ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
7
Известен технологический комплекс и печь для обжига вермикулита (RU №47082, МПК F27B 15/00, опубликовано 10.08.2005), выполненная в виде противней из огнеупорного материала, установленных друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание вермикулитового концентрата в процессе обжига с одного на другой, при этом противни снабжены электрическими нагревателями, расположенными на их поверхностях.
Общими признаками заявляемой полезной модели с рассмотренным аналогом являются противни из огнеупорного материала, установленные друг по отношению к другу под углом, обеспечивающим пересыпание вермикулитового концентрата в процессе обжига с одного на другой, при этом противни снабжены электрическими нагревателями, расположенными на поверхностях противней.
Указанная печь обладает недостатками. В процессе работы возникают вторичные энергетические ресурсы, которые не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата.
6
Известна также электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №146731, МПК F27B 9/06, опубликовано 20.10.2014), содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, печь содержит дополнительный не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем; при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами тепловыми камерами не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, дополнительный не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем; при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с тепловыми камерами не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем.
Недостатком аналога является то, что в неэлектрифицированном модуле вспучивающийся вермикулит движется под действием силы тяжести ускоренно и среднее расстояние между его зернами увеличивается по мере движения, поэтому концентрация вермикулита в нижней части значительно меньше, чем в верхней. Из-за близости соседних зерен в верхней части происходит теплообмен между ними: мелкие зерна, уже нагревшиеся до максимальной температуры, излучают теплоту на соседние, более крупные зерна, еще не достигшие максимальной температуры. В нижней части не электрифицированного модуля концентрация зерен вермикулита минимальна, поэтому и передача теплового излучения мелкими зернами крупным практически сводится к нулю.
6
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №155942, МПК F27B 9/06, опубликовано 20.10.2015), содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, барабанный дозатор вермикулитового концентрата со спусковым лотком и барабаном, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями, размещенными под крышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, и неэлектрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем, выполненный из стальных листов, образующих утепленные верхние и нижние тепловые камеры с пространством обжига между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами в верхней части не электрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с не электрифицированным противнем в нижней части, соединены с бункером-осадителем, неэлектрифицированный противень имеет клиновидную форму, что обеспечивает минимальные и почти одинаковые средние расстояния между зернами вермикулита при его движении из верхней части в нижнюю.
Общими признаками заявляемой полезной модели с прототипом являются бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями, размещенными под крышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем, выполненный из стальных листов, образующих утепленные верхние и нижние тепловые камеры и пространство между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами в верхней части не электрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с не электрифицированным противнем в нижней его части, соединены с бункером-осадителем.
Недостатком прототипа является то, что, несмотря на клиновидную форму неэлектрифицированного противня, благодаря которой средние расстояния между зернами вспучивающегося вермикулита остаются минимальными и примерно одинаковыми, а концентрация зерен в любой части пространства обжига не изменяется, время для переноса теплового излучения от мелких зерен, нагревшихся до максимальной температуры в электрифицированных противнях, на крупные зерна, еще не успевшие нагреться, процессы дегидратации и вспучивания, в которых еще не закончились, ограничено тем, что весь поток вспучивающегося вермикулита движется ускоренно под действием сил тяжести. Таким образом, в прототипе невозможно управлять временем движения вермикулита в не электрифицированном противне, а это не только ограничивает и делает не завершенным перенос теплового излучения от мелких зернен на крупные, но ограничивает длительность кондуктивного переноса теплоты с поверхности крупных зерен в их глубинные слои и не дает завершиться дегидратации и вспучиванию внутренних слоев крупных зерен.
Задача заявляемой полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов за счет наиболее полного использования вторичных энергетических ресурсов - переноса теплового излучения мелких зернен на крупные и кондуктивного переноса теплоты с поверхности крупных зерен в их глубинные слои в процессе обжига вермикулитовых концентратов.
Технический результат полезной модели заключается в повышении энергоэффективности электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов, поскольку для обжига вермикулитовых концентратов, кроме теплоты нагревателей электрифицированных противней, максимально эффективно используются и вторичные энергетические ресурсы, а именно - тепловое излучение мелких зерен, уже нагревшихся до максимальной температуры, переносимое на крупные зерна, а также теплота поверхностных слоев крупных зерен, также нагревшихся до максимальной температуры, переносимая кондуктивно в их глубинные слои; при этом тепловое излучение, которое идет из тепловых камер не электрифицированного противня, создает условия, при которых потери указанных тепловых энергий минимальны.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, барабанный дозатор вермикулитового концентрата со спусковым лотком и барабаном, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с нагревателями, размещенными под крышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, не электрифицированный противень, расположенный наклонно под нижним электрифицированным противнем, выполненный из стальных листов, образующих тепловые камеры и пространство между ними; перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с тепловыми камерами в верхней части не электрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с ним в нижней части, соединены с бункером-осадителем, согласно полезной модели, в пространстве между тепловыми камерами размещен модуль, выполненный из стальных листов с теплоизоляционными слоями, образующих плоскую щелевидную камеру, который соединен с вибровозбудителем, коническими пружинами, установленными в нижней части модуля и цилиндрическими пружинами, расположенными в верхней части модуля, снабженного роликами, опирающимися на направляющие, закрепленные на боковых поверхностях не электрифицированного противня снаружи, благодаря осям роликов, выходящим наружу в продольные прорези боковых поверхностей.
Перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами в верхней части не электрифицированного противня, а трубопроводы, соединенные с не электрифицированным противнем в нижней его части, соединены с бункером-осадителем, при этом внутри пространства между тепловыми камерами размещен модуль, выполненный из стальных листов с теплоизоляционными слоями, образующих плоскую щелевидную камеру, в которую из нижнего электрифицированного противня в верхней части модуля поступает вспучивающийся вермикулит и перемещается в ней благодаря наклону модуля и его несимметричным колебаниям, осуществляющимся вдоль плоскости модуля за счет вибровозбудителя, конических пружин, размещенных в нижней части модуля (с его выходной стороны), и цилиндрических пружин, размещенных в верхней части модуля (с его входной стороны), снабженного роликами, опирающимися на направляющие, закрепленные на боковых поверхностях не электрифицированного противня снаружи, благодаря осям роликов, выходящим наружу в продольные прорези упомянутых боковых поверхностей, причем наклон и несимметричные колебания модуля создают транспортный эффект - движение вспучивающегося вермикулита из верхней части модуля к его нижней части. При этом средняя скорость вермикулитового потока в плоской щелевидной камере отрегулирована за счет наклона не электрифицированного противня и подбора амплитуды и частоты колебаний модуля так, что зерна вермикулита движутся в его щелевидном пространстве с практически нулевым зазором между ними, что создает наиболее благоприятные условия для переноса теплового излучения мелких зерен, уже нагревшихся до максимальной температуры в электрифицированных противнях, на крупные зерна, а также для кондуктивного переноса теплоты поверхностных слоев крупных зерен, также нагревшихся до максимальной температуры, в их глубинные слои. Скорость движения вермикулитового потока такова, что количество вспучивающегося вермикулита, поступающего в плоскую щелевидную камеру модуля точно равно количеству вспучивающегося вермикулита, выходящего из модуля, а вермикулитовый поток при этом обязательно является однослойным, чтобы верхние слои не ограничивали возможность довспучивания зерен нижнего слоя. Тепловое излучение, идущее из тепловых камер не электрифицированного противня, создает условия, при которых потери указанных тепловых энергий из щелевидного пространства минимальны.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются модуль, размещенный внутри пространства между тепловыми камерами не электрифицированного противня, выполненный из стальных листов с теплоизоляционными слоями, образующими плоскую щелевидную камеру, вибровозбудитель, цилиндрические пружины, размещенные с входной стороны модуля, и конические пружины, размещенные с выходной стороны модуля, снабженного роликами, опирающимися на направляющие, закрепленные на боковых поверхностях не электрифицированного противня снаружи, благодаря осям роликов, выходящим наружу в продольные прорези упомянутых боковых поверхностей.
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 внешний вид не электрифицированного противня (вид сбоку).
На фиг. 3 показан вид сбоку не электрифицированного противня с местными разрезами.
На фиг. 4 показано сечение А-А не электрифицированного противня.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, показанная на фиг.1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1 со спусковым лотком 2 и барабаном 3. В ее корпусе под углом друг к другу расположены электрифицированные противни 4 с рекуператорами тепловой энергии 5 и перфорированными всасывателями 6, которые соединены с трубопроводами 7. Дополнительный не электрифицированный противень 8 расположен под нижним электрифицированным противнем 4 и снабжен в верхней и нижней частях коллекторами. Трубопроводы 7 соединены с коллекторами в верхней части дополнительного не электрифицированного противня 8, а коллекторы в нижней его части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, снабженным вытяжным вентилятором (на фигурах не показаны). В корпусе дополнительного не электрифицированного противня 8 размещен модуль 9 (фиг. 1, 2, и 4).
Модуль 9, показанный на фиг. 2 и 3 в горизонтальном положении, содержит вибровозбудитель 10 (например, дебалансного типа), цилиндрические пружины 11, упирающиеся в выступ 12 корпуса дополнительного не электрифицированного противня 8 и конические пружины 13, размещенные между упором 14 модуля 9 и выступом 15 корпуса дополнительного не электрифицированного противня 8.
Модуль 9 содержит ролики 16, установленные на своих осях, закрепленных на модуле 9, причем упомянутые оси выходят за пределы корпуса дополнительного противня 8 через прорези 17 в его боковых поверхностях (фиг. 2 и 4).
В корпусе дополнительного не электрифицированного противня 8, выполненного из стальных листов, имеются верхние и нижние тепловые камеры 18, утепленные термоизоляционным материалом (показан штриховкой), образующие пространство, в котором и размещен модуль 9. Тепловые камеры 18 сообщены с патрубками 19, которые в точках а и 6 присоединяются через коллекторы к трубопроводам 7 (фиг. 1), и с патрубками 20, которые в точках в и г присоединены к трубопроводам, сообщенным с бункером-осадителем, снабженным вытяжным вентилятором (на фигурах не показаны).
Модуль 9 выполнен из стальных листов с теплоизоляционными слоями (показаны штриховкой), образующих плоскую щелевидную камеру 21 (фиг. 3 и 4), сообщенную с раструбом 22. Ролики 16 модуля 9 благодаря своим осям выходят за пределы корпуса дополнительного не электрифицированного противня 8 через прорези 17 в его боковых поверхностях (фиг. 2 и 4) и опираются на направляющие 23 (фиг. 4), закрепленные на боковых поверхностях дополнительного не электрифицированного противня 8 снаружи.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом. Барабанный дозатор 1 по спусковому лотку 2 подает вермикулитовый концентрат на верхний электрифицированный противень 4. Пересыпаясь с одного противня 4 печи на другой, вермикулитовый концентрат подвергается воздействию теплового излучения, идущего с поверхностей электрических нагревателей, и вспучивается.
Но не вся излучаемая тепловая энергия поглощается вспучивающимся вермикулитом. Часть этой энергии нагревает воздух и образует его конвективные потоки, выходящие из верхних торцевых частей противней 4. Другая часть, отражаясь от основания и термокрышек противней 4 и от самого вспучивающегося вермикулита, выходит в виде теплового излучения через верхние торцевые части противней 4. Рекуператоры тепловой энергии 5 с перфорированными всасывателями 6, установленные вдоль верхних торцевых частей противней 4, «собирают» эту энергию и в виде раскаленного воздуха, нагретого до высокой температуры через трубопроводы 7, и трубчатые коллекторы направляют ее за счет разряжения, создаваемого вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фигурах не показаны), в тепловые камеры 18 дополнительного не электрифицированного противня 8.
Недовспученный вермикулит поступает из нижнего электрифицированного противня 4 через лоток в раструб 22 модуля 9 и оказывается в его плоской щелевидной камере 21 (фиг. 3 и 4). Благодаря наклону модуля 9 и его несимметричным колебаниям, осуществляющимся вдоль плоскости модуля 9 за счет вибровозбудителя 10, конических 13 и цилиндрических 11 пружин, вермикулит движется к выходу из модуля 9 некоторое время, определяемое средней скоростью вермикулитового потока.
Несимметричные колебания модуля 9 вызывают транспортный эффект, характерный тем, что максимальное ускорение, направленное вправо, не равно максимальному ускорению, направленному влево. Если максимум ускорения влево  больше (как в данном случае из-за конических пружин 13, расположенных слева), чем максимум ускорения вправо , то будет выполняться условие (Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./ под. ред. В.Н. Челомей - М.: Машиностроение, 1981. - Т. 4. Вибрационные процессы и машины / под. ред. Э.Э. Лавендела. 1981. 509 с.):
(f - коэффициент трения вермикулита по металлической поверхности, m - масса вермикулитовой частицы, кг, и G - вес вермикулитовой частицы, H), то частица и весь поток вермикулитовых зерен будет двигаться влево даже при горизонтальном положении модуля 9. При этом движение будет иметь однонаправленный пульсирующий характер с некоторой средней скоростью.
Но наклон модуля 9 позволяет регулировать эту среднюю скорость, увеличивая или уменьшая ее в зависимости от количества вермикулита, поступающего в модуль 9 из нижнего электрифицированного противня 4 печи. Кроме того, управлять средней скоростью вермикулитового потока в щелевидной камере 21 можно путем регулирования амплитуды и частоты колебаний (Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / под. ред. В.Н. Челомей - М.: Машиностроение, 1981. - Т. 4. Вибрационные процессы и машины / под. ред. Э.Э. Лавендела. 1981. 509 с.). Таким образом, электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов позволяет управлять скоростью, а следовательно, и временем движения вермикулита - плоской щелевидной камере.
Зерна вермикулита в плоской щелевидной камере 21 движутся без разгона, как это происходит в электрифицированных противнях 4. Поэтому их движение идет плотным потоком с минимальными и не увеличивающимися по мере движения пустотами между ними (расстояниями между зернами), что создает наиболее благоприятные условия для переноса теплового излучение мелких зерен, уже нагревшихся до максимальной температуры в электрифицированных противнях 4, на крупные зерна, а также для кондуктивного переноса теплоты поверхностных слоев крупных зерен, также нагревшихся до максимальной температуры в электрифицированных противнях 4, в их глубинные слои.
Скорость движения вермикулитового потока в модуле 9 такова, что количество вспучивающегося вермикулита, поступающего в плоскую щелевидную камеру 21 (с входной стороны), точно равно количеству вспучивающегося вермикулита, выходящего из модуля (с выходной стороны), а вермикулитовый поток при этом является однослойным. Тепловое излучение, идущее из тепловых камер 18 дополнительного противня 8, создает условия, при которых потери указанных тепловых энергий из щелевидного пространства минимальны. Уменьшению тепловых потерь в дополнительном противне 8 способствует термоизоляция корпуса дополнительного не электрифицированного противня 8 и модуля 9.
За счет дополнительного не электрифицированного противня 8, в зависимости от его длины, продолжительность обжига увеличивается на 25…30%, поэтому температура нагревателей электрифицированных противней 4 может несколько быть уменьшена. Это позволяет снизить потребление электроэнергии и уменьшить энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Так достигается технический результат полезной модели - повышение энергоэффективности электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов за счет наиболее полного использования вторичных энергетических ресурсов - теплового излучения мелких зернен, нагревшихся до максимальной температуры в электрифицированных противнях, переносимого на крупные зерна, а также теплоты поверхностных слоев крупных, зерен также нагревшихся до максимальной температуры, переносимой кондуктивно в их глубинные слои внутри плоской щелевидной камеры модуля.