижняя дутьевая камера зоны охлаждения
50 - трубопровод
51 - вентилятор
52-54 - трубопровод
55 - блок управления
60 - трубопровод
61 - вентилятор
62 - трубопровод
70 - трубопровод
71 - вентилятор
72, 73 - трубопровод
74 - вентилятор
75, 76 - трубопровод
77 - вентилятор
78, 79 - трубопровод
80-84 трубопровод
75, 76 - трубопровод
77 - вентилятор
78, 79 - трубопровод
80-84 - трубопровод
90, 91 - трубопровод
92 - вентилятор
93 - трубопровод
94-  вентилятор
95, 96 - трубопровод
97 - блок управления
98 – трубопровод.