ПЕЧЬ ДЛЯ ВСПЕНИВАНИЯ ГРАНУЛ
FURNACE FOR FOAMING GRANULES

Предложенное решение относится к производству вспененных гранул, которые могут быть использованы при буровых работах, в строительной, лакокрасочной и других отраслях промышленности.
Известна вращающаяся печь, разделенная на две температурные зоны (патент на изобретение РФ №2291126, МПК С03С 11/00, 2007 г.), в которой гранулят-сырец загружается в печь вместе с разделяющей средой (мел или цемент в смеси с речным кварцевым песком) и нагревается. Температура в первой половине печи по ходу гранул составляет 750-900°C, а во второй половине печи - 580-300°C. Соответствующие температурные режимы обеспечиваются внешним электрообогревом вращающегося барабана. Недостатком данного решения являются необходимость применения разделяющей среды, что приводит к дополнительным трудовым и временным затратам на удаление разделяющей среды, а также к снижению качества готового продукта за счет неполного удаления разделяющей среды.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вращающаяся печь вспенивания (патент на изобретение РФ №2162825, МПК С03С 11/00, 2001 г.), в которой гранулят-сырец загружается в печь вместе с разделяющей средой (немолотый речной кварцевый песок) и нагревается горячим газом, поступающим ей навстречу из горелки, способной работать как на газе, так и на мазуте. Кварцевый песок предохраняет гранулы от слипания друг с другом и с футеровкой печи. Недостатком данного решения являются необходимость применения разделяющей среды, что приводит к дополнительным трудовым и временным затратам на удаление разделяющей среды, а также к снижению качества готового продукта за счет неполного удаления разделяющей среды.
Технический результат предложенного решения заключается в упрощении процесса получения вспененных гранул, снижении его стоимости, повышении эффективности процесса и качества готового продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в печи для вспенивания гранул, содержащей горелку и устройство ввода гранулята-сырца, печь установлена вертикально и функционально разделена по вертикали на зону предварительного нагрева гранулята-сырца во взвешенном состоянии, зону вспенивания во взвешенном состоянии и зону охлаждения вспененных гранул во взвешенном состоянии, горелка установлена в нижней части печи, а устройство ввода гранулята-сырца размещено с возможностью подачи гранулята-сырца в зону предварительного нагрева печи. Термообработка гранул во взвешенном слое позволяет исключить из процесса разделяющую среду, предотвращающую слипание гранул, и, тем самым, упростить процесс получения вспененных гранул, снизить его стоимость, повысить эффективности процесса и качества готового продукта. Функциональное выделение в печи зоны предварительного нагрева, зоны вспенивания и зоны охлаждения вспененных гранул во взвешенном состоянии позволяет повысить качество и выход готового продукта, т.к. эти зоны различаются конструктивными элементами, температурным воздействием, плотностью и режимами движения потоков, без учета особенностей которых невозможно обеспечить получения готового продукта. Конструктивно зона охлаждения может отличаться от зоны вспенивания расширением поперечного сечения печи, наличием окон в стенках печи или устройств, размещенных внутри печи, обеспечивающих подачу охлаждающего агента или изменения режимов движения потоков.
Зона вспенивания конструктивно отличается от зоны предварительного нагрева наличием на стенках печи системы охлаждения, что повышает качество и выход готового продукта, т.к. предотвращает налипание гранул на стенки печи. В зоне предварительного нагрева (температура не превышает 550°C) охлаждение стенок печи не имеет смысла (гранулы еще не начали оплавляться, и поэтому налипание на стенки отсутствует), а приведет лишь к снижению эффективности процесса.
Размещение в зоне охлаждения вспененных гранул устройства для ввода охлаждающего воздуха, установленного с возможностью его регулирования по высоте, позволяет повысить качество и выход готового продукта за счет управления режимами охлаждения и движения потоков. Устройство для ввода охлаждающего воздуха может быть выполнено в виде вертикальной (например, телескопической) трубы, размещенной внутри зоны охлаждения, и/или в виде окон, снабженных перемещаемыми (вертикально или горизонтально) заслонками, в стенке печи.
На чертеже схематично изображена вертикальная печь для вспенивания гранул во взвешенном состоянии, которая функционально разделена по вертикали на зону предварительного нагрева 1 гранулята-сырца во взвешенном состоянии, зону вспенивания 2 во взвешенном состоянии и зону охлаждения вспененных гранул 3 во взвешенном состоянии. В зоне предварительного нагрева 1 печи установлены горелка 4 и устройство ввода гранулята-сырца 5. Стенки печи в зоне вспенивания 2 снабжены системой охлаждения 6 в виде «рубашки» с охлаждающей средой. А в зоне охлаждения 3 размещено устройство для ввода охлаждающего воздуха, которое может быть выполнено в виде вертикальной трубы 7, выполненной с возможностью перемещения по высоте, и/или в виде окон 8 в стенке печи, снабженных вертикально перемещаемыми заслонками 9.
Печь работает следующим образом.
Гранулят-сырец, изготовленный, например, из стеклобоя и порообразователя - смеси доломита с мелом (до 4% от массы стекла), смешанных с водным раствором растворимого стекла, подается в зоне предварительного нагрева 1 печи с помощью устройства ввода 5. Направление подачи гранулята-сырца относительно направления движения дымовых газов от горелки 4 может быть в зависимости от технологических требований различным (спутным, поперечным и пр.). Однако при необходимости увеличения времени пребывания в зоне предварительного нагрева 1 более тяжелых частиц гранулята-сырца (и, соответственно, снижения времени пребывания в зоне предварительного нагрева 1 легких частиц) используется подача гранулята-сырца сверху вниз навстречу (в противотоке) поднимающимся от горелки 4 дымовым газам, что повышает качество и выход вспененных гранул.
Температура в зоне предварительного нагрева 1 печи не превышает 550°C, что исключает налипание гранул на стенки печи в зоне предварительного нагрева 1.
2
Из зоны предварительного нагрева 1 гранулят-сырец перемещается в зону вспенивания 2, где температура составляет 750-900°C. Налипание гранул на стенки печи в зоне вспенивания 2 предотвращает система охлаждения 6. В зоне вспенивания 2 гранулы нагреваются до температуры пиропластического размягчения стекла и выделения из порообразователя газа CO. При этом происходит вспенивание гранул, которые в результате значительно увеличиваются в объеме и перемещаются в зону охлаждения 3 печи, где температура составляет 580-300°C.
Размещенные в зоне охлаждения 3 устройства для ввода охлаждающего воздуха (вертикальная труба 7, установленная с возможностью перемещения по высоте, и окна 8 в стенке печи, снабженные перемещаемыми заслонками 9) позволяют управлять режимами охлаждения и движения потоков.
Вместо стеклобоя, не отличающего постоянством химического состава, что влияет на качество готового продукта, в качестве исходного сырья для изготовления гранулята-сырца можно использовать другие дешевые и недефицитные компоненты шихты, например диатомит, трепел, опока и другие природные материалы. Такая замена стеклобоя (например, на диатомит и кальцинированную соду) позволяет, помимо вышеуказанного, исключить отдельный процесс варки стекла, совместив его с нагревом и вспениванием гранул в печи предложенной конструкции.