CZ288550B6

CZ288550B6 - Způsob chlazení horkých granulovaných pevných látek

Info

Publication number: CZ288550B6
Application number: CZ1993659A
Authority: CZ
Inventors: Michael Dr. Ing. Ströder; Johannes Dr. Ing. Albrecht; Klaus Dr. Ing. Janssen; Wladislaw Ing. Lewandowski; Hansjobst Ing. Hirschfelder
Original assignee: Metallgesellschaft Aktiengesellschaft
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 2001-07-11
Also published as: DE4213475A1; DE59304075D1; EP0567167B1; CA2091654A1; FI931845A0; FI107641B; HUT65400A; JP3358632B2; SK36093A3; FI931845A; SK282384B6; CZ65993A3; EP0567167A1; JPH0626613A; HU9301202D0; ES2092744T3

Abstract

Zp sob chlazen hork²ch granulovan²ch pevn²ch l tek se prov d za tlaku vyÜÜ ho ne je atmosf rick² tlak a do 5 MPa ve fluidn m lo i. Toto fluidn lo e se nach z v prvn chladic komo°e (1a) s p° tokem (22) granulovan²ch pevn²ch l tek a ve druh chladic komo°e (1b) s odtokem (23) granulovan²ch pevn²ch l tek, mezi nimi se nach z p°ep ka (7), kter m v doln oblasti otvor (15) spojuj c ob chladic komory (1a, 1b). V chladic ch lo ch se granulovan pevn l tky vedou p°ev n ve svisl m sm ru od p° toku (22) granulovan²ch pevn²ch l tek k odtoku (23) granulovan²ch pevn²ch l tek. Do doln oblasti obou fluidn ch lo se zav d fluidiza n plyn a teplo se nep° mo odv d chladic mi za° zen mi (6a, 6b), jimi se vede chladic fluidum. Ob fluidn lo e maj v²Üku 3 a 20 m a pom r v²Üky fluidn ch lo k pr m rn Ü °ce fluidn ch lo je 3:1 a 10:1. V obou fluidn ch lo ch se udr uje tlak 0,5 a 5 MPa. Chladic fluidum se vede v obou chladic ch za° zen ch (6a, 6b), zauj maj c ch alespo \

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu chlazení horkých granulovaných pevných látek za tlaku vyššího než je atmosférický tlak až do 5 MPa v první chladicí komoře a druhé chladicí komoře, mezi nimiž se nachází přepážka, která má v dolní oblasti otvor spojující obě chladicí komory, přičemž granulované pevné látky, které se chladí, tvoří v obou chladicích komorách fluidní lože, která se stýkají s chladicími zařízeními uspořádanými v obou chladicích komorách, přičemž granulované pevné látky, které se chladí, se vedou přítokem granulovaných pevných látek nahoru na fluidní lože druhé chladicí komory a ve druhé chladicí komoře se granulované pevné látky dále vedou převážně ve svislém směru dolů k otvoru v přepážce, načež se granulované pevné látky vedou v první chladicí komoře převážně ve svislém směru vzhůru k odtoku granulovaných pevných látek, a přičemž se do dolní oblasti obou fluidních loží zavádí fluidizační plyn a teplo se nepřímo odvádí chladicími zařízeními, jimiž se vede chladicí fluidum.

Dosavadní stav techniky

Způsob tohoto druhu a zařízení vhodné k jeho provádění jsou známé ze spisu EP 478 418.

Úkolem vynálezu je popsaný způsob vylepšit tak, aby došlo k podstatnému snížení provozních nákladů. Přitom se má dosáhnout zejména intenzivního chlazení granulovaných pevných látek a menší spotřeby fluidizačního plynu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje způsob chlazení horkých granulovaných pevných látek za tlaku vyššího než je atmosférický tlak až do 5 MPa v první chladicí komoře a druhé chladicí komoře, mezi nimiž se nachází přepážka, která má v dolní oblasti otvor spojující obě chladicí komory, přičemž granulované pevné látky, které se chladí, tvoří v obou chladicích komorách fluidní lože, která se stýkají s chladicími zařízeními uspořádanými v obou chladicích komorách, přičemž granulované pevné látky, které se chladí, se vedou přítokem pevných látek nahoru na fluidní lože druhé chladicí komory a ve druhé chladicí komoře se granulované pevné látky dále vedou převážně ve svislém směru dolů k otvoru v přepážce, načež se granulované pevné látky vedou v první chladicí komoře převážně ve svislém směru vzhůru k odtoku pevných látek, a přičemž se do dolní oblasti obou fluidních loží zavádí fluidizační plyn a teplo se nepřímo odvádí chladicími zařízeními, jimiž se vede chladicí fluidum, podle vynálezu, jehož podstatou je, že se použijí fluidní lože mající obě výšku 3 až 20 m a poměr výšky fluidních loží k průměrné šířce fluidních loží je 3:1 až 10:1 a v obou fluidních ložích se udržuje tlak 0,5 až 5 MPa, přičemž chladicí fluidum se vede v obou chladicích zařízeních, zaujímajících alespoň polovinu výšky příslušného fluidního lože, v souproudu ke svislému pohybu granulovaných pevných látek a rozdíly teplot granulovaných pevných látek mezi dolními a horními oblastmi obou fluidních loží se udržují na hodnotě alespoň 200 °C. Fluidní stav ve fluidních ložích je stejný jako u stacionárního fluidního lože.

Chladiče, které pracují za atmosférických podmínek nebo s tlaky menšími než 0,2 MPa, se mohou v důsledku rušivé koalescence bublin provozovat pouze s malou výškou fluidního lože. U způsobu podle vynálezu, při kterém se pracuje s tlakem 0,2 až 5 MPa, činí výška fluidního lože alespoň 3 m. Proto jsou stacionární fluidní lože uspořádána nad co nejmenší základní plochou a udržuje se malá spotřeba fluidizačního plynu.

U způsobu podle vynálezu činí poměr výšky fluidního lože k průměrné šířce fluidního lože 3:1 až 10:1. Průměrná šířka fluidního lože se vypočítá ze střední hodnoty největší a nejmenší šířky

-1CZ 288550 B6 fluidního lože, měřeno ve vodorovné rovině vedené fluidním ložem, v případě, že průřez fluidního lože není kruhový. Jestliže se průměr fluidního lože v jeho výšce mění, získá se průměrná šířka fluidního lože ze střední hodnoty příslušných hodnot průměrů různých průřezů fluidního lože, provedených ve stejných odstupech od sebe, o velikosti například 50 cm, v různých výškách 5 fluidního lože.

Ve fluidním lože se pohybují granulované pevné látky, které se mají chladit, vždy podle stavu přítoku a odtoku granulované pevné látky, nucené směrem nahoru nebo dolů. Přitom nelze očekávat intenzivní promíchání granulovaných pevných látek ve svislém směru, takže se nad 10 výškou fluidního lože nastaví profil teploty granulovaných pevných látek. Proto se může nastavit pomocí chladicího fluida proudícího v potrubí chladicího zařízení nahoru nebo dolů ve fluidním loži konsekventní protiproud nebo i konsekventní souproud mezi chladicím fluidem a granulovanými pevnými látkami. To vede zejména při vedení v protiproudu k velkému přestupu tepla z granulovaných pevných látek na chladicí fluidum. Souproud je výhodný, když se granulovaná 15 pevná látka má přímo po vstupu do fluidního lože ochladit nebo když se u proudu granulované pevné látky, který je řízen nahoru, má chladicí fluidum odpařit.

U chladicího fluida se může jednat o kapalinu nebo i o plynné fluidum nebo fluidum ve formě páry. Použitelné známé chladicí kapaliny jsou například voda, oleje nebo taveniny solí, dále 20 přichází v úvahu například vodní pára nebo různé plyny (například dusík) pro odvod tepla.

Horké granulované pevné látky se přivádí s teplotou asi 300 až 1200 °C, a obvykle se tyto teploty pohybují v rozmezí 400 až 600 °C. Je také možné vyrobit ve fluidním loži, vytvořeném podle vynálezu, teplotní rozdíl granulovaných pevných látek mezi dolní a horní oblastí fluidního lože 25 1 50°Cavyšší.

U vysokého fluidního lože, vytvořeného podle vynálezu, s menšími průřezy plochy je spotřeba fluidačního plynu relativně malá. Na 1 m³ objemu fluidního lože na 1 hodinu se vystačí se 300 až 7500 Nm³ fluidačního plynu.

Další vytvoření vynálezu spočívá v tom, že se granulované horké pevné látky nejdříve předběžně ochlazují v druhé chladicí komoře, ve fluidním loži. I ve druhé chladicí komoře se granulované pevné látky pohybují od přítoku granulovaných pevných látek na jednom konci druhé chladicí komory převážně svisle fluidním ložem k odtoku granulované pevné látky na protilehlém konci 35 druhé chladicí komoiy. Ve druhé chladicí komoře panuje přibližně stejný tlak jako v následujícím fluidním loži v první chladicí komoře. I ve fluidním loži, ve druhé chladicí komoře, se teplo odvádí chladicím zařízením, kterým proudí chladicí fluidum, přičemž chladicí zařízení zaujímá alespoň polovinu výšky fluidního lože. U fluidního lože se výška lože pohybuje v rozmezí 2 až 20 m a s výhodou činí výška fluidního lože průměrně až 3 m. Poměr výšky fluidního lože 40 kprůměmé šířce fluidního lože činí 2:1 až 10:1 a s výhodou minimálně 3:1.1 ve fluidním loži, ve druhé chladicí komoře, se chladicí fluidum vede vsouproudu nebo protiproudu k pohybu granulovaných pevných látek od přítoku pevných látek k odtoku granulovaných pevných látek a teplotní rozdíl mezi dolní a horní oblastí fluidního lože činí minimálně 80 °C a s výhodou více než 200 °C. Granulované pevné látky ochlazené ve fluidním loži, ve druhé chladicí komoře, se 45 dostávají od odtoku granulovaných pevných látek přímo do přítoku granulovaných pevných látek na fluidní lože první chladicí komory, kde dochází k dalšímu ochlazování.

Je výhodné, když se granulované pevné látky pohybují ve fluidním loži druhé chladicí komory, mezi přítokem granulovaných pevných látek a odtokem granulovaných pevných látek, směrem 50 dolů a ve fluidním loži první chladicí komory, při dalším chlazení, nahoru k odtoku pevných látek z fluidního lože.

K vynálezu patří dále zařízení pro ochlazení horkých granulovaných pevných látek pod tlakem

0,2 až 5 MPa v chladicí komoře obsahující fluidní lože z granulovaných pevných látek, která má přítok pevných látek a odtok pevných látek, obsahuje chladicí zařízení pro nepřímé chlazení

-2CZ 288550 B6 granulovaných pevných látek a v dolní oblasti obsahuje přívodní zařízení pro fluidační plyn. Přitom je chladicí komora vytvořena pro pojmutí fluidního lože s výškou lože 2 až 20 m a poměrem výšky lože k průměrné šířce lože 2:1 až 10:1.

Další provedení tohoto chladicího zařízení spočívá vtom, že vedle chladicí komory (první chladicí komory) je uspořádána druhá chladicí komora s přítokem a odtokem granulovaných pevných látek, přičemž odtok granulovaných pevných látek je spojen s přítokem granulovaných pevných látek první chladicí komory.

Přehled obrázků na výkresech

Možnosti vytvoření způsobu a zařízení jsou vysvětleny pomocí výkresů. Jejich obr. ukazují:

obr. 1 schematické znázornění podélného řezu prvním chladicím zařízením, obr. 2 druhé chladicí zařízení v podélném řezu, obr. 3 diagram ke spotřebě fluidačního plynu a obr. 4 známý chladič s fluidním ložem v podélném řezu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle obr. 1 vykazuje vysokou štíhlou chladicí komoru 1, která má přítok 2 pevné látky a odtok 3 pevné látky. V chladicí komoře 1 se nachází v provozu neznázoměné fluidní lože z granulovaných pevných látek, které se přivádí potrubím 4. Fluidní lože sahá od roštu 5 s tryskami až k odtoku 3 a obklopuje potrubí chladicího zařízení 6, kterým se přivádí chladicí fluidum pro odvod tepla. Fluidační plyn se přivádí potrubím 8 a dodává se nejdříve do rozdělovači komory 9, dříve než stoupá roštem 5 s tryskami vzhůru a fluidizuje fluidní lože. Po výstupu z fluidního lože proudí fluidační plyn nejdříve do rozšířeného uklidňovacího prostoru 10 a opouští chladicí zařízení 6 odvod 11, ke kterému mohou být připojena další pracovní zařízení, například odprášení.

Chladicí komora J je vytvořena tak, že fluidní lože, které se v ní nachází, vykazuje výšku lože 2 až 20 m a s výhodou minimálně 3 m. Granulované pevné látky, které se mají chladit, se pohybují od přítoku 2 pevných látek za působení fluidačního plynu, například vzduchu, v chladicí komoře 1 vzhůru a opouští fluidní lože odtokem 3. Tímto předem stanoveným pohybem granulovaných pevných látek se může chladicí fluidum, proudící v chladicím zařízení 6, vést v souproudu nebo protiproudu ke granulovaným pevným látkám. Pro regulaci množství granulovaných pevných látek vstupujících do fluidního lože, se může v přítoku 2 uspořádat potrubí 13 pro napájení řídicího plynu. Chladicí komora 1 a uklidňovací prostor 10 jsou uzavřeny nádrží 12 odolnou vůči tlaku.

Chladicí zařízení podle obr. 2 ukazuje první chladicí komoru la a druhou chladicí komoru lb. Mezi první chladicí komorou la a druhou chladicí komorou lb se nachází přepážka 7, přičemž mezi roštem 5 s tryskem a spodní hranou přepážky 7 zůstává otvor 15. Těleso 16, odolné vůči tlaku uzavírá chladicí komory a má přítok 22 granulovaných pevných látek a odtok 23 granulovaných pevných látek. Horní hrana 7a přepážky 7 leží výše než přítok 22 a odtok 23. Fluidační plyny opouští těleso 16 výstupem 11.

Horké granulované pevné látky, které se přivádí přítokem 22 se dostávají nejdříve do druhé chladicí komory lb, ve které se nachází fluidní lože. Fluidační plyn pro fluidní lože se přivádí potrubím 19, dostává se do rozdělovači komory 20 a proudí pak nahoru druhou chladicí komorou lb až k výstupu H. Granulované pevné látky se vedou ve fluidním loži ve druhé chladicí komoře lb nahoru a vstupují otvorem 15 do fluidního lože první chladicí komory la. Oblast otvoru 15 má vlastní přívod fluidačního plynu potrubím 24 a rozdělovači komorou 25, která se nachází pod

-3CZ 288550 B6 roštem 5 s tryskami. Změnou množství plynu, přiváděného potrubím 24 se může ovlivnit množství granulovaných pevných látek vstupujících otvorem 15. Tímto způsobem se může ovládat proud granulovaných pevných látek k první chladicí komoře la na způsob fluidodynamického ventilu.

Otvor 15 slouží jako přítok granulovaných pevných látek pro fluidní lože v první chladicí komoře la, ve které se granulované pevné látky vedou ve stacionárním fluidním loži směrem nahoru, až opustí chladicí zařízení odtokem 23. Fluidační plyn se přivádí potrubím 26 a vstupuje rozdělovači komorou 27 a roštem 5 s tryskami do fluidního lože. Ustupujíc od zobrazení na obr. 2 mohou se 10 první chladicí komora la a druhá chladicí komora lb uspořádat i v tělese, které není dimenzováno pro vyšší tlak, které se nachází v odděleném tlakovém tělese, jak je to znázorněno na obr. 1.

Pro první chladicí komoru la a druhou chladicí komoru lb, jakož i pro fluidní lože, která se 15 v nich nacházejí, platí to co již bylo dříve řečeno pro jednotlivé lože s ohledem na výšku lože, poměr výšky lože k průměrné šířce lože a teplotnímu rozdílu mezi dolní a horní oblastí fluidního lože. Jak je zřejmé, může se jak ve fluidním loži ve druhé chladicí komoře lb, tak i ve fluidním loži v první chladicí komoře la nastavit v první chladicí komoře la mezi granulovanými pevnými látkami a chladicím fluidem souproud nebo protiproud, přičemž chladicí fluidum proudí chladi20 cím zařízením 6a a 6b.

Při mnoha případech použití se rychlosti fluidačního plynu pohybují v rozmezí 0,2 až do 0,8 m/s a mohou se pokládat za nezávislé na tlaku.

Na diagramu na obr. 3 je znázorněna pro rychlost fluidačního plynu 0,5 m/s a teplotu 500 °C, jakož i pro velikost zrna granulovaných pevných látek ve fluidním loži 100 až 400 pm při spotřebě fluidačního plynu V (v Nm³ za 1 hodinu a pro 1 m³ fluidního lože) zjištěná závislost tlaku p pro různé výšky fluidního lože h (h = 1,2, 5, 10 a 20 m). Přitom ukazuje například bod A, že se musí pracovat při tlaku p = 1 MPa a výšce h = 1 m a V = 6500, naproti tomu co se při stejném tlaku a výšce lože h = 5 m (bod B) potřebuje pouze V = 1300.

Srovnávací příklad

V dále popsaném, zčásti vypočteném srovnání se srovnává známý chladič fluidního lože ploché konstrukce podle obr. 4 s vysokým chladičem fluidního lože podle obr. 1. Chladič fluidního lože podle obr. 4 má těleso 30 s přítokem 31 granulované pevné látky, odtokem 32 granulované pevné látky, přívodním systémem 33 pro přívod fluidačního plynu a je rozdělen třemi dělicími stěnami 34 na způsob jezu ve čtyři komory 35, 36, 37 a 38. Ve všech komorách 35, 36, 37, 38 se nachází 40 fluidní lože, přičemž se pevné látky vedou přes stěny 34 od přítoku 31 přes průchod fluidními loži až k odtoku 32. Všechna fluidní lože jsou nepřímo chlazena chladicím zařízením 39 napájeným chladicí vodou, fluidační plyn se odvádí potrubím 40.

Ve srovnávacím příkladu činí vodorovný průřez plochy každé komory zařízení, podle obr. 4, 45 0,88 m², fluidní lože, podle obr. 1, má rovněž vodorovný průřez plochy 0,88 m². Další data vyplývají z následující tabulky:

-4CZ 288550 B6

	obr. 4	obr. 1
výška fluidního lože	0,5 m	2,0 m
celkový objem fluidního lože	1,76 m³	1,76 m³
povrch chladicího zařízení	36 m^{1 2}	36 m²
tlak	10 barů	10 barů
vsázka pevné látky	2500 kg/h	2500 kg/h
spotřeba chladicí vody	8000 kg/h	8000 kg/h
spotřeba fluidačního plynu	48 000 kg/h	12 000 kg/h
Teploty:
pevné látky do	700 °C	700 °C
pevné látky z	126 °C	123 °C
chladicí voda do	30 °C	30 °C
chladicí voda z	92 °C	98 °C
fluidační plyn do	150 °C	150 °C
fluidační plyn z	146 °C	123 °C

U dat, která je zčásti vypočtena, se vychází od granulovaných pevných látek, které sestávají z popele z uhlí a vykazují velikost zrna v rozmezí 0,1 až 1 mm. Jako fluidační plyn slouží vzduch, který je ve všech případech veden fluidními loži rychlostí 0,4 až 0,7 m/s.

Tabulka ukazuje, že se při stejném objemu fluidního lože, stejném chladicím zařízení, stejné spotřebě chladicí vody a stejné rychlosti fluidačního plynu u vysokého fluidního lože, podle obr. 1, vystačí se čtvrtinou spotřeby fluidačního plynu oproti uspořádání podle obr. 4, přičemž se sníží i náklad na konstrukci. Přitom nebylo nutné brát při výpočtech ohled na „mrtvé“ kouty, které se podle zkušeností s výhodou objevují u plochých chladičů fluidního lože, podle obr. 4, a dále zhoršují účinnost.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob chlazení horkých granulovaných pevných látek, za tlaku vyššího než je atmosférický tlak až do 5 MPa v první chladicí komoře (la) a druhé chladicí komoře (lb), mezi nimiž se nachází přepážka (7), která má v dolní oblasti otvor (15) spojující obě chladicí komory (la, lb), přičemž granulované pevné látky, které se chladí, tvoří v obou chladicích komorách (la, lb) fluidní lože, která se stýkají s chladicími zařízeními (6a, 6b) uspořádanými v obou chladicích komorách (la, lb), přičemž granulované pevné látky, které se chladí, se vedou přítokem (22) granulovaných pevných látek nahoru na fluidní lože druhé chladicí komory (lb) a ve druhé chladicí komoře (lb) se granulované pevné látky dále vedou převážně ve svislém směru dolů k otvoru (15) v přepážce (7), načež se granulované pevné látky vedou v první chladicí komoře (la) převážně ve svislém směru vzhůru k odtoku (23) granulovaných pevných látek, a přičemž se do dolní oblasti obou fluidních loží zavádí fluidizační plyn a teplo se nepřímo odvádí chladicími zařízeními (6a, 6b), jimiž se vede chladicí fluidum, vyznačující se tím, že se použijí fluidní lože mající obě výšku 3 až 20 m a poměr výšky fluidních loží k průměrné šířce fluidních loží je 3:1 až 10:1 a v obou fluidních ložích se udržuje tlak 0,5 až 5 MPa, přičemž chladicí fluidum se vede v obou chladicích zařízeních (6a, 6b), zaujímajících alespoň polovinu výšky příslušného fluidního lože, v souproudu nebo protiproudu ke svislému pohybu granulovaných pevných látek a rozdíly teplot granulovaných pevných látek mezi dolními a horními oblastmi obou fluidních loží se udržují na hodnotě alespoň 200 °C.