ОХЛАДИТЕЛЬ КЛИНКЕРА
CLINKER COOLER

Изобретение относится к цементной, коксохимической, металлургической промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например клинкера, при производстве цемента, кокса, цинка, свинца, олова и переработки руд.
Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (а.с. СССР, №1765154, кл. C10B 39/00, F27B 7/38), включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан 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 сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, сложность сборки конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для охлаждения сыпучих материалов (заявка на изобретение №2009137941/05 (053636), кл. МКИ C10B 39/00, F27B 7/38, 2009 г.), включающее средства для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, выполненный из прямоугольных полос, согнутых попеременно в противоположные стороны под углом 140° по надрезам, выполненным под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам под углом 70°, с образованием по внутреннему периметру трех ломаных винтовых канавок основного направления и двух ломаных винтовых канавок противоположного направления, а по наружному периметру трех ломаных винтовых линий основного направления и двух ломаных винтовых линий противоположного направления, в точках излома которых расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников.
Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, сложность сборки конструкции.
Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей, повышение производительности.
Технический результат достигается тем, что в охладителе клинкера, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, изготовленный из полос, средства для загрузки и выгрузки клинкера, вращающийся барабан выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой перфорированной поверхности с винтовыми канавками внутри вращающегося барабана в виде карманов криволинейной формы с центрами кривизны карманов криволинейной формы винтовой перфорированной поверхности, расположенными внутри поперечного сечения вращающегося барабана, изготовлен из трех и более одинаковых перфорированных полос прямоугольной формы, скрученных в продольном направлении по винтовой линии относительно продольной оси и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке, с образованием по периметру вращающегося барабана трех и более внутренних криволинейных перфорированных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри вращающегося барабана и образованием перфорированных напусков внутри вращающегося барабана в виде винтовых перфорированных лопастей по всей длине вращающегося барабана, при этом по всей длине вращающегося барабана смонтирована цилиндрическая пружина с плоским 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 охладителя клинкера прямоточного.
Новизна заключается в том, что вращающийся барабан выполнен по периметру в виде многозаходной винтовой перфорированной поверхности с винтовыми канавками внутри барабана в виде карманов криволинейной формы с центрами кривизны карманов криволинейной формы винтовой перфорированной поверхности, расположенными внутри поперечного сечения вращающегося барабана, что обеспечивает бесперебойное перемещение частиц клинкера в вращающемся барабане, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что вращающийся барабан изготовлен из трех и более одинаковых перфорированных полос, скрученных в продольном направлении относительно продольной оси и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке перфорированных полос прямоугольной формы, с образованием по периметру вращающегося барабана трех и более внутренних криволинейных перфорированных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри вращающегося барабана и образованием перфорированных напусков внутри вращающегося барабана в виде винтовых перфорированных лопастей по всей длине вращающегося барабана от входного до выходного отверстия, что расширяет технологические возможности и обеспечивает бесперебойное перемещение частиц клинкера в вращающемся барабане от загрузки к выгрузке.
Новизна заключается также в том, что за счет скручивания перфорированных полос прямоугольной формы в продольном направлении и изогнутых в поперечном направлении образованы внутри вращающегося барабана криволинейные поверхности различной кривизны с перфорированными напусками внутри барабана в виде перфорированных лопастей в каждом поперечном сечении по длине вращающегося барабана, что не только изменяет направление движения частиц клинкера в каждой точке криволинейной поверхности вращающегося барабана, нарушает стационарность их движения и интенсифицирует процесс охлаждения, но и расширяет технологические возможности.
Новизна обусловлена тем, что вращающийся барабан по периметру снабжен тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. винтовыми линиями и соответственно тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. винтовыми канавками внутри вращающегося барабана с криволинейными перфорированными поверхностями различной кривизны с перфорированными напусками внутри вращающегося барабана в виде перфорированных лопастей, что увеличивает не только скорость перемещений частиц клинкера от входного до выходного отверстия, но и увеличивает закрутку их потоков, увеличивая частоту их взаимодействия друг с другом и со стенками вращающегося барабана, увеличивает энергоемкость соударений, скорость охлаждения и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается в том, что благодаря внутренним винтовым перфорированным поверхностям двоякой кривизны с перфорированными напусками внутри вращающегося барабана в виде перфорированных лопастей расширяются технологические возможности, повышается интенсивность охлаждения частиц клинкера.
Новизна заключается в том, что благодаря внутренним винтовым поверхностям с напусками внутри внутреннего барабана в виде лопастей векторы скорости движения частиц клинкера от входного до выходного отверстия вращающегося барабана изменяются, что способствует интенсификации процесса охлаждения частиц клинкера и расширению технологических возможностей.
Новизна предложения заключается также в том, что внутри вращающегося барабана со сложной внутренней перфорированной поверхностью с перфорированными напусками внутри вращающегося барабана в виде перфорированных лопастей, в каждой точке возникают разнонаправленные составляющие движения, что интенсифицирует процесс охлаждения клинкера, расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается в том, что такое конструктивное оформление охладителя клинкера позволяет не только создать противопотоки движения частиц клинкера внутри вращающегося барабана, но и обеспечить продольное их перемещение от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении вращающегося барабана и обеспечивает интенсивное их взаимодействие, что расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается также в том, что при одном и том же диаметре вращающегося барабана в предлагаемой конструкции площадь соприкосновения стенок вращающегося барабана, включая перфорированные напуски с частицами клинкера, по сравнению с известными конструкциями вращающихся барабанов увеличивается, что расширяет технологические возможности.
Новизна предложения заключается в том, что за счет конструктивных особенностей вращающегося барабана обеспечивается увеличение частоты и энергоемкости взаимодействия частиц клинкера не только друг с другом, но и с перфорированными стенками вращающегося барабана, что расширяет технологические возможности охладителя клинкера.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что вращающийся барабан по всей длине имеет переменное не только поперечное, но и продольное сечение, что интенсифицирует процесс смешивания и охлаждения клинкера.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление вращающегося барабана позволяет обеспечить последовательное постепенное уплотнение и разрежение потоков клинкера, а также потоков воды по мере продвижения клинкера от загрузки к выгрузке, а также повысить эффективность смешивания частиц клинкера и их охлаждение.
Новизна усматривается также в том, что площадь и форма поперечного и продольного сечений вращающегося барабана изменяются по всей длине барабана многократно от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц клинкера, расширяет технологические возможности устройства для охлаждения клинкера, повышает интенсивность охлаждения.
Новизна заключается также в том, что по периметру вращающегося барабана образованы винтовые перфорированные поверхности с переменной шириной выпуклой криволинейной формы по длине вращающегося барабана, что обеспечивает не только нарушение стационарности потоков движения частиц клинкера внутри вращающегося барабана, но и потоков воды снаружи вращающегося барабана.
Новизна заключатся также в том, что по периметру барабана образованы многозаходные винтовые перфорированные поверхности выпуклой формы, что обеспечивает нарушение стационарности движения потоков частиц клинкера внутри вращающегося барабана, а также потоков воды снаружи вращающегося барабана, при этом скорость частиц клинкера внутри вращающегося барабана, а также воды снаружи вращающегося барабана в каждой точке их потоков хаотически пульсирует, поэтому частицы клинкера внутри вращающегося барабана, а также воды снаружи вращающегося барабана совершают неустановившиеся беспорядочные движения по сложным траекториям, а именно турбулентное течение.
Новизна заключается в том, что скручивание каждой перфорированной полосы в поперечно-продольном направлении обеспечивает дополнительное искривление поверхности по периметру вращающегося барабана, благодаря чему увеличивается разность между углами наклона векторов перемещения частиц клинкера в соседних участках вращающегося барабана, поэтому частицы клинкера движутся по сложным траекториям, увеличивая число столкновений друг с другом и со стенками вращающегося барабана, а также с перфорированными напусками в виде перфорированных лопастей внутри вращающегося барабана, что интенсифицирует процесс не только смешивания, но и охлаждения частиц клинкера.
Новизна обусловлена также тем, что перфорированные полосы имеют криволинейную выпуклую форму, что обеспечивает постепенное разрежение и уплотнение потоков частиц клинкера, интенсифицирует процесс смешивания частиц клинкера и его охлаждения.
Новизна предложения заключается также в том, что по всей длине вращающегося барабана смонтирована цилиндрическая пружина с прямоугольным сечением витков, и с направлением витков, совпадающим с направлением вращения вращающегося барабана, которая обеспечивает не только перемещение частиц клинкера в радиальном направлении, но и способствует интенсификации процесса охлаждения клинкера за счет того, что частицы клинкера, совершающие циркуляционное движение внутри вращающегося барабана в плоскостях, перпендикулярных его оси симметрии, встречаясь с витками прямоугольной формы, пружины изменяют траекторию своего движения и перемещаются к периферии вращающегося барабана, увеличивают интенсивность их взаимодействия друг с другом и с перфорированными стенками вращающегося барабана, расширяют технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что смонтированная по всей длине вращающегося барабана цилиндрическая пружина с прямоугольным сечением витков снабжена устройством для изменения шага витков путем ее растяжения или сжатия, что позволяет влиять на характер движения частиц клинкера и изменять скорости перемещения от загрузки к выгрузке, расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что направление витков цилиндрической пружины с прямоугольным сечением витков совпадает с направлением вращения барабана, что обеспечивает транспортировку частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, расширяет технологические возможности.
На фиг.1 изображен предлагаемый охладитель клинкера, общий вид; на фиг.2 - вращающийся барабан, общий вид, смонтированный из пяти прямоугольных перфорированных полос; фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; фиг.4 - одна из перфорированных полос с напуском; на фиг.5 - вид перфорированной полосы с напуском после скручивания ее концов относительно продольной оси; на фиг.6 - вид перфорированной полосы с напуском после сгиба ее на цилиндрической оправке; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.6.
Охладитель клинкера (фиг.1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабан 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабанами 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6.
Для обеспечения дополнительного продольного перемещения частиц клинкера внутри вращающегося барабана 2 смонтирована цилиндрическая пружина 7 с плоским сечением витков (на фиг.1 показана схематично), которая оборудована устройством для изменения шага витков путем растяжения или сжатия (не показано). Регулировка величины шага витков пружины 7 может производиться также в процессе охлаждения клинкера, т.е. в процессе работы охладителя клинкера. В зависимости от характеристик частиц клинкера, требуемого времени охлаждения клинкера, устанавливается такой шаг пружины, который отвечает оптимальным охлаждения клинкера. Например, если требуется высокая скорость продольного перемещения частиц клинкера, то увеличивается шаг пружины 7 и, таким образом, изменяется поток движения частиц клинкера, а значит, соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузки к выгрузке. При обработке, требующей длительное время пребывания частиц клинкера в вращающемся барабане 2, шаг витков пружины 7 уменьшается и, таким образом, изменяется поток движения частиц клинкера, а значит, соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузке к выгрузке. Направление витков пружины 7 может совпадать или быть против направления вращения барабана 7. В нужном положении пружину 7 фиксируют известными приспособлениями (не показаны). Регулировка величины шага пружины может быть осуществлена также и в процессе охлаждения клинкера.
Вращающийся барабан 2 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) выполнен перфорированным из трех и более, например на фиг.2 и фиг.3 из пяти, перфорированных полос прямоугольной формы 9, 10, 11, 12, 13 с образованием по периметру вращающегося барабана 2 внутренних криволинейных перфорированных поверхностей выпуклой формы с центрами кривизны внутри вращающегося барабана 2 и образованием напусков 14, 15, 16, 17, 18 (фиг.3) в виде винтовых лопастей по всей длине вращающегося барабана 2 (на фиг.3 винтовые лопасти затемнены). При этом образуются внутри вращающегося барабана 2 винтовые канавки в виде карманов криволинейной формы 19, 20, 21, 22, 23 с центрами кривизны, расположенными внутри поперечного сечения вращающегося барабана 2 (фиг.3).
Таким образом, многозаходный, перфорированный, пустотелый вращающийся барабан 2 выполнен из трех и более перфорированных полос прямоугольной формы, например (фиг.2, фиг.3) из пяти перфорированных полос. Каждая из перфорированных полос прямоугольной формы (например, на фиг.4 перфорированная полоса 10) выполнена с напуском 24 и с боковыми кромками 25 и 26. Напуск 24 показан на фиг.4 отделенным, например, от полосы 10 штриховой линией 27.
1
1
Перфорированная полоса 10 скручена по винтовой линии в продольном направлении (фиг. 5) относительно продольной оси Ο-Ο и изогнута по винтовой линии в поперечном направлении на цилиндрической оправке 28 (фиг.6, фиг.7).
1
Перфорированные полосы 9, 10, 11, 12, 13 с напусками 24 после сгиба снимают с оправки 28 и соединяют друг с другом боковой стороной 26 одной полосы со штриховой линией 27 другой полосы известными методами, например сваркой, с образованием по периметру винтовых линий и винтовых перфорированных поверхностей в виде винтовых канавок-карманов 19, 20, 21, 22, 23 с постоянным шагом S (фиг.2). Одна из винтовых линий показана на фиг.2 утолщенной линией 29-30.
Например, перфорированная полоса 10 своей винтовой кромкой 26 (фиг.3) соединена с перфорированной полосой 11 по штриховой линии 27 с выпуклой ее стороны, например, сваркой, в свою очередь перфорированная полоса 11 соединена своей винтовой кромкой 26 с перфорированной полосой 12 по ее штриховой линии 27 и т.д., с образованием многозаходной винтовой перфорированной поверхности в виде пустотелого винтового перфорированного барабана с напусками (фиг.2, фиг.3) в виде винтовых лопастей по всей длине вращающегося барабана 2 (на фиг.3 винтовые лопасти затемнены). Скручивание каждой перфорированной полосы обеспечивает дополнительное искривление поверхности вращающегося барабана 2, благодаря чему увеличивает интенсивность смешивания частиц клинкера, энергоемкость и частоту соударений друг с другом с перфорированными стенками вращающегося барабанов, расширяет технологические возможности.
Образование сложной внутренней поверхности в виде сочетания двух криволинейных перфорированных поверхностей, в каждой точке которых возникают разнонаправленные составляющие движения, повышает интенсивность движения частиц клинкера и расширяет технологические возможности.
Охладитель клинкера работает следующим образом.
Раскаленный клинкер, кокс и т.п. поступает во вращающийся барабан 2 с помощью загрузочного приспособления 3. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. При вращении барабана 2, расположены под углом один к другому напуски 14, 15, 16, 17, 18 (фиг.1, фиг.3), в виде винтовых лопастей захватывают частицы клинкера и воду, поднимают частицы клинкера и потоки воды на определенную высоту и затем сбрасывают вниз. Внутри барабана 2 за счет движения потоков частиц клинкера по сложным траекториям и под разными углами, их интенсивного перемешивания и каскадного перемещения, относительно перфорированных стенок в виде карманов 19, 20, 21, 22, 23, увеличения частоты взаимодействия потоков частиц клинкера друг с другом и со стенками барабана 2 обеспечивается интенсивная теплопередача охлаждаемых частиц клинкера и стенок барабана 2, охлаждаемых с наружной стороны водой, в том числе процесс интенсифицируется за счет полива стенок барабана водой выпуклой формы винтовых поверхностей по наружному периметру вращающегося барабана 2. По мере прохождения частиц клинкера внутри барабана 2 они охлаждаются и удаляются из устройства с помощью разгрузочного приспособления 4. Движение частиц клинкера внутри барабана 2 от загрузки к выгрузке осуществляется не только за счет наличия внутри барабана винтовых канавок 19, 20, 21, 22, 23, но благодаря виткам пружины 7.
Таким образом, по достижении определенной высоты под действием гравитационных сил, образовавшегося угла естественного откоса и плоских витков пружины 7 частицы клинкера и потоки воды движутся навстречу друг другу под определенными углами и к стенкам вращающегося барабана 2 и перемещаются в сторону выгрузки. Так как криволинейная поверхность барабана 2 и витки пружины 7 непрерывны, то непрерывен и процесс движения последующих порций частиц клинкера, которые поднимаются вверх и падают вниз, движутся под разными углами. Поскольку внутренняя поверхность барабана 2 криволинейна, то в каждой порции частицы клинкера и потоки воды перемещаются по своему вектору направления в сторону выгрузки, что в значительной степени интенсифицирует процесс охлаждения, расширяет технологические возможности. Так как из-за криволинейности внутренней поверхности барабана 2 значительно расширен диапазон изменений результирующих векторов перемещений частиц клинкера, то каждая частица клинкера движется по разным векторам направления, что обеспечивает большую вероятность столкновений в начальный момент отрыва этих частиц от стенок вращающегося барабана 2, где они обладают определенным запасом кинетической энергии и движутся с большой кинетической энергией, поэтому и обеспечивается интенсификация процесса охлаждения клинкера. Охлажденные частицы клинкера выгружаются в средство для разгрузки 4.
Выделяющийся при тушении частиц клинкера пар конденсируется в дефлегматоре 6, что позволяет сократить расход воды на тушение. Вода в виде пленки, стекая по внутренним криволинейным стенкам вращающегося барабана 2, охлаждает наиболее нагруженную в тепловом отношении сторону вращающегося барабана 2.
Технико-экономические преимущества возникают за счет расширения технологических возможностей, за счет повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между частицами клинкера и охлаждающей водой, увеличения их перемешиваемости и интенсификацией движения частиц клинкера внутри вращающегося барабана. Наличие в конструкции барабана 2 винтовых лопастей 14, 15, 16, 17, 18 интенсифицирует процесс охлаждения клинкера.