Ротационная установка для термообработки и сушки дисперсных и кусковых материалов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РОТАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ И СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ И КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(72) Авторы Ровин Леонид Ефимович Валицкая Ольга Михайловна Ровин Сергей Леонидович(73) Патентообладатель УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(57) 1. Ротационная установка для термообработки и сушки дисперсных и кусковых материалов, содержащая выполненную с возможностью вращения камеру в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями, имеющую входное и выходное отверстия для прохождения теплоносителя внутри камеры, выполненные соосно с противоположных оснований секций устройство, направляющее входящий теплоноситель под углом к оси камеры и дробящим его на струи, и устройство для снижения уноса пыли и наиболее легких частиц материала, отличающаяся тем, что камера снабжена устройством для прохода через него части теплоносителя, продольная ось которого совпадает с продольной осью камеры. 2. Ротационная установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для прохода через него части теплоносителя выполнено в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями. 3. Ротационная установка по п. 1 или п. 2, отличающаяся тем, что устройство для прохода через него части теплоносителя выполнено с возможностью вращения./ Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. - М. МИСИС, 2001. -736 с. (С. 91, 467). 2. Патент на полезную модель 1424 от 1.03.04. МПК 27 В 7/00, 2004 (прототип). Полезная модель относится к областям металлургии и литейного производства, а более конкретно к конструкции печей для различной термообработки и сушки полидисперсных и кусковых материалов и может найти применение также в химической промышленности и промышленности строительных материалов, например для сушки полидисперсных строительных материалов. Известна установка 1, применяемая для термообработки материалов, имеющая входное и выходное отверстия для прохождения теплоносителя внутри камеры. Входное и выходное отверстия соединены с устройством для прохода через него теплоносителя, представляющим собой корпус в форме прямой или изогнутой трубы, установленный в центре камеры (так называемая радиационная труба). В процессе термообработки труба играет роль теплоотдающей поверхности. Проход теплоносителя может осуществляться непрерывно, на любых стадиях работы печи, что не требует предварительного прогрева печи для выхода на рабочий режим, уменьшает время технологического цикла и энергозатраты. Однако при термообработке полидисперсных материалов термический к.п.д. таких установок очень низкий не более 7-8 . Причина заключается в том, что камера таких печей не имеет возможности вращаться, а весь теплоноситель отделен от нагреваемого материала. Нагреваемый полидисперсный или кусковой материал в виде неподвижного пористого слоя находится на поду камеры, не происходит контактного взаимодействия между потоком теплоносителя и частицами полидисперсного материала, а следовательно,и не происходит интенсивного конвективного теплообмена. Устройство для прохода теплоносителя в форме трубы имеет малую теплоотдающую поверхность. Нагрев неподвижного пористого слоя осуществляется за счет передачи тепла с его поверхности внутрь теплопроводностью. Такой процесс теплопередачи, для пористых тел имеет крайне низкую интенсивность. Данные установки нерационально использовать для термообработки и сушки дисперсных и кусковых материалов. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка 2, конструкция камеры которой выполнена с возможностью вращения и состоит из двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями. Камера имеет входное и выходное отверстия, выполненные соосно, с противоположных оснований секций, для прохождения теплоносителя внутри нее, имеет устройство для направления теплоносителя под углом к оси камеры и разделения его на струи и устройство для снижения уноса пыли. В данной установке камера одновременно является устройством и для пропускания теплоносителя и для термообработки полидисперсного материала. Теплоноситель получает поступательное и вращательное движение. Вращательная скорость теплоносителя достаточна для дробления слоя материала на комки произвольных размеров. Материал, в результате действия динамического напора потока теплоносителя,сил тяжести, сил адгезии, непрерывно разрушается на комки, которые получают сложное движение внутри камеры. Тепловая обработка происходит за счет конвективного теплообмена между материалом и теплоносителем при интенсивном дроблении комков и перемешивании частиц материала. Термический к.п.д. такой установки достигает 50-60 . Кроме того, на выходе из ротационной установки поток теплоносителя создает центробежную силу, благодаря которой частицы материала, в том числе мелкие фракции, прижимаются к внутренней поверхности камеры, отделяясь от выходного потока теплоносителя, и не уносятся из камеры. Отсепарированный от взвешенных частиц материала теплоноситель отводится из камеры через устройство для снижения пылеуноса. Однако в такой установке теплоноситель разбивает материал на комки различных размеров, в т.ч. и крупные по 2 24282006.02.28 верхность камеры, внутри которой пропускают теплоноситель, не является теплоотдающей поверхностью по отношению к обрабатываемому материалу, а, наоборот, через нее теряется часть тепла в окружающее пространство соприкосновение частиц с поверхностью камеры не разрыхляет материал и не улучшает теплообмен проход теплоносителя внутри камеры при загрузке и разгрузке ее невозможен из-за уноса частиц из камеры потоком теплоносителя через загрузочное (разгрузочное) отверстие и, следовательно, требуется дополнительное время и расход тепла на разогрев камеры, что снижает общую эффективность термообработки материала. Причина заключается в том, что в камере ротационной установки не предусмотрено устройство для прохода через него части теплоносителя, и отделяющее его от непосредственного контакта с нагреваемым материалом и весь теплоноситель контактирует с обрабатываемым материалом. Это не позволяет добиться максимальной эффективности процесса. Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении термического к.п.д. и интенсификации термообработки. Поставленная задача решается тем, что в известной установке, содержащей выполненную с возможностью вращения камеру в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями, имеющую входное и выходное отверстия для прохождения теплоносителя внутри камеры, выполненные соосно с противоположных оснований секций устройство, направляющее входящий теплоноситель под углом к оси камеры и дробящим его на струи, и устройство для снижения уноса пыли и наиболее легких частиц материала, согласно полезной модели, камера снабжена устройством для прохода через него части теплоносителя, продольная ось которого совпадает с продольной осью камеры. Корпус устройства для прохода через него части теплоносителя выполнен в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями, и с возможностью вращения. Отличительные конструктивные признаки заявляемой полезной модели и связи между ними позволяют ей проявлять ряд дополнительных свойств. Предлагаемое устройство для пропускания через него части теплоносителя обеспечивает проход теплоносителя в камере ротационной установки непрерывно, на любых стадиях ее работы, что не требует предварительного прогрева печи для выхода на рабочий режим. Так как продольная ось устройства совпадает с осью камеры ротационной установки, это обеспечивает равномерный теплообмен по всему объему камеры. Корпус устройства выполнен в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями, это обеспечивает, по сравнению с цилиндрической поверхностью радиационных труб, большую теплоотдающую поверхность, кроме того, падающие комки обрабатываемого материала могут касаться поверхности устройства, скользить по ней и при этом механически разрушаться. При вращении устройства предотвращается налипание комков на его поверхность, при этом комки, соскальзывая с вращающегося устройства, получают дополнительную скорость, направленную по касательной к окружности, образованной при мысленном рассечении поверхности устройства плоскостью перпендикулярной к его оси в точке касания комка поверхности устройства. Величина скорости не влияет на унос частиц из ротационной установки, т.к. она не совпадает с поступательным движением теплоносителя. Однако, воздействие вращающегося потока теплоносителя на частицы,получившие в данной ситуации дополнительное ускорение только усиливает эффект дробления комков, в том числе дробятся и крупные комки. Предлагаемая модель позволяет получить оптимальную конструкцию установки для интенсивной термообработки материала. На фигуре изображена ротационная установка. Ротационная установка состоит из камеры 1 с устройством 2 направляющим и дробящим на струи теплоноситель и с устройством 3 для уменьшения уноса пыли и частиц материала. Между входным 4 и выходным 5 отверстиями установлено устройство 6 для 3 24282006.02.28 прохода через него части теплоносителя, снабженное приводом 7 для вращения. В камере выполнено загрузочное отверстие 8 для загрузки и выгрузки обрабатываемого материала. В качестве теплоносителя используются подогретый воздух, продукты сжигания топлива,дымовые технологические газы и др. Ротационная установка работает следующим образом порцию материала загружают в камеру установки через загрузочное отверстие 8 в ней, закрывающееся, например, откидной крышкой. К входному отверстию 4 подводят теплоноситель, который разделяется на два потока - один попадает в камеру 1, проходя через устройство 2, направляющее теплоноситель под углом к продольной оси камеры и дробящее его на струи, получая при этом вращательное движение внутри камеры, и затем уходит через устройство 3 для уменьшения уноса пыли в выходное отверстие 5 второй попадает в устройство 6 для прохода части теплоносителя, проходит через него и удаляется через выходное отверстие 5. Проход теплоносителя через устройство 6 может осуществляться в любой момент эксплуатации ротационной установки. Поэтому камера перед началом цикла обработки материала, а также в период загрузки и выгрузки обрабатываемого материала находится в разогретом состоянии. Слой полидисперсного материала при вращении камеры и под действием движущегося в ней потока теплоносителя разрушается на комки, которые получают сложное движение вдоль образующих конусов и вертикально вниз, при отрыве от поверхности корпуса установки при падении комки могут соприкасаться с поверхностью вращающегося устройства 6 и механически разрушаться на мелкие части, с ускорением отскакивать от его поверхности. Тепловая обработка при этом происходит, в основном, за счет конвективного теплообмена при интенсивном дроблении комков и перемешивании частиц с теплоносителем. Фактически образуется газо-взвесь, сушка частиц в которой происходит за несколько минут. Термический к.п.д. при этом резко возрастает и стремится к 70-80 . После окончании процесса, ротационная установка останавливается, подача теплоносителя продолжается только через устройство 6, что, в свою очередь, исключает время на разогрев установки в дальнейшем. Открывается загрузочное отверстие 8 и выгружается материал. Для удобства выгрузки загрузочное отверстие должно находиться в своем нижнем положении. Отсюда следует, что для обеспечения высокой интенсивности процесса, повышения термического к.п.д. необходимо создать такие условия, при которых не требовалось бы дополнительное время на разогрев камеры установки до нужной температуры весь материал разрушался бы на мелкие части и превращался в газовзвесь. Это невозможно выполнить в известных ротационных установках, т.к. рабочая камера в момент загрузки,разгрузки порции материала остывает, потому что проход теплоносителя внутри камеры в это время невозможен из-за уноса частиц из камеры потоком теплоносителя через загрузочное (разгрузочное) отверстие. Кроме того, материал дробится под действием потока теплоносителя на комки разной величины, в т.ч. и достаточно крупные, оседающие внизу камеры ротационной установки, что ухудшает теплообмен. Теплообмен внутри крупных комков происходит теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности пористых материалов очень низкий, следовательно, теплообмен неэффективный. Для интенсификации теплообмена необходимо, чтобы весь обрабатываемый материала разрушался на мелкие комки и практически превращался в газовзвесь, а камера не остывала в течение рабочей смены. В предлагаемой полезной модели это возможно выполнить, т.к. установка снабжена устройством для прохода через него части теплоносителя, продольная ось которого совпадает с продольной осью камеры. Корпус устройства выполнен в виде двух усеченных конических секций, сопряженных большими основаниями и он может вращаться. Достаточно пропускать теплоноситель внутри вращающегося устройства в течение всей рабочей смены. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.