Торцевое дно ротационной печи
END BOTTOM OF ROTARY KILN

Изобретение относится к ротационным печам термической, химической или термохимической деструкции, в том числе к печам для пиролиза, крекинга, газогенераторным установкам, реакторам химической промышленности и может быть использовано для переработки органосодержащего сырья при утилизации отходов, для синтезирования газа и для других целей
Известно торцевое дно ротационной печи, содержащее основание и патрубок для вывода шлама [CN109153928 A, дата публикации: 04.01.2019 г. МПК: С10В 47/30; С10В 53/00; C10J 3/00; C10K 3/00].
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность вывода шлама из ротационной печи из-за отсутствия сторон для захвата и перемещения шлама в патрубок, вследствие чего при использовании торцевого дна, вывод шлама возможен только за счет вращения ротационной печи, при котором лишь малая часть шлама попадает в отверстие патрубка, а оставшаяся часть скапливается возле края торцевого дна.
В качестве прототипа выбрано торцевое дно ротационной печи, содержащее основание с лопатками и патрубком для вывода шлама, в направлении входа которого ориентированы лопатки, при этом лопатки представлены в виде плоских направляющих [CN112555841 А, дата публикации: 26.03.2021 г. МПК: F23G 5/027; F23G 5/20; F23G 5/44].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является более высокая эффективность вывода шлама, в том числе золы или сухого углеродистого или минерального остатка из ротационной печи за счет наличия лопаток в виде плоских направляющих, обеспечивающих захват и одновременно вертикальное и осевое перемещение шлама к отверстию патрубка. Однако недостатком прототипа также остается недостаточно высокая эффективность вывода шлама из ротационной печи из-за представленной в них конструкции лопаток. В частности, конструкция лопаток характеризуется тем, что концы лопаток удалены от центральной части отверстия патрубка, а сами лопатки выполнены в виде плоских направляющих и имеют малую площадь стороны для захвата шлама, вследствие чего за один круг вращения ротационной печи захватывается малое количество шлама, а при перемещении лопатки из нижней точки в верхнюю, часть захваченного шлама перемещается обратно на дно, не достигая отверстия патрубка. При этом, в случае если камера ротационной печи перегружена, существует риск того, что лопатки, не обеспечат эффективный вывод шлама в патрубок, в результате чего уровень шлама в камере достигнет предельного значения, что приведет к нарушению нормальной работы камеры ротационной печи, что существенным образом ухудшает эксплуатационные характеристики торцевого дна ротационной печи.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик торцевого дна ротационной печи.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Торцевое дно ротационной печи содержит основание с лопатками и патрубком для вывода шлама, в направлении отверстия которого ориентированы лопатки. В отличие от прототипа концы лопаток расположены в центральной части отверстия патрубка, при этом каждая лопатка и основание образуют замкнутую полость со входом и выходом шлама, при этом выход шлама объединен с отверстием патрубка для вывода шлама.
Патрубок обеспечивает вывод шлама и газов в разгрузочное устройство ротационной печи и расположен в центральной части с внешней стороны основания торцевого дна.
Основание торцевого дна камеры пиролиза обеспечивает несущую функцию торцевого дна. Форма основания торцевого дна повторяет форму основания камеры пиролиза. Основание может содержать окантовку, закрепленную по краю основания. Основание содержит средство для закрепления на элементах ротационной печи, которое может быть представлено разъемным, неразъемным соединением или поверхностью для сварки. Средство для закрепления может быть расположено на краю или окантовке основания. Основание может иметь плоскую форму или форму полусферы. Дополнительно для повышения эффективности вывода шлама из ротационной печи основание может иметь коническую форму или форму усеченного конуса.
Лопатки обеспечивают захват и перемещение шлама к отверстию патрубка. Лопатки расположены с внутренней стороны основания торцевого дна и ориентированы в направлении отверстия патрубка для вывода шлама. В наиболее предпочтительном варианте может применяться не менее трех лопаток, которые расположены друг относительно друга по принципу снежинки. При этом не исключены варианты применения иного количества лопаток и использования иных принципов их взаимного расположения.
Конец каждой из лопаток расположен в центральной части отверстия патрубка, что подразумевает их размещение на входе в отверстие патрубка, преимущественно по центру. Каждая лопатка и основание образуют замкнутую полость со входом и выходом шлама, что позволяет перемещать шлам, в том числе золу или сухой углеродистый или минеральный остаток, а также жидкую фазу с крупными включениями, либо эмульсию или суспензию из ротационной печи к патрубку во внутреннем пространстве, образуемом лопаткой и основанием, обеспечивая возможность повышения эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи. Для образования замкнутой полости лопатка выполнена объемной и имеет рабочую и заднюю стороны, которые могут быть расположены под наклоном друг к другу или относительно основания.
Рабочая сторона обеспечивает измельчение и перемешивание шлама при вращении торцевого дна в нормальном режиме работы ротационной печи. Задняя сторона расположена под наклоном в направлении рабочей стороны и обеспечивает возможность создания зазора между лопаткой и объемом скопившегося у дна шлама при реверсе ротационной печи и избыточном ее наполнении, тем самым дополнительно повышая эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном.
Также лопатка может иметь дополнительную заднюю сторону, сопряженную с вышеупомянутой задней стороной и внутренней поверхностью основания, за счет чего увеличивается внутренний объем замкнутой полости и обеспечивается более равномерное воздействие на шлам внутренней поверхностью сторон лопатки и основанием, снижая риск набивания шлама и засора замкнутой полости лопатки. При этом дополнительная задняя сторона наклонена в том же направлении, что и задняя сторона, т.е. в направлении рабочей стороны. В таком случае, место соединения рабочей и задней стороны образует режущую кромку лопатки, обеспечивающую более эффективное воздействие на шлам. Также место соединения основной и дополнительной задней стороны лопатки может образовывать заднюю кромку, способствующую воздействию на шлам при реверсе ротационной печи.
При этом в случае, если основание имеет форму усеченного конуса, то режущая и задняя кромка лопатки могут быть ориентированы таким образом, чтобы угол наклона задней стороны лопатки относительно продольной (вертикальной) плоскости основания (у отверстия патрубка) превышал угол наклона боковой стороны конуса, которым получено основание. Такая конструкция обеспечивает условия, при которых происходит срыв шлама с поверхности основания под действием силы гравитации, а также, при прочих обстоятельствах, влияет на возможную длину патрубка вывода шлама и дополнительно повышает эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи.
При этом режущая и задняя кромка лопатки могут быть ориентированы таким образом, чтобы угол наклона задней стороны лопатки относительно продольной (вертикальной) плоскости основания превышал угол наклона боковой стороны конуса, которым получено основание, не менее, чем на 5°, что дополнительно повышает эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи. В случае, если указанная величина не будет соблюдена, то затрудняется вывод шлама из замкнутой полости лопатки ввиду малого зазора между основанием и внутренней поверхностью лопатки.
При этом минимальный угол наклона задней стороны лопатки относительно продольной (вертикальной) плоскости основания может составлять не менее 10°. В случае, если он будет меньше указанной величины, то снижается время взаимодействия внутренней поверхности лопатки с попавшим внутрь ее замкнутой полости объемом шлама, что может привести к его набиванию у концов лопатки.
Основная режущая и задняя кромки лопатки могут пересекаться между собой, при этом в области отверстия патрубка для вывода шлама между основной и дополнительной задней сторонами может быть образована дополнительная рабочая сторона, смежная с рабочей и дополнительной задней сторонами. Она может быть расположена под наклоном в направлении вышеупомянутых сторон и образует дополнительную режущую кромку с рабочей стороной и дополнительную заднюю кромку с дополнительной задней стороной. Это обеспечивает дополнительное воздействие на объем шлама, скапливающегося в центральной части ротационной печи, а также воздействует на объем шлама, скапливающийся в замкнутой полости, снижая риск набивания шлама и засора замкнутой полости лопатки, что также положительно сказывается на эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи.
Вход шлама обеспечивает возможность его загрузки в замкнутую полость. Вход шлама может быть расположен на рабочей стороне лопатки. При этом вход шлама может быть расположен на рабочей стороне у края основания, что дополнительно повышает эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи и дополнительно обеспечивает вывод газов при высокой загруженности ротационной печи (уровень шлама выше патрубка для вывода шлама), повышая производительность ротационной печи.
Вход шлама может быть представлен отверстием или группой отверстий. При этом в наиболее предпочтительном варианте вход шлама представлен эллиптическим вырезом, выполненным от основной режущей кромки лопатки до основания. При этом в случае наличия у основания окантовки, оставшаяся часть рабочей стороны лопатки, примыкающей к окантовке, может быть отогнута наружу и образовывать режущий элемент с дугообразной режущей кромкой, что позволяет захватить больший объем шлама и дополнительно повысить эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном.
Дополнительно на входе шлама может быть установлен сепаратор, обеспечивающий пропускание только мелкой фракции, что снижает риск засорения патрубка для вывода шлама и позволяет сохранять высокую эффективность вывода шлама из камеры ротационной печи. Сепаратор может быть представлен в виде сетки или решетки.
Выход шлама обеспечивает возможность его выгрузки из замкнутой полости лопатки в патрубок вывода шлама, с которым он объединен. Также он обеспечивает возможность вывода из замкнутой полости газов.
Выход шлама лопатки расположен в области отверстия патрубка вывода шлама и объединен с ним. Выход шлама может быть образован внутренними поверхностями рабочей и задней сторон, а также основания, что при условии наклона рабочей и задней сторон друг к другу позволяет повысить объем шлама, с которым одновременно взаимодействует лопатка, повышая таким образом эффективность вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи. Также для дополнительного повышения эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи выход шлама может быть образован между внутренними поверхностями дополнительной рабочей и дополнительной задней стороны, при этом дополнительная рабочая сторона в таком случае расположена напротив отверстия патрубка вывода шлама.
Дополнительно для повышения эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи, часть края задней стороны лопатки, примыкающего к основанию, может быть вытянута и расположена внутри патрубка для вывода шлама, повышая отводящую способность лопатки и также способствуя повышению эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном. При этом для дополнительного повышения эффективности вывода шлама часть вытянутого края задней стороны лопатки может быть расположена под тем же углом, что и задняя сторона лопатки. При этом в случае, если в компоновке применено несколько лопаток, то их вытянутые края могут скрещиваться между собой.
Дополнительно для повышения эффективности вывода шлама часть вытянутого края может проходить через центр отверстия патрубка для вывода шлама
Дополнительно для повышения эффективности вывода шлама часть вытянутого края задней стороны лопатки может быть на одном уровне с концом патрубка, что повышает эффективность вывода шлама из внутренней полости патрубка.
Основание, патрубок и лопатки выполнены из металла, обеспечивающего необходимую жаропрочность торцевого дна ротационной печи. При этом для упрощения конструкции торцевого дна его элементы могут быть выполнены из листового металла. Основание и лопатки могут быть соединены любыми видами разъемного и/или неразъемного соединений.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
- каждая лопатка и основание образуют замкнутую полость, не имеющую пустот, снижающих сечение выхода шлама, со входом и выходом шлама, что позволяет перемещать шлам к патрубку во внутреннем пространстве, исключая риск возврата шлама обратно в камеру ротационной печи.
- концы лопаток расположены в области центральной части отверстия, при этом выход шлама объединен с отверстием патрубка для вывода шлама, что позволяет равномерно выводить порции захваченного лопатками шлама из ротационной печи без риска закупоривания отверстия патрубка.
Совокупно существенные отличительные признаки изобретения позволяют с высокой эффективностью порционно захватывать шлам лопатками, исключая риск возврата шлама обратно в пространство ротационной печи равномерно выводить порции захваченного лопатками шлама из ротационной печи без риска закупоривания отверстия патрубка, что также позволяет присоединить приемный патрубок, расположенный в оси вращения отводящего патрубка печи, и полностью герметично замкнуто вывести шлам в накопительную емкость при избыточном давлении в печи или при разрежении без взаимообмена сред.
Благодаря такой конструкции обеспечивается не только повышение времени взаимодействия внутренней поверхности замкнутой полости лопаток с частицами мелкодисперсной взвеси шлама, позволяя снизить риск засорения патрубка для вывода шлама, но и сохраняется работоспособность ротационной печи при избыточном наполнении ротационной печи (уровень шлама выше патрубка для вывода шлама) и обеспечивается отвод газов, скапливающихся в ротационной печи через замкнутую полость лопаток, что позволяет исключить необходимость остановки барабана и процесса пиролиза для прочистки патрубка, засоренного отложениями.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности вывода шлама из ротационной печи торцевым дном ротационной печи, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики торцевого дна ротационной печи.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известно торцевое дно ротационной печи, содержащее основание с лопатками, выполненными в виде плоских направляющих, и патрубок для вывода шлама, в направлении отверстия которого ориентированы лопатки.
Однако из уровня техники не известно торцевое дно ротационной печи, концы лопаток которого расположены в области центральной части отверстия, при этом каждая лопатка и основание образуют замкнутую полость со входом и выходом шлама, при этом выход шлама объединен с отверстием патрубка для вывода шлама.
Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 Торцевое дно ротационной печи, вид сверху.
Фиг. 2 Торцевое дно ротационной печи, изометрия.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Торцевое дно ротационной печи приварено к торцу барабана ротационной печи и содержит патрубок 1 для вывода шлама, основание 2 в виде усеченного конуса, окантовку 3 и лопатки, имеющие рабочую сторону 4 и заднюю сторону 5. При этом края рабочей стороны 4 присоединены к основанию 2, окантовке 3 и краю задней стороны 5. Края задней стороны 5 присоединены к основанию 2, с частичным ориентированием напротив отверстия патрубка 1, и окантовке 3, а другой край образует режущую кромку 6. Режущая кромка 6 при этом сдвинута в направлении края отверстия патрубка 1, за счет чего лопатки имитируют конструкцию винта. Лопатка также содержит дугообразный режущий элемент 7, образованный выгнутой частью рабочей стороны 4, который присоединен к внутренней поверхности окантовки 3.
Внутри лопаток образована замкнутая полость, со входом на рабочей стороне 4 и выходом в конце лопатки, который объединен с отверстием патрубка для вывода шлама и образован внутренними поверхностями задней стороны 5 и основанием 2.
Изобретение работает следующим образом. Шлам, образованный в процессе сжигания твердых отходов в камере пиролиза ротационной печи, перемещается по барабану камеры пиролиза (не показан на фигурах) к торцевому дну камеры пиролиза при помощи наклона барабана камеры пиролиза. При помощи режущих элементов 7 и режущей кромки 6, лопатки захватывают шлам в замкнутую полость. По мере перемещения лопаток в верхнюю точку осуществляется перемещение шлама по внутренним поверхностям задней стороны 5 и затем в отверстие патрубка 1, после чего он смешивается, взаимодействуя с краем задней стороны 5, и выводится в разгрузочное устройство ротационной печи (не показано на фигурах) через патрубок 1.
Благодаря такой конструкции обеспечивается не только повышение времени взаимодействия внутренней поверхности замкнутой полости лопаток с частицами мелкодисперсной взвеси шлама, позволяя снизить риск засорения патрубка 1 для вывода шлама, но и сохраняется работоспособность камеры пиролиза при избыточном наполнении барабана (выше отверстия патрубка 1 для вывода шлама) и обеспечивается отвод газов, скапливающихся в камере пиролиза через замкнутую полость лопаток наружу через патрубок 1. Помимо этого конструкция торцевого дна не имеет пар трения, обеспечивая вывод любого вида материала без риска заклинивания механизма из-за посторонних предметов, в том числе абразива, разноформенных металлических частей, жидкой фазы и пр. Также представленная конструкция лопаток не требует дополнительного привода для вывода, является самой дешевой в исполнении с минимальным набором комплектующих без необходимости применения дополнительных силовых приводов
В случае скопления значительного объема шлама возле торцевого дна камеры активируется реверс барабана камеры пиролиза, в результате которого изменяется направление вращения барабана и, соответственно торцевого дна камеры пиролиза с лопатками. В этом случае сторона 5 и отталкивает объем шлама, создавая свободное пространство, а концы задней стороны 5 лопаток удаляют шлам из патрубка 1, снижая риски закупоривания патрубка 1 в режиме выхода парогазовой смеси и отводя содержимое от патрубка. После этого ротационная печь возвращается в исходный режим работы, а режущие элементы 7 лопаток за счет созданного пространства перед торцевым дном камеры продолжают захват и перемещение шлама по внутренней полости. Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности вывода шлама из камеры пиролиза ротационной печи торцевым дном камеры пиролиза ротационной печи, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики торцевого дна камеры пиролиза ротационной печи.