ВРАЩАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА
ROTATING DEVICE FOR PROCESSING OF SOLID FUEL

Изобретение относится к устройствам для сушки, сжигания, а также переработки твёрдого топлива методом газификации - преобразования органической части твердого топлива в горючие газы.
К подобному типу устройств относят вращающиеся цилиндрические реакторы и печи, отличающиеся назначением, производительностью, способом управления процессами, а также технологическими регламентами: температурными режимами, условиями и скоростью протекания процессов.
Так, из уровня техники известна вращающаяся барабанная сушилка, имеющая наклонный цилиндрический корпус, загрузочное устройство, топки, привода, системы газоочистки и подъемно-лопастную насадку, выполненную в виде закрепленных с внутренней стороны барабана желобков (патент РФ №2306504, МПК F26В 11/06). Недостатком данной конструкции является отсутствие устройства, позволяющего регулировать выгрузку материала, что не позволяет управлять временем его нахождения в сушилке для равномерной просушки всей массы материала.
Известно устройство для сжигания и газификации твердых отходов, включающее загрузочное устройство и вращающийся цилиндрический реактор, в нижней части которого выполнено не менее двух боковых отверстий для разгрузки материала, снабженных заслонками (патент РФ 2322641, МПК F23G 5/027. опуб. 20.04.2008 г). Недостатком данной конструкции является использование принципа боковой разгрузки вращающегося реактора через боковые отверстия, отсутствие механизма защиты заслонок от заклинивания разгружаемым материалом и отсутствие способа предотвращения обвальной, неуправляемой разгрузки реактора.
При использовании принципа боковой разгрузки вращающегося реактора через боковые отверстия, выгрузка перерабатываемого материала или золы, начинается от боковых отверстий и медленно продвигается к центру поперечного сечения реактора, при этом фронт горения/газификации может искажаться, а разница температур от края к центру фронта значительно возрастать, нарушая стабильность и качественные показатели процесса. При этом в случае прекращения выгрузки по какой-либо причине через любое боковое отверстие, около этого отверстия появится мёртвая зона, которая нарушит устойчивость фронта горения/газификации, приведёт к аварийной остановке реактора.
По этой причине преимущество имеет устройство с фронтальной (торцевой) разгрузкой вращающегося устройства. Разгрузка такого устройства производится равномерно по всему поперечному сечению устройства, что особенно важно при использовании вращающихся устройств большого диаметра.
По совокупности общих признаков наиболее близким аналогом является устройство для сжигания твердых бытовых и промышленных отходов и сушки сыпучих материалов, представляющее собой цилиндрический вращающийся реактор, содержащий установленный на неподвижной опоре с возможностью вращения цилиндрический корпус. В нижней части корпуса выполнено не менее двух боковых отверстий для разгрузки материала с заслонками открывающимися нижнем положении и закрывающимися в верхнем положении относительно вертикали под действием собственного веса при вращении реактора. (патент РФ 2496071, МПК F27B, опуб. 20.10.2013).  Изобретение обеспечивает дозируемую разгрузку сыпучего материала. Управление скоростью разгрузки сыпучего материала из реактора с равномерным отбором по поперечному сечению реактора достигнуто за счет выполнения заслонок с возможностью раскрытия их в нижнем положении и закрытия в верхнем положении относительно вертикали под действием собственного веса.  В устройстве предусмотрена неподвижная дуга, которая обеспечивает принудительное закрывание заслонок в случае, если их собственного веса будет недостаточно для закрывания в верхней точке, однако отсутствует механизм принудительного открывания заслонок, если они не открывается под собственным весом, например, в случае налипания постороннего материала на заслонку или в случае отсутствия смазки и закисания подшипников в шарнирах заслонки. Указанный недостаток в конструкции прототипа не позволяет регулировать скорость выгрузки зольного остатка и сыпучих материалов разной плотности и фракции в зависимости от требуемых условий и режимов для сушки, сжигания или газификации твёрдого топлива. В случае отказа или неполного открытия одной или нескольких заслонок, отсутствие механизма принудительного открывания заслонок, приведёт к потере управления режимом выгрузки, что повлечет за собой нарушение и разбалансировку процессов сушки, сжигания или газификации твёрдого топлива.
Предлагаемое изобретение относится к устройствам с фронтальным принципом разгрузки.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в реализации возможности управления процессом выгрузки.
При решении указанной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении контроля и регулировки режимов переработки твердого топлива через заданные параметры разгрузки.  Другой технический результат, достигаемый при использовании изобретения – повышение многофункциональности устройства.
Новизна предлагаемого вращающегося устройства заключается в том, что управляемые клапаны фронтальной камеры разгрузки вращающегося устройства, могут быть гарантировано - принудительно открыты или закрыты в  необходимой  последовательности, в любой точке поперечного сечения фронтальной камеры, тем самым обеспечивая высокую точность управления и регулировки  процессов сушки, сжигания или газификации твёрдого топлива имеющего значительные различия по физико-химическим характеристикам, степени сыпучести и фракции.
Технические результаты достигаются тем, что устройство, установленное на несущей подъемной раме, содержит вращающийся, теплоизолированный, цилиндрический корпус с приводом, загрузочное устройство и камеру фронтальной (торцевой) разгрузки с шестью управляемыми клапанами разгрузки. Клапаны разгрузки, снабженные упорами, принудительно открываются и закрываются управляющими выдвижными штоками, тем самым обеспечивая контроль и плавную регулировку режимов переработки топлива через заданные параметры разгрузки. Камера имеет внутренние ограничительные пластины. Штоки оборудованы гидротолкателями. Несущая подъемная рама выполнена с возможностью изменения угла наклона вращающегося корпуса относительно горизонта.  Устройство, благодаря предложенной конструкции, обеспечивает возможностью поочередного или выборочного открывания-закрывания клапанов в случае нестандартной работы вращающегося устройства или преодоления аварийной ситуации. Устройство может оперативно реагировать на команды автоматики, контролирующей скорости течения процессов через температурные датчики, влагомеры, расходомеры и газоанализаторы. Многофункциональность устройства реализована возможностью переходить на другой вид перерабатываемого топлива без остановок и технических перерывов на перенастройку работающего в непрерывном режиме устройства, в процессе работы  увеличивать или  уменьшать скорость выгрузки, выгружать периодически,  непрерывно или  прекращать выгрузку полностью, тем самым сохраняя тепловой баланс, обеспечивая контроль, регулировку, безопасность и беспрепятственное течение процессов происходящих в реакторе с разной скоростью.  Реализована возможность регулировки скорости вращения устройства и изменения угла наклона цилиндрического корпуса устройства в пределах от 10 до 70 градусов относительно горизонта, что в совокупности дает возможность применять вращающееся устройство в самых разных режимах и условиях работы с гарантированным выполнением заданных параметров и поставленных задач, при сохранении конструкции основных узлов и деталей неизменными.
Изобретение поясняется иллюстрирующими материалами.
На фиг. 1 представлен общий вид вращающегося устройства с фронтальным механизмом разгрузки;
на фиг. 2 – вид сбоку камеры разгрузки (вид А) и вид сектора разгрузки Р (вид Б);
на фиг. 3 – показан схематичный вид сектора разгрузки при вращении;
на фиг. 4 – вид заслонки с упором и в разрезе (вид В-В)
Устройство для переработки твердого топлива представляет собой реактор, содержащей неподвижную опору с несущей подъёмной рамой, выполненной с возможностью изменения угла наклона и установленный на опоре теплоизолированный цилиндрический корпус 1.  Корпус установлен с возможностью вращения, а также изменения угла наклона относительно горизонта при помощи подъёмной рамы (фиг.1).
В нижней части корпуса 1   выполнено не менее двух отверстий для разгрузки материала.  В отличие от ближайшего аналога, устройство снабжено регулируемым механизмом разгрузки, который выполнен в нижней части вращающегося корпуса 1 в виде камеры фронтальной (торцевой) разгрузки 4 со съёмной клапанной крышкой 5, оборудованной шестью управляемыми клапанами разгрузки 6 с таким же количеством упоров 8 и двумя управляющими выдвижными штоками: штоком 7 в нижней точке сектора разгрузки Р и штоком 3 – в верхней точке сектора разгрузки Р.
Шесть клапанов фронтальной разгрузки 6 обеспечивают предотвращение искажения фронта горения/газификации и образования мёртвых зон в том числе в случае прекращения разгрузки через один, два или три клапана разгрузки. Суммарная площадь шести управляемых клапанов разгрузки, составляет не менее половины площади клапанной крышки.
Управляющие штоки 3 и 7 оборудованы гидротолкателями.  Гидротолкатели штоков 3 и 7 могут получать команды на выдвижение или втягивание от автоматики или от оператора в режиме ручного управления, что позволяет создавать режим поочередного или выборочного открывания-закрывания клапанов для обеспечения нестандартной работы вращающегося устройства или преодоления аварийной ситуации.
Камера фронтальной разгрузки 4 имеет внутренние ограничительные пластины 2, которые не препятствуют, но частично ограничивают свободное прохождение выгружаемого переработанного топлива.  Размеры, форма, угол установки и количество ограничительных пластин 2, может меняться в зависимости от физических свойств выгружаемого материала.
Камера фронтальной разгрузки 4, и клапанная крышка 5 могут быть сменными, иметь разные линейные размеры, объём и производительность в зависимости от производительности и размеров вращающегося устройства.
Камера фронтальной разгрузки 4, имеет вентиляционные отверстия небольшого диаметра, равномерно распределенные по всей боковой поверхности камеры для ускоренного воздухообмена и охлаждения выгружаемого материала.
Устройство работает следующим образом.
Во время вращения устройства по часовой стрелке, клапаны разгрузки 6 поочередно или выборочно, принудительно открываются управляющим штоком 7 в предварительно установленной точке сектора разгрузке Р и принудительно закрываются другим управляющим штоком 3 в верхней точке сектора разгрузки Р, при этом точка открытия клапана, соответственно начало разгрузки, время разгрузки и объем выгрузки, регулируются перемещением и фиксацией управляющего штока 7 по всему сектору разгрузки Р. В соответствии с конкретным заданием по команде автоматики управляющий шток 7 выдвигается гидротолкателем движущимся навстречу упорам 8 клапанов 6.  Упоры 8 передают усилие от воздействия неподвижного штока на клапаны, обеспечивая их поочередное открытие для начала разгрузки. В случае, если шток 7 не выдвигается навстречу упорам 8 клапанов 6, разгрузка не происходит.
Управляющий шток 3, оборудованный гидротолкателем, находящийся в верхней точке сектора разгрузки Р в выдвинутом положении, поочередно закрывает клапана и прекращает разгрузку. В случае, если шток 3 не выдвинется навстречу упорам клапанов, клапаны не будут закрыты, и выгрузка не прекратится. Положение управляющего штока 3 находящегося в верхней точке сектора разгрузки и работающего на закрытие клапанов, остается неизменным.
Ограничительные пластины 2 предотвращают обвальную разгрузку и полностью перекрывают разгрузку в верхней точке сектора разгрузки Р, таким образом исключая присутствие разгружаемого материала на пути движения закрывающегося клапана, чем обеспечивается его беспрепятственное закрытие.
Таким образом, камера фронтальной (торцевой) разгрузки, оборудованная управляемыми клапанами 6 и выдвигающимися управляющими штоками 3 и 7, осуществляет принудительное открывание и закрывание клапанов 6 для обеспечения равномерной разгрузки устройства в любом заданном режиме. Упоры 8, которыми оснащены клапаны разгрузки 6 передают усилие от управляющих штоков 3 и 7 на клапаны как при открывании, так и при закрывании клапанов. Время работы клапанов на выгрузку от точки открывания до точки закрывания, регулируется   перемещением и фиксацией управляющих штоков 7 в нужной точке фронтальной плоскости камеры разгрузки. Управляющие штоки 3, 7 обеспечивают стабильное управление клапанами разгрузки и, соответственно, заданные параметры разгрузки при любой допустимой скорости вращения устройства и при наклоне вращающегося устройства в пределах от 10 до 70 градусов относительно горизонта. А внутренние ограничительные пластины 2 камеры, ограничивающие свободное прохождение выгружаемого сыпучего материала, обеспечивают беспрепятственное закрытие клапана и защиту от заклинивания, тем самым создавая условия для надежной, бесперебойной работы вращающегося устройства в целом.