ПЕЧЬ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2000 года по МПК F27B15/00 F27B15/10 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в химической промышленности.

Известна печь для обжига зернистого материала в кипящем слое с подачей воздуха через дутьевые сопла подины, с боковым вводом жидкого топлива в слой через специальные форсунки, установленные горизонтально заподлицо с внутренней стенкой печи (Авт. свид. N 455232 СССР, МКИ F 27 В 15/10).

Недостатком известной конструкции печи является сложность конструктивного оформления подвода псевдоожижающего агента и трудность его регулирования по объему печи. При легко спекающихся материалах кипящего слоя, какими являются металлические порошки меди, никеля и железа, в печи указанной конструкции, при относительно больших ее поперечных размерах неизбежно происходит зарастание центральной части подины, так как хорошее перемешивание организовано только в периферийной зоне, а поперечный коэффициент перемешивания газа в псевдоожиженных системах невелик.

Известна печь кипящего слоя, содержащая камеру дутья, дутьевые сопла и форсунки на подине, камеру обжига, и устройства для загрузки и выгрузки материала (Авт. свид. N 535449, МКИ F 27 В 15/00).

В известной конструкции печи подина выполнена с горизонтальными каналами, в которых расположены форсунки.

Данная конструкция печи непригодна для восстановления закиси никеля и других окислов металлов вследствие зарастания подины металлическим настылем, нарушения равномерности распределения топлива по слою, зарастания выходных отверстий форсунок в условиях легко спекающихся материалов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является печь кипящего слоя для обжига различных материалов, включающая дутьевую камеру, подину, равномерно установленные на ней дутьевые сопла с головками, в которых выполнены горизонтальные отверстия истечения газового реагента - псевдоожижителя, реакционную камеру, свод, устройства для подачи газового или жидкого восстановителя (А.Ф.Астафьев, Ю.В. Алексеев, Переработка в кипящем слое полупродуктов никелевого производства, Металлургия, М., 1991, 145-148).

В печи данной конструкции, в процессе восстановления закиси никеля с получением никелевого порошка на подине печи образуются плотные никелевые настыли. Механизм их образования заключается в следующем. Встречные струи воздуха из установленных на одном уровне головок сопел, взаимодействуя, образуют большие газовые пузыри, поднимающиеся из межсоплового пространства, вовлекая частицы порошка. Над поверхностью головок создаются области уплотнения псевдоожижаемой фазы. Частицы здесь медленно дрейфуют по поверхности головки от центра в межсопловое пространство. В случае легко спекающихся частиц, каковыми являются свежевосстановленные частицы никеля, над головками сопел образуются пакеты частиц, которые схватываются с поверхностью самих головок. Далее они уплотняются за счет спекания и увеличиваются в размере. Фонтанирующие области между соплами постепенно сужаются, в некоторых местах с течением времени перекрываются совсем, при этом существенно ухудшается процесс восстановления: нарушается равномерное распределение восстановителя в слое, создаются локальные места вторичного окисления металлического порошка, качество продукта резко падает. После остановки печь приходится чистить с применением отбойного молотка.

Конструкция предлагаемой печи кипящего слоя для восстановления окислов металлов позволяет избежать вышеуказанных недостатков и, следовательно, позволит увеличить кампанию печи, улучшить и стабилизировать качество продукции, уменьшить удельный расход восстановителя.

Предлагаемая печь кипящего слоя для восстановления окислов металлов включает дутьевую камеру, подину, установленные на ней дутьевые сопла с горизонтальными отверстиями истечения дутья, реакционную камеру, свод, устройства для загрузки и выгрузки зернистого материала, устройства для подачи газового или жидкого восстановителя. В печи, предлагаемой нами, в отличие от прототипа, дутьевые сопла установлены на подине в двух уровнях, причем отверстие истечения дутья сопла второго уровня расположено на высоте (0,5- 1,5)h от оси отверстия истечения дутья сопла нижнего уровня, где h - высота от оси отверстия истечения дутья сопла до вершины головки сопла. Дутьевые сопла расположены на подине в шахматном порядке.

На чертеже изображено расположение сопел на подине печи кипящего слоя. Сопла первого (нижнего) уровня - 1; сопла второго уровня - 2. Пунктирной линией показана траектория движения струи воздуха.

Расположение головок дутьевых сопел на разных уровнях позволит предотвратить спекание металлических частиц за счет того, что поверхности головок первого (нижнего) уровня обдуваются струями соседних сопел, установленных на втором уровне. Величина перепада высот отверстий сопел определяется необходимостью воздействия струй дутья непосредственно над поверхностью головок сопел, расположенных вблизи от уровня подины, где в известных технических объектах имеет место уплотнение, сцепление и спекание частиц. При значениях перепада высот отверстий меньше 0,5h на поверхности головок сопел происходит спекание частиц материала. В области значений перепада высот более 1,5h непосредственное воздействие струй дутья верхнего сопла на головку нижнего сопла ослаблено настолько, что дальнейшее увеличение высоты не дает эффекта против образования пакетов сцепленных частиц. Кроме того, в данном объеме кипящего слоя начинается интенсивное перемешивание частиц материала с высокой скоростью перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях и образования спеков не происходит.

Шахматное чередование сопел разных уровней обеспечивает равномерный обдув воздухом головок сопел нижнего уровня, что также способствует лучшему протеканию процесса и предотвращает образование зон спекания частиц материала.

Печь работает следующим образом.

В печь, имеющую площадь подины 1,3 м³, непрерывно загружаются зернистые оксиды металлов. Через дутьевые сопла (1, 2), установленные в двух уровнях и в шахматном порядке, подается воздух в количестве, обеспечивающем псевдоожижение частиц слоя (~1500 нм³/час). Через водоохлаждаемые форсунки подаются газообразное или жидкое топливо и газ-распылитель. Соотношением воздух : топливо в кипящем слое поддерживается необходимая температура восстановления оксидов. При встрече потока топлива с потоком дутья происходит интенсивное перемешивание и газификация топлива. Одновременно происходит восстановление частиц оксидов металлов до металлического состояния.

Расположение головок дутьевых сопел в двух уровнях и в шахматном порядке обеспечивает предотвращение спекания металлических частиц за счет того, что поверхности головок первого (нижнего) уровня обдуваются струями соседних сопел, установленных на втором уровне, за счет чего печь работает устойчиво, выдавая никелевый продукт со степенью восстановления 98-100%.

Продукт восстановления - металлический порошок непрерывно выгружается. Газообразные продукты, содержащие преимущественно углекислый газ и пары воды, а также водород, углеводы и окись углерода, непрерывно удаляются через газоходное отверстие в своде.

Список используемой литературы
1. Авт. свид. N 455232 СССР, МКИ F 27 В 15/10.

2. Авт. свид. N 535449, МКИ F 27 В 15/00.

3. А.Ф. Астафьев, Ю.В. Алексеев. Переработка в кипящем слое полупродуктов никелевого производства, М., Металлургия, 1991, с. 145-148.

Использование: изобретение относится к металлургии и может быть использовано в химической промышленности. Сущность: печь кипящего слоя для восстановления окислов металлов включает дутьевую камеру, подину, установленные на ней дутьевые сопла с горизонтальными отверстиями истечения дутья, реакционную камеру, свод, устройства для загрузки и выгрузки зернистого материала, устройства для подачи газового или жидкого восстановителя. Дутьевые сопла на подине установлены в двух уровнях, причем отверстие истечения дутья сопла второго уровня расположено на высоте (0,5-1,5)h от оси отверстия истечения дутья сопла нижнего уровня, где h - высота от оси отверстия истечения дутья сопла до вершины головки сопла. Дутьевые сопла расположены на подине в шахматном порядке. Изобретение позволяет обеспечить упрощение конструктивного оформления подвода псевдоожижающего агента, исключить образование пакета частиц над головками сопел и их спекание с поверхностью самих головок, улучшить процесс восстановления за счет обеспечения равномерного распределения восстановителя в слое. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Печь кипящего слоя для восстановления окислов металлов, включающая дутьевую камеру, подину с установленными на ней дутьевыми соплами с горизонтальными отверстиями истечения дутья, реакционную камеру, свод, устройства для загрузки и выгрузки зернистого материала, устройства для подачи газового или жидкого восстановителя, отличающаяся тем, что дутьевые сопла установлены на подине в двух уровнях, причем отверстие истечения дутья сопла второго уровня расположено на высоте (0,5 - 1,5)h от оси отверстия истечения дутья сопла нижнего уровня, где h - высота от оси отверстия истечения дутья сопла до вершины головки сопла. 2. Печь кипящего слоя по п.1, отличающаяся тем, что дутьевые сопла расположены на подине в шахматном порядке.