АППАРАТ ПОГРУЖНОГО ГОРЕНИЯ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2016 года по МПК B01J8/00 

Изобретение относится к аппаратам погружного горения, основное назначение которых - выпарка различных растворов солей и других веществ.

В ряде случаев аппараты погружного горения применяются для других целей: подогрева и охлаждения, декарбонизации, и могут быть использованы в химической, горнорудной, пищевой и других отраслях промышленности.

По принципу действия аппараты погружного горения (АПГ) характеризуются барботажными процессами, протекающими между продуктами сгорания и растворами.

Продукты сгорания получаются при сжигании газообразного или жидкого топлива в погружной горелке, расположенной так, чтобы открытое сопло было помещено на некоторую глубину в раствор. Благодаря этому происходит непосредственный контакт дымовых газов (теплоносителя) с раствором, который нагревается до температуры испарения и полного насыщения его парами воды. Эффективность процесса обеспечивается тем, что продукты сгорания, барботируя в жидкости, разбиваются на газовые пузырьки, образующие при всплывании большую межфазную поверхность тепло- и массообмена.

Важное достоинство таких аппаратов - отсутствие поверхностей теплообмена. Недостатки - большой расход топлива, невозможность использования вторичного пара в качестве теплоносителя (удаляется в смеси с газами), загрязнение атмосферы топочными газами и продуктами уноса раствора паром.

Основным элементом аппаратов погружного горения являются горелки, в которых сжигается газовоздушная смесь. Конструктивно такие горелки делятся на три типа: туннельные, циклонные и диафрагмовые.

Известен аппарат с погружной горелкой и барботажной решеткой, расположенной на выходе продуктов сгорания, разработанный ВНИИГалургии для выпаривания минеральных солей (Исламов М.Ш. Печи химической промышленности. Изд. 2-е), «Химия», Ленинградское отд. 1975. - 432 с. (с. 366-368).

Наиболее близким к предложенному изобретению является аппарат с погружной горелкой, расположенной в циркуляционной трубе, разработанный УкрНИИхиммашем для выпаривания растворов серной кислоты и для промышленных сточных вод. (Алабовский А.Н., Удыма П.Г. Аппараты погружного горения. - Москва: Издательство МЭИ, 1994. - 256 с. (с. 124-126).

Недостатком такой конструкции аппарата с погружной горелкой является наличие циркуляционной насадки, которая ограничивает площадь и объем теплообмена для контакта теплоносителя с раствором. При выходе продуктов сгорания из сопла горелки происходит диспергация потока с образованием пузырьков, которые, всплывая в жидкости, увлекают ее по кольцевому пространству и выносят в центральную часть аппарата. В результате эрлифтования жидкости в нижней части циркуляционной трубы происходит всасывание жидкости. Таким образом, вследствие разности гидростатических давлений в аппарате и внутри циркуляционной трубы имеет место интенсивная циркуляция жидкости.

При соприкосновении дымовых газов с жидкостью начинается процесс интенсивного испарения. При этом газы, уходящие из аппарата, обладают высоким влагосодержанием. При выходе дымовых газов из сопла горелки в ограниченную циркуляционной трубой область образуются так называемые газовые свищи, которые омывают как поверхность сопла, так и горелки в целом. В результате происходит перегрев и выгорание материала в зоне контакта высокотемпературных дымовых газов с корпусом горелки и воздухоохлаждающей рубашкой, что приводит к преждевременному выходу ее из строя. Кроме того, свищи вызывают волнообразование и вибрацию аппарата, что приводит к разрушению узлов аппарата.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей заявленного устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в аппарате погружного горения для выпаривания растворов минеральных солей, состоящего из корпуса и погружной горелки, в которой за счет сжигания природного газа происходит непосредственный контакт дымовых газов с раствором, согласно изобретению на выходе из сопла установлен стабилизатор в виде усеченного конуса, основание которого имеет кольцо-юбку и вертикально расположенные на внутренней части конуса ребра-направляющие, распределяющие поток теплоносителя к отверстиям в кольце-юбке и в нижней части конуса, при этом суммарная площадь сечения отверстий равна площади выходного сечения сопла горелки, а зона барботажа расположена равноудаленной от корпуса горелки и стенок аппарата.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия аппарата и исключение перегрева корпуса горелки выходящими дымовыми газами.

На фигуре 1 изображен аппарат с погружной горелкой, известной из уровня техники.

На фигуре 2 изображена конструкция заявленного аппарата с погружной горелкой.

На выходе дымовых газов из сопла горелки устанавливается стабилизатор в виде усеченного конуса 1 с отверстием в верхней его части, диаметр которого равен диаметру сопла горелки. Основание конуса имеет кольцо-юбку 2, в котором имеются отверстия для выхода теплоносителя. Внутренняя часть конуса имеет вертикально расположенные ребра-направляющие 3, распределяющие поток теплоносителя к отверстиям в кольце-юбке и в нижней части конуса. Суммарная площадь сечения отверстий равна площади выходного сечения сопла горелки. Отверстия в конусе и юбке конуса расположены таким образом, чтобы отработанные газы - теплоноситель, барботируя в жидкость, не касались стенок горелки и корпуса аппарата, т.е. в середине зоны между горелкой и корпусом аппарата, а зона барботажа располагается равноудаленной от корпуса горелки и стенок аппарата.

Струи и пузырьки теплоносителя, поднимаясь вверх, выпаривают раствор и одновременно создают, подобно эрлифту, рециркуляцию раствора. Нисходящий поток раствора охлаждает стенки горелки и наружную поверхность конуса стабилизатора. Ребра стабилизатора направляют теплоноситель к барботажным отверстиям в основании конуса и в кольце-юбке.

В результате создаются условия для повышения коэффициента полезного действия аппарата и исключения перегрева корпуса горелки и выгорания материала в зоне контакта высокотемпературных дымовых газов с корпусом горелки и воздухоохлаждающей рубашкой. Кроме того, существенно уменьшается вибрация аппарата.

Источники информации

1. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности. Из-во 2-е, Химия, Ленинградское отд., 1975, -432 с., 366-368.

2. Алабовский А.Н. Аппараты погружного горения. Москва. Изд-во МЭИ, 1994, -256 с.(124-126).

Изобретение относится к аппаратам погружного горения, основное назначение которых - выпарка различных растворов минеральных солей. В ряде случаев аппараты погружного горения применяются для других целей: подогрева и охлаждения, декарбонизации и т.п. процессов, и могут быть использованы в химической, горнорудной, пищевой и других отраслях промышленности. Аппарат погружного горения состоит из корпуса и погружной горелки, в которой за счет сжигания природного газа происходит непосредственный контакт дымовых газов с раствором. Для исключения перегрева корпуса горелки выходящими дымовыми газами и интенсификации процесса выпаривания на выходе из сопла устанавливается стабилизатор в виде усеченного конуса, основание которого имеет кольцо-юбку и вертикально расположенные ребра, распределяющие поток теплоносителя к отверстиям в кольце-юбке и нижней части конуса, площадь живого сечения которых равна площади выходного сечения сопла горелки, а зона барботажа располагается равноудаленной от корпуса горелки и стенок аппарата. Технический результат - исключение перегрева корпуса горелки выходящими дымовыми газами, интенсификация межфазового теплообмена и увеличение межостановочного режима работы аппарата погружного горения. 2 ил.

Аппарат погружного горения для выпаривания растворов минеральных солей, состоящий из корпуса и погружной горелки, в которой за счет сжигания природного газа происходит непосредственный контакт дымовых газов с раствором, отличающийся тем, что на выходе из сопла установлен стабилизатор в виде усеченного конуса, основание которого имеет кольцо-юбку и вертикально расположенные на внутренней части конуса ребра-направляющие, распределяющие поток теплоносителя к отверстиям в кольце-юбке и в нижней части конуса, при этом суммарная площадь живого сечения отверстий равна площади выходного сечения сопла горелки, а зона барботажа равноудалена от корпуса горелки и стенок аппарата.