ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
FURNACE FOR BURNING OF SMALL-GRAIN MATERIAL IN FLUIDISED BED

Изобретение относится к области обжига мелкозернистых материалов, в частности, к печам псевдоожиженного слоя.
Известна печь для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащая камеру подогрева, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, и камеру охлаждения, снабженную воздуховодом. Камеры охлаждения, обжига и подогрева оборудованы газораспределительными решетками (Авт.св. СССР №469037, МПК: F27B 15/10).
Недостатками известного устройства являются неравномерный обжиг материала вследствие неупорядоченного его движения в кольцевой камере обжига и значительное гидравлическое сопротивление печи.
Известна печь для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащая камеру подогрева с газораспределительной решеткой, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига с газораспределительной решеткой, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, камеру охлаждения с газораспределительной решеткой, снабженную воздуховодом, при этом кольцевая газораспределительная решетка камеры обжига выполнена с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой, отделяющей зону поступления материала от зоны его выгрузки (патент РФ №1145228, МПК:F27B 15/10 - прототип).
Указанная печь работает следующим образом.
Обжигаемый материал через питатель поступает в камеру подогрева, откуда после подогрева и подсушки проходит через переточное устройство в камеру обжига, в зону поступления материала, где псевдоожижается, и начинает перемещаться вдоль кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками за счет подачи из камеры охлаждения воздуха, имеющего как вертикальную, так и горизонтальную составляющие скорости. Топливно-воздушная смесь подается в камеру обжига через горелки и сжигается в псевдоожиженном слое обжигаемого материала, который перемещается вдоль решетки по всему кольцевому сечению до направляющей перегородки выгрузки. Так как ввод и вывод обжигаемого материала разнесены, то его частицы имеют одинаковое время пребывания в камере и подвергаются обжигу, последовательно пересекая зоны действия горелок. Выгрузка мелкозернистого материала производится не только из-за свойства текучести псевдоожиженного слоя, но и вынужденно, под действием наклонных струй газов, обеспечивающих направленное перемещение частиц. Такое решение позволяет производить обжиг и при достаточно тонких псевдоожиженных слоях, что также повышает качество тепловой обработки материала и уменьшает гидравлическое сопротивление печи.
Недостатками известного устройства являются неравномерный обжиг материала вследствие неупорядоченного его движения в кольцевой камере обжига и значительное гидравлическое сопротивление печи.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание печи, конструкция которой позволяет обеспечить требуемую неравномерность обжига дисперсных материалов при одновременном повышении производительности печи и улучшении условий сжигания топлива.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной печи для обжига мелкозернистого материала в псевдоожиженном слое, содержащей камеру подогрева с газораспределительной решеткой, снабженную питателем и соединенную с санитарным циклоном, камеру обжига с газораспределительной решеткой, имеющую топливные горелки и переточное устройство внутри цилиндрической полости, от которой установлен горячий циклон, камеру охлаждения с газораспределительной решеткой, снабженную воздуховодом, при этом кольцевая газораспределительная решетка камеры обжига выполнена с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой, отделяющей зону поступления материала от зоны его выгрузки, согласно изобретению, топливные горелки выполнены с тангенциальным вводом, по крайней мере, одного из компонентов топлива, причем углы распыливания у одной части горелок не равны углам распыливания другой их части, при этом горелки установлены с равномерным чередованием горелок с различными углами распыливания.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид печи;; на фиг.2 - поперечный разрез перегородки; на фиг.3 - вид сверху кольцевой решетки; на фиг.4 - вид сбоку кольцевой решетки, на фиг.5 - общий вид горелки.
Печь содержит камеру подогрева 1, снабженную питателем 2 и соединенную с санитарным циклоном 3, камеру обжига 4, имеющую топливные горелки 5 и переточное устройство 6, внутри цилиндрической полости 7 которой установлен горячий циклон 8, камеру охлаждения 9, снабженную воздуховодом 10. Камеры подогрева 1 и охлаждения 9 оборудованы газораспределительными решетками 11. Камера обжига 4 оборудована кольцевой решеткой 12 с тонкими профильными лопатками и направляющей перегородкой 13. Кольцевая профильная решетка 12 содержит внутренний 14 и наружный 15 бандажные ободы, расположенные между ними профильные лопатки 16. Для исключения провалов материала решетка покрыта сверху металлической термостойкой сеткой 17. В топливной горелке 5 один из компонентов топлива, например, газ, подается в камеру смешения 18 горелки через тангенциальный ввод 19.
Предложенная печь работает следующим образом.
Обжигаемый материал через питатель 2 поступает в камеру подогрева 1, откуда после подогрева и подсушки проходит через переточное устройство 6 в камеру обжига 4 (в зону поступления материала), где псевдоожижается, и начинает перемещаться вдоль кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками за счет подачи из камеры охлаждения 9 воздуха, имеющего как вертикальную, так и горизонтальную составляющие скорости.
Горючее подается в камеру смешения 18 горелки 5 через тангенциальный ввод 19, закручивается в указанной камере и поступает в камеру обжига, в слой псевдоожиженного обжигаемого материала, в виде вращающегося конуса. Вращающийся конус горючего горелки захватывает частицы обжигаемого материала, находящиеся в слое псевдоожиженого материала, сообщает им вертикальную, горизонтальную составляющие скорости и центростремительное ускорение, что приводит к интенсификации движения частиц обжигаемого материала внутри слоя, и, следовательно, их более равномерному обжигу. За счет того, что углы распыливания у одной части горелок не равны углам распыливания другой их части, а сами горелки при этом установлены с равномерным чередованием горелок с различными углами распыливания, происходит более интенсивное перемешивание частиц обжигаемого материала по толщине слоя, что также способствует их более равномерному обжигу.
Кроме этого, применение тангенциального ввода одного из компонентов топлива, позволит значительно уменьшить длину факела пламени горелки, и улучшить условия смесеобразования, что, в свою очередь, даст возможность уменьшить радиальные размеры печи.
Так как ввод и вывод обжигаемого материала разнесены, то его частицы имеют одинаковое время пребывания в камере 4 и подвергаются равномерному обжигу, последовательно пересекая зоны действия горелок.
Одним из основных параметров горелки/форсунки являются характеристики факела распыла, которые определяются его углом распыливания/раскрытия и длиной, при этом чем больше угол распыливания/раскрытия, тем меньше длина факела, и наоборот, при равном расходе компонентов топлива через горелку.
При равномерной подаче продуктов сгорания, обеспечиваемой равными углами и длиной факелов распыливания горелок, обжигаемые частицы будут двигаться по всему объему печи по одной траектории и с равной скоростью в любом месте объема печи, что не обеспечит их интенсивное перемешивание между собой и, соответственно, качество обжига.
Выполнение горелок с разными факелами распыливания, причем чередующимися, позволит изменять длину перемешивания и объем перемешиваемого материала, что, в конечном итоге, позволит улучшить условия перемешивания и обжига частиц обжигаемого материала. Равномерно чередующийся шаг принят исходя из того, что выполнение горелок со своими углами распыливания приведет к удорожанию печи, т.к. каждая горелка будет выполняться индивидуально. В варианте исполнения необходимо изготовить несколько групп форсунок с разными углами, и установить их с равномерным чередованием, т.е. с равномерно чередующимся шагом, что приведет к удешевлению печи.
Выгрузка мелкозернистого материала производится не только из-за свойства текучести псевдоожиженного слоя, но и вынужденно, под действием наклонных струй газов, обеспечивающих направленное перемещение частиц, что повышает производительность печи, т.е. количество обжигаемого материала в единицу времени. Это позволяет производить обжиг и при достаточно тонких псевдоожиженных слоях, что также повышает качество тепловой обработки материала и уменьшает гидравлическое сопротивление печи, так как кроме возможности работы печи на тонких слоях профильная газораспределительная решетка 12 имеет большое живое сечение, а следовательно, и малое гидравлическое сопротивление.
Производительность печи может регулироваться за счет изменения скорости дутья.
Радиальные плоские струи воздуха, выходящего из кольцевой решетки с тонкими профильными лопатками под углом относительно горизонтальной ее плоскости, обеспечивают, кроме перемещения мелкого зернистого материала, и более качественное сжигание топливно-воздушной смеси за счет удлинения траектории движения частиц топлива в зоне его горения.
Затем через переточное устройство 6 обожженный материал поступает в камеру охлаждения 9 и после частичного охлаждения удаляется из печи. В камеру охлаждения 9 по воздуховоду 10 подается воздух, который, псевдоожижая охлаждаемый материал, отбирает часть его тепла и в нагретом состоянии, противотоком по отношению твердого материала, поступает через кольцевую решетку 12 в камеру обжига 4, приобретая при обтекании профильных лопаток 16 как горизонтальные, так и вертикальные составляющие своей скорости.
Образующиеся дымовые газы с пылью поступают в горячий циклон 8 и, частично освобождаясь в нем от пыли, подаются через газораспределительную решетку 11 в камеру подогрева 1, где подогревают, поступающий на обжиг материал. Запыленные дымовые газы из камеры подогрева Г выходят в санитарный циклон 3 и после частичной очистки направляются в систему тонкой очистки (не показана), или выбрасываются в атмосферу, если достигнуты соответствующие санитарные нормы по степени очистки дымовых газов. Пыль из циклонов 8 и 3 выводится из системы или направляется на дообжиг в камеру обжига 4 в зависимости от технологических особенностей обжига конкретных материалов.
Использование изобретения позволит уменьшить неравномерность обжига материала и гидравлическое сопротивление печи, повысить ее производительность и улучшить качество обжига мелкозернистого материала за счет направленного перемещения частиц псевдоожиженного слоя во всех направлениях по всему кольцевому сечению камеры обжига и исключения повторного его обжига.