Газораспределительная решетка аппарата кипящего слоя Советский патент 1985 года по МПК B01J8/44 

Изобретение относится к оборудованию для термообработки материалов кипящем слое,используемому в цветной металлургии и химической промьшшенности для сушки, обезвоживания или прокалки слипающихся материалов, например для обезвоживания хлормагниевого сьфья. Известна газораспределительная решетка, выполненная в виде тарелки С целью предотвращения ее деформации при значительном нагревании последняя снабжена входными и вькодными патрубками для пропускания холодного воздуха между ее верхней и нижней плоскостями Dl . Известна также аналогичная конструкция тарелки для реактора с псевдоожиженным слоем 23 . Известна газораспределительная решетка аппарата кипящего слоя, выполненная в виде горизонтально уста новленного короба с перфорированным верхней и нижней пластинами, внутренняя полость которого разделена вертикальными перегородками на секции и снабжена входными и выходными патрубками 3J . Общим недостатком всех известных решеток является неравномерность охлаждения поверхности решетки, обр щенной к кипящему слою. Как показали испытания, причиной неравномерного охлаждения решетки является неравномерность распределения охлаждающего воздуха и непостоянство его температуры в полости решетки между перфорированными плас тинами и вдоль верхней пластины при одном вводе и выводе воздуха, что приводило к деформации верхней перфорированной плиты, заплавлению ВЫХОДУ ее из строя. Целью изобретения является сниже ние расхода топлива, повышение прои водительности аппарата, а также уве личение срока службы газораспредели тельной решетки за счет равномерног охлаждения ее верхней перфорированн пластины. Цель достигается тем, что в газо распределительной решетке, выполнен ной в виде горизонтального короба с перфорированными верхней и нижней пластинами, внутренняя полость кото рого разделена вертикальными перего родками на секции, сечение секций, перпендикулярное вертикальным пере72городкам, выполнено с уменьшением в сторону выходного патрубка, при зтом соотношение максимального и минимального сечений секций составляет 1-5. Кроме того, соотношение площади сечения последней секции по направлению от входного патрубка к выходному к площади сечения выходного патрубка составляет 1-10. На фиг.1 изображен разрез А-А нижней части аппарата кипящего с газораспределительной решеткой и входным патрубком охлаждающего агента; на фиг.2 -.газораспределительная решетка в плане; на фиг.З - разре Б-Б на фиг.2. Газораспределительная решетка состоит из верхней перфорированной пластины 1, боковых стенок 2 и нижней перфорированной пластины 3. Пластины соединены между собой трубками 4, предназначенными для прохода газов теплоносителя. Внутренняя полость решетки снабжена патрубками 5 и 6 соответственно для подвода и отвода охлаждающего агента и разделена вертикальными перегородками 7 на секции, сообщаюи еся между собой. Секции выполнены с уменьшением сечения, перпендикулярного вертикальным перегородкам, по ходу движения охлаждающег9 агента от входа к выходу. Соотношение максимального и минимального сечений составляет 1-5, а соотношение площади сечения выходной секции к площади сечения выходного патрубка 1-10. Работа газораспределительной решетки. . Несколько газораспределительных решеток предлагаемой конструкции, соединенных между собой патрубками для подвода и отвода охлаждающего агента последовательно или параллельно, образуют газораспределительную подину промьшшенного аппарата кипящего слоя практически любых площадей. Соединение газораспределительных решеток между собой последовательно приводит к значительному возрастанию гидравлического сопротивления и перерасходу злектрознергии, а также к увеличению неравномерности охлаждения их поверхности. Параллельное соединение решеток является более предпочтительным. 5 составляет по ходу движения воздуха при одинаковой его скорости , в начале и в конце. Увеличение скорости движения воздуха от входа к выходу в 2-4 раза способствует сниже нию перепада температур в различных точках верхней пластины до 10-20 С. Этому способствует также увеличение гидравлического сопротивления решетки при увеличении кратности ходов потока охлаждакнцего воздуха. Перепад температур по поверхности р шетки не превышал 10 С. Сопротивление решетки при двухкратном изменении потока в зависимости от расхода воздуха составляет 50-150 мм вод.ст. при пятикратном 100-250 мм вод.ст. Сопротивление решетки при двукратном изменении потока увеличено за счет уменьшения площади выходного патрубка нагретого воздуха. Так, при соотношении площади выходной секции и выходного патрубка, равном 7 2,4, сопротивление решетки в зависи- . мости от расхода охлаждающего воздуха составило 100-250 мм вод.ст., при соотношении 6,6 - от 600 до 900 мм вод.ст., а при соотношении более 10 - свыше 1400 мм вод.ст. Таким образом, увеличение этого сопротивления приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления без заметного улучЬаения равномерности охлаждения решетки. Организация равномерного охлаждения верхней пластины газораспреiделительной решетки позволяет расширить верхний предел увеличения температуры теплоносителя, что приводит к дальнейшему повышению производительности аппарата и снижению расхода топлива на процесс. Экономический эффект от внедрения изобретения определяется снижением капитальных вложений и эксплуатационных затрат.

1. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ РЕШЕТКА A1U1APATA КИПЯЩЕГО СЛОЯ, выполненная в виде горизонтально установленного короба с перфорировйннкми верхней и нижней пластинами, внутренняя полость которого разделена вертикальными перегородками на секции и снабжена входными и выходными патрубками, отличающаяся тем, что,- с целью снижения расхода топлива и повышения производительности аппарата, сечение секций, перпендикулярное вертикальным перегородкам, вьтолнено с уменьшением в сторону выходного патрубка, при этом соотношение максимального и минимального сечений составляет 1-5. 2. Решетка поп.1, отличающаяся тем, что соотношение плоп1ади сечения последней секции по направлению от входного патрубка к выходному к площади сечения выходного патрубка составляет 1-10.

ГЙэавстная I кояструкОпыты с . иаикеноваиие Л..--Г-; Количество ееяауЛ Отнтяенне пло«ад«Й сечений первой н ходной секций Перепад температуры по длине верхней перфоркроваяной 70-60 40-50 10-20 пластины,С ГН(0 ааличесхое со цротивлеяие ревет100-120 145-160 230-250 300-35 хм, мм вод.ст. Отвошевйе пяоцадн выходной сехции |с ппоцади выходного 2,4 2,4 2.42,4 патрубка Температура тешю- . носителя, °С380-400400-450450-520450-52

Пр жэводитеяьность

265 350 350 275

240 , , т/суткя

125 116 107 107 116

. 80 69555766

275275

116

116 92 84 предлагаемой конструкцией 5-45 . 40-50 30-35 25-30 100-140 600-900 800-1000 1,5 2,4 6,6 400-450400-450400-450400-450 .

Количество отнимаемого тепла при охлаждении верхней перфорированной пластины 1 в газораспределительной решетке зависит от разности температур воздуха и решетки, длительности пребывания охлаждающего воздуха и его скорости в полости решетки.

Для увеличения скорости охлаждающего воздуха внутренняя полость решетки разделена на секции вертикальными перегородками 7 с отверстиями для прохода из секции в секцию. При зтом для равномерности охлаждения верхней перфорирова нной пласти.ны 1 в первой по ходу движения охлаж дающего воздуха секции обеспечивают небольшую его скорость,- т.е. невысокий коэффициент теплопередачи при значительной разнице температур холодного воздуха и нагретой решетки.

Пройдя первую секцию, охлаждающий воздух нагревается (снижается разность температур воздуха и решетки) , и для обеспечения заданного отъема тепла в следующей секции требует ся увеличить коэффициент теплопередачи за. счет повышения скорости воздуха в полости решетки. Таким образом, разделение решетки на секции вертикальными перегородками 7 позволяет обеспечить направленное движение охлаждающего воздуха в полости решетки, при этом выполнении секций с различной площадью сечения при ее уменьшении по ходу движения охлаждающего воздуха обеспечивается равномерный отъем тепла по всей площади верхней перфорированной /шастины.

В некоторых -случаях разделение внутренней полости решетки на заданное количество секций затруднительно по конструктивным соображениям. Для обеспечения равномерности распределения охлаждающего воздуха в полости решетки, особенно при ограниценном количестве секций, предложено увеличить ее гидравлическое сопротивление путем уменьшения сечения выходного патрубка нагретого воздуха в пределахотношений.площади сечения выходной секции к площади сечения выходного патрубка 1:10. В таблице представлены результаты испытаний газораспределительной ре- . шетки опытной печи в зависимости от количества охлаждающего воздуха.

Как показано в таблице, увеличени отношения площадей сечений первой и

выходной секций от 1:1 до1:5 приводит к уменьшению перепада гемператур по длине верхней перфорированно решетки от 70 до 10 С, т.е. равйоменому охлаждению.

Соотношение максимального и минимального сечения секций менее 1 не обеспечивает равномерного распределения охлаждающего воздуха во внутрней полости решетки, приводит к деформации верхней перфорированной плиты, заплавлению ее материалом и выходу решетки из строя.

Соотношение сечения секций более 5 приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления решетки и необходимости применения высоконпорных дутьевых устройств. При этом заметного улучшения равномерности охлаждения решетки не наблюдается.

Повьш1ение равнсшерности охлаждения решетки можно достигнуть и при ограниченном количестве секций за счет уменьшения .сечения выходного патрубка в пределах отношения сечений выходной (последней) секции к сечению выходного патрубка от 1 до 10.

Снижение указанного соотношения ниже 1 ухудшает эффект охлаждения ,решетки по сравнению с известной конструкцией.

Увеличение соотношения вЫше 10 практически не сказывается на улучшении эффекта охлаждения решетки, т.е. не приводит к дополнительному снижению расхода топлива. Однако в связи с увеличением сопротивления решетки возрастает расход электроэнергии.

Обеспечение равномерного охлаядения верхней пластины решетки позволяет расширить верхний предел увеличения температуры теплоносителя, проходящего через воэдухоохлаждаемую решетку в кипящем слое, и повысить производительность аппарата и снизить расход топлива.

Проведенные испытания по охлаз сдению решетки с различной кратностью изменения потока показали, что при одинаковом расходе воздуха наиболее эффективно охлаяодение осуществляется при пятикратном изменении направления потока. Увеличение скорости движения охлаждающего воздуха приводило к уменьшению температуры рещетки. Максимальный перепад температур верхней перфорированной пластины

+ .+ ++ +

Л

б

Фие.2

б. б