RU2757448C1 - Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it - Google Patents
Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757448C1 RU2757448C1 RU2020141042A RU2020141042A RU2757448C1 RU 2757448 C1 RU2757448 C1 RU 2757448C1 RU 2020141042 A RU2020141042 A RU 2020141042A RU 2020141042 A RU2020141042 A RU 2020141042A RU 2757448 C1 RU2757448 C1 RU 2757448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- gas
- permeable
- air
- flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
- F27B15/02—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B15/10—Arrangements of air or gas supply devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства полых легковесных неорганических мелкодисперсных наполнителей, а именно к производству пустотелых частиц на основе перлита, пехштейна, вермикулита и других природных и синтетических материалов, которые могут использоваться в химической, нефтеперерабатывающей, оружейной, ракетной, космической, строительной и других отраслях промышленности, в том числе и в производстве облегчающих добавок для тампонажных и буровых смесей.The invention relates to the field of production of hollow lightweight inorganic finely dispersed fillers, namely the production of hollow particles based on perlite, pechstein, vermiculite and other natural and synthetic materials that can be used in chemical, oil refining, weapons, rocket, space, construction and other industries , including in the production of lightweight additives for grouting and drilling mixes.
Известно устройство в виде электрической печи для производства полых сферических частиц с остеклованной поверхностью из обсидиана, смоляного камня, перлита и других вулканических пород путем вспучивания их при нагревании (CN 201463500U, 2009). Known device in the form of an electric furnace for the production of hollow spherical particles with a vitrified surface of obsidian, resin stone, perlite and other volcanic rocks by swelling them when heated (CN 201463500U, 2009).
Недостатками известного устройства является организация узла подачи сырья, которая приводит к неравномерному его распределению по объему печи и невозможности дезагрегации мелких (0-150 мкм) частиц, а также налипание мелких частиц на стенки активной зоны печи.The disadvantages of the known device are the organization of the raw material supply unit, which leads to its uneven distribution over the furnace volume and the impossibility of disaggregation of small (0-150 μm) particles, as well as adhesion of small particles to the walls of the furnace core.
Известна башенная печь (US 3627285 A, 1969), представляющая собой комбинированную конструкцию, образующую вытянутую по вертикали камеру прямоугольного сечения, оснащённую множеством смещенных по вертикали горелок в противоположных рядах, образующих часть противоположных стенок указанной камеры. Вспучивание сырья осуществляют путем обжига неорганического измельченного сырья.Known tower furnace (US 3627285 A, 1969), which is a combined structure that forms a vertically elongated rectangular chamber, equipped with a plurality of vertically offset burners in opposite rows, forming part of the opposite walls of the said chamber. Swelling of raw materials is carried out by firing the inorganic crushed raw materials.
Недостатком известной конструкции и реализуемого в ней способа термообработки является невозможность вспучивания мелких (0-150 мкм) частиц с получением продуктов с закрытой пористостью, поскольку обжиг сырья происходит при прямом воздействии пламени на обжигаемый материал.The disadvantage of the known design and the method of heat treatment implemented in it is the impossibility of swelling of small (0-150 μm) particles to obtain products with closed porosity, since the burning of raw materials occurs when the flame is directly exposed to the fired material.
Известен способ и устройство для производства вспученного гранулята из порошкообразного минерального материала (AT 12878 U1, 2011) Устройство включает вертикально расположенную печь с шахтой и загрузочным отверстием для подачи материала на верхнем конце шахты печи, разгрузочное отверстие на нижнем конце шахты печи, секцию вспучивания, причем эта секция проходит через несколько зон нагрева. The known method and device for the production of expanded granules from powdered mineral material (AT 12878 U1, 2011) this section goes through several heating zones.
Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является налипание частиц менее 150 мкм на стенки секции вспучивания, что приводит к периодическому падению производительности печи и необходимости остановки процесса вспучивания и очистки секции вспучивания.The disadvantage of the known method and device for its implementation is the adhesion of particles less than 150 microns on the walls of the swelling section, which leads to a periodic drop in the productivity of the furnace and the need to stop the swelling process and clean the swelling section.
Известна электрическая печь для обжига вермикулитовых концентратов (RU 190089 U1, 2018), состоящая из барабанного дозатора, рамы, электрических нагревателей, вибрационной подовой платформы на роликах, размещенных в направляющих рамы, эксцентрикового привода платформы, цилиндрических и конических пружин, противня и термокрышки.Known electric furnace for firing vermiculite concentrates (RU 190089 U1, 2018), consisting of a drum dispenser, a frame, electric heaters, a vibrating hearth platform on rollers placed in the frame guides, an eccentric drive of the platform, cylindrical and conical springs, a baking sheet and a thermal lid.
Недостатком известного устройства является невозможность вспучивания сырья с твёрдостью по шкале Мооса свыше 2 ед., а также то, что частицы соприкасаются с горизонтальной нагревательной поверхностью и неизбежно налипают на неё.The disadvantage of the known device is the impossibility of swelling of raw materials with a hardness on the Mohs scale of more than 2 units, as well as the fact that the particles come into contact with the horizontal heating surface and inevitably stick to it.
Известная печь (KR 20090123498 A, 2008), снабжённая горелками для факельного и поверхностного горения, имеющая возможность контроля длины пламени и температуры в камере обжига, причём первая факельная горелка вспучивает сырьевой материал, а последующие горелки поверхностного горения поддерживают необходимую температуру в камере обжига неорганического сырья.Famous oven (KR 20090123498 A, 2008), equipped with torches for flare and surface combustion, having the ability to control the length of the flame and the temperature in the firing chamber, with the first flare burner swelling the raw material, and subsequent surface burning burners maintain the required temperature in the firing chamber for inorganic raw materials.
Недостатком данного технического решения являются обжиг частиц сырья в факельном пламени первой горелки, что приводит к резкому шоковому перегреву, растрескиванию и перевспучиванию частиц, появлению в них дефектов и открытых пор, что снижает прочность частиц на сжатие. Недостатком является также отсутствие равномерности теплового потока от поверхности вторичных горелок, поскольку наибольшая температура горения наблюдается на поверхности горелки ближе к узлу подачи горючей смеси, а на лежащих дальше от узла подачи поверхностях температура ниже, что приводит к неравномерности обжига потока частиц сырья, часть сырья нагревается недостаточно.The disadvantage of this technical solution is the firing of raw material particles in the torch flame of the first burner, which leads to a sharp shock overheating, cracking and over-expansion of particles, the appearance of defects and open pores in them, which reduces the compressive strength of the particles. The disadvantage is also the lack of uniformity of the heat flow from the surface of the secondary burners, since the highest combustion temperature is observed on the surface of the burner closer to the feed unit of the combustible mixture, and on the surfaces lying farther from the feed unit, the temperature is lower, which leads to uneven firing of the flow of raw material particles, part of the raw material heats up not enough.
Известна печь для вспучивания перлита в горящем факеле пылеугольной смеси (CN 201339958 Y, 2008), которая содержит камеру для сжигания, огнеупорный изолирующий слой, кожух и опорный стакан цилиндрической конструкции. Known furnace for swelling of perlite in a burning flame of a pulverized coal mixture (CN 201339958 Y, 2008), which contains a combustion chamber, a refractory insulating layer, a casing and a support sleeve of a cylindrical structure.
Недостатком данной конструкции является использование факельного режима обжига порошкового перлитового сырья, что приводит к растрескиванию и появлению открытых пор в частицах, а, следовательно, к получению некачественного вспученного материала.The disadvantage of this design is the use of a torch mode of firing powder perlite raw materials, which leads to cracking and the appearance of open pores in the particles, and, consequently, to the production of low-quality swollen material.
Известна электрическая печь (CN 201250188 Y, 2008), которая содержит корпус, футеровку, центральную трубу, электрический нагревательный элемент и систему управления, верхняя часть корпуса печи снабжена устройством подачи, а нижняя часть корпуса снабжена выпускным отверстием. Центральная круглая труба печи расположена в центре корпуса печи квадратного сечения между электрическими нагревательными элементами. Known electric furnace (CN 201250188 Y, 2008), which contains a housing, a lining, a central pipe, an electric heating element and a control system, the upper part of the furnace body is equipped with a feeding device, and the lower part of the body is equipped with an outlet. The central circular furnace tube is located in the center of the square furnace body between the electric heating elements.
Недостатками известной конструкции печи и реализуемого в ней способа является неравномерность нагрева круглой центральной трубы в квадратном сечении печи, а также налипание частиц менее 150 мкм на стенки активной зоны.The disadvantages of the known design of the furnace and the method implemented in it are the uneven heating of the circular central tube in the square section of the furnace, as well as the adhesion of particles less than 150 microns on the walls of the core.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки порошкообразного перлита в шахтной печи, работающей на газообразном топливе, которая выполнена в виде шахты, а ее боковые стенки зоны обжига представляют собой беспламенные панельные горелки (SU 147521 A1, 1961), которые работают от дымовых газов, отбираемых в верхней части печи. Загрузку перлита осуществляют из загрузочного устройства, выполненного в виде бункера, в середину печи, представляющую собой зону обжига, где посредством беспламенных панельных горелок обеспечивают обжиг и вспучивание перлита. Зона обжига снабжена каскадом циклонов для осаждения обожженного материала, проходя через которые дымовые газы уносят мелкую фракцию вспученного перлита вверх, тогда как более крупные частицы вспученного перлита просыпаются вниз. Перед дымососом установлен патрубок для разбавления дымовых газов холодным воздухом, который снижает температуру вспученного перлита. В данной конструкции используются панельные горелки Гипронефтемаша, имеющие излучающие поверхности размером 500×500 мм и 605×605 мм.The closest technical solution, chosen as a prototype, is a method of heat treatment of powdered perlite in a shaft furnace operating on gaseous fuel, which is made in the form of a shaft, and its side walls of the firing zone are flameless panel burners (SU 147521 A1, 1961), which work from flue gases taken from the top of the furnace. Loading of perlite is carried out from a loading device made in the form of a bunker into the middle of the furnace, which is a firing zone, where firing and swelling of perlite is provided by means of flameless panel burners. The firing zone is equipped with a cascade of cyclones for deposition of fired material, passing through which flue gases carry the fine fraction of expanded perlite upward, while larger particles of expanded perlite spill down. A branch pipe is installed in front of the smoke exhauster for diluting the flue gases with cold air, which reduces the temperature of the expanded perlite. This design uses Giproneftemash panel burners with radiating surfaces of 500 × 500 mm and 605 × 605 mm.
Недостатками данного технического решения являются:The disadvantages of this technical solution are:
- использование системы сопел диаметром 10-15 мм при редком шаге расположения сопел (50-75 мм), что приводит к неравномерному истечению дымовых газов от горелочной поверхности беспламенных горелок;- use of a system of nozzles with a diameter of 10-15 mm with a rare spacing of nozzles (50-75 mm), which leads to an uneven outflow of flue gases from the burner surface of flameless burners;
- высокая скорость истечения струй дымовых газов из сопел, образование паразитических застойных зон и зон рециркуляции потока, что приводит к налипанию частиц на поверхности между соплами;- high flow rate of flue gas jets from nozzles, formation of parasitic stagnant zones and flow recirculation zones, which leads to adhesion of particles on the surface between the nozzles;
- организация узла подачи сырья не обеспечивает дезагрегацию сырья, что делает невозможным вспучивания фракции 0-250 мкм.- the organization of the raw material supply unit does not provide for the disaggregation of the raw material, which makes it impossible for the 0-250 micron fraction to swell.
Как показал анализ предшествующего уровня техники, в настоящее время отсутствует техническое решение, обеспечивающее вспучивание фракции исходного неорганического сырья, в том числе фракции 0-250 мкм с выходом 90-98,5%.As shown by the analysis of the prior art, currently there is no technical solution providing swelling of the fraction of the original inorganic raw material, including the fraction 0-250 μm with a yield of 90-98.5%.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и устройства для его осуществления, обеспечивающих получение полых легковесных гранул с закрытой пористостью и высокой прочностью из неорганического сырья фракций от 0 до 1000 мкм, в том числе содержащей мелкодисперсную фракцию 0-250 мкм, с выходом полых легковесных гранул 90-98,5%.The technical problem to be solved by the claimed invention is to create a method and a device for its implementation, ensuring the production of hollow lightweight granules with closed porosity and high strength from inorganic raw materials of fractions from 0 to 1000 microns, including those containing a fine fraction of 0-250 microns , with a yield of hollow lightweight granules of 90-98.5%.
Поставленная задача решается тем, что заявляется способ термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул в вертикальной печи шахтного типа путем подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, нагнетаемым снизу совместно с потоком предварительно подогретого воздуха, образующийся поток частиц, подлежащих вспучиванию, подвергают термической обработке в активной зоне, которая имеет гидравлически независимые пояса нагрева и охлаждения, термическую обработку потока ведут посредством нагрева независимыми друг от друга горелками, снабжёнными беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, которые подают под давлением в соответствующие пояса нагрева активной зоны через по меньшей мере одну газопроницаемую перегородку, образующую стенки газопроницаемой камеры, выполненные из термостойкого материала, в каждом поясе нагрева активной зоны создают температурный режим от 600-1200°С, при этом в верхней части активной зоны создают один или более поясов охлаждения посредством первичного подсоса атмосферного воздуха и подачи его потока через газопроницаемую перегородку в активную зону для смешивания с потоком частиц, подлежащих вспучиванию, в нижнюю часть активной зоны предварительно подогретый воздух подают со скоростью от 0,1 до 20,0 м/с, а на выходе из активной зоны создают разряжение путем принудительного отсоса отходящих газов, образующихся на выходе из активной зоны, поток полых легковесных гранул охлаждают воздухом посредством вторичного его подсоса и собирают в емкости.The problem is solved by the fact that the claimed method of heat treatment of inorganic powder materials to obtain hollow lightweight granules in a vertical shaft-type furnace by feeding the feedstock in the form of particles to be swollen , injected from below together with a stream of preheated air, the resulting stream of particles to be swollen is subjected to heat treatment in the core, which has hydraulically independent heating and cooling belts, heat treatment of the flow is carried out by heating by independent burners equipped with flameless burner panels that provide combustion of the fuel-air mixture with the formation of flue gases that are supplied under pressure to the corresponding belts heating the core through at least one gas-permeable partition, forming the walls of the gas-permeable chamber, made of heat-resistant material, in each zone of heating the core create a temperature regime from 600-120 0 ° C , while one or more cooling belts are created in the upper part of the core by means of primary suction of atmospheric air and supply of its flow through a gas-permeable partition into the core for mixing with the flow of particles to be swollen; preheated air is supplied to the lower part of the core at a speed of 0.1 to 20.0 m / s , and at the exit from the core, a vacuum is created by forced suction of exhaust gases formed at the exit from the core, the flow of hollow lightweight granules is cooled with air by means of its secondary suction and collected in containers.
Для осуществления заявляемого способа предлагается устройство, представляющее собой вертикальную печь шахтного типа с активной зоной, образованной горелками с беспламенными горелочными панелями, обеспечивающими сжигание топливо-воздушной смеси с образованием дымовых газов, горелки с беспламенными горелочными панелями размещены на несущей раме на внутренней образующей печи с образованием активной зоны. С внутренней стороны беспламенных горелочных панелей размещена газопроницаемая камера, стенки которой образованы центральной газопроницаемой трубой или газопроницаемыми перегородками, соединенных друг с другом по контактирующим поверхностям. Стенки газопроницаемой камеры размещены вдоль оси активной зоны по ее высоте. Высота газопроницаемых перегородок предпочтительно соответствует высоте соответствующего пояса нагрева. Горелки с беспламенными горелочными панелями подключены к независимым друг от друга источникам подачи топлива и воздуха, элементам управления и контроля, образуя соответствующие пояса нагрева активной зоны. В верхней части активной зоны размещён один или более поясов охлаждения, содержащий узел первичного подсоса атмосферного воздуха. Между соседними беспламенными горелочными панелями и узлами первичного подсоса атмосферного воздуха размещены газонепроницаемые пластины, выполняющие функцию направляющих потоков дымовых газов и воздуха, образуя гидравлически независимые друг от друга пояса нагрева и охлаждения активной зоны.To implement the proposed method, a device is proposed, which is a vertical shaft-type furnace with an active zone formed by burners with flameless burner panels that provide combustion of a fuel-air mixture with the formation of flue gases, burners with flameless burner panels are placed on a supporting frame on the inner generatrix of the furnace to form the active zone. On the inner side of the flameless burner panels there is a gas-permeable chamber, the walls of which are formed by a central gas-permeable pipe or gas-permeable partitions connected to each other along the contacting surfaces. The walls of the gas-permeable chamber are located along the axis of the core along its height. The height of the gas-permeable partitions preferably corresponds to the height of the corresponding heating belt. Burners with flameless burner panels are connected to independent fuel and air supply sources, control and monitoring elements, forming corresponding core heating belts. In the upper part of the core, one or more cooling belts are located, containing a unit for the primary intake of atmospheric air. Gas-tight plates are placed between adjacent flameless burner panels and primary air suction units, which serve as guiding flue gas and air flows, forming hydraulically independent core heating and cooling belts.
На входе в активную зону в нижней её части размещены узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, и его смешения с предварительно подогретым потоком воздуха. Узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию представляет собой питатель для подачи исходного сырья в диспергатор, который соединен с нагнетателем для принудительной подачи воздуха через нагреватель входящего воздуха для его предварительного подогрева.At the entrance to the core, in its lower part, there is a unit for feeding the feedstock in the form of particles to be swollen and mixing it with a preheated air flow. The unit for feeding the feedstock in the form of particles to be swollen is a feeder for feeding the feedstock to the disperser, which is connected to the blower for forced air supply through the heater of the incoming air to preheat it.
На выходе из активной зоны верхний пояс охлаждения сообщен с последовательно соединёнными друг с другом коллектором, узлом охлаждения путем вторичного подсоса воздуха, дымососом и емкостью для сбора полых легковесных гранул.At the exit from the core, the upper cooling belt is connected to a collector connected in series with each other, a cooling unit by secondary air suction, a smoke exhauster and a container for collecting hollow lightweight granules.
Газопроницаемая перегородка, образующая стенки газопроницаемой камеры, может быть представлена центральной газопроницаемой трубой, установленной вдоль оси активной зоны.The gas-permeable partition forming the walls of the gas-permeable chamber can be represented by a central gas-permeable pipe installed along the axis of the core.
Или газопроницаемая камера может быть образована несколькими газопроницаемыми перегородками, которые герметично соединены друг с другом по контактирующим поверхностям. Газопроницаемые перегородки могут быть представлены, например, цилиндрами, высота которых образует высоту соответствующего пояса нагрева активной зоны. Указанные цилиндры соединены друг с другом по контактирующим поверхностям с образованием сечения газопроницаемой камеры круглой или многоугольной формы.Or the gas-permeable chamber can be formed by several gas-permeable partitions, which are hermetically connected to each other along the contacting surfaces. Gas-permeable partitions can be represented, for example, by cylinders, the height of which forms the height of the corresponding core heating belt. These cylinders are connected to each other along the contacting surfaces to form a cross-section of a gas-permeable chamber of a circular or polygonal shape.
Газопроницаемая камера, образованная центральной газопроницаемой трубой или цилиндрами, обеспечивает формирование полости активной зоны цилиндрической формы постоянного или переменного сечения или призматической формы (сечение в виде многоугольника) постоянного или переменного сечения.The gas-permeable chamber formed by the central gas-permeable pipe or cylinders provides the formation of a cylindrical cavity of a constant or variable cross-section or a prismatic shape (a polygon-shaped cross-section) of a constant or variable cross-section.
В случае, когда активная зона имеет цилиндрическую форму постоянного сечения, газопроницаемая камера преимущественно образована центральной газопроницаемой трубой, размещенной вдоль оси активной зоны, обеспечивающая защиту от налипания мелкодисперсной фракции (меньше 250 мкм) на беспламенные горелочные панели.In the case when the core has a cylindrical shape of constant cross-section, the gas-permeable chamber is predominantly formed by a central gas-permeable pipe located along the axis of the core, which provides protection against adhesion of a fine fraction (less than 250 μm) to flameless burner panels.
Активная зона представляет собой газопроницаемую камеру, обогреваемую дымовыми газами, образуемыми при сжигании горелками топливо-воздушной смеси и подаваемые под давлением через беспламенные горелочные панели. Горелки с беспламенными горелочными панелями размещены на несущем каркасе вертикально вдоль оси вертикальной печи. The core is a gas-permeable chamber heated by flue gases generated during combustion of the fuel-air mixture by burners and supplied under pressure through flameless burner panels. Burners with flameless burner panels are placed on a supporting frame vertically along the axis of the vertical furnace.
Активная зона представляет собой относительно независимые друг от друга пояса нагрева и, по меньшей мере, один пояс охлаждения, размещенный в верхней части активной зоны. The core consists of relatively independent heating belts and at least one cooling belt located in the upper part of the core.
С соответствующих беспламенных горелочных панелей дымовой газ под давлением подают на стенки газопроницаемой камеры, которые, проходя через поры или через перфорационные отверстия газопроницаемых стенок, поступают в активную зону. Давление дымовых газов создаётся при сгорании топлива в горелках под наддувом (избыточным давлением) от устройства независимого поддержания положительного давления (перепада давления по сравнению с атмосферным). From the corresponding flameless burner panels, flue gas is supplied under pressure to the walls of the gas-permeable chamber, which, passing through the pores or through the perforations of the gas-permeable walls, enter the core. The flue gas pressure is created during the combustion of fuel in burners under overpressure (overpressure) from a device for independent maintenance of positive pressure (pressure difference compared to atmospheric pressure).
Стенки газопроницаемой камеры выполнены из термостойкого материала. Материал изготовления центральной газопроницаемой трубы или газопроницаемых перегородок, а также его пористость выбирают исходя из вида обрабатываемого сырья и заданных температурных режимов, и давления. В качестве материала изготовления используют керамику или металлокерамику, а также пористые или перфорированные металлические трубы и цилиндры.The walls of the gas-permeable chamber are made of heat-resistant material. The material for the manufacture of the central gas-permeable pipe or gas-permeable partitions, as well as its porosity, is selected based on the type of raw materials being processed and the set temperature conditions and pressure. Ceramics or cermets are used as materials of manufacture, as well as porous or perforated metal pipes and cylinders.
В верхней части активной зоны размещен один или более поясов охлаждения, каждый из которых снабжен узлом первичного подсоса атмосферного воздуха. Стенки газопроницаемой камеры гидравлически сообщены с каждым узлом первичного подсоса атмосферного воздуха. Стенки газопроницаемой камеры одного или более поясов охлаждения, также выполнены из термостойкого материала. Стенки газопроницаемой камеры одного или более поясов охлаждения могут быть представлены верхней частью центральной газопроницаемой трубы (с газопроницаемыми стенками) или могут быть образованы газопроницаемыми перегородками, выполненными в форме цилиндров или имеющих призматическую форму, герметично соединенных друг с другом по контактирующим поверхностям. Материал изготовления и пористость газопроницаемых перегородок выбирают исходя из осуществляемой функции - пропускание потока атмосферного воздуха в активную зону. One or more cooling belts are located in the upper part of the core, each of which is equipped with a unit for the primary intake of atmospheric air. The walls of the gas-permeable chamber are hydraulically communicated with each unit of the primary intake of atmospheric air. The walls of the gas-permeable chamber of one or more cooling belts are also made of heat-resistant material. The walls of the gas-permeable chamber of one or more cooling belts can be represented by the upper part of the central gas-permeable pipe (with gas-permeable walls) or can be formed by gas-permeable partitions made in the form of cylinders or having a prismatic shape, hermetically connected to each other along the contacting surfaces. The material of manufacture and the porosity of the gas-permeable partitions are selected based on the performed function - passing the flow of atmospheric air into the core.
Каждый из поясов нагрева и поясов охлаждения активной зоны гидравлически независимым друг от друга. Это достигается размещением между соседними беспламенными горелочными панелями и между соседними узлами первичного подсоса воздуха газонепроницаемых пластин, выполняющих функцию направляющих потоков дымовых газов, подаваемых с беспламенных горелочных панелей через проницаемые стенки газопроницаемой камеры в активную зону, а также воздуха, подаваемого с узла первичного подсоса воздуха. Газонепроницаемые пластины имеют длину, которая соответствует расстоянию между беспламенными горелочными панелями и стенками газопроницаемой камеры, образуя таким образом изолированные зоны для подачи дымовых газов в соответствующие пояса нагрева активной зоны. Аналогично обеспечивается гидравлическая независимость поясов охлаждения активной зоны.Each of the heating belts and the core cooling belts are hydraulically independent from each other. This is achieved by placing gas-tight plates between adjacent flameless burner panels and between adjacent nodes of the primary air suction, which act as guiding flue gas flows supplied from the flameless burner panels through the permeable walls of the gas-permeable chamber into the core, as well as air supplied from the primary air suction unit. The gas-tight plates have a length that corresponds to the distance between the flameless burner panels and the walls of the gas-permeable chamber, thus forming isolated zones for the supply of flue gases to the corresponding heating belts of the core. Similarly, the hydraulic independence of the core cooling belts is ensured.
В настоящей заявке под порошковым неорганическим материалом понимается любой неорганический материал, способный к вспучиванию, с крупностью частиц не более 1000 мкм. Однако заявляемый способ может быть использован для термообработки неорганического сырья существенно большего по размеру, вплоть до 5000 мкм.In this application, powder inorganic material is understood to mean any inorganic material capable of swelling, with a particle size of not more than 1000 microns. However, the claimed method can be used for heat treatment of substantially larger inorganic raw materials, up to 5000 microns.
При осуществлении способа для некоторых неорганических порошковых материалов исходное сырье предварительно может быть смешано с порофором, например, для термической обработки боросиликатного стекла, в качестве порофора могут быть использованы сульфаты металлов, например сульфат натрия или сульфат калия. В случае обработки алюмосиликатного гранулята помимо сульфата в качестве порофора может также быть использованы нитрат или карбонат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый на стадии грануляции исходного сырья.When carrying out the method for some inorganic powder materials, the feedstock can be pre-mixed with a porophore, for example, for heat treatment of borosilicate glass, metal sulfates, for example, sodium sulfate or potassium sulfate, can be used as the porophore. In the case of processing aluminosilicate granulate, in addition to sulfate, nitrate or carbonate of sodium, potassium, or any other metal introduced at the stage of granulation of the feedstock can also be used as a porophore.
В настоящей заявке под порофором понимается любое вещество и смесь веществ в составе минералов или искусственно синтезированных материалов, при температуре до 500-600°С не претерпевающая никаких изменений, а после указанных температур вплоть до 1200°С - распадающихся на два и более веществ, причём как минимум одно из них находится в газовом агрегатном состоянии. Также под порофором понимается химически или физико-химически связанное низкомолекулярное вещество, например, вода в виде кристаллизационной или гидратной воды.In this application, porophore means any substance and mixture of substances in the composition of minerals or artificially synthesized materials, which does not undergo any changes at temperatures up to 500-600 ° C, and after the indicated temperatures up to 1200 ° C - decomposing into two or more substances, moreover at least one of them is in a gaseous state of aggregation. Also, porophore is understood as a chemically or physicochemically bound low-molecular substance, for example, water in the form of crystallization or hydration water.
Заявляемый способ обеспечивает возможность эффективного вспучивания неорганического порошкообразного материала, в том числе пылевидного материала с размером частиц от 0 до 250 мкм, и последующего уноса из вертикальной активной зоны печи вспученного материала за счет создания постоянного потока, направленного снизу вверх в каждом поясе нагрева и поясе охлаждения активной зоны. Наличие независимых друг от друга беспламенных горелочных панелей, дымовые газы с которых под давлением подаются на стенки газопроницаемой камеры соответствующего пояса нагрева активной зоны, обеспечивает создание постоянного потока по направлению к оси активной зоны. Организация потоков в активной зоне обеспечивает создание так называемой «газовой подушки» внутри активной зоны и примыкающей к стенкам газопроницаемой камеры. Указанная постоянно обновляемая газовая подушка предотвращает налипание мелкой фракции вспучивающегося материала на внутренней поверхности стенок газопроницаемой камеры, обращенной в соответствующий пояс нагрева активной зоны. Создание градиента температуры и давления по высоте активной зоны обеспечивает заданный режим термообработки (в зависимости от виды обрабатываемого сырья), непрерывный и регулируемый унос из активной зоны термически обработанного материала с последующим охлаждением полых легковесных гранул воздухом и их осаждением в емкости для сбора конечного продукта - полых легковесных гранул.The inventive method provides the possibility of effective swelling of inorganic powdery material , including a pulverized material with a particle size of 0 to 250 microns, and subsequent entrainment from the vertical core of the furnace of the swollen material by creating a constant flow directed from bottom to top in each heating belt and cooling belt the active zone. The presence of independent from each other flameless burner panels, flue gases from which are supplied under pressure to the walls of the gas-permeable chamber of the corresponding core heating belt, provides a constant flow towards the core axis. The organization of flows in the core ensures the creation of a so-called "gas cushion" inside the core and adjacent to the walls of the gas-permeable chamber. The specified constantly updated gas cushion prevents the adhesion of a fine fraction of the intumescent material on the inner surface of the walls of the gas-permeable chamber facing the corresponding core heating belt. The creation of a temperature and pressure gradient along the height of the core provides a predetermined heat treatment mode (depending on the types of raw materials being processed), continuous and controlled removal of the heat-treated material from the core with subsequent cooling of hollow lightweight granules with air and their deposition in containers for collecting the final product - hollow lightweight granules.
Термофорез, вызванный градиентом температуры внутри активной зоны, броуновское движение в относительно однородном температурном поле и различные флуктуации температурного поля приводят к налипанию небольшого количества вспучивающегося материла на внутренние стенки активной зоны. Выполнение стенок активной зоны газопроницаемыми позволяет выровнять тепловой поток и обеспечить постоянно обновляющуюся газовую подушку из потока дымовых газов, что многократно снижает налипание и экранирование беспламенных горелочных панелей. Но и при небольшом значении налипания при накапливании критичного слоя экранирующего материала, газопроницаемые стенки могут быть заменены на новые, без замены дорогостоящих горелок с беспламенными горелочными панелями.Thermophoresis caused by the temperature gradient inside the core, Brownian motion in a relatively uniform temperature field, and various fluctuations in the temperature field lead to adhesion of a small amount of swelling material to the inner walls of the core. Making the core walls gas-permeable makes it possible to equalize the heat flux and provide a constantly renewing gas cushion from the flue gas stream, which greatly reduces the adhesion and shielding of flameless burner panels. But even with a small value of adhesion during the accumulation of a critical layer of shielding material, gas-permeable walls can be replaced with new ones, without replacing expensive burners with flameless burner panels.
Даже в случае нарушения технологического режима, приведшего к налипанию вспучивающегося материла на внутреннюю поверхность стенок газопроницаемой камеры, цилиндры или труба, образующие эти стенки могут быть заменены на новые, что существенно дешевле и технически проще замены беспламенных горелочных панелей, экранированных налипшими на них вспучиваемыми частицами порошкового материала.Even in the event of a violation of the technological regime, which led to the adhesion of the intumescent material to the inner surface of the walls of the gas-permeable chamber, the cylinders or pipe forming these walls can be replaced with new ones, which is much cheaper and technically easier to replace the flameless burner panels, screened by the intumescent particles of powder adhering to them. material .
Сравнение заявляемого способа и устройства для его осуществления позволяет сделать вывод об их соответствии критерию «новизна», т. к. обработка исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, обеспечивается в активной зоне бескорпусной вертикальной печи шахтного типа, образованной независимыми друг от друга горелками с беспламенными горелочными панелями, установленными на несущем каркасе, и центральной трубой с газопроницаемыми стенками или газопроницаемыми перегородками, размещенными с внутренней стороны беспламенных горелочных панелей, обеспечивает подачу под давлением в активную зону дымовых газов, являющихся результатом сгорания топливовоздушной смеси с созданием контролируемого градиента температуры по высоте активной зоны для регулирования процесса вспучивания обрабатываемого материала, создания в активной зоне градиента давления для направленного потока вспучиваемых частиц снизу вверх. Comparison of the proposed method and the device for its implementation allows us to conclude that they meet the "novelty" criterion, since the processing of the feedstock in the form of particles to be swollen is provided in the core of a frameless vertical shaft-type furnace formed by independent burners with flameless burner panels mounted on a supporting frame and a central pipe with gas-permeable walls or gas-permeable partitions located on the inside of the flameless burner panels, provides pressure feed into the core of flue gases resulting from the combustion of the fuel-air mixture with the creation of a controlled temperature gradient along the height of the active zones for regulating the process of swelling of the processed material, creating a pressure gradient in the active zone for a directed flow of swollen particles from bottom to top.
Совокупность заявляемых признаков заявляемого способа и устройства для его осуществления обеспечивает высокий выход готового вспученного материала - полых легковесных гранул до 98,5% и минимизации потерь за счет исключения налипания мелкой фракции частиц с размером от 0 до 250 мкм на стенки активной зоны, получение вспученного материалы с закрытой пористостью и высокой прочностью.The combination of the claimed features of the proposed method and device for its implementation provides a high yield of the finished expanded material - hollow lightweight granules up to 98.5% and minimizing losses by eliminating the adhesion of a fine fraction of particles with a size from 0 to 250 microns on the walls of the core, obtaining expanded materials with closed porosity and high strength.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».This allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "inventive step".
Заявляемые способ и устройство для его осуществления объединены единым изобретательским замыслом, что позволяет сделать вывод о соответствии требованию «единство изобретения».The claimed method and device for its implementation are united by a single inventive concept, which makes it possible to conclude that the requirement of "unity of invention" is met.
Формула изобретения составлена без разделения на ограничительную и отличительную части для лучшего понимания сущности заявленных устройства и способа с его использованием и более точного изложения сущности заявляемого технического решения.The claims are drawn up without dividing into limiting and distinctive parts for a better understanding of the essence of the claimed device and method with its use and a more accurate presentation of the essence of the proposed technical solution.
Заявляемые устройство и способ иллюстрируются следующими примерами конкретного выполнения, но не ограничиваются ими.The claimed device and method are illustrated by the following examples of specific implementation, but are not limited to them.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими рисунками.The claimed device is illustrated by the following figures.
На Фиг. 1 схематически показана схема заявляемого устройства для термообработки неорганических порошковых материалов.FIG. 1 schematically shows a diagram of the inventive device for heat treatment of inorganic powder materials.
На Фиг. 2 показана схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями с газопроницаемой перегородкой в виде соединенных друг с другом цилиндров или в виде центральной газопроницаемой трубы, образующих активную зону цилиндрической формы (поперечное сечение, вид сверху).FIG. 2 shows the layout of burners with flameless burner panels with a gas-permeable partition in the form of cylinders connected to each other or in the form of a central gas-permeable pipe, forming a cylindrical active zone (cross-section, top view).
На Фиг. 3 представлена схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями в форме многогранной призмы постоянного сечения с газопроницаемыми перегородками, соединенных друг с другом с образованием активной зоны, имеющей в сечении многоугольник (поперечное сечение, вид сверху).FIG. 3 shows a layout diagram of burners with flameless burner panels in the form of a multifaceted prism of constant cross-section with gas-permeable partitions connected to each other to form an active zone having a polygon in cross-section (cross-section, top view).
На Фиг. 4 показана схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями с центральной газопроницаемой трубой, образующей активную зону (разрез, вид сбоку).FIG. 4 shows the layout of burners with flameless burner panels with a central gas-permeable tube forming an active zone (section, side view).
На Фиг. 5 представлена схема размещения горелок с беспламенными горелочными панелями в форме многогранной призмы постоянного сечения с образованием активной зоны, имеющей форму призмы переменного сечения (разрез, вид сбоку).FIG. 5 shows a diagram of the arrangement of burners with flameless burner panels in the form of a multifaceted prism of constant cross-section with the formation of an active zone in the form of a prism of variable cross-section (section, side view).
На Фиг. 6 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы жаропрочной трубой со сплошными газонепроницаемыми стенками (в качестве источника тепловой энергии - горелки с горелочными панелями) - контрольный пример.FIG. 6 shows a micrograph of expanded perlite from a fraction of 50-150 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by a heat-resistant tube with solid gas-tight walls (as a source of thermal energy - burners with burner panels) - a test example.
На Фиг. 7 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы одной газопроницаемой перегородкой в виде центральной керамической трубы с газопроницаемой стенкой - пример по изобретению.FIG. 7 shows a micrograph of expanded perlite from a fraction of 50-150 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by one gas-permeable partition in the form of a central ceramic tube with a gas-permeable wall - an example according to the invention.
На Фиг. 8 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.FIG. 8 shows a micrograph of expanded perlite from a fraction of 50-150 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by several gas-permeable partitions in the form of 8 concentric ceramic cylinders, each of which has gas-permeable walls - an example according to the invention.
На Фиг. 9 показана микрофотография вспученного перлита из фракции 0-50 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.FIG. 9 shows a micrograph of expanded perlite from a fraction of 0-50 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by several gas-permeable partitions in the form of 8 concentric ceramic cylinders, each of which has gas-permeable walls - an example according to the invention.
На Фиг. 10 показана микрофотография вспученного пехштейна из фракции 50-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.FIG. 10 shows a micrograph of an expanded pechstein from a fraction of 50-150 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by several gas-permeable partitions in the form of 8 concentric ceramic cylinders, each of which has gas-permeable walls - an example according to the invention.
На Фиг. 11 показана микрофотография вспученного вулканического пепла из фракции 0-150 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.FIG. 11 shows a micrograph of expanded volcanic ash from a fraction of 0-150 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by several gas-permeable partitions in the form of 8 concentric ceramic cylinders, each of which has gas-permeable walls - an example according to the invention.
На Фиг. 12 показана микрофотография вспученного боросиликатного стекла из фракции 0-50 мкм (размер кадра 1300×1000 мкм). Стенки активной зоны образованы несколькими газопроницаемыми перегородками в форме 8 концентрических керамических цилиндров, каждый из которых имеет газопроницаемые стенки - пример по изобретению.FIG. 12 shows a micrograph of expanded borosilicate glass from a fraction of 0-50 μm (frame size 1300 × 1000 μm). The walls of the core are formed by several gas-permeable partitions in the form of 8 concentric ceramic cylinders, each of which has gas-permeable walls - an example according to the invention.
Заявляемое устройство представлено на Фиг. 1-5, где приняты следующие обозначения:The inventive device is shown in FIG. 1-5, where the following designations are adopted:
1 - активная зона1 - active zone
2 - несколько газопроницаемых перегородок, образованных стенками цилиндров или призм2 - several gas-permeable partitions formed by the walls of cylinders or prisms
3 - узел первичного подсоса воздуха3 - unit of primary air suction
4 - диспергатор4 - dispersant
5 - питатель5 - feeder
6 - нагнетатель6 - supercharger
7 - горелка с беспламенной горелочной панелью7 - burner with a flameless burner panel
8 - нагреватель входящего воздуха8 - heater of incoming air
9 - коллектор9 - collector
10 - узел вторичного подсоса воздуха10 - unit of secondary air suction
11 - пылеуловитель11 - dust collector
12 - дымосос12 - smoke exhauster
13 - несущая рама13 - bearing frame
14 - поток исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 - stream of feedstock in the form of particles to swell
15 - одна газопроницаемая перегородка, образованная центральной газопроницаемой трубой15 - one gas-permeable partition formed by a central gas-permeable pipe
16 - газонепроницаемая пластина.16 - gas tight plate.
Заявляемое устройство содержит активную зону 1, размещенную в бескорпусной вертикальной печи шахтного типа (не показана). Стенки активной зоны 1 образованы газопроницаемыми перегородками 2 в виде цилиндров (Фиг. 2), размещены на несущей раме 13, с наружной стороны размещены горелки с беспламенными горелочными панелями 7. В верхней части активной зоны 1 имеется пояс охлаждения, снабженный узлом первичного подсоса атмосферного воздуха 3 с соответствующей газопроницаемой перегородкой 2, образованной стенками соответствующего цилиндра. Верхний пояс охлаждения сообщен с коллектором 9 и узлом вторичного подсоса воздуха 10, пылеуловителем 11 и дымососом 12. В нижней части активной зоны 1 размещен узел подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, представляющий собой питатель 5 для подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, диспергатор 4, соединенный с нагнетателем 6 для подачи воздуха и нагреватель 8 входящего воздуха для его предварительного подогрева. В активной зоне 1 в варианте её исполнения цилиндрической формы постоянного сечения может быть размещена центральная газопроницаемая труба 15.The inventive device contains an
Газопроницаемые перегородки 2 поясов нагрева активной зоны 1 выполнены из термостойкого материала, например керамики или металлокерамики, а также из пористых или перфорированных металлических труб и цилиндров.Gas-
Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 представляет собой распределительную камеру, размещенную в верхней части активной зоны 1 и сообщенную с ней, имеет патрубок для подачи воздуха, вводимого в верхнюю часть активной зоны 1 в качестве хладагента. The unit for the primary suction of
Диспергатор 4 представляет собой канал переменного сечения, сначала сужающийся, далее имеющий горловину постоянного сечения, а далее расширяющийся. Наиболее предпочтительным вариантом исполнения является трубка Вентури или сопло Лаваля.
Питатель 5 представляет собой загрузочный бункер с дозатором и транспортирующий агрегат, например шнек с числом заходов спирали от 1 до 4 для подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, в диспергатор 4.
Нагнетатель 6 может быть выполнен в виде центробежного вентилятора типа ВЦ-4, ВЦ-14 или аналогичных центробежных вентиляторов низкого, среднего или высокого давления в зависимости от производительности печи и концентрации вспучиваемого материала в активной зоне.The
Нагреватель 8 входящего воздуха может быть выполнен в виде электрического канального нагревателя типа СВ-100 или НК-100, либо аналога, может быть снабжён как трубчатыми электронагревателями, так и нагревательными спиралями сопротивления из нихрома, кантала и т. д. Нагреватель 8 входящего воздуха также может быть выполнен в виде топливосжигающего узла, например теплогенератора типа ФОРТ или ВТР работающего либо на природном газе, либо на жидком топливе (керосин, дизельное топливо и т.д.).The
Коллектор 9 может быть выполнен в виде конической трубы круглого или многоугольного сечения, сужающейся по направлению движения аэрозольного потока.The
Узел вторичного подсоса воздуха 10 представляет собой камеру с кольцевым зазором, сообщающимся с газоходом, а также снабжённую регулирующим клапаном типа КВК или аналогом.Secondary
Пылеуловитель 11 может быть выполнен в виде циклона типа ЦН конструкции НИИОГАЗ, фильтр-циклона типа ФР или рукавного фильтра типа ФРМ конструкции НИИПРОЕКТАСБЕСТ.
Дымосос 12 может быть выполнен в виде центробежного вентилятора типа ВЦ-4, ВЦ-14 или аналогичных центробежных вентиляторов среднего или высокого давления в зависимости от производительности установки и концентрации материала в активной зоне.The smoke exhauster 12 can be made in the form of a centrifugal fan of the VTs-4, VTs-14 type or similar centrifugal fans of medium or high pressure, depending on the capacity of the installation and the concentration of material in the core.
Несущая рама 13 представляет собой металлическую конструкцию, предназначенную для размещения горелок с беспламенными горелочными панелями 7 в соответствии с заданной геометрией активной зоны 1.The supporting
Внутри каждого пояса активной зоны расположены газопроницаемые перегородки 2, которые могут быть выполнены в виде призм соответствующей высоты (Фиг. 3). Активная зона 1 вертикальной печи в этом случае представляет собой призматическую конструкцию, составленную из расположенных по боковым сторонам призмы беспламенных горелочных панелей 7 с направлением потока тепловой энергии к центру активной зоны 1, причём призматическая конструкция может иметь от 4 до 16 сторон, с расположенной по центру активной зоны 1 системой газопроницаемых перегородок круглого или многоугольного сечения с числом сторон от 4 до 16, а количество поясов нагрева, обеспечиваемых соответствующими беспламенными горелочными панелями 7 может иметь значение от 6 до 24, причём все беспламенные горелочные панели 7 гидравлически изолированы друг от друга.Inside each belt of the core there are gas-
Беспламенные горелочные панели 7 в количестве от 4 до 16 штук расположены вертикально боковыми поверхностями друг к другу, образуя пояс нагрева в форме призмы. Эти пояса нагрева расположены вертикально, образуя активную зону 1.
Все горелки с беспламенными горелочными панелями 7 гидравлически изолированы друг от друга для недопущения перетока топливовоздушной смеси, отрыва или проскока пламени с поверхности горелочной панели внутрь горелки. Пояса нагрева и охлаждения активной зоны 1 предпочтительно имеют одинаковые размеры, но могут иметь и разные размеры. All burners with
Поток дымовых газов от беспламенных горелочных панелей 7 гидравлически изолируется от соседних потоков путём установки газонепроницаемых пластин 16, изготовленных из жаропрочного сплава, либо из термостойкой керамики с нулевой газопроницаемостью. Газонепроницаемые пластины 16 вплотную прилегают друг к другу и к газопроницаемым перегородкам 2, они изолируют потоки дымовых газов и предотвращают отрыв или проскок пламени внутрь горелочных элементов.The flue gas stream from the
В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером частиц от 250 до 1000 мкм и частиц, больших по размеру, достаточно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров постоянного сечения, либо в виде многогранных призм постоянного сечения, либо в виде центральной газопроницаемой трубы 15 постоянного сечения, поскольку частицы таких размеров двигаются вдоль оси активной зоны практически линейно и не налипают на стенки активной зоны 1.In the case of swelling of the feedstock in the form of particles to be swollen , with a particle size of 250 to 1000 μm and particles larger in size, it is sufficient to use the configuration of gas-
В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером от 150 до 250 мкм при его концентрации в активной зоне до 25 г/м3 также можно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров постоянного сечения, либо в виде центральной газопроницаемой трубы 15 постоянного сечения, либо в виде многогранных призм постоянного сечения, поскольку при данной концентрации в активной зоне налипание на газопроницаемые стенки практически отсутствует.In the case of swelling of the feedstock in the form of particles to be swollen , with a size of 150 to 250 μm at its concentration in the core up to 25 g / m 3, it is also possible to use the configuration of gas-
В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером от 150 до 250 мкм при их концентрации в активной зоне свыше 25 г/м3 предпочтительно использование конфигурации газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров с размерами, обеспечивающими увеличение диаметра активной зоны 1 от диспергатора 4 узла подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, к коллектору 9, либо в виде многогранных призм с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 к коллектору 9 (Фиг. 5), поскольку при данной концентрации частиц в активной зоне 1 налипание на газопроницаемые стенки 2 может быть значительным. При повышенной концентрации потока вспучиваемых частиц в активной зоне предпочтительно использование активной зоны 1 площадь сечения которой увеличивается по направлению движения обрабатываемого потока в направлении выхода из активной зоны 1.In the case of swelling of the feedstock in the form of particles which are swelling, with sizes ranging from 150 to 250 microns at their concentration in the core of more than 25 g / m 3 is preferred to use a configuration gas-permeable wall 2 a cylinder sized to increase the
В случае вспучивания исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, с размером менее 150 мкм при любой его концентрации в активной зоне 1 предпочтительно использовать конфигурацию газопроницаемых стенок 2 в виде цилиндров с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 к коллектору 9, либо в виде многогранных призм с размерами, увеличивающимися от диспергатора 4 узла подачи исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию, к коллектору 9 (Фиг. 5), поскольку частицы таких размеров двигаются практически всегда нелинейно и стремятся обильно налипать на внутреннюю поверхность газопроницаемых перегородок 2 активной зоны 1.In the case of swelling of the feedstock in the form of particles to be swollen with a size of less than 150 μm at any concentration in the
Узел первичного подсоса воздуха 3, составленный из поясов в количестве от 1 до 6 (Фиг. 1), не имеющих беспламенных горелочных панелей 7, предназначен для создания температурного градиента путем регулируемого охлаждения вспученного материала активной зоны 1 воздухом, поступающим из узла первичного подсоса воздуха 3. Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 активной зоны 1 снабжён пористыми газопроницаемыми перегородками 2, аналогичными газопроницаемым перегородкам 2 поясов нагрева. Узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3 снабжён регулирующими устройствами, в качестве которых могут быть использованы любые известные клапаны, предназначенные для регулирования расхода воздуха. Назначение узла первичного подсоса атмосферного воздуха 3 - охлаждение потока размягчённых вспученных частиц и постепенный перевод вспученного материала в твердое состояние с формированием полых легковесных гранул.The primary
Внутренняя полость активной зоны 1 вертикальной печи представляет собой газопроницаемую камеру, образованную соединенными друг с другом контактными поверхностями газопроницаемыми перегородками 2 или центральную газопроницаемую трубу 15, стенки которой являются одной газопроницаемой перегородкой, выполненной из стойкого к высокой температуре газопроницаемого материала, преимущественно из керамики, либо из металлокерамики (керметы), а также из пористых или перфорированных металлических цилиндров и труб.The inner cavity of the
Керамические материалы могут быть следующих видов, но не ограничиваясь ими: шамот, корунд, алюмосиликаты и прочие материалы на основе Al2O3, Cr2O3, SiO2, ZrO2, Fe2O3, MgO, CaO и т.д.Ceramic materials can be of the following types, but are not limited to: chamotte, corundum, aluminosilicates and other materials based on Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 , MgO, CaO, etc. ...
Керметы (металлокерамические материалы) могут содержать металлическую фазу из следующих металлов, но не ограничиваясь ими: Cr, Ni, Al, Fe, Со, Ti, Zr или их сплавы.Cermets (cermets) may contain a metal phase from the following metals, but are not limited to: Cr, Ni, Al, Fe, Co, Ti, Zr, or their alloys.
Керамическая фаза может содержать следующие компоненты, но не ограничиваясь ими: оксиды Al2O3, Cr2O3, SiO2, ZrO2, карбиды SiC, Cr3C2, TiC, WC, бориды Cr2B2, TiB2, ZrB2, силициды MoSi и нитриды TiN. Содержание керамической фазы в зависимости от её рабочей температуры может принимать значения от 5 до 90%.The ceramic phase may contain the following components, but are not limited to: oxides Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , carbides SiC, Cr 3 C 2 , TiC, WC, borides Cr 2 B 2 , TiB 2 , ZrB 2 , silicides MoSi and nitrides TiN. The content of the ceramic phase, depending on its operating temperature, can take values from 5 to 90%.
Пористые металлические сплавы могут включать полученные методами порошковой металлургии сплавы на основе следующих металлов, но не ограничиваясь ими: Mn, Ni, Fe, Cr, W, Mo и их карбидов, боридов и силицидов.Porous metal alloys may include, but are not limited to, powder metallurgical alloys based on the following metals: Mn, Ni, Fe, Cr, W, Mo and their carbides, borides, and silicides.
Также материал может являться сплавом, полученным классическими металлургическими методами, но имеющим сквозные отверстия по всей поверхности. Отверстия могут быть выполнены сверлением, выжиганием лазером, плазменным источником, либо гидроабразивной обработкой.Also, the material can be an alloy obtained by classical metallurgical methods, but having through holes over the entire surface. Holes can be made by drilling, laser burning, plasma source, or waterjet cutting.
Газопроницаемость стенок 2 и центральной газопроницаемой трубы 15 предпочтительно имеет значения пористости в диапазоне 5-70 %, диаметра пор или отверстий в диапазоне 0,01-1,5 мм, удельную плотность распределения пор или отверстий по поверхности в диапазоне 10-2500 пор/см2, гидравлическое сопротивление в диапазоне 1,5-200 Па.The gas permeability of the
Вспучивание исходного порошкового неорганического материала, не имеющего в составе порофор, требует предварительного смешивания исходного материала с порофором.Swelling of the starting powder inorganic material that does not contain porophores requires preliminary mixing of the starting material with the porophore.
Предварительное смешивание порошкового материала с порофором не требуется в том случае, если в его составе уже имеется порофор, например физико-химически связанная вода.Premixing of the powder material with the porophore is not required if it already contains a porophore, for example, physicochemically bound water.
Вспучивание исходного порошкового неорганического материала осуществляется следующим образом:The swelling of the original powder inorganic material is carried out as follows:
Исходное порошковое неорганическое сырьё в диспергаторе 4 дезагрегируется (распадается на независимые неслипшиеся частицы) и попадает в нижний пояс активной зоны 1 вертикальной печи. Происходит его нагрев до 300-500°С. До указанной температуры исходный материал не претерпевает структурных изменений. The initial powder inorganic raw material in the
При дальнейшем нагреве, например, обсидианового и перлитового материала до 500-700°С происходит его размягчение до вязкости 108-1012 Па⋅с, что недостаточно для оплавления и формирования вспученной частицы. При температуре 700-900°С происходит размягчение частиц до вязкости 107-108 Па⋅с, что достаточно для начала оплавления неорганической частицы и её самопроизвольной деформации в направлении формирования идеальной сферы под действием сил поверхностного натяжения. Кроме того, при этой температуре начинают разрушаться молекулярные связи, образуются ядра парообразования, появляются микропузырьки пара в вязкой расплавленной частице. При температуре 800-1200°С вязкость снижается до 106-107 Па⋅с, происходит интенсивное выделение паров воды и формирование пузырьковой структуры продукта, т. е. происходит вспучивание, при этом происходит непрерывный газообмен между внутренней газовой полостью частицы и внешним потоком дымовых газов через проницаемую расплавленную мембрану - стенку вспучиваемой частицы. Пары воды покидают внутреннюю полость вспученной частицы, а во внутрь частицы попадают газы, составляющие основной поток (азот, кислород, углекислый газ, пары воды). Далее температура потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 снижается за счёт его разбавления воздухом, поступающим в узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3, вязкость материала частиц резко увеличивается, частицы материала становятся твёрдыми, уносятся через коллектор 9, окончательно охлаждаясь в узле вторичного подсоса воздуха 10.With further heating, for example, of obsidian and perlite material to 500-700 ° C, it softens to a viscosity of 10 8 -10 12 Pa⋅s, which is not enough for melting and the formation of a swollen particle. At a temperature of 700-900 ° C, the particles soften to a viscosity of 10 7 -10 8 Pa⋅s, which is enough to start the melting of an inorganic particle and its spontaneous deformation in the direction of the formation of an ideal sphere under the action of surface tension forces. In addition, at this temperature, molecular bonds begin to break down, nuclei of vaporization are formed, and microbubbles of steam appear in a viscous molten particle. At a temperature of 800-1200 ° C, the viscosity decreases to 10 6 -10 7 Pa⋅s, there is an intense release of water vapor and the formation of a bubble structure of the product, that is, swelling occurs, while there is a continuous gas exchange between the internal gas cavity of the particle and the external flow flue gases through a permeable molten membrane - the wall of an expandable particle. Water vapor leaves the inner cavity of the swollen particle, and gases that make up the main flow (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, water vapor) enter the particle. Further, the temperature of the flow of the feedstock in the form of particles to be swollen 14 decreases due to its dilution with air entering the primary suction unit of
Основной поток дымовых газов не должен дополнительно содержать воду или водород, поскольку при увеличении парциального давления паров воды свыше 14 000 Па в потоке теплоносителя, скорость диффузии паров воды из вспученной в пузырёк частицы минерального материала во внешний поток теплоносителя будет снижаться, а процесс вспучивания будет тормозиться.The main flow of flue gases should not additionally contain water or hydrogen, since with an increase in the partial pressure of water vapor in excess of 14,000 Pa in the coolant flow, the diffusion rate of water vapor from a particle of mineral material swollen into a bubble into the external coolant flow will decrease, and the swelling process will be inhibited ...
В случае обработки порошкового минерального материала, в качестве которого используют синтетическое стекло, например, боросиликатное стекло, размягчение частиц происходит при 900-1100°С, а интенсивное вспучивание частиц происходит при 1100-1200°С. Порофором при этом может быть сульфат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый в шихту на стадии варки. В случае обработки алюмосиликатного гранулята порофором помимо сульфата может также быть нитрат или карбонат натрия, калия, либо любого другого металла, введённый на стадии грануляции.In the case of processing powdered mineral material, which is used as synthetic glass, for example, borosilicate glass, the softening of the particles occurs at 900-1100 ° C, and intense swelling of the particles occurs at 1100-1200 ° C. In this case, the porophore can be sodium, potassium, or any other metal sulphate introduced into the charge at the cooking stage. In the case of treatment of aluminosilicate granulate with a porophore, in addition to sulfate, there can also be nitrate or carbonate of sodium, potassium, or any other metal introduced at the granulation stage.
Реакция разложения сульфата натрия будет протекать по следующей схеме:The decomposition reaction of sodium sulfate will proceed as follows:
Na2SO4 → Na2O + SO2↑ + O2↑Na 2 SO 4 → Na 2 O + SO 2 ↑ + O 2 ↑
Реакция разложения нитрата натрия будет протекать по следующей схеме:The decomposition reaction of sodium nitrate will proceed as follows:
NaNO3 → Na2O + NO2↑ + O2↑NaNO 3 → Na 2 O + NO 2 ↑ + O 2 ↑
Процесс разложения указанных веществ можно интенсифицировать путём создания восстановительной атмосферы в активной зоне. Восстановительные условия можно создать за счёт неполного сгорания углеводородного топлива с образованием монооксида углерода. Тогда реакции будут протекать по следующим схемам:The decomposition of these substances can be intensified by creating a reducing atmosphere in the core. Reducing conditions can be created due to incomplete combustion of hydrocarbon fuels with the formation of carbon monoxide. Then the reactions will proceed according to the following schemes:
Na2SO4 + CO → Na2O + SO2↑ + CO2↑Na 2 SO 4 + CO → Na 2 O + SO 2 ↑ + CO 2 ↑
NaNO3 + CO → Na2O + N2↑ + CO2↑NaNO 3 + CO → Na 2 O + N 2 ↑ + CO 2 ↑
Проведение процесса вспучивания при работе беспламенных горелочных панелей 7 с коэффициентом избытка воздуха равным 0,85-0,99 обеспечит снижение температуры вспучивания на 50-100°С, а следовательно, приводит к снижению расхода топлива, уменьшению времени нахождения частиц в активной зоне и снижению вероятности их перевспучивания.Carrying out the swelling process during the operation of
Восстановительные условия можно создать не только за счёт снижения коэффициента избытка воздуха в беспламенных горелочных панелях 7, но и за счёт введения водорода в активную зону 1.Reducing conditions can be created not only by reducing the excess air ratio in
Остаточные объёмы монооксида углерода в потоке дымовых газов на выходе из активной зоны 1 после разбавления вторичным воздухом из узла первичного подсоса атмосферного воздуха 3 можно нейтрализовать и перевести в диоксид углерода любым известным специалистам методом, например, каталитическим окислением или обработкой в озонирующем поле коронного разряда электрофильтра высокого напряжения.Residual volumes of carbon monoxide in the flue gas stream at the outlet from the
Тип используемых беспламенных горелочных панелей 7 определяется выбором топливовоздушной (горючей) смеси.The type of used
Вспучивание при коэффициенте избытка воздуха 1,00 и выше следует проводить при использовании керамических, либо металлокерамических инфракрасных беспламенных горелочных панелей 7 с каталитическим покрытием на основе соединений платины, хрома или оксида кобальта.Swelling with an excess air ratio of 1.00 and above should be carried out using ceramic or cermet infrared
Вспучивание при коэффициенте избытка воздуха 0,85-0,99 следует проводить при использовании керамических, либо металлокерамических инфракрасных беспламенных горелочных панелей без каталитического покрытия, поскольку в восстановительной среде произойдёт неизбежное отравление катализатора и безвозвратная утрата высоких рабочих характеристик беспламенной горелочной панели 7 в целом.Swelling at an excess air ratio of 0.85-0.99 should be carried out when using ceramic or cermet infrared flameless burner panels without a catalytic coating, since in a reducing environment, catalyst poisoning will inevitably occur and the irreversible loss of high performance characteristics of the
Работа вертикальной печи осуществляется под разрежением 0,1-1000 Па, а предпочтительно, но, не ограничиваясь - под разрежением 10-50 Па, для исключения застойных зон и перетока сред от активной зоны к беспламенным горелочным панелям 7.The operation of the vertical furnace is carried out under a vacuum of 0.1-1000 Pa, and preferably, but not limited to, under a vacuum of 10-50 Pa, in order to exclude stagnant zones and the flow of media from the core to the
В силу гидродинамических режимов беспламенного горения топлива в беспламенных горелочных панелях 7 необходимо создавать условия для свободного движения смеси воздуха и газообразного топлива или паров жидкого топлива (топливовоздушной или газовоздушной смеси) к беспламенной горелочной панели 7 (с холодной стороны) и свободного движения дымовых газов от беспламенной горелочной панели 7 с другой стороны (от горячей стороны к центру активной зоны 1).Due to the hydrodynamic modes of flameless combustion of fuel in
При нарушении режима движения упомянутых сред происходит сдвиг фронта горения, срыв пламени или обратный удар. Чтобы не допустить выход режима горения вне оптимальных границ требуется создание разрежения (перепада давления) в активной зоне установки на уровне 10-1000 Па.When the regime of motion of the mentioned media is violated, the combustion front is shifted, the flame is blown off, or a reverse impact occurs. In order to prevent the combustion mode from going beyond the optimal limits, it is required to create a vacuum (pressure drop) in the core of the installation at a level of 10-1000 Pa.
Дополнительно на каждую беспламенную горелочную панель 7 устанавливается устройство независимого поддержания положительного давления (перепада давления по сравнению с атмосферным) на уровне 50-1000 Па. Устройство может быть выполнено в виде централизованной системы наддува воздуха центробежным вентилятором с разводкой к каждой беспламенной горелочной панели 7 и индивидуальным регулированием расхода и давления заслонкой с сервоприводом, либо установкой устройств для наддува на каждую беспламенную горелочную панель 7 индивидуально.Additionally, on each
Каждая беспламенная горелочная панель 7 снабжена датчиком измерения давления и расхода воздуха, а также датчиком измерения давления и расхода горючего вещества, например природного сетевого газа. Постоянный контроль указанных параметров позволяет строго регулировать значения коэффициента избытка воздуха, а также не допустить перехода фронта горения к холодной стороне горелочной панели и обратного удара.Each
Контроль и поддержание заданных значений следует производить с помощью автоматического регулятора, например ПИД-регулятора.The control and maintenance of the set values should be carried out using an automatic controller, for example a PID controller.
Передача тепловой энергии от беспламенных горелочных панелей 7 происходит как посредством излучения, так и посредством конвекции за счёт подачи дымовых газов под давлением через газопроницаемые стенки активной зоны 1 от беспламенных горелочных панелей 7 в активную зону 1 и последующего кинетического взаимодействия дымовых газов с потоком исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14.The transfer of thermal energy from the
Ввиду универсальности беспламенных горелочных панелей в качестве топлива может быть использован широкий спектр материалов, например: городской сетевой природный газ, компримированный природный газ, сжиженный природный газ (пропан-бутановая смесь), синтез-газ и другие виды газообразного топлива, широкодоступные в промышленности. Кроме того, топливом могут быть способные к испарению углеводороды и их производные - органические вещества (керосин, бензин, этанол и т.д.).Due to the versatility of flameless burner panels, a wide range of materials can be used as fuel, for example: urban network natural gas, compressed natural gas, liquefied natural gas (propane-butane mixture), synthesis gas and other types of gaseous fuels widely available in industry. In addition, the fuel can be volatile hydrocarbons and their derivatives - organic substances (kerosene, gasoline, ethanol, etc.).
Вспучивание минеральных частиц является энергозатратным процессом. Часть затрачиваемого тепла можно вернуть в систему путём установки после узла пылеулавливания теплообменника - рекуператора для нагревания идущего на горениеSwelling of mineral particles is an energy-consuming process. Part of the consumed heat can be returned to the system by installing a heat exchanger after the dust collection unit - a recuperator for heating the combustion
первичного воздуха выхлопными газами. За счёт сохранения тепловой энергии в системе можно добиться снижения затрат топлива на 30-35% по сравнению с вариантом без использования теплообменника - рекуператора.primary air exhaust gases. Due to the conservation of thermal energy in the system, it is possible to achieve a reduction in fuel consumption by 30-35% compared to the option without using a heat exchanger - recuperator.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. The inventive method is carried out as follows.
Требуемую фракцию порошкообразного материала, например перлита, с помощью питателя 5 подают в диспергатор 4, действующего по принципу трубы Вентури. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором 6, проходит через нагреватель 8 входящего воздуха, где нагревается до температуры от 300 до 900°С и течет со скоростью от 0,1 до 20,0 м/с, а далее - через переменное сечение конической трубки диспергатора 4. В горловину диспергатора 4 подают порошкообразное неорганическое сырье, которое диспергируется турбулентным потоком воздуха, нагнетаемым из вентилятора 6. Образующийся поток из диффузора диспергатора 4 с равномерно распределёнными в потоке частицами, поступает в нижнюю часть активной зоны 1, где осуществляют термическую обработку потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 по активной зоне снизу вверх.The required fraction of the powdery material, for example perlite, is fed by the
Активная зона 1 представляет собой несколько газопроницаемых перегородок 2, образованных стенками цилиндров переменного размера, установленных внутри активной зоны с внутренней стороны беспламенных горелочных панелей 7 (Фиг. 2). Газопроницаемые перегородки 2 в виде цилиндров герметично взаимодействуют между собой по контактирующим поверхностям, образуя по вертикали соответствующие пояса нагрева активной зоны, которые разделены газонепроницаемыми пластинами 16, что позволяет избежать перетока сред, подсосов и застойных зон (Фиг. 4).The
Газопроницаемые перегородки 2 в виде цилиндров на каждом уровне нагреваются до заданной температуры от 600 до 1200°С, которая контролируется индивидуально для каждой беспламенной горелочной панели 7 системой управления (не показана). Нагревание газопроницаемых перегородок 2 в виде цилиндров происходит за счёт тепла, выделяемого при сжигании в горелках топливо-воздушной смеси и прохождении дымовых газов через беспламенные горелочные панели 7. Каждая газопроницаемая перегородка 2 в виде цилиндра обогревается соответствующими беспламенными горелочными панелями 7 снаружи, причём управление режимом нагрева осуществляют независимо друг от друга. Это необходимо для обеспечения равномерности температурного поля по всей высоте активной зоны 1, а также позволяет регулировать уровень максимальной температуры для обеспечения эффективной термической обработки.Gas-
Поток исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14 последовательно проходит через все пояса нагрева вдоль оси активной зоны в направлении коллектора 9. The flow of feedstock in the form of particles to be swollen 14 sequentially passes through all heating belts along the axis of the core in the direction of the
В одном из примеров каждый пояс нагрева ограничен стенками газопроницаемой перегородки 2, представленной цилиндром, и расположенными вокруг него беспламенными горелочными панелями 7, составленными в ребрах многогранной призмы.In one example, each heating zone is bounded by the walls of a gas-
При беспламенном горении выделяется тепловая энергия, что приводит к нагреву газопроницаемой перегородки 2 до заданной температуры. Регулировка температуры каждого пояса нагрева происходит за счёт изменения количества подаваемого на горение топлива и коэффициента избытка воздуха. Дымовые газы, образующиеся от сгорания топлива и исходящие от поверхностей беспламенных горелочных панелей 7, проходят сквозь поры в газопроницаемой перегородке 2 или центральной газопроницаемой трубы 15, создавая непрерывно обновляемую защитную газовую подушку на внутренней поверхности их стенок.During flameless combustion, thermal energy is released, which leads to the heating of the gas-
Защитная газовая подушка на внутренней поверхности газопроницаемых перегородок 2 в каждом поясе нагрева обеспечивает исключение налипания мелкой фракции (менее 150 мкм) на стенки. Между коллектором 9 и активной зоной 1 установлен узел первичного подсоса атмосферного воздуха 3, снабжённый собственной газопроницаемой перегородкой 2, являющейся газопроницаемым термостойким цилиндром или верхним участком центральной газопроницаемой трубы 15. В поясе охлаждения происходит подсос воздуха с целью охлаждения термически обработанного потока исходного сырья в виде частиц, подлежащих вспучиванию 14, представляющего собой мягкие расплавленные пористые гранулы, до твёрдого состояния. Скорость потока воздуха через газопроницаемые перегородки 2 в узле первичного подсоса воздуха 3 (в поясе охлаждения) выбирается в диапазоне от 0,01 до 0,5 м/с таким образом, чтобы излишне не охлаждать расположенные ниже газопроницаемые перегородки 2 поясов нагрева.A protective gas cushion on the inner surface of the gas-
На выходе из узла первичного подсоса воздуха 3 образовавшийся поток легковесных полых гранул и отходящие газы попадают в коллектор 9, проходят через регулируемый смеситель - узел вторичного подсоса воздуха 10, где смешиваются с холодным атмосферным воздухом для окончательного контролируемого охлаждения полученных полых легковесных гранул, а оттуда охлажденный поток поступает в пылеуловитель 11, где осуществляется улавливание полых легковесных гранул. Очищенные отходящие газы выбрасываются в атмосферу посредством дымососа 12.At the exit from the primary
Дымосос 12 создаёт разряжение на уровне 0,1-1000 Па, что позволяет исключить переток сред и образование застойных зон в активной зоне.The
Осуществление заявляемого способа позволяет получить прочные полые легковесные гранулы с закрытой пористостью, т.е. с заявленными характеристиками. В таблицах 1-4 приведены параметры способа вспучивания перлитового сырья разного гранулометрического состава, который осуществлен согласно заявляемого способа с использованием заявляемого устройства (примеры по изобретению) и сравнительный пример (контрольный пример), который осуществлен тем же способом, но вместо газопроницаемой камеры в контрольном примере была использована обычная камера, стенки которой выполнены сплошными.The implementation of the proposed method allows you to obtain strong hollow lightweight granules with closed porosity, i.e. with the declared characteristics. Tables 1-4 show the parameters of the method of swelling of perlite raw materials of different particle size distribution, which was carried out according to the claimed method using the claimed device (examples according to the invention) and a comparative example (control example), which was carried out in the same way, but instead of a gas-permeable chamber in the control example a conventional chamber was used, the walls of which were made solid.
Конструкция № 1 (контрольный пример) - активная зона образована трубой круглого сечения из жаропрочного сплава со сплошной газонепроницаемой поверхностью и окружающими её горелками с беспламенными горелочными элементами. Данная труба нагревается теплом, исходящим от окружающих её беспламенных горелочных панелей, но сплошные стенки трубы препятствует прохождению сквозь нее потока дымовых газов, который мог бы служить защитной газовой подушкой. В этом случае вспучивающийся материал обильно налипает на внутреннюю поверхность газонепроницаемой трубы.Design No. 1 (test case) - the core is formed by a round tube made of a heat-resistant alloy with a solid gas-tight surface and surrounding burners with flameless burner elements. The pipe is heated by the heat emanating from the surrounding flameless burner panels, but the solid walls of the pipe prevent the flow of flue gases through it, which could serve as a protective gas cushion. In this case, the intumescent material adheres abundantly to the inner surface of the gas-tight pipe.
Конструкция № 2 (пример по изобретению) - активная зона образована центральной газопроницаемой трубой, выполненной из керамического материала, круглого постоянного сечения и окружающими её горелками с беспламенными горелочными элементами (конструкция согласно Фиг. 2 и Фиг. 4).Construction No. 2 (example according to the invention) - the core is formed by a central gas-permeable pipe made of ceramic material, circular constant cross-section and surrounding burners with flameless burner elements (construction according to Fig. 2 and Fig. 4).
Конструкция № 3 (пример по изобретению) - активная зона образована газопроницаемыми перегородками в виде соединенных друг с другом керамических призм с числом боковых сторон равным 8 переменного сечения и окружающими её горелками беспламенными горелочными элементами (конструкция согласно Фиг. 3 и Фиг. 5).Design No. 3 (example according to the invention) - the core is formed by gas-permeable partitions in the form of ceramic prisms connected to each other with the number of sides equal to 8 of variable cross-section and flameless burners surrounding it (design according to Fig. 3 and Fig. 5).
В таблице 5 приведены данные по вспучиванию различных видов неорганических порошковых материалов для контрольного примера № 1 и примеров по изобретению № 2 и № 3.Table 5 shows data on swelling of various typesinorganic powder materials for control example No. 1 and examples according to the invention No. 2 and No. 3.
Как видно из приведенных примеров по изобретению № 2 и № 3 (Таблицы 1-5), проведение процесса термообработки заявляемым способом различных видов неорганических порошковых материалов разного фракционного состава обеспечивает повышение выхода конечного продукта на 15-20% по сравнению с контрольным примером (без газопроницаемой перегородки по высоте активной зоны), сократить количество налипшего на стенки активной зоны вспучиваемого материала более чем в 20 раз. Также на представленных фото видно, что осуществление заявляемого способа обеспечивает получение полых легковесных гранул хорошего качества.As can be seen from the above examples according to the invention No. 2 and No. 3 (Tables 1-5), carrying out the process of heat treatment by the claimed method of various types of inorganic powder materials of different fractional composition provides an increase in the yield of the final product by 15-20% compared to the control example (without gas-permeable partitions along the height of the core), to reduce the amount of intumescent material adhered to the walls of the core by more than 20 times. Also, the presented photos show that the implementation of the proposed method ensures the production of hollow lightweight granules of good quality.
Представленные примеры конкретного выполнения доказывают, что заявляемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают достижение заявленного технического результата. The presented examples of specific implementation prove that the claimed method and device for its implementation ensure the achievement of the claimed technical result.
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141042A RU2757448C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it |
| PCT/RU2021/050405 WO2022131961A1 (en) | 2020-12-14 | 2021-12-01 | Device for heat treating inorganic powder materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141042A RU2757448C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2757448C1 true RU2757448C1 (en) | 2021-10-15 |
Family
ID=78286668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141042A RU2757448C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2757448C1 (en) |
| WO (1) | WO2022131961A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU147521A1 (en) * | 1961-08-31 | 1961-11-30 | к Ф.Р. Подробн | Shaft Perlite Kiln |
| WO2015184482A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Binder + Co Ag | Method for expanding raw material in the form of sand grains |
| WO2016191788A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Binder + Co Ag | Method and device for producing an expanded granulate |
| RU2017125280A (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-15 | Владимир Владимирович Курносов | METHOD FOR PRODUCING POROUS FILLER |
| RU2719466C1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-04-17 | Общество с ограниченной ответственностью "УралНИПИнефть" | Method of producing hollow granules from inorganic raw material and device for implementation thereof |
-
2020
- 2020-12-14 RU RU2020141042A patent/RU2757448C1/en active
-
2021
- 2021-12-01 WO PCT/RU2021/050405 patent/WO2022131961A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU147521A1 (en) * | 1961-08-31 | 1961-11-30 | к Ф.Р. Подробн | Shaft Perlite Kiln |
| WO2015184482A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Binder + Co Ag | Method for expanding raw material in the form of sand grains |
| WO2016191788A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Binder + Co Ag | Method and device for producing an expanded granulate |
| RU2017125280A (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-15 | Владимир Владимирович Курносов | METHOD FOR PRODUCING POROUS FILLER |
| RU2719466C1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-04-17 | Общество с ограниченной ответственностью "УралНИПИнефть" | Method of producing hollow granules from inorganic raw material and device for implementation thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022131961A1 (en) | 2022-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4894081A (en) | Spherulizing furnace | |
| US3454383A (en) | Gasification method and apparatus | |
| US20140318187A1 (en) | Glass melting method and molten glass layer bubbling glass melting furnace | |
| US3954390A (en) | Method for producing aggregate used in hardening compositions, predominantly concretes, a fluidized-bed kiln for calcining mineral stock by means of same method, and an aggregate produced by same method | |
| US4539917A (en) | Combustion heater for oil shale | |
| WO1995020544A1 (en) | Annular batch feed furnace and process | |
| US2621160A (en) | Method for expanding perlitic minerals | |
| EP0076704B1 (en) | A method of disposing of combustible material | |
| RU2757448C1 (en) | Device for heat treatment of inorganic powder materials to produce hollow lightweight granules and method for heat treatment of inorganic powder materials using it | |
| US3119379A (en) | Apparatus for combustion of fuels | |
| US5672190A (en) | Pool separation melt furnace and process | |
| US6244860B1 (en) | Apparatus and process for producing perlite | |
| US2502947A (en) | Heating | |
| US2114738A (en) | Carbon pigment producing furnace | |
| US5118288A (en) | Cement advanced furnace and process | |
| US5188668A (en) | Cement advanced furnace and process | |
| AU552679B2 (en) | Particle entrainment combustion | |
| CA1096166A (en) | Ignition hood with swirl combustion chamber | |
| GB1584175A (en) | Apparatus for producing spherical particles | |
| CN113474611B (en) | Method for burning carbonaceous material in a shaft furnace and shaft furnace | |
| US3759660A (en) | Low velocity burner for thermal expansion of particulate solids | |
| CN209937243U (en) | Production line for preparing water-storage argil by dry method | |
| US1960215A (en) | Method of and apparatus for producing refractory bodies | |
| US5044942A (en) | Cement shaft suspension furnace and process | |
| US2992074A (en) | Carbon black process and apparatus |