ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для производства вспученного вермикулита.
Известен технологический комплекс для обжига вермикулита (RU №47082, МПК F27B 15/00, опубликовано 10.08.2005), который содержит печь для обжига вермикулита, выполненную в виде плоских противней из огнеупорного материала, установленных друг по отношению к другу под углом, при этом противни снабжены электрическими нагревателями.
Общими признаками заявляемой полезной модели с аналогом являются плоские противни из огнеупорного материала, установленные друг по отношению к другу под углом, при этом противни снабжены электрическими нагревателями.
Указанная печь обладает следующими недостатками. В процессе ее работы неизбежно возникают вторичные энергетические ресурсы - тепловые потери в виде энергии теплового излучения, так как не вся энергия, излучаемая электрическими нагревателями, поглощается вермикулитом, и конвективные тепловые потоки горячего воздуха, выходящие из противней. Но эти вторичные энергетические ресурсы в аналоге не рекуперируются и не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата.
Известна так же электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU №2351862, МПК F27B 9/00, опубликовано 10.04.2009), содержащая плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные друг по отношению к другу под углом, снабженные электрическим нагревателями и крышками со съемными элементами, а электрические нагреватели выполнены в виде лент, установленных на ребро и размещены под крышками на поверхностях противней продольно, так что пространства между соседними нагревателями образуют продольные камеры.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются плоские противни, выполненные из огнеупорного материала и установленные друг по отношению к другу под углом, снабженные электрическим нагревателями и крышками.
Указанная печь обладает тем же недостатком. В процессе ее работы неизбежно возникают вторичные энергетические ресурсы - тепловые потери в виде энергии теплового излучения, так как не вся энергия, излучаемая электрическими нагревателями, поглощается вермикулитом, и конвективные тепловые потоки горячего воздуха, выходящие их пространства под крышками противней. Но эти вторичные энергетические ресурсы в данном аналоге также не рекуперируются и не используются в технологическом процессе обжига вермикулитового концентрата.
За прототип принята 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 и термокрышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, печь содержит дополнительный не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем и выполненный из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения с пространством обжига между ними, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, соединенным с вытяжным вентилятором. В прототипе вторичные энергетические ресурсы рекуперируются.
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 и термокрышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, дополнительный не
электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем и выполненный из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения, при этом перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем.
Недостатком прототипа является то, что дополнительный не электрифицированный противень выполнен плоским, вспучивающийся вермикулит движется в нем ускоренно и быстро выходит из пространства обжига, поэтому время его обжига не велико. Из-за того, что пространство обжига, нагревающееся от вспучивающегося вермикулита до температуры ~650-700°C, заключено между верхними и нижними тепловыми камерами, нагревающимися за счет вторичных энергетических ресурсов от рекуперированной тепловой энергии до меньшей температуры ~450-500°C, имеет место перепад температур примерно в 200°C и, как следствие, через металлические стенки идут тепловые потери из пространства обжига в тепловые камеры, а затем в пространство корпуса печи, что снижает эффективность теплообмена между мелкими и крупными зернами и между наружными и внутренними, относительно «холодными» слоями крупных зерен.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности использования вторичных энергетических ресурсов в процессе обжига вермикулитовых концентратов при почти полном устранении потерь рекуперированной тепловой энергии.
Технический результат полезной модели заключается в снижении потерь вторичных энергетических ресурсов - рекуперированной энергии теплового излучения и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхних торцевых частей электрифицированных противней и использовании этих энергий для нагрева тепловых камер дополнительного не электрифицированного Г-образного противня, использующего эти энергии для почти полного устранения тепловых потерь из пространства обжига, изолированного от тепловых камер термоизоляционным материалом, размещенным в полостях между его тепловыми камерами и пространством обжига, поэтому из-за снижения тепловых потерь теплообмен между зернами довспучивающегося вермикулита идет наиболее интенсивно, мелкие зерна, уже нагревшиеся до максимальной температуры в электрифицированных противнях и не теряющие накопленной ими теплоты, излучают ее на соседние, более крупные зерна, а наружные слои крупных зерен отдают часть своей теплоты своим глубинными, относительно «холодным» слоям, при этом благодаря Г-образной форме дополнительного не электрифицированного противня, зерна вермикулита, разгоняясь в его верхней части, останавливаются в начале его нижней части и вынуждены вновь разгоняться в нижней части, чем достигается увеличение времени движения довспучивающегося вермикулита в пространстве обжига дополнительного не электрифицированного противня.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, содержащая бункер-осадитель с вытяжным вентилятором, корпус, установленные в нем под углом друг к другу электрифицированные противни из огнеупорного материала с электрическими нагревателями и термокрышками, снабженные рекуператорами тепловой энергии с перфорированными всасывателями, и дополнительный не электрифицированный противень, расположенный под нижним электрифицированным противнем и выполненный из стальных листов и переборок, образующих верхние и нижние тепловые камеры коробчатого сечения, перфорированные всасыватели соединены трубопроводами с верхними и нижними тепловыми камерами дополнительного не электрифицированного противня, которые в его нижней части соединены трубопроводами с бункером-осадителем, согласно полезной модели, дополнительный не электрифицированный противень имеет Г-образную форму, а в полостях между его тепловыми камерами и пространством обжига размещен термоизоляционный материал.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются Г-образная форма дополнительного не электрифицированного противня, и размещение термоизоляционного материала в полостях между его тепловыми камерами и пространством обжига.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 приведена схема электрической печи для обжига вермикулитовых концентратов с Г-образным дополнительным не электрифицированным противнем.
На фиг. 2 приведен Г-образный дополнительный не электрифицированный противень.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов, показанная на фиг. 1, содержит барабанный дозатор вермикулитового концентрата 1 со спусковым лотком 2. В корпусе 3 печи под углом друг к другу расположены электрифицированные противни 4 с рекуператорами тепловой энергии 5, которые соединены с трубопроводами 6. Дополнительный не электрифицированный Г-образный противень 7 расположен под нижним электрифицированным противнем и снабжен в верхней и нижней частях патрубками 8. Трубопроводы 6 соединены с патрубками 8 в верхних частях дополнительного противня 7, а трубопроводы 9 соединены с тепловыми камерами дополнительного противня 7 в нижней части и сообщены с бункером-осадителем с вытяжным вентилятором (на фиг. не показаны).
Электрифицированные противни 4 содержат рамы 10 и термокрышки 11 под которыми продольно расположены электрические нагреватели, закрепленные на головках 12.
Рекуператоры тепловой энергии 5 содержат перфорированные всасыватели 13, имеющие отверстия, направленные в сторону электрифицированных противней 4 и черную шероховатую поверхность, обладающую максимальной поглощающей способностью.
Корпус дополнительного не электрифицированного Г-образного противня 7 образован металлическими листами и ребрами.
Между верхними 14 и нижними 15 тепловыми камерами, фиг. 2, располагаются полости, заполненные термоизоляционным материалом 16, а между указанными полостями - пространство обжига 17. В верхние тепловые камеры 14 вторичный энергетический ресурс подводится по патрубкам 8 (фиг. 1) через коллектор 18, а в нижние тепловые камеры 15 - через коллектор 19. Отвод воздуха из верхних и нижних тепловых камер осуществляется через отверстия 20 по трубопроводам 9 (фиг. 1), соединенным с бункером-осадителем с вытяжным вентилятором (на фиг. не показаны). Все металлические детали рекуператоров, противней, трубопроводы и патрубки выполнены из жаростойких сталей.
Электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов работает следующим образом, фиг. 1. Барабанный дозатор 1 по спусковому лотку 2 подает вермикулитовый концентрат на верхний электрифицированный противень 4. Пересыпаясь с одного противня 4 на другой, вермикулитовый концентрат подвергается воздействию теплового излучения, падающего на него с поверхностей электрических нагревателей, выполненных из нихрома, и вспучивается. Однако не вся излучаемая тепловая энергия поглощается вспучивающимся вермикулитом. Некоторая часть этой энергии нагревает воздух и образует конвективные потоки горячего воздуха, выходящие из верхних торцевых частей противней 4. Другая часть, отражаясь от основания и внутренних поверхностей термокрышек 11 противней 4 и от самого вспучивающегося вермикулита выходит в виде теплового излучения через верхние торцевые части противней 4. Так образуются вторичные энергетические ресурсы. Рекуператоры тепловой энергии 5 установлены напротив двух верхних торцевых частей противней 4, «собирают» эту энергию через перфорированные всасыватели 13 и в виде горячего воздуха с температурой 450-500°C через трубопроводы 6, патрубки 8 и коллекторы 18 и 19 (фиг. 2) направляют ее за счет разряжения в трубопроводах 9, создаваемого вытяжным вентилятором бункера-осадителя (на фиг. не показаны), в дополнительный Г-образный противень 7. Здесь, вермикулитовый концентрат окончательно вспучивается, получая тепловую энергию в дополнительном противне 7. За счет дополнительного Г-образного противня 7, в зависимости от длины его участков, продолжительность обжига увеличивается на 25-30%, поэтому температура нагревателей электрифицированных противней 4 может быть несколько уменьшена, так как вторичный энергетический ресурс - рекуперированная тепловая энергия повторно используется для нагрева тепловых камер 14 и 15 (фиг. 2) дополнительного не электрифицированного Г-образного противня 7, использующего эту энергию для почти полного устранения тепловых потерь из пространства обжига 17 (фиг. 2), изолированного от тепловых камер термоизоляционным материалом 16 (фиг. 2). Благодаря этому теплообмен между зернами довспучивающегося вермикулита идет наиболее интенсивно, мелкие зерна, уже нагревшиеся до максимальной температуры в электрифицированных противнях и не теряющие накопленной ими теплоты, излучают ее на соседние, более крупные зерна, а наружные слои крупных зерен отдают часть своей теплоты своим глубинными, относительно «холодным» слоям, при этом благодаря Г-образной форме дополнительного не электрифицированного противня 7, зерна вермикулита, разгоняясь в его верхней части, останавливаются в начале его нижней части и вынуждены вновь разгоняться в нижней части, чем достигается увеличение времени движения довспучивающегося вермикулита в пространстве обжига. Это позволяет снизить потребление электроэнергии и уменьшить энергоемкость процесса обжига вермикулитовых концентратов.
Рекуператоры тепловой энергии 5, фиг. 1, предназначены для поглощения энергии теплового излучения металлическими корпусами перфорированных всасывателей 13 и энергии конвективных потоков горячего воздуха, выходящих из верхних торцевых частей электрифицированных противней. При разряжении в трубопроводах 9 потоки горячего воздуха, выходящие из верхних торцевых частей противней 4 всасываются через отверстия перфорированных всасывателей 13. Тепловое излучение, идущее из верхних торцевых частей противней нагревает стенки перфорированных всасывателей 13, имеющих черную шероховатую поверхность и обладающих максимальной поглощательной способностью. Горячий воздух, проходя внутри перфорированных всасывателей 13 дополнительно нагревается от его металлических стенок до температуры 450-500°C и направляется по рекуператорам тепловой энергии 5, трубопроводам 6 через патрубки 8 к коллекторам 18 и 19 (фиг. 2) Г-образного дополнительного неэлектрифицированного противня 7.
Всасываемые перфорированными всасывателями 13 вместе с горячим воздухом мелкодисперсные компоненты вспучивающегося вермикулита, осаждаются и накапливаются в бункере-осадителе.
Указанные теплообменные процессы происходят в условиях практически полного отсутствия тепловых потерь из пространства обжига 17 (фиг. 2) при большей их продолжительности, что повышает эффективность использования вторичных энергетических ресурсов в процессе обжига вермикулитовых концентратов при почти полном устранении потерь рекуперированной тепловой энергии.
Таким образом, достигается технический результат полезной модели, заключающийся в снижении потерь вторичных энергетических ресурсов - рекуперированных энергий при одновременном использовании этих энергий для нагрева тепловых камер дополнительного не электрифицированного Г-образного противня, использующего эту энергию для почти полного устранения тепловых потерь из пространства обжига, изолированного от тепловых камер термоизоляционным материалом, за счет чего теплообмен между зернами довспучивающегося вермикулита идет наиболее интенсивно, мелкие зерна, уже нагревшиеся до максимальной температуры в электрифицированных противнях и не теряющие накопленной ими теплоты, излучают ее на соседние, более крупные зерна, а наружные слои крупных зерен отдают часть своей теплоты своим глубинными, относительно «холодным» слоям, при этом благодаря Г-образной форме дополнительного не электрифицированного противня достигается увеличение времени движения довспучивающегося вермикулита в пространстве обжига.