Результат интеллектуальной деятельности: АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕГО ТЕЛА

Изобретение относится к аппаратам кипящего слоя и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической, угольной и других отраслях промышленности.

Известны способы тепловой обработки рабочего тела и аппараты для их осуществления при контакте рабочего тела с кипящим слоем дисперсной насадки [Патент ФРГ N 2245495, кл. F 26 В 3/08, 1975; Гельперин Н.И. и др. Основы техники псевдоожижения. М., "Химия", 1967, с. 518; Муштаев В.И., Ульянов В. М. Сушка дисперсных материалов. М., "Химия", 1988, с. 313]. Подвод тепла в аппараты осуществляется газообразным теплоносителем, который одновременно является ожижающим агентом. Температура газа и дисперсной насадки в кипящем слое практически одинакова. Поэтому для тепловой обработки, протекающей при различных температурах, требуется несколько последовательно расположенных аппаратов или секционирование кипящего слоя по высоте газораспределительными решетками, разделяющими один кипящий слой на несколько отдельных слоев с разной температурой обработки.

Известен способ тепловой обработки рабочего тела и аппарат для его осуществления [А. с. СССР N 1038759, кл. F 26 В 3/08, 1983], в котором кипящий слой дисперсной насадки разделен секционирующей решеткой с живым сечением 50-80% и величиной отверстий, равной 2-10 диаметрам частиц дисперсной насадки. Может быть использована как одна решетка, так и пакет из них с долей свободного объема 85-95%. Подвод тепла осуществляется в нижней зоне аппарата, теплоотвод для обработки рабочего тела - в верхней зоне кипящего слоя над секционирующей решеткой. Дисперсная насадка непрерывно циркулирует между зонами и образует единый (без разрывов по высоте) кипящий слой. При этом в нижней зоне температура кипящего слоя выше, чем в верхней зоне. При равенстве количества подводимого и отводимого тепла в зонах устанавливается постоянная температура, а градиент температур по высоте слоя между зонами может достигать нескольких сотен градусов. Количество тепла, переданного из нижней зоны в верхнюю, зависит от параметров секционирующей решетки, которые определяют степень циркуляции дисперсной насадки между зонами. Чем больше отношение размера отверстий секционирующей решетки к диаметру частиц дисперсной насадки, тем меньше градиент температур между зонами. Увеличение числа решеток в пакете приводит к росту градиента температур.

Недостатком такого аппарата является невозможность изменения тепловой нагрузки аппарата при заданных параметрах установленной секционирующей решетки. Для изменения режима работы аппарата необходима его разборка и установка секционирующей решетки с другими параметрами. С другой стороны, в процессе эксплуатации за счет истирания размер частиц дисперсной насадки все время уменьшается, что приводит к уменьшению градиента температур между зонами и снижению тепловой мощности аппарата. Дополнительно, например, для котельных установок с кипящим слоем дисперсной насадки, в которых в нижней зоне слоя происходит сжигание топлива, а в верхней установлены теплообменные поверхности, охлаждаемые водой, затруднен их пуск в работу из-за сильного захолаживания кипящего слоя при его разогреве до температуры воспламенения топлива.

Изобретение решает задачу улучшения эксплуатационных характеристик аппарата для тепловой обработки рабочего тела в кипящем слое дисперсной насадки.

Задача решается предлагаемой конструкцией аппарата для тепловой обработки рабочего тела в кипящем слое дисперсной насадки, содержащего вертикальный корпус с газораспределительной решеткой и секционирующие решетки, расположенные внутри кипящего слоя дисперсной насадки и разделяющие его на две зоны, с размером ячеек больше размера частиц дисперсной насадки, секционирующие решетки соединены с вибрационным механизмом для регулирования скорости циркуляции частиц дисперсной насадки между зонами. Секционирующие решетки выполнены с живым сечением 50-80%, а отверстия в них имеют диаметр, составляющий 2-10 диаметров частиц дисперсной насадки. При этом они выполнены в виде пакета сеток, имеющего долю свободного объема 85-95%.

Аппарат для тепловой обработки рабочего тела (см. чертеж) в кипящем слое дисперсной насадки представляет собой вертикальный корпус 1 с газораспределительной решеткой 2, на которую помещается дисперсная насадка. На определенной высоте от газораспределительной решетки в слое дисперсной насадки 3 помещена секционирующая решетка 4 с живым сечением, составляющим 50-80%, с величиной отверстий, равных 2-10 диаметрам частиц дисперсной насадки или пакет решеток с долей свободного объема в пакете решеток 85-95%. Решетка или пакет решеток соединены с вибрационным механизмом 5.

Аппарат работает следующим образом: через газораспределительную решетку 2 подают псевдоожижающий агент, который приводит частицы дисперсной насадки 3 над газораспределительной решеткой 2 в кипящее состояние. В нижнюю зону слоя под секционирующую решетку 4 осуществляют подвод тепла, а в верхней зоне слоя над секционирующей решеткой 4 проводят тепловую обработку рабочего тела с поглощением тепла. За счет непрерывной циркуляции частиц дисперсной насадки между нижней и верхней зонами устанавливается градиент температур, определяемый параметрами секционирующей решетки. Появление на секционирующей решетке 4 колебаний за счет соединения ее с вибрационным механизмом 5 уменьшает циркуляцию частиц дисперсной насадки между зонами и увеличивает градиент температур между зонами.

Отличительным признаком предлагаемого аппарата является наличие в нем дополнительного вибрационного механизма, соединенного с секционирующей решеткой.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (По прототипу). В аппарат диаметром 80 мм, оборудованный снизу газораспределительной решеткой, засыпают 2 л дисперсной насадки на основе оксида алюминия в виде сферических гранул с фракционным составом 0,8 - 1,2 мм. На высоте 200 мм над газораспределительной решеткой располагают секционирующую решетку с размером ячеек 2,5х2,5 мм и живым сечением 60%. Слой ожижают воздухом, подаваемым снизу в количестве 11,5 нм³/ч. В нижнюю зону реактора подводят тепло в количестве 9600 ккал/ч. В верхней зоне кипящего слоя распыляют воду в количестве 10 кг/ч. Температура в нижней зоне слоя 700^oC, в верхней - 400^oC. Градиент температур 300^oC.

Пример 2. Аналогичен примеру 1. Секционирующая решетка соединена с вибратором. Амплитуда колебаний - 2 мм, частота - 30 Гц. Градиент температур увеличивается до 380^oC.

Пример 3. (По прототипу). В аппарат диаметром 160 мм, оборудованный снизу газораспределительной решеткой, засыпают 10 л дисперсной насадки на основе алюмомеднохромового катализатора в виде сферических гранул с фракционным составом 0,8 - 1,2 мм. На высоте 400 мм над газораспределительной решеткой располагают секционирующую решетку в виде пакета из четырех сеток с размером ячеек 10х10 мм и долей свободного объема в пакете 95%. Слой ожижают воздухом в количестве 30 м³/ч. В нижней зоне сжигают дизельное топливо в количестве до 3 кг/ч. В верхней зоне над секционирующей решеткой помещают теплообменник змеевикового типа, охлаждаемый водой. Теплоотвод из слоя регулируют изменением расхода воды, пропускаемой через теплообменник. Температура в нижней зоне 700^oC, в верхней зоне 620^oC.

Пример 4. (По прототипу). Аналогичен примеру 3. Секционирующая решетка выполнена в виде пакета из четырех сеток с размером ячеек 5х5 мм. Температура в нижней зоне 700^oC, в верхней зоне 400^oC.

Пример 5. Аналогичен примеру 3. Секционирующая решетка с ячейками 10х10 мм соединена с вибрационным механизмом. Амплитуда колебаний - 2 мм, частота - 30 Гц. Температура в нижней зоне 700^oC, в верхней зоне 380^oC.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что соединение секционирующей решетки с вибрационным механизмом позволяет изменять тепловые режимы в верхней и нижней зоне аппарата без замены решетки.