Циклонная печь для термохимической переработки минерального сырья Советский патент 1980 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к плавильному оборудованию в технологических uexeix и может быть использовано в химической и металлургической отрас лях промышленности. Известна циклонная плавильная печь, содержащая рабочую камеру и сборник расплава, соединенные ци лтиндрическим пережимом, имекияим круглое поперечное сечение, постоя ное по всей высоте пережима l . Недостатком этой печи является то, что цилиндрический пережим не позволяет газовому потоку,истекающему с большой скоростью из рабоче камеры, создать в сборнике расплава мощное центробежное силовое поле. Таким образом, энергия высототемпературного газового потока .не используется для эффективного пере мешивания расплава в сборнике с це интенсификации тепломассообмена ме ду расплавом и газовым потоком, го могенизации и усреднения расплава по. химическому составу. Наиболее бли-шой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является циклонная печь для термохимической переработ ки минерального сырья, содержашая рабочую камеру с пережимом, тангенционально соединенным с цилиндрическим сборником расплава . Пережим выполнен щелевидйьм с постоянным сечением по высоте. Недостатком известной печи является низкое качество расплава, вследствие того, что закрученный газовый поток в нижней части рабочей камеры, попадая с большой скоростью в щелевидный пережим, не успевает переформироваться в плоский однородный поток из-за ограниченной длины пережима с постоянным поперечным сечением по высоте. В результате этого газовый поток входит в сборник расплава с крайне, неравномерными по сечению полями скоростей, температур и газовой концентрации. В двухсекционной печи наибольшая плотность потока будет наблюдаться на периферийных участках пережима, а в односекционном в центральной части. Такой неравномерный поток не позволяет эффективно перемешивать расплав в сборнике, а главное - ухудшает тепломассообмен, снижает скорость протекания термохимических процессов,приводит к неоднородности расплава по химическому составу. Щелевидный пережим, установленный в односекцнонном циклоне, сильно 11скажает аэродинамику процессов , протекающих в нижней части рабочей ка.ме ры,

Цель изобретения - улучшение качества расплава путем его эффективного перемешивания однородным газовым потоком в сборнике расплава.

Достигается это тем, что в циклонной печи для термохимической переработки минерального сырья, содержащей рабочую камеру с пережимом, тангенционально соединенным с цилиндрическим сборником расплава, пережим выполнен с переменным по высоте поперечным сечением, переходящим от круглого на входе к щелевидному на выходе Высота пережима составляет 0,8-1 диаметра рабочей камеры, а отношение выходной площади сечения пережима к входной составляет 0,8-0,9.

Такая конструкция пережима позволяет закрученному высокоскоростному газовому потоку вписаться с минимальными гидравлическими потерями в цилиндрическую часть пережима, находящуюся в нижней части рабочей камеры. Плавный переход пережима от цилиндрического к щелевидному при высоте пережима не менее 0,8-1 диаметра циклонной камеры позволяет в газовом потоке выравнить поля скоростей, температур и газовой концентрации и одновременно переформировать поток из закрученного в плоско-параллельный. При высоте пережима менее 0,8 диаметра рабочей камеры ухудшаются усло.вия переформирования потока и могут возникать его завихрения в месте перехода цилиндрической части в щелевидную, увеличивающие гидравлическое сопротивление пережима.

Высота пережима более 1,0 диаметра рабочей камеры приводит к увеличению потерь тепла и необходимости подогрева пережима, при этом гидравлическое сопротивление пережима не уменьшается. .Незначительное уменьшение площади поперечного сечения пережима к выходу из него в указанных пределах позволяет несколько увеличить скорость потока, не изменив существенно гидравлическое сопротивление пережима. Таким образом, в цилиндрический сборник расплава будет входить тангенциально-высокоскоростной однородный газовый поток, создающий в сборнике мощное центробежное силовое поле. Уменьшение площади выходного сечения пережима менее 0,8 приводит к резкому увеличению сопротивления пережима.

На фиг.1 показана печь, общий вид на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

.Циклонная печь содержит пережим 1, который тангенционально соединяет цилиндрическую рабочую камеру 2,снабженную вводами 3 и 4 для шихты и топлива со сборником 5 расплава. Верхня часть пережима, находящаяся в рабочей камере, имеет цилиндрическую часть. Круглое входное отверстие имеет скос. Высота пережима составляет 0,8-1,0 диаметра рабочей камеры.

Нижняя часть пережима, находящаяся в сборнике расплава, имеет в сечении овальную щель, образованную двумя полуокружностями и прямоугольником. Отношение размеров круга к

овальной щели- 0,4-0,6 ;-- 2. Uа

в цилиндрическом сборнике 5 расплава установлена летка 6, через которую расплав выводится из установки

Циклонная печь работает следующим образом.

Воздух и топливо поступает в верхнюю часть рабочей камеры 2 через сопла (вводы) 4 так,что в камере образуется циклонный поток. Обрабатываемая шихта подается через вводы 3 в область развитого горения топлива. Шихта проходит обработку в объеме камеры 2 и улавливается на ее стенках в виде расйлава, который стекает в нижнюю часть камеры и, достигнув уровня скоса порога входного отверстия пережима 1, стекает через него в сборник 5 расплава. Высокотемпературный закрученный газовый поток с большой скоростью входит в цилиндрическую часть пережима, не искажая аэродинамику процесса в нижней части камеры, и по мере продвижения его к выходу из пережима, переформировывается в плоскопараллельный поток с равномерным полем скоростей, температур и газовой концентрации на выходе из пережима. Благодаря тангенциальному вводу такой одгородной поток с большой энергией входит в сборник расплава, осуществляя эффективное перемешиванием и гомогенизацию расплава, а также интенсификацию процессов тепло- и массообмена. Через летку 6 расплав вытекает из сборника, а газовый поток поступает в запечную теплоисполЬзующую установку.

Конструкция печи позволяет, повысить качество расплава за счет использования однородного высокотемпературного газового потока для эф.фективного перемешивания расплава, приводящего к интенсификации процессов тепло-и массообмена в сборнике, гомогенизации расплава и его усреднению по химическому составу.

Формула изобретения

1. Циклонная печь для термохимической переработки минерального сырья, содержащая рабочую камеру с пережимом, тангенциально соединенным с цилиндрическим сборником расплава, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества расплава путем его эффективного перемешивания однородным газовым потоком в сборнике расплава, пережим выполнен с переMeHHfcJM по высоте поперечным сечением, переходящим от круглого на входе к щелевидному на выходе.

2. Печь ПОП.1, о тлич ающая с я тем, что высота пережима составляет 0,8-1,0 диаметра рабочей камеры, а отношение выходной площали сечения пережима к входной составляет 0.,8-0,9,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Циклонные энерготехнологические процессы и установки. М., ЦНИИ и ТЭИ ЦМ, 1967, с. 14-15.

2.Авторское свидетельство СССР № 479989, кл, F 27 В 15/00, 1973.

. J