Вращающая печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера
ROTARY FURNACE FOR SLUDGE BURNING FOR MAKING CEMENT CLINKER

Изобретение относится к технике обжига цементного шлама для приготовления цементного клинкера и может быть использовано в цементной промышленности.
Известна вращающаяся печь для обжига сыпучего материала (а.с. №1322051, кл. F27В 7/16, 07.01.86), содержащая теплообменные устройства и винтовую вставку, размещенные в рабочем пространстве печи и снабженные винтообразным кольцом и кронштейнами, плоскость которых направлена вдоль образующей печи, причем с одной стороны кронштейна закреплена винтовая вставка, а с другой - винтообразное кольцо, причем винтообразное кольцо закреплено под углом к радиальному направлению печи и винтовая вставка закреплена перед теплообменными устройствами по ходу движения газов.
Недостатком известного устройства является недостаточная интенсивность теплообмена и ограниченные технологические возможности.
Известна печь вращающаяся для обжига шлама для приготовления цементного клинкера (патент РФ №2476795, кл. F27B 7/16, опубл. 27.02.2013. Бюл. №6), содержащая установленный горизонтально и смонтированный из секций корпус, опирающийся через бандажи на опорные ролики, двойной привод, состоящий из двух электродвигателей и двух редукторов, двух подвенцовых шестерен, одного венцового колеса, питательную трубу для подачи шлама для приготовления цементного клинкера, головку для подачи в печь топлива и воздуха, цепной фильтр-подогреватель, теплообменники, колосниково-переталкивающий холодильник, установку для водяного охлаждения и центральную систему смазки.
Недостатком известного устройства является недостаточная интенсивность теплообмена и ограниченные технологические возможности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вращающаяся печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера (патент РФ №2561571, кл. F27B 7/14, опубл. 27.08.2015, бюл. №24), содержащая установленный горизонтально и смонтированный из секций корпус, опирающийся через бандажи на опорные ролики, двойной привод, состоящий из двух электродвигателей и двух редукторов, двух подвенцовых шестерен, одного венцового колеса, питательную трубу для подачи шлама для приготовления цементного клинкера, головку для подачи в печь топлива и воздуха, цепной фильтр-подогреватель, теплообменники, колосниково-переталкивающий холодильник, установку для водяного охлаждения и центральную систему смазки, в которой корпус смонтирован из секций, изготовленных разными по форме и последовательно соединенных с образованием винтовых поверхностей, с увеличением размеров секций от загрузки к выгрузке, при этом первая секция выполнена из двух подсекций, одна из которых смонтирована из двух больших разносторонних треугольников, соединенных с боковыми сторонами большой равносторонней трапеции, а вторая подсекция смонтирована из малой равносторонней трапеции, к боковым сторонам которой присоединены два малых разносторонних треугольника, которые с треугольниками первой подсекции соединены равными сторонами, причем верхние основания трапеций двух подсекций равны друг другу и со сторонами треугольников первой подсекции образуют малое квадратное входное отверстие секции, а нижние основания трапеций равны друг другу и со сторонами треугольников второй подсекции образуют большое квадратное выходного отверстия секции, к которому присоединена вторая секция, стороны которой образованы сечением куба по диагонали и прямоугольными треугольниками.
Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей и увеличение интенсивности теплообмена.
Техническое результат достигается тем, что во вращающейся печи для обжига шлама при приготовлении цементного клинкера, содержащей установленный горизонтально и смонтированный из секций корпус, опирающийся через бандажи на опорные ролики, двойной привод, состоящий из двух электродвигателей и двух редукторов, двух подвенцовых шестерен, одного венцового колеса, питательную трубу для подачи шлама для приготовления цементного клинкера, головку для подачи в печь топлива и воздуха, цепной фильтр-подогреватель, теплообменники, колосниково-переталкивающий холодильник, установку для водяного охлаждения и центральную систему смазки, корпус выполнен с образованием многогранной внутренней и наружной поверхности из секций, каждая из которых повернута относительно предыдущей на 90° и смонтирован в направлении от загрузки к выгрузке с увеличением размеров площади проходного сечения относительно предыдущей секции и состоит из двух подсекций, первая из которых смонтирована из большой равнобокой - правильной трапеции, соединенной своими боковыми сторонами под углом 90° с большими боковыми сторонами двух больших разносторонних треугольников, основания которых равны верхнему основанию большой равнобокой - правильной трапеции, а вторая подсекция смонтирована из малой равнобокой - правильной трапеции, соединенной своими боковыми сторонами с меньшими сторонами двух малых разносторонних треугольников, основания которых равны малым сторонам больших разносторонних треугольников первой подсекции и соединены с ними, при этом верхние основания равнобоких - правильных большой и малой трапеций двух подсекций равны друг другу и основаниям больших разносторонних треугольников первой подсекции и соединены с образованием малого входного отверстия секции, а нижние основания равнобоких - правильных трапеций двух подсекций равны друг другу и большим боковым сторонам малых разносторонних треугольников второй подсекции и соединены с большими боковыми сторонам малых разносторонних треугольников второй подсекции с образованием большого выходного отверстия секции, при этом по периметру корпуса образуются прерывистые ломаные винтовые линии с шагом, увеличивающимся по длине корпуса от загрузки к выгрузке,
По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции вращающейся печи для обжига шлама при приготовления цементного клинкера.
Новизна состоит в том, что при вращении корпуса, массы частицы шлама поднимаются на определенную высоту по ходу вращения и затем бросаются стенками корпуса навстречу друг другу, а так как направление винтовых поверхностей корпуса совпадает с направлением вращения корпуса, то направление движения частиц шлама изменятся в сторону выгрузки
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление поверхности корпуса по периметру позволяет обеспечить не только осевое перемещение частиц шлама при горизонтальном расположении оси вращения корпуса, упростить привод и повысить эксплуатационный срок службы, но и повысить интенсивность технологического процесса за счет увеличения смешиваемости из-за наличия на поверхности корпуса прерывистых ломаных винтовых линий с переменным по длине корпуса шагом, увеличивающимся по мере увеличения проходного сечения от загрузки к выгрузке, что нарушает стационарность движения частиц шлама, повышает производительность обработки и расширяет технологические возможности.
Кроме того, новизна обусловлена тем, что элементы, из которых собраны секции корпуса, разные по площади, по размерам и конфигурации, поэтому интенсивность смешивания возрастает, так как эти элементы, работая как полки, захватывают разные по объему порции частиц шлама направляют их навстречу друг другу, нарушая, таким образом, стационарность движения их потоков в корпусе.
Новизна усматривается в том, что площадь и форма поперечного сечения по длине корпуса увеличиваются от загрузки к выгрузке, что интенсифицирует процесс смешивания, так как нарушается стационарность движения потоков инертных материалов, цемента, изменяется амплитуда колебаний по мере их движения от загрузки к выгрузке.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что расширяются технологические возможности за счет придания частицам шлама сложного пространственного движения и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях, возбуждаемых за счет геометрии корпуса при ассиметричном движении масс частиц шлама в результате нарушения стационарности движения их потоков геометрической формой корпуса, их взаимным расположением относительно друг друга и к оси вращения.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление поверхности корпуса по периметру позволяет обеспечить не только осевое перемещение компонентов бетонных смесей в корпусе при горизонтальном расположении оси вращения корпуса, упростить привод и повысить эксплуатационный срок службы, но и повысить интенсивность обжига шлама за счет увеличения смешиваемости из-за наличия на поверхности корпуса прерывистых ломаных винтовых линий с шагом, увеличивающимся по длине корпуса от загрузки к выгрузке, что нарушает стационарность движения потоков частиц шлама и повышает производительность.
Новизна заключается также в том, что центры симметрии внутренней поверхности корпуса в каждом его элементе поперечного сечения по его длине смещены относительно оси вращения корпуса, что нарушает стационарность движения частиц шлама и расширяет технологические возможности.
Новизна усматривается в том, что шаг прерывистых ломаных винтовых линий с переменным по длине корпуса шагом, увеличивающимся по мере увеличения проходного сечения от загрузки к выгрузке, что не только обеспечивает осевое перемещение частиц шлама, но и увеличивает дебаланс корпуса.
Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что за счет увеличения проходного сечения корпуса от загрузки к выгрузке, т.е. за счет условно конической формы корпуса, нарушается стационарность движения, повышается производительность и эффективность теплообмена, расширяются технологические возможности.
Новизна усматривается в том, что элементы, из которых собраны секции и подсекции корпуса, разные по форме и размерам, поэтому нарушается стационарность движения, повышается производительность и эффективность теплообмена, так как эти элементы, работая как полки, захватывают разные по объему порции шлама, направляя их к стенкам корпуса, что расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что центры симметрии каждого поперечного сечения корпуса по его длине смещены относительно не только друг друга, но и относительно оси вращения корпуса, что обеспечивает значительное увеличение энергоемкости, интенсивности и частоты взаимодействия частиц шлама и расширяет технологические возможности.
Новизна обусловлена также тем, что элементы, из которых собраны секции корпуса разные по площади, размерам и конфигурации, взаимодействуют с движущимися частицами шлама, направлены друг к другу под некоторыми углами и поэтому направляют эти частицы под разными углами, что увеличивает их смешиваемость, энергоемкость, амплитуду и частоты взаимодействия частиц и расширяет технологические возможности.
Новизна заключается также в том, что по длине корпуса изменяются не только размеры проходного сечения, но и форма проходного сечения, которые увеличиваются от загрузки к выгрузке, за счет чего интенсифицируется процесс смешивания, увеличивается амплитуда колебаний частиц шлама, т.е. увеличивается длина пути их движения до встречи с другими порциями частиц шлама, увеличивается теплообмен и расширяются технологические возможности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид вращающейся печи для обжига шлама при приготовлении цементного клинкера; на фиг. 2 - корпус, общий вид, вид спереди; фиг. 3 - корпус, вид сверху фиг. 2; фиг. 4 - корпус, вид А на фиг. 2; фиг. 5 - секция в сборе, аксонометрическая проекция; фиг. 6 - первая подсекция секции в сборе, аксонометрическая проекция; на фиг. 7 - вторая подсекция секции корпуса, аксонометрическая проекция; на фиг. 8 - схема расположения осей секций корпуса, вид спереди; на фиг. 9 - схема расположения осей секций корпуса, вид сверху на фиг. 8; на фиг. 10 - схема расположения осей секций корпуса, вид сбоку по стрелке Б на фиг. 9.
Вращающаяся печь для обжига шлама для приготовления цементного клинкера (фиг. 1) состоит из корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на опорные ролики 3. Корпус 1 смонтирован горизонтально и вращается, обеспечивая процесс движения в нем частиц шлама для приготовления цементного клинкера. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4, двух редукторов 5, одного венцового колеса 6 и двух подвенцовых шестерен 7. Вращающаяся печь снабжена с одной стороны питательной трубой 8 для подачи шлама для приготовления цементного клинкера в корпус 1, а с противоположной стороны головкой 9 для подачи топлива и воздуха. Со стороны головки 9 в печь подается топливо и воздух. В результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи к холодному навстречу движущимся частицам шлама. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи, в холодном ее конце, размещается фильтр-подогреватель 10, создана цепная завеса 11 и установлены теплообменники 12. Пыль, улавливаемая в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него, при помощи периферийного загружателя 13, направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. Для охлаждения частиц готового цементного клинкера печь снабжена колосниково-переталкивающим холодильником 14. Корпус 1 оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной системой смазки 16.
Корпус 1 выполнен с многоугольным проходным сечением, увеличивающимся по длине корпуса 1 от загрузки к выгрузке, и смонтирован из секций 17 (фиг. 3, фиг. 4).
1
2
При монтаже корпуса 1 каждая секция 17 относительно предыдущей повернута на 90°. В результате образуются на поверхности корпуса 1 прерывистые ломаные винтовые линии 18-19-20, 21-22-23 и т.д. с увеличивающимся от загрузки шагом винтовых линий (S, S, и т.д.).
Каждая секция 13 корпуса 1 (фиг. 2, фиг. 3) в направлении от загрузки к выгрузке выполнена с увеличенными, относительно предыдущей секции, размерами площади ее проходного сечения и смонтирована из двух подсекций 24 и 25, соединенных друг с другом равными сторонами 26 и 27.
Первая подсекция 24 (фиг. 6) смонтирована из большой равнобокой (правильной) трапеции 28, соединенной своими боковыми сторонами под углом 90° с большими боковыми сторонами двух больших разносторонних треугольников 29 и 30. Основания 31 и 32 треугольников 29 и 30 равны верхнему основанию 33 равнобокой (правильной) трапеции 28 с нижним основанием 34.
Вторая подсекция 25 (фиг. 7) смонтирована из малой равнобокой (правильной) трапеции 35, соединенной своими боковыми сторонами с меньшими сторонами двух малых разносторонних треугольников 36 и 37. Основания 38 и 39 треугольников 36 и 37 подсекции 25, по которым она присоединяется к подсекции 24, равны малым сторонами 26 и 27 треугольников 29 и 30 первой подсекции 24, а большие боковые стороны 40 и 41 равны нижнему основанию 42 малой равнобокой (правильной) трапеции 35 и нижнему основанию 34 большой равнобокой (правильной) трапеции 28 (фиг. 6) с образованием большого входного отверстия секции 17.
Верхнее основание 43 малой равнобокой (правильной) трапеции 35 подсекции 25 равно верхнему основанию 33 большой равнобокой (правильной) трапеции 28 и основаниям 31 и 32 треугольников 29 и 30 подсекции 24 с образованием малого входного отверстия секции 17.
При монтаже корпуса 1 и повороте секции 17 по часовой стрелке образуется корпус 1 с правым направлением прерывистых винтовых линий и правым направлением движения частиц шлама (фиг. 8-10) (направление их движения показано стрелками параллельно оси симметрии секции).
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
1
2
Оси секции, в том числе ось i-i первой секции (фиг. 8-10), к которой присоединена вторая секция с осью i-i, затем присоединена третья секция с осью i-i, потом присоединена четвертая секция с осью i-i, затем присоединена пятая секция с осью i-i, шестая секция i-i и так далее относительно оси вращения O-O корпуса 1, являются скрещивающимися прямыми и они не пересекаются друг с другом.
Предлагаемая вращающаяся печь для обжига шлама при приготовлении цементного клинкера работает следующим образом. Корпус 1, смонтированный горизонтально, вращается. Шлам для обжига при приготовлении цементного клинкера подается в питательную трубу 8 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся у холодного конца печи (корпуса 1). Со стороны головки 9 в печь (корпус 1) подается топливо и воздух. В результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи (корпуса 1) к холодному, навстречу движущимся частицам шлама для приготовления цементного клинкера. Частицы шлама для приготовления цементного клинкера, находясь внутри вращающегося корпуса 1, смонтированный из секций, каждая из которых повернута относительно предыдущей на 90° в виде смонтированных под разными углами боковыми стенками разные по площади и конфигурации, увлекаясь его винтовыми поверхностями, поднимаются вверх и, поднявшись по направлению вращения корпуса 1 несколько выше угла своего естественного откоса, скатываются лавинообразно вниз и совершают движение с большей скоростью, причем эта скорость с увеличением шага винтовых линий по длине корпуса 1 увеличивается. Так как корпус 1 по периметру снабжен прерывистами ломанными винтовыми линиями многозаходной винтовой поверхности, то обеспечивается движение частиц обжигаемого шлама для приготовления цементного клинкера внутри корпуса 1 и перемещение их от загрузки к выгрузке при горизонтальном расположении корпуса 1. При этом за счет увеличения проходного сечения корпуса от загрузки к выгрузке, т.е. за счет условно конической формы корпуса, нарушается стационарность движения, повышается производительность и эффективность теплообмена, расширяются технологические возможности. Фильтр-подогреватель 9 улучшает теплопередачу и обеспыливает газы. Пыль, уловленная в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него, при помощи периферийного загружателя 13, направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. После обжига шлама частицы цементного клинкера охлаждаются в колосниково-переталкивающем холодильнике 14.
Технико-экономические преимущества возникают за счет увеличения проходного сечения корпуса от загрузки к выгрузке, т.е. за счет условно конической формы корпуса, что нарушает стационарность движения частиц шлама, повышает производительность и эффективность теплообмена.
1
2
Технико-экономические преимущества возникают за счет ускоренного и усложненного движения частиц шлама при горизонтальном расположении корпуса вращающейся печи и создания их встречных потоков стенками корпуса в виде различных по форме и размерам плоских фигур, расположенных под углом не только друг к другу, но и к продольной оси корпуса по ломанным винтовым поверхностям внутреннего периметра корпуса основного направления с шагом S, за счет того, что внутри, по всей длине корпуса образованы также винтовые поверхности и канавки противоположного направления с шагом S, меньшим, чем шаг основного направления, которые обеспечивают не только некоторое перемещение частиц шлама для приготовления цементного клинкера в обратном направлении, но и способствуют интенсификации осуществления взаимодействия частиц шлама друг с другом и со стенками корпуса, что позволяет не только влиять на характер движения частиц шлама и изменять направления их скорости движения, но и расширяет технологические возможности, повышает интенсивность теплообмена, упрощает эксплуатацию вращающейся печи при ее горизонтальном расположении, повышает производительность.
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
1
2
1
2
В результате, не только нарушается стационарность движения частиц шлама многоугольной формой проходного сечения корпуса 1, но и возникает дебаланс самого корпуса 1, за счет удаления осей его секций 17 i-i; i-i, i-i; i-i, i-i; i-i от оси вращения О-О корпуса 1 (фиг. 8-10), увеличивающегося по длине корпуса 1 от загрузки к выгрузке, а также их расположении относительно оси корпуса 1 и друг друга, как скрещивающихся. Этому способствуют и прерывистые ломаные линии 18-19-20; 21-22-23 и т.д., шаг которых S, S и т.д. увеличивается от загрузки к выгрузке.
1
2
Так как по длине корпуса 1 форма и размеры проходного поперечного сечения меняются, увеличивается от загрузки к выгрузке и меняется его расстояние от оси вращения O-О корпуса 1, то имеют место интенсификация процесса обжига шлама и расширение технологических возможностей.
При вращении корпуса 1 частицам шлама сообщается сложное пространственное движение с наложением колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях, возбуждаемых за счет геометрии корпуса 1 при ассиметричном движении частиц шлама и возникновения дебаланса, в результате нарушения стационарности их движения геометрической формой секций, их взаимным расположением относительно друг к другу и к оси вращения. При этом центры симметрии внутренней поверхности корпуса 1, в каждом его элементе поперечного сечения по его длине смещены относительно оси вращения корпуса 1 и расположены под углами друг к другу, что нарушает стационарность движения частиц шлама. Благодаря одновременному воздействию сложно-пространственного движения частиц шлама и низкочастотным их колебаниям, повышаются их смешиваемость, их интенсивность взаимодействия между собой и со стенками корпуса 1. При вращении корпуса 1 частицы шлама поднимаются на определенную высоту по ходу вращения и бросаются стенками корпуса 1 навстречу друг другу.
Технико-экономические преимущества возникают за счет придания частицам шлама сложного пространственного зигзагообразного движения и одновременного воздействия на них колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях, что повышает интенсивность смешивания, увеличивает энергоемкость взаимодействия частиц шлама между собой, со стенками корпуса 1 и расширяет технологические возможности. Так как по длине корпуса 1 размеры поперечного сечения, форма и расположение, центр симметрии меняются, то усугубляется нарушаемость движения частиц шлама, т.е. имеет место повышение интенсивности взаимодействия частиц шлама, расширение технологических возможностей.
Технико-экономические преимущества возникают за счет увеличения проходного сечения корпуса от загрузки к выгрузке, т.е. за счет условно конической формы корпуса, что нарушает стационарность движения частиц шлама, повышает производительность и эффективность теплообмена.
1
2
Технико-экономические преимущества возникают за счет ускоренного и усложненного движения частиц шлама при горизонтальном расположении корпуса вращающейся печи для обжига шлама при приготовлении цементного клинкера и создания их встречных потоков стенками корпуса в виде различных по форме и размерам плоских фигур, расположенных под углом не только друг к другу, но и к продольной оси корпуса по ломанным винтовым поверхностям внутреннего периметра корпуса основного направления с шагом S, за счет того, что внутри, по всей длине корпуса образованы также винтовые поверхности и канавки противоположного направления с шагом S, меньшим, чем шаг основного направления, которые обеспечивают не только некоторое перемещение частиц шлама при приготовлении цементного клинкера в обратном направлении, но и способствуют интенсификации осуществления взаимодействия частиц шлама друг с другом и со стенками корпуса, что позволяет не только влиять на характер движения частиц шлама при приготовлении цементного клинкера и изменять направления их скорости движения, но и расширяет технологические возможности, повышает интенсивность теплообмена, упрощает эксплуатацию вращающейся печи при ее горизонтальном расположении, повышает производительность.