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 кокса (а.с. СССР №1142717, кл. F27В 7/38, 1983 г.), содержащее барабан с карманами для охлаждения и неподвижную водяную ванну, в котором барабан выполнен из правильных усеченных пирамид, соединенных между собой попеременно большими и меньшими основаниями, образуя гребни, а карманы охлаждения образованы по наружной поверхности барабана перегородками, соединяющими ближайшие ребра пирамид, и накладками, соединяющими ближайшие гребни.
Недостатками известного устройства является недостаточная эффективность, обусловленная малой перемешиваемостью кокса и определенной упорядоченностью движения кокса внутри барабана, а также недостаточной величиной полива водой поверхности барабана из карманов, что обуславливает недостаточную эффективность теплообмена между коксом и охлаждающей водой, а также сложностью конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является 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 сыпучими материалами и охлаждающей водой, малой их перемешиваемостью и определенной упорядоченностью движения сыпучих материалов внутри барабана, сложность сборки конструкции.
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, упрощение сборки конструкции.
Технический результат досчитается тем, что в охладителе клинкера, включающем водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана, изготовленный из полос, 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.
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции охладителя клинкера.
Новизна предложения заключается в том, что за счет увеличения проходного сечения барабана от загрузки к выгрузке, т.е. условно конической формы барабана, нарушается стационарность движения частиц, повышается интенсивность теплообмена, охлаждения частиц клинкера и расширяются технологические возможности.
Новизна усматривается также в том, что шаг винтовых линий увеличивается от загрузки к выгрузке, что не только обеспечивает повышение скорости продольного перемещения частиц клинкера, но и интенсифицирует процесс теплообмена, охлаждения и расширяет технологические возможности, за счет усложнения траекторий их движений внутри барабана.
Новизна обусловлена также тем, что площадь и форма поперечного сечения барабана изменяется от загрузки к выгрузке, что изменяет скорости и траектории перемещения частиц клинкера по мере их перемещений от загрузки к выгрузке.
Новизна заключается также в том, что за счет скручивания трех и более полос трапециевидной формы переменной ширины в поперечном и в продольном направлении образованы внутри барабана криволинейные поверхности различной кривизны в каждом поперечном сечении по длине барабана, что изменяет траекторию движения частиц клинкера в каждой точке поверхности, нарушает стационарность их движения и усиливает эффект охлаждения.
Новизна усматривается в том, что по всей длине барабана смонтирована коническая пружина, которая обеспечивает не только перемещение в обратном направлении от выгрузки к разгрузке в радиальном направлении частиц клинкера, но и способствует интенсификации процесса теплопередачи и охлаждения. Такое радиальное движение в обратном направлении обеспечивается за счет того, что частицы клинкера, совершающие движение внутри барабана в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана, встречаясь с витками пружины, изменяют траекторию своего движения и перемещаются от выгрузки к загрузке, что создает противопотоки частиц клинкера, увеличивает интенсивность процесса теплопередачи и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что смонтированная по всей длине барабана коническая пружина снабжена устройством для изменения шага витков конической пружины путем ее растяжения или сжатия, что позволяет влиять на характер движения частиц клинкера, обеспечивает регулирование интенсивности движения потоков частиц клинкера и теплопередачи, расширяет технологические возможности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 схематично изображен охладитель клинкера, продольный разрез; на фиг.2 - барабан, общий вид; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; фиг.4 - трапециевидная полоса после скручивания в продольном направлении относительно собственной продольной оси симметрии; на фиг.5 - перфорированная трапециевидная полоса после сгиба по винтовой линии в поперечном направлении на конусной оправке; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.5.
Охладитель клинкера (фиг.1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабан 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6. Для обеспечения дополнительного продольного перемещения частиц клинкера - создания противопотоков частиц клинкера смонтирована внутри барабана 2 коническая пружина 7, которая оборудована устройством для изменения шага витков конической пружины путем ее растяжения или сжатия (на чертежах не показано). Регулировка величины шага витков конической пружины 7 может производиться также в процессе охлаждения клинкера. В зависимости от требуемого времени охлаждения клинкера устанавливается такой шаг пружины 7, который отвечает оптимальным условиям процесса охлаждения. Например, если уменьшить шаг пружины 7, изменяется скорость движения потоков частиц клинкера в обратном направлении, а значит, соответственно изменяется их скорость перемещения от загрузки к выгрузке. В нужном направлении пружину 7 фиксируют известными приспособлениями (на чертежах не показаны).
1
2
3
Барабан 2 (фиг.1, фиг.2, фиг.3) выполнен из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении полос трапециевидной формы, например, трех 8, 9, 10, как на фиг.1, фиг.2, фиг.3 с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине барабана 2 от загрузки к выгрузке. Полосы 8, 9, 10 соединяют друг с другом с образованием напусков А, Б, В (фиг.2, фиг.3) боковыми сторонами известными методами, например сваркой с образованием по наружному периметру барабана винтовых линий 11-12, 13-14, 15-16 с переменным по длине барабана 2 шагом винтовых линий, а также образованием внутри барабана 2 винтовых канавок K, К, К (фиг.3). Каждая из полос 8, 9, 10 скручена в продольном направлении относительно собственной оси симметрии, например, как полоса 8 на фиг.4, у которой зафиксирован в горячем или холодном состоянии один из ее концов и повернут другой конец полосы в заданном направлении. Скрученную таким образом полосу 8 размещают на конической оправке 17 (фиг.5) и изгибают так, чтобы кромки полосы разместились в поперечном направлении по винтовой линии. При этом полоса деформируется и ее либо снимают с оправки, либо фиксируют на ней в деформированном положении. Аналогичным образом деформируют остальные полосы 9 и 10, образующие барабан 2. Далее три деформированные таким образом полосы 8, 9, 10 соединяют известными методами, например, сваркой. Скручивание каждой трапециевидной формы полосы обеспечивает дополнительное искривление поверхности барабана 2, благодаря чему увеличивается разность между углами наклона векторов перемещений частиц клинкера в соседних участках поверхности барабана 2. При этом частицы клинкера движутся по сложным траекториям, увеличивая интенсивность теплопередачи, переориентацию между собой и со стенками барабана 2.
При вращении барабана 2 напуски А, Б, В при погружении возбуждают в воде турбулентные струи, нарушают сплошность внутри воды, образуют воздушные пузырьки во всем объеме воды ванны 1, что интенсифицирует процесс охлаждения поверхности барабана 2 и находящихся внутри него частиц клинкера. При вращении барабана 2 при выходе из воды напуски А, Б, В захватывают порции воды, поднимают их и обеспечивают полив и охлаждение не только поверхностей барабана 2, лежащих впереди напусков А, Б, В, но и поверхностей барабана 2, расположенных за напусками путем полива водой по мере их подъема вверх при вращении барабана 2, таким образом, обеспечивается равномерный сверху полив и охлаждение всего периметра барабана 2.
Охладитель клинкера работает следующим образом.
1
2
3
Раскаленный клинкер, кокс и т.п. поступает во вращающийся барабана 2 с помощью загрузочного приспособления 3. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. Клинкер, кокс и т.п. сыпучие материалы (фиг.1) подаются через загрузочный лоток 3 внутрь вращающегося барабана 2, где они захватываются внутренней винтовой поверхностью и перемещаются в сторону выгрузки. По достижении определенной высоты под действием гравитационных сил и образовавшегося угла естественного откоса сыпучие материалы перемещаются винтовыми канавками K, K, К барабана в сторону выгрузки. Так как криволинейная поверхность барабана непрерывна, то и непрерывен процесс движения последующих порций частиц клинкера, которые поднимаются вверх и перемещаются в сторону выгрузки. Поскольку поверхность барабана криволинейна, то в каждой порции каждая частица клинкера перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что повышает эффективность охлаждения частиц клинкера, так как обеспечивается увеличение частоты их контактов друг о друга и со стенки барабана 2, тепло от которых интенсивно забирается потоками воды. Радиальное движение частиц клинкера в обратном направлении обеспечивается за счет того, что частицы клинкера, совершающие циркуляционное движение внутри барабана 2 в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии барабана 2, встречаясь с витками неподвижно закрепленной пружины 7, изменяют траекторию своего движения и направляются в обратном направлении, сталкиваясь с частицами клинкера, движущимися в направлении выгрузки. Частота движения и соударений частиц клинкера возрастает, увеличивается скорость теплоотдачи между частицами и со стенками барабана 2. Процесс теплоотдачи интенсифицируется также потоками воды, образованными движением напусков А, Б, В при вращении барабана 2 и прохождении их через слой воды ванны 1. Охлажденные частицы клинкера поступают в разгрузочное приспособление 4 и с его помощью выводятся за пределы охладителя клинкера.
Предлагаемая форма и конструкция барабана позволяют упростить конструкцию и технологию изготовления барабана, повысить эффективность теплоотдачи, а наличие напусков обеспечивает охлаждение поверхности барабана, а значит, и частиц клинкера.
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 перемешиваемости и интенсификацией движения частиц клинкера внутри барабана, упрощения сборки конструкции.