CZ303989B6

CZ303989B6 - Zpusob fluidizace horkého sypkého materiálu a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Info

Publication number: CZ303989B6
Application number: CZ20120103A
Authority: CZ
Inventors: Mynár@Milan
Original assignee: Bcs Engineering, A.S.
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-07-31
Also published as: CZ2012103A3

Abstract

Vynález resí zpusob trvalé fluidizace sypkého, obtízne fluidizovatelného materiálu a to za vysokých teplot, který se pouzívá pri fluidní doprave a preprave a zarízení pro provádení tohoto zpusobu. Horký sypký materiál urcený k preprave, je po samospádném vstupu do fluidního kanálu nepretrzite a v celém svém objemu profukován úzkými a dlouhými proudy plynného média, které vychází z mezer mezi tycemi, címz je dosazeno jeho zfluidizování. Zarízení k provádení zpusobu zahrnuje fluidní kanál (1) uvnitr opatrený soustavou tycí (2) umístených vedle sebe, mezi nimiz jsou sterbiny (3). Soustava tycí (2) rozdeluje vnitrní prostor fluidního kanálu (1) na horní prostor (4) pro prepravu fluidizovaného sypkého materiálu (5) a na dolní prostor (6) propojený s horním prostorem (4) sterbinami (3), pricemz spodní stena (7) fluidního kanálu (1) je opatrena nejméne jedním prívodem plynného média (8) a horní stena (9) fluidního kanálu (1) je opatrena nejméne jedním prívodem sypkého materiálu (10). Vynález najde uplatnení v teplárenství a elektrárenství pri manipulaci s lozovým popelem u fluidních kotlu, pri výrobe cementu, ve slévárenství apod.

Description

Oblast techniky

Vynález řeší technický způsob trvalé fluidizace sypkého, obtížně fluidizovatelného materiálu a to za vysokých teplot, které se používá při fluidní dopravě a přepravě a zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Stávající způsoby přepravy sypkých materiálů za nízkých nebo středních teplot v potrubních systémech z uzavřeného profilu jsou založeny na místním promísení sypkých materiálů vzdu15 chem, případně vhodným plynem (dále jen fluidizace), přičemž dojde ke snížení tření mezi stěnou potrubí a fluidizovaným materiálem a rovněž ke snížení měrné hmotnosti fluidizovaného materiálu v porovnání s měrnou hmotností sypkého materiálu určeného k přepravě.

Stávající systémy a zařízení řeší fluidizaci sypkých materiálů za nízkých a středních teplot. Flui20 dizace sypkého materiálu se provádí zejména užitím fluidizační tkaniny, která tvoří dno v části nebo v částech buď dopravního horizontálního žlabu anebo skladovacích sil. Technickým problémem je teplota, do které může být tkanina použita. Běžné používané a ekonomicky dostupné tkaniny, mají oblast trvalého použití do 150 °C, krátkodobě do 200° C. Speciální materiály, jako Aramid a Kevlar, jsou při trvalém provozu použitelné do 250 °C, krátkodobě do 350° C.

Pro vyšší teploty jsou v ojedinělých případech používány ocelové, tkané drátěné síťky upravené případně lisováním anebo slinuté keramické materiály. Tyto materiály jsou však náchylné k zanášení a ucpávání drobných průchodů fluidizačního vzduchu různými tvary zrn dopravovaného materiálu a to zejména při zastavení dopravy fluidizovaného materiálu v potrubním systému.

Kovové fluidní elementy z nerezových lisovaných drátků - obvykle o průměru 0.1 až 0.8 mm, však nevyhoví z hlediska deformací působením tlaku za vysokých teplot od hmotnosti materiálu. Tyto kovové fluidní elementy z nerezových lisovaných drátků jsou, vzhledem k malým průměrům drátků, velmi brzy opotřebovány a po zkroucení zabraňují pohybu materiálu. Rovněž mezery (póry) v těchto elementech jsou nepravidelné a křivolaké, dopravovaný materiál při chladnutí a ohřevu ulpívá v otvorech a ucpává je.

Další možná konstrukce roštu spočívá v použití keramických porézních materiálů. Tyto zpravidla vyhoví teplotním požadavkům, požadavkům na otěruvzdomost, jsou však křehké, náchylné k poškození a k destrukci. Nevýhodou je rovněž jejich malá prodyšnost a jejich nevhodnost pro dopravu materiálů o větší zrnitosti a rovněž jejich vysoká cena.

Tyto popsané materiály vytvářejí rovněž velký odpor pro fluidizační vzduch, což si vyžaduje použití zdrojů tlakového vzduchu s tlaky 50 kPa a výše, tedy dmychadla a kompresory. Známá řešení jsou zpravidla tvořena potrubím, do něhož jsou, v jeho spodní části, v určitých vzdálenos45 těch od sebe, tedy nikoliv po celé délce, zaústěny přívody stlačeného vzduchu. Zkušenosti z praktických zkoušek tohoto zařízení však ukázaly, že tato řešení nevykazují požadované vlastnosti pro přepravu sypkých horkých materiálů a jsou z provozního hlediska nespolehlivá až nefunkční.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob fluidizace horkého sypkého materiálu podle vynálezu pro jejich dopravu ve fluidních kanálech potrubního charakteru, s uzavřeným profilem, při kte55 rém je sypký materiál určený k přepravě, po jeho samospádném vstupu do fluidního kanálu,

- 1 CZ 303989 B6 v celé jeho délce, nepřetržitě a v celém objemu, profukován četnými, úzkými a dlouhými proudy plynného média, které vychází z mezer mezi tyčemi, umístěnými vedle sebe, podélně ve směru přepravy a po celé délce přepravy, a to u dna fluidního kanálu, čímž je dosaženo zfluidizování přepravovaného horkého sypkého materiálu, což má za následek snížení jeho měrné hmotnosti, jeho tření o stěny přepravního podlouhlého tělesa, zvýšení jeho tekutosti a tím i jeho podélný posuv fluidním kanálem. Podstatnou částí zařízení pro fluidizaci horkého sypkého materiálu je fluidizační element (rošt), který je tvořen tyčemi ze žáropevné, nerezové oceli umístěnými vedle sebe, po celé délce fluidního kanálu, podélně s tokem dopravované látky, mezi kterými je vytvořena malá mezera od 0,1 mm až do 2,5 mm, volená dle velikosti zrn přepravovaného sypkého materiálu. Fluidní element je umístěný na dně, vodorovně vedeného, fluidního kanálu, anebo nádoby, kterými se přepravují horké sypké materiály jako popele, písek apod. při teplotách od 350 °C do 800 °C. Materiál ocelových tyčí je volen dle teploty a dle korozní a abrazivní odolnosti, s ohledem na vlastnosti přepravovaného sypkého materiálu. Materiálem obvykle bývá nerezová nebo žáropevná ocel. Profil tyčí může být kruhový, čtvercový, obdélníkový, trojúhelníkový nebo lichoběžníkový, přičemž konkrétní profil je volen rovněž s ohledem na vlastnosti přepravovaného materiálu a potřeby fluidní dopravy. Tyče jsou v určitých rozestupech navzájem pevně propojeny příčníky do tvaru roštů a tyto rošty jsou buď pevně připojeny k podlouhlému tělesu fluidního žlabu anebo vloženy do fluidní kazety s vlastním přívodem plynného média.

Výhody tohoto řešení jsou následující:

- odolnost fluidního elementu vůči vysokým teplotám dle voleného materiálu

- odolnost fluidního elementu vůči otěru

- odolnost proti ucpávání a zanášení, samočisticí schopnost

- nízká tlaková ztráta, umožňující použití vzduchu anebo jiného média s přetlakem od 5 jPa dle použité technologie využití, jedná se zejména o zdroje tlakového vzduchu.

Objasnění výkresů

Obr. 1 ukazuje zařízení pro provádění způsobu fluidizace horkého sypkého materiálu - fluidní kanál má hranatý profil, obr. 2 ukazuje příčný řez fluidním kanálem hranatého profilu, obr. 3 ukazuje zařízení pro provádění způsobu fluidizace horkého sypkého materiálu - fluidní kanál má kruhový profil, a obr. 4 ukazuje příčný řez fluidním kanálem kruhového profilu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1 (viz obr, 1 a 2)

Příklad se týká přepravy horkého písku o teplotě 400 °C z pece do chladicího zařízení fluidní cestou. Horký písek padá z lože pece samospádem do jednoho konce čtvercového anebo obdélníkového fluidního kanálku, umístěného vodorovně anebo se sklonem do 15°. Fluidní kanál I, hranatého profilu (viz obr. 1), je uvnitř opatřen soustavou tyčí 2 umístěných vedle sebe a vzájemně oddělených štěrbinami 3. Soustava tyčí 2 rozděluje vnitřní prostor fluidního kanálu 1 na horní prostor 4 pro přepravu fluidizovaného sypkého materiálu 5 a na dolní prostor 6 propojený s horním prostorem 4 štěrbinami 3 přičemž spodní stěna 7 fluidního kanálu ije opatřena nejméně jedním přívodem plynného média 8 a horní anebo čelní stěna 9 fluidního kanálu i je opatřena přívodem sypkého materiálu 10. Rez fluidním kanálem 1, hranatého profilu (viz obr. 2) ukazuje, že světlost horního prostoru 4 určeného pro přepravu fluidizovaného sypkého materiálu 5 je výrazně větší než světlost dolního prostoru 6 do něhož je přiváděn tlakové plynné médium např. vzduch nebo jiný vhodný plyn. Soustava tyčí 2 sestává (na obr. 2) z tyčí stejného, kruhového profilu, přičemž profily tyčí mohou být, v jiných případech realizace hranaté, trojúhelníkové,

-2CZ 303989 B6 “*· fe^sřve^st^^weeik r^í%-«™> «^_W'*»*+'VíMeíw--*.'«>»’-+^«· lichoběžníkové aj. Soustava tyčí 2 je, po určitých vzdálenostech, propojena pevnými příčníky 11 čímž he dosaženo vytvoření roštu 12 se zvýšenou tuhostí a větší rozměrovou stabilitou.

Funkce popsaného zařízení je následující: Z neznázoměného zásobníku, umístěného nad přívo5 dem sypkého materiálu 10, se horký sypký materiál, v důsledku gravitace, přesouvá přes přívod sypkého materiálu fO do horního prostoru 4 fluidního kanálu I hranatého průřezu, umístěného vodorovně anebo se sklonem do 15°. Zde je tento horký sypký materiál promíchán silákovým plynným médiem, které z dolního prostoru 6 fluidního kanálu i proudí štěrbinami 3 v soustavě tyčí 2 do horního prostoru 4 fluidního kanálu L Promícháním horkého sypkého materiálu ío s plynným médiem dojde kjeho zfluidizování a tím k vytvoření zfluidizované vrstvy, která se vyznačuje sníženou měrnou hmotností směsi sypkého materiálu s plynným médiem, sníženým třením s vnitřními stěnami fluidního kanálu a schopností téci fluidním kanálem i. Gravitační tlak horkého sypkého materiálu vstupujícího přívodem sypkého materiálu J.0 do fluidního kanálu 1 respektive do jeho horního prostoru 7, v kombinaci se vznikem zfluidizovaného materiálu 5, způ15 sobuje podélný posuv zfluidizovaného materiálu 5 fluidním kanálem L Vhodnou volbou profilu tyčí 2 a velikosti a tvaru štěrbin 3 je dosaženo plynulého toku fluidizovaného materiálu 5 fluidním kanálem I a rovněž obnovy toku po jeho případném přerušení.

Příklad 2 (viz obr. 3 a 4)

Příklad 2 se týká optimálního řešení dopravy horkého hrubozmného popela o zrnitosti 0,3 mm až 4 mm a sypné hmotnosti 1300 kg/m³, o teplotě 700 °C z fluidního kotle do chladicího zařízení anebo jeho recirkulace fluidní cestou. Fluidní kanál 1 je v tomto případě (viz obr. 3) tvořen trub25 kou kruhového průřezu o průměru 300 mm. Ve spodní části fluidního kanálu I, v jeho dně, po celé jeho délce, se nachází výřez 13, v němž jsou zabudovány fluidní kazety 14 obsahující v horní části rošt 12 tvořený soustavou tyčí 2 lichoběžníkového průřezu o výšce 4,5 mm, ze žáropevného materiálu, se štěrbinami 3, o šířce 0,2 mm přičemž tyče 2 jsou v určitých vzdálenostech propojované příčníky 14, čímž je dosaženo vytvoření roštu 12 se zvýšenou tuhostí a větší rozmě30 rovou stabilitou. Do spodní stěny 7, každé fluidní kazety 14, je zabudován nejméně jeden přívod plynného média 8. Řez fluidním kanálem J_, kruhového profilu (viz obr. 4) ukazuje, že světlost horního prostoru 4, fluidního kanálu 1, určeného pro přepravu fluidizovaného sypkého materiálu 5, je výrazně větší než světlost dolního prostoru 6, tvořeného v tomto případě, fluidními kazetami 14, do nichž je přiváděno plynné médium například tlakový vzduch nebo jiný vhodný plyn. Sou35 stava tyčí 2 sestává (na obr. 4) z tyčí stejného, kruhového profilu, přičemž profily tyčí mohou být, vjiných případech realizace, hranaté, trojúhelníkové, lichoběžníkové aj., a to v závislosti zejména na zrnitosti a sypné hmotnosti přepravovaného materiálu.

Funkce popsaného zařízení je následující: Horký popel anebo písek (dále jen „horký, sypký mate40 riál“) padá ze dna lože pece samospádem a (viz obr. 3) vstupuje na jednom konci čelně do fluidního kanálu I, kruhového průřezu, umístěného vodorovně anebo se sklonem do 15°. Horký, sypký materiál se v důsledku gravitace ocitá v horním prostoru 4 fluidního kanálu 1, kruhového průřezu. Zde je tento horký sypký materiál promíchán s tlakovým vzduchem nebo jiným vhodným plynem o tlaku 15 kPa, který z dolního prostoru 6, fluidní kazety 14, proudí štěrbinami_3 v soustavě tyčí 2 do horního prostoru 4 fluidního kanálu I, a to po celé délce. Promícháním horkého sypkého materiálu s plynným médiem dojde k zfluidizování horkého sypkého materiálu a tím k vytvoření zfluidizované vrstvy, která se vyznačuje sníženou měrnou hmotností směsi sypkého materiálu s plynným médiem, sníženým třením s vnitřními stěnami fluidního kanálu a schopností téci fluidním kanálem I, v tomto případě rychlostí 0,3 m/s. Gravitační tlak horkého sypkého materiálu, vstupujícího čelně do fluidního kanálu I respektive do jeho horního prostoru 4, v kombinaci se vznikem zfluidizovaného materiálu 5, způsobuje podélný posuv zfluidizovaného materiálu 5 fluidním kanálem i, v popisovaném příkladu na vzdálenost 10 m k výpadovému hrdlu. Vhodnou volbou profilu tyčí 2 a velikosti a tvaru štěrbin 3 je dosaženo plynulého toku fluidizovaného materiálu 5 fluidním kanálem ! a rovněž obnovy toku fluidizovaného materiálu 5 po jeho případném přerušení.

-3 CZ 303989 B6

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení dle vynálezu najde uplatnění v teplárenství a elektrárenství při manipulaci s ložovým popelem u fluidních kotlů, při výrobě cementu, ve slévárenství apod.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob fluidizace sypkých, zejména horkých, materiálů pro jejich dopravu ve fluidních kanálech, potrubního charakteru, s uzavřeným profilem, vyznačený tím, že materiál je po samospádném vstupu do fluidního kanálu nepřetržitě a v celém svém objemu, profukován jednotlivými, po celé délce fluidního kanálu souběžnými a souvislými, proudy plynného média.
2. Způsob fluidizace sypkých materiálů podle nároku 1, vyznačující se tím, že plynným médiem je vzduch, inertní plyn nebo spaliny.
3. Zařízení kprovádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že fluidní kanál (1) je uvnitř opatřen soustavou tyčí (2) uspořádaných paralelně vedle sebe, podélně ve směru přepravy materiálu a po celé délce fluidního kanálu (1), přičemž jednotlivé tyče, tvořící soustavu tyčí (2), opatřené příčníky (11) pevně spojenými s jejími jednotlivými tyčemi do tvaru roštu (12), jsou vzájemně odděleny štěrbinami (3), přičemž soustava tyčí (2) rozděluje vnitřní prostor fluidního kanálu (1) na horní prostor (4) pro přepravu fluidizovaného sypkého materiálu (5) a na dolní prostor (6) propojený s horním prostorem (4) štěrbinami (3), přičemž spodní stěna (7) fluidního kanálku (1) je opatřena nejméně jedním přívodem plynného média (8) a horní stěna (9) fluidního kanálu (1) je opatřena nejméně jedním přívodem sypkého materiálu (10).
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že fluidní kanál (1) je hranatého profilu.
5. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že fluidní kanál (1) je oválného profilu
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že ve spodní části fluidního kanálu (1) je výřez (13), k němuž je, po celé jeho délce, přiřazena fluidní kazeta (14).
7. Zařízení podle nároků 3a 4, vyznačující se tím, že soustava tyčí (2) sestává z tyčí oválného až kruhového profilu.
8. Zařízení podle nároků 3 a 5, vyznačující se tím, tyčí lichoběžníkového profilu.
9. Zařízení podle nároků 3 a 5, vyznačující se tím, tyčí trojúhelníkového profilu.