ШАХТНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
SHAFT FURNACE FOR BURNING LOOSE MATERIAL

Изобретение относится к технологии производства сахара, а именно к оборудованию по получению сатурационного газа, используемого для очистки диффузионного сока, и может найти широкое применение при получении извести в шахтных печах в промышленности строительных материалов, химической и металлургической промышленности.
Известна шахтная печь для обжига сыпучего материала с получением сатурационного газа, используемого для очистки диффузионного сока (см., например, Колесник Б.Г. и др. Справочник механика сахарного завода.-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, 267 с. Шахтная пересыпная известняково-газовая печь ИПШ-100, стр.216), содержащая цилиндрическую футеровочную шахту, загрузочное и выгрузочное устройства, короб отсоса печных газов, вентилятор подачи воздуха в печь.
Недостатком данной печи является невысокая концентрация диоксида углерода при значительном содержании примесей в печном газе, используемом в дальнейшем в качестве сатурационного газа для очистки диффузионного сока.
Известна шахтная печь для обжига сыпучего материала с получением сатурационного газа (см. патент РФ №2211418, МПК F27В 1/00, С13D 3/06, опубл. 27.08.2003), используемого для очистки диффузионного сока, содержащая цилиндрическую футеровочную шахту, загрузочное и выгрузочное устройства, короб отсоса печных газов, газовый насос, соединенный всасывающим патрубком с коробом печных газов и нагнетательным патрубком - с коллектором печных газов, вентилятор для подачи воздуха в печь, вихревую трубу с входом на ее «холодном» конце, соединенном с нагнетательным патрубком газового насоса, и выходами на «холодном» конце для отвода «холодного» потока углекислого газа и на «горячем» конце соединенном с трубопроводом подачи воздуха из вентилятора в печь.
Недостатком является невысокая эффективность использования сатурационного газа из-за наличия загрязнений и преимущественно конденсирующейся влаги в углекислом газе, поступающем из холодного конца вихревой трубы в коллектор печного газа.
Технической задачей является получение сатурационного газа, очищенного от парообразной и мелкодисперсной влаги за счет размещения на выходе холодного потока вихревой трубы взаимосвязанных конденсатосборника и устройства удаления сконденсировавшейся жидкости и мелкодисперсной влаги.
Технический результат по повышению эффективности сатурационного газа достигается тем, что шахтная печь для обжига сыпучего материала с получением сатурационного газа, используемого для очистки диффузионного сока, содержащая цилиндрическую футеровочную шахту, загрузочное и выгрузочное устройства, короб отсоса печных газов, газовый насос, соединенный всасывающим патрубком с коробом печных газов и нагнетательным патрубком - с коллектором печных газов, вентилятор для подачи воздуха в печь, вихревую трубу с входом на ее «холодном» конце, соединенном с нагнетательным патрубком газового насоса, и выходами на «холодном» конце для отвода «холодного» потока углекислого газа и на «горячем» конце соединенном с трубопроводом подачи воздуха из вентилятора в печь, при этом вихревая труба снабжена конденсатосборником с устройством удаления сконденсировавшейся влаги и соединенным входом с выходом на «холодном» конце вихревой трубы, а выходом с коллектором печных газов. На чертеже изображена шахтная печь для обжига сыпучего материала. Шахтная печь состоит из цилиндрической футеровочной шахты 1 с загрузочным распределительным устройством 2 в верхней его части и выгрузочным устройством 3 в нижней части. В поперечном сечении корпуса печи установлены короб отсоса печных газов 4 и короб 5, работающий в режиме подачи воздуха, установленный на фланце 6. Газовый насос 7 своим всасывающим патрубком посредством трубопровода 8 соединен с коробом отсоса печных газов 4, а нагнетательным патрубком через трубопровод 9 - с коллектором печных газов 10. Вентилятор 11 своим нагнетательным патрубком через трубопровод 12 соединен с коробом 5, а всасывающим патрубком - с калорифером (не показано).
Блок управления 13 электрически соединен с управляемыми клапанами 14, 15, 16, 17, а также с датчиком температуры 18 и датчиком расхода 19.
Вихревая труба 20 соединена через управляемый клапан 14 с трубопроводом 9; ее «холодный» конец через управляемый клапан 15 соединен с коллектором печных газов 10, а «горячий» конец через управляемый клапан 17 - с трубопроводом 12, в котором происходит смешивание воздуха, нагнетаемого вентилятором 11, с горячим периферийным потоком вихревой трубы 20.
Конденсатосборник 21 снабжен устройством удаления сконденсировавшейся влаги и загрязнений 22, при этом конденсатосборник 21 соединен своим входом с «холодным» концом 24 вихревой трубы 20, а выходом с коллектором печных газов 10.
Печь работает следующим образом.
Определенное количество сырья и топлива через загрузочное распределительное устройство 2 подается в шахту печи. Подогретый в калориферах воздух на горение поступает от вентилятора 11 в короб 5 для осуществления процесса обжига. Из короба отсоса печных газов 4 по трубопроводу 8 печные газы с температурой, регистрируемой датчиком 18 и фиксируемой блоком управления 13, выносятся газовым насосом 7 через управляемый клапан 16 к коллектору печного газа 10.
Углекислый газ, являясь основным компонентом процесса очистки диффузионного сока на аппаратах I и II сатурации, поступает на сатурацию как один из составляющих элементов смеси, представляющей собой печные газы известняково-обжигательной печи.
Для получения сатурационного газа в известняково-обжигательную печь загружают отсортированный известняк, который подвергают обжигу при температуре 1150-1200°С.
При обжиге известняка протекает эндотермическая реакция разложения карбоната кальция
3
2
СаСО-178 кДж/(г.моль)=СаО+СO
Образующиеся печные газы содержат лишь 35-36% диоксида углерода (см. например, Колесник Б.Г. и др. Справочник механика сахарного завода. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, 267 с. Шахтная пересыпная известняково-газовая печь ИПШ-100, стр.216.), а известно, что чем лучше очищен углекислый газ от сопутствующих влаго-, твердо- и газообразных загрязнений, тем эффективней сатурационная очистка диффузионного сока.
Поэтому мы предлагаем использовать вихревую трубу в качестве устройства, способствующего выделению углекислого газа в виде «холодного» потока, направляемого в коллектор печного газа 10.
Блок управления 13 подает команду на управляемый клапан 14, установленный на трубопроводе 9, соединяющем выходной патрубок газового насоса 7 и вход вихревой трубы 20. В результате печные газы из трубопровода 9 через управляемый клапан 14 (управляемый, клапан 16 закрыт) поступают в тангенциальный вход вихревой трубы 20, в которой происходит их термодинамическое расслаивание на «горячий» периферийный и «холодный» осевой потоки (см. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М.: 1969, 365 с.).
В связи с тем, что углекислый газ обладает плотностью большей, чем плотность других компонентов печного газа, то вследствие термодинамического расслаивания в вихревой трубе 20 наблюдается следующее.
Частично загрязненный углекислый газ, сконденсировавшийся из парообразного состояния водяной пар и мелкодисперсная влага процесса термодинамического охлаждения с загрязнениями в виде ржавчины и окалины из выхода 24 вихревой трубки 20 направляются во вход 23 конденсатосборника 21, где собирается и по мере накопления через устройство удаления сконденсировавшейся влаги и загрязнений 22 выбрасывается в окружающую среду вручную или автоматически (не показано). Очищенный от загрязнений углекислый газ в виде «холодного» потока направляется через открытый управляемый клапан 15 в коллектор печного газа 10. При этом количество поступающего газа регистрируется датчиком расхода 19. Одновременно «горячий» периферийный поток из вихревой трубы 20 через открытый управляемый клапан 17 поступает в нагнетательный патрубок вентилятора 11. Полученная газовоздушная смесь имеет температуру, обеспечивающую эффективное сгорание топлива, в результате чего отпадает необходимость подогрева воздуха калорифером непосредственно до температуры обжига сыпучего материала, что способствует снижению затрат, связанных с использованием калорифера. При повышении температуры отходящих газов блок управления подает команду для увеличения числа оборотов выгрузочного устройства 3 до достижения заданного значения температуры.
В случае уменьшения поступления диоксида углерода в коллектор печного газа 10, например при использовании последнего в технологическом процессе очистки диффузионного сока на I и II сатурации в сахарном производстве, датчик расхода регистрирует данное уменьшение и подает сигнал на блок управления 13, который для поддержания нормированного расхода углекислого газа в свою очередь подает команду на открытие управляемого канала 16, и часть печных газов из нагнетательного патрубка газового насоса 7 дополнительно направляется в коллектор печного газа 10, а частично - через управляемый клапан 14 на вихревую трубу 20. В результате на сатурацию подается смесь, состоящая из охлажденного углекислого газа, поступающего от вихревой трубы 20 в виде «холодного» потока и части необработанных печных газов.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в улучшении технологического процесса производства сахара за счет очистки диоксида углерода от сконденсировавшихся паров влаги и сопутствующих загрязнений (ржавчины, окалины), что способствует повышению качества сатурационного газа, достигаемого путем снабжения «холодного» конца вихревой трубы конденсатосборником с устройством удаления загрязнений.