Аппарат кипящего слоя Советский патент 1981 года по МПК F27B15/00 F26B3/84 

(54) ЛППЛРАТ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Изобретение относится к оборудо ванию для осуществления процесса теплообмена в кипящем слое, например для охлаждения прокаленного глинозема при производстве алюминия, и может быть использовано в химической промышленности для сушки и охлаждения порошкообразных материалов, в теплоэнергетике и др. отраслях. Известны конструкции аппаратов ки пящего слоя, в полости которых размещены различного типа устройства {сетки, решетки, спирали, цилиндры и др.) для обеспечения однородности псевдоожиження с целью интенсификации технологических процессов и сокращения выноса пыли. Эти насадки н выполняют роли теплообменных элемен тов 1J. Известно устройство с псевдоожиженным слоем, в котором для уменьше ния уноса частиц из аппарата в свободном пространстве над слоем разме щена перегородка в форме канала. Во время устройства газы, выделя щиеся из слоя, уносят частицы вещес ва, из которого состоит, этот слой. Эти частицы вместе с газами ударяют ся о наружную поверхность канала, ч вызывает уменьшение скорости частиц, которые выпадают в псевдоожиженный слой. Освобожденные от частиц газы удаляются из устройства через проход 12. Недостатком устройства является то, что размещение в надслоевом пространстве перегородки в форме канала уменьшает поперечное сечение аппарата, что способствует увеличению локальной скорости газа в этой зоне н выносу частиц из аппарата. Известна также печь для термической обработки сыпучих материалов, которая для уменьшения выноса обрабатываемого материала из печи содержит приводную наклонную разделительную стенку, шарнирно укрепленную в своде печи рядом с газоотводом и перекрывающую 0,4-0,6 площади ее поперечного сечения 3. Однако использование в качестве пылеотбойника поворотной стенки и шарнирного соединения, наряду со сложностью конструкции, ведет к снижению надежности работы устройства. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является реактор кипящего слоя, в котором имеются нагревательные элементы в виде горизонтальных трубчатых- змеевиков, погруженных в кипящий слой, причем трубы располагаются по направлению вдоль одной продольной оси. В свободном пространстве над кипящим слоем установлена выпуклая сводчатая перфорированная пластина, через которую газ, отводится из камеры. Продольные края пластины расположены на некотором расстоянии от боковых стенок камеры, благодаря чему частицы, осаждающиеся на верхней поверхности пластины, через щели между краями пластины и боковыми стенками падают в кипящий слой 4.

Недостатком известного реактора кипящего слоя является то, что на верхней стороне сводчатой перфорированной пластины, установленной в свободном пространстве над кипящим слоем, образуется слой неподвижного материала, уносимого из реактора, что приводит к забиванию отверстий в перфорированной пластине. Кроме того, уменьшение поперечного сечения аппарата в зоне размещения пластины является причиной увеличения локальной скорости газов как через отверстия, так и в боковых зазорах между пластиной и стенками реактора, что способствует уносу -частиц из аппарата через боковые зазоры, а не возвращению их в слой.

К недостаткам известного реактора следует также отнести размещение всех рядов теплообменных труб вдоль одной продольной оси, что способствует уменьшению подвижности обрабатываемого материала и снижению величины коэффициента теплоотдачи.

Кроме того, процесс внешнего теплообмена и уменьшение пылевыноса из указанного реактора осуществляется с помощью различных конструктивных уз;ЛОВ .

Целью изобретения является увеличение производительности за счет повышения эффективности теплообмена и снижения пылевыноса материала.

Указанная цель достигается тем, что в аппарате кипящего слоя, содержащем корпус, газораспределительную решетку, патрубки для загрузки и разгрузки материалов.и теплообменную насадку, состоящую из горизонтально расположенных труб, последние размещены равномерно по сечению аппарата и установлены по высоте аппарата чередующимися рядами, смещенными относительно друг друга под углом 30-90° при этом верхние ряды расположены на патрубком для разгрузки материала.

Кроме того, целесообразно трубы располагать в горизонтальной плоскости с шагом,. рарным 1,5-3 диаметра трубы, :а в вертикальной - с шагом равным 1-3 диаметра трубы.

На фиг. 1 изображен аппарат кипящего слоя с перекрестным расположением рядов труб под углом 90, общий вид; на фиг. 2 - аппарат с перекрестным расположением рядов труб под острым углом, вид в плане.

Аппарат кипящего слоя содержит корпус 1, горизонтально расположенные трубы 2;, установленные по высоте аппарата чередующимися рядами, патрубок 3 для загрузки материала, патрубок 4 для разгрузки материала, газораспределительную решетку 5, расположенную в нижней части аппарата, перегородку 6, которая делит аппарат на секции и обеспечивает перекрестное движение газа и материала iB аппарате, и патрубок 7 для выхода газа.

Аппарат работает следующим образом.

Дисперсный материал загружается в корпус 1 аппарата через патрубок 3 для загрузки. В агпарате материал . псевдоожижается с помощью воздуха, подаваемого через газораспределительную решетку 5.

Для охлаждения (или нагревания) материала в аппарате размещена теплообменная насадка, состоящая из горизонтально расположенных труб 2, по которым подается охлаждающий (или нагревающий;) агент.

Верхние ряды труб расположены над патрубком 4 для разгрузки материала.

Повышение- коэффициента теплоотдачи в аппарате объясняется тем, что наличие в аппарате кипящего слоя мелких ячеек, образованных перекрестными рядами труб, расположенными под углом 30-90°, способствует созданию более однородной структуры слоя, дроблению крупных газовых пузырей |и больших агрегатов частиц, создает гомогенизацию слоя.

В то же время образование свободных ячеек в слое способствует сохранению большей подвижности материала, а подвижность материала обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи от поверхности к кипящему слою.

Размещение труб в пучке с шагом по горизонтали выбрано в пределах 1,5-3 диаметра труб, так как при шаге меньшем , чем 1,5 d трубы имеет место значительное загромождение слоя трубами, что уменьшает подвижность материала и вызывает падение коэффициента теплоотдачи с увеличением оптимальной скорости псевдоожижения.

Размещение труб по горизонтали с шагом большим 3 d трубы обеспечивает подвижность ма.териала и повышение кбэффициента теплоотдачи, но при этом выиграша в количестве снимаемого тепла не -наблюдается, так как имеет место значительное уменьшение площади теплообменника при сохранении прежних размеров аппарата. Относительно предельных величин вертикального шага, равных 1-3 ЙТР, установлено, что влияние ячеек на повышение коэффициента теплоотдачи появляется в большей степени при шаге равном и затем постепенно нивелируется, шаге равном Збтрзначение коэффициента теплоотдачи приближается к значениям.пучка с шахматным расположением труб вдоль одной продольной оси, так как форма ячейки уже теряется. Кроме того, при этом уменьшается и площадь самого теплообменника при сохранении прежних размеров аппарата кипящего слоя. Одновременно с повышением эффективности теплообмена конструкция аппарата способствует уменьшению вы носа частиц из слоя при условий раз мещения верхних рядов труб над патрубком для выгрузки материала, т.е. в свободном пространстве аппарата над уровнем кипящего слоя. При этом размещение труб в пучке необходимо выполнять перекрестно с шагом по горизонтальной оси, равным 1,5-3 диаметра трубы, чтобы перекрыть свободное поперечное сечение аппарата на пути движения газа с частицами материала, которые ударяю ся о нижнюю и боковые поверхности труб, что вызывает уменьшение скоро ти частиц, и они возвращаются обрат но в слой. Формула изобретения 1.Аппарат кипящего слоя, содержащий корпус, газораспределительную решетку, патрубки для загрузки и разгрузки материала и теплообменную насадку, состоящую из горизонтально расположенных труб,. отличающий с я тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения эффективности теплообмена и снижения пылевыноса материала, трубя размещены равномерно по сечению аппарата и установлены по высоте аппарата чередующимися рядами, смещенными от-, носительно друг друга под углом 3090, при этом верхние ряды расположены над патрубком для разгрузки материала . 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что трубы расположены в горизонтальной плоскости с шагом, равным 1,5-3 диаметра трубы, а в вертикальной - с шагом, равным 1-3 диаметра трубы. Источники информации, принятые во вкимание при экспертизе 1. Гельперин Н.И. Основы техники псевдоожижения. М., Химия, 1967, с. 131. 2.Патент Франции W 2345208, кл. В 01 J 8/24, опублик. 1977. 3.Авторское свидетельство СССР №559957, кл. F 27 В 15/00, 1975. 4.Патент фрг № 2320614, кл. 31 а - 15/2, опублик. 1974.