FI63780C - Saett och anordning foer att bilda en riktad och reglerad suspensionsstraole av ett aemne i pulverform och reaktionsgas - Google Patents

Description

1 63780

Tapa ja laite jauhemaisen aineen ja reaktiokaasun suunnatun ja hallitun suspensiosuihkun muodostamiseksi Tämä keksintö kohdistuu tapaan ja laitteeseen reaktiokaasu-virran kääntämiseksi ja siitä muodostettujen osakaasuvir-tojen pyörteistämiseksi erillisissä pyörreputkissa ja niiden suuntaamiseksi ulkopuolisesta kohtaamaan reaktiotilaan purkautuva esihajotettu suspensiosuihku reaktioiden kannalta tärkeän jauhemaisen aineen osasten ja reaktiokaasu-virran välisen nopeuseron aikaansaamiseksi ja syntyvän suspensiosuihkun muotoilemiseksi ja ohjaamiseksi.

Reaktiokaasun ja jauhemaisen aineen suspension syöttämiseksi reaktiotilaan käytetään kahta periaatetta, joiden mukaan suspensio muodostetaan joko ennen varsinaista sisään-puhalluslaitetta tai itse sisäänpuhalluslaitteella. Ensin mainittua tapaa käytetään tavanomaisissa hiilipölylämmityksen hiilipölypolttimissa tai sellaisissa metallurgisissa laitteistoissa, joissa pneumaattisesti kuljetettu hienojakoinen malmi tai rikaste puhalletaan kantokaasuineen suoraan reaktioastiaan. Tätä tapaa sovellettaessa on sisäänpuhallusnopeus sovitettava sellaiseksi, ettei reaktioiden takaiskua voi tapahtua.

Korkeita esilämmitysasteita käytettäessä tai muissa tapauksissa, joissa muodostettava suspensio on hyvin reaktiivinen, kuten metallurgisen sulfidirikasteen happisulatukses-sa, on suspension lopullinen muodostaminen suoritettava mahdollisimman lähellä reaktiotilaa tai parhaiten, kuten tämän keksinnön mukaan, itse reaktiotilassa.

Suspension syöttämisestä reaktiotilaan on kirjallisuudessa lukuisia esityksiä. Suurin osa niistä käsittelee joko pneumaattisesti kuljetetun hienojakoisen kiintoaineen suoraa puhallusta tai laitteistoja, joissa suspensiosuihku muodostetaan ejektorimaisesti reaktiokaasuun aiheutettujen paine- 2 63780 sykkeiden avulla ja puhalletaan reaktiotilaan. Tällainen suihku muodostaa kartion, jonka avautumiskulma on 15-20° ja jossa kiintoaineen pitoisuus on suurin suihkun keskellä. Jakautuman muoto riippuu lähinnä kiintoaineen ominaisuuksista ja suspension virtausnopeudesta. Kiintoaineella ja kaasulla on tässä oleellisesti sama suunta.

Kuten tunnettua, riippuu massansiirto reagoivan kiintoaine-hiukkasen ja sitä ympäröivän kaasun välillä oleellisesti niiden välisestä nopeuserosta.

On tunnettua ja helposti laskettavissa, että metallurgisissa laitteissa normaalisti käytetyillä kaasunnopeusalueilla ja rikasteiden raeko'oilla rikastehiukkasen ja kaasun välinen mahdollinen nopeusero pyrkii nopeasti vaimenemaan. Tästä syystä on tärkeää, että massansiirron kannalta tärkeä nopeusero kiintoainehiukkasen ja reaktiokaasun välille aiheutetaan tai ylläpidetään sellaisessa kohdassa reaktiotilaa, jossa edellytykset reaktioille ovat muuten olemassa. Sellaisissa tapauksissa, joissa reagoivat aineet sekoitetaan jo ennen sisäänpuhallusta on hopeuseroja aiheuttava liike-energia yleensä suurimmillaan sisäänpuhalluskohdassa tai sen edellä. Mikäli sekoittaminen sen sijaan suoritetaan itse reaktiotilassa, on mahdollista sovittaa suurin nopeus-ero reaktiotilan haluttuun kohtaan.

Näin siinäkin tapauksessa, että osittaista sekoittamista suoritetaan jo ennen reaktiotilaan puhaltamista ja lopullinen sekoittaminen vasta itse reaktiotilassa.

Useissa metallurgisissa prosesseissa, kuten liekkisulatuk-sessa, lieriömäiseen pystysuoraan reaktiotilaan johdetaan reaktiokaasut keskeisesti reaktiotilan kannen läpi erityisen sisäänpuhalluselimen kautta, johon kaasut tilankäytön ym. syiden vuoksi johdetaan vaakasuorasti. Tästä on yleensä seurauksena reaktiotilan virtauksen toispuolisuus, koska sisäänpuhalluksen riittäväksi ohjaamiseksi tar- 3 63780 vittavaa riittävää pituutta läpimittasuhteessa on vaikeata saavuttaa.

Reaktiokaasujen kääntämistä reaktLotilan keskiakselin suuntaiseksi on selostettu Fi-patenttihakemuksessa 804053. Tämän mukaisesti reaktiokaasu jaetaan osavirtoihin väliseinien avulla. Osavirrat saatetaan kääntymään reaktiotilan keskiakselin suuntaiseksi siten, että niiden nopeus samalla kasvaa ja osavirrat purkautuvat reaktiotilaan ympäröiden yhtenäisenä verhona sisäpuolelta syötettävän rikastevirran. Reaktiotilassa reaktiokaasu ja rikaste muodostavat hallitun suspensiosuihkun.

Tämän keksinnön mukaisesti suoritetussa sisäänpuhalluksessa ei myöskään näitä virtauksen toispuoleisuudesta aiheutuvia vaikeuksia esiinny, koska reaktiokaasuvirta jaetaan erillisiin osavirtoihin, jolloin näiden virtauskanavissa voidaan 1 helposti toteuttaa tarvittava poikkipinta - kanavan pituus-suhde. Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Tämä keksintö kohdistuu siten tapaan ja laitteeseen turbulentin, suunnatun suspensiosuihkun muodostamiseksi itse reaktiotilassa mahdollisimman suuren nopeuseron aikaansaamiseksi jauhemaisen aineen osasten ja reaktiokaasun välille reaktiotilan reaktioiden kannalta edullisessa kohdassa käyttämällä hyväksi jauhemaisen aineen esihajotusta, reaktiokaasun pääosan jakamista pyörteistettyihin ja suunnattuihin osavirtoihin sekä näiden osavirtojen liike-energiaa.

Keksinnön mukaisesti suoritetaan suspensiosuihkun muodostaminen reaktiotilan kanteen tai seinään sijoitetuin laittein esimerkiksi seuraavasti:

Tilakysymyksien vuoksi on usein edullista johtaa reaktio-kaasu polttimelle lähinnä vaakasuoraa kanavaa myöten.

Tällöin polttimen eräs tärkeä tehtävä on kääntää kaasu 4 63780 reaktiokuiluun haluttuun suuntaan esimerkiksi sen akselin suuntaiseksi. Toinen erittäin tärkeä tehtävä on reak-tiokaasun jakaminen halutulla tavalla esimerkiksi symmetrisesti reaktiokuilun poikkipinnalle.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti reaktiokaasu johdetaan reaktiokuilun holvilla sijaitsevaan jakokammioon edullisesti yhtä kanavaa myöten. Jakokammiota ei luonnollisesti välttämättä tarvita, jos johtokanavia on pyörreputkien lukua vastaava määrä.

Jakokammiosta sekoitustilaan johtavien kolmen tai useamman purkausputken avulla jaetaan reaktiokaasuvirta osavirtoihin, jotka saatetaan virtaamaan pyörreputkeen pyörteistävän, edullisesti säädettävän elimen kautta. Pyörreputkien luvulla, asennolla, asemalla ja pyörteistyksen suunnalla voidaan sekoituskohtaan syntyvää pyörrekuviota säätää.

Tunnettua on sekä pyörimättömän että pyörivän kaasusuihkun kyky imeä ympäristöstä kaasua itseensä, jolloin suihkun reuna-alueilla muodostuu voimakas sekoitusalue ja korkea turbulenssiaste. On teoreettisesti johdettavissa imutehok-kuus (Q/Q0), kun pidetään kaasun purkausnopeutta uuniin (u0.) vakiona ja jaetaan purkauspinta yhteen tai useampaan (N) purkausaukkoon muiden olosuhteiden pysyessä vakiona.

Tämä imutehokkuus noudattaa lakia: Q/Qq = (C^ + C2S) x, missä Q = kaasumäärä suihkun leikkauksessa etäisyydellä x purkausaukosta, Qq = kaasumäärä purkausaukossa, ja C2 = prosessista johtuvia vakioita, S = kaasusuihkun pyörteisyy-destä johtuva arvo.

Tämä merkitsee sitä, että esillä olevassa keksinnössä on pyörreputkien lukumäärällä (N), suuntauksella ja etäisyydellä keskeltä syötetystä kiintoainesuspensiosta mahdollisuus säätää ympäristökaasujen imeytyrnisvoimakkuutta (Q/Qq) suihkuihin ja siten vaikuttaa sekoituksen ja turbulenssin voimakkuuteen. On huomattava, että useammalla suihkulla on 5 63780 enemmän voimakkaan turbulentin omaavaa reuna-aluetta kuin yhdellä.

Tätä ominaisuutta voidaan käyttää hyväksi paitsi suihkujen kuumentamisen nopeuttamiseksi uunikaasujen avulla myös uuniin syötettävien kaasujen sekoittamiseksi tehokkaasti esimerkiksi seuraavalla tavalla: pyörreputkien ympäriltä johdetaan koaksiaalisesti toista kaasua, lähinnä pienemmällä nopeudella, jolloin kaasut saadaan sekoittumaan edellä esitetyn periaatteen mukaisesti. Molemmissa tapauksissa prosessivaatimukset määrittelevät säädön.

Muodostettuun, poikkileikkaukseltaan rengasmaiseen pyörre-kenttään syötetään pyörreputkien muodostaman kehän keskeltä lähinnä esisekoitettu ja -hajotettu jauhemaisen aineen ja primäärikaasun suspensiovirta, jolloin pyörreputkista purkautuvat sekundääriset pyörrekaasuvirrat "porautuvat" kysei” seen, edullisesti hyvin hajotettuun suspensiosuihkuun aiheuttaen voimakkaan turbulenssinsa ansiosta reaktioille edullisen nopeuseron kaasun ja kiintoainehiukkasten välillä. Pyörrevirtojen aiheuttamaa pyörrekenttää säätämällä voidaan suspensiosuihkun ja pyörrevirtojen kohtaamispaikkaa, sekoi-tusvoimakkuutta ja myös kohtaamisen jälkeistä suspensio-jakautumaa reaktiokuilussa säätää.

Keskeltä tulevan suspensiosuihkun muodostamiseen voidaan käyttää tunnettuja menetelmiä, esimerkiksi patenttien US 4 147 535 tai Fl 57 786 mukaisia menetelmiä, tai pneumaattisen kuljetuksen aikana muodostunutta suspensiota.

Esillä olevan keksinnön tärkeimmät edut ovat: - voidaan käyttää vain yhtä sisääntulokanavaa sekundääri-kaasulle (lämpöeristys, materiaalikustannukset, tilantarve jne.).

- Voidaan ohjata reaktiokaasusuihkut haluttuun ja hallittuun suuntaan.

6 63780 - Voidaan käyttää erillistä pulverimaisen aineen hajotin-elintä, jonka valinta riippuu prosessivaatimuksista.

- Sekundäärikaasusuihkujen pyörteistyksen voimakkuuden ja suunnan säädöllä saadaan aikaan erilaisia pyörrekenttiä prosessivaatimusten mukaan.

- Matala rakenne.

- Voidaan käyttää pneumaattisen kuljetuksen yhteydessä ilman erillistä vastaanottosiiloa ja jopa ilman hajotinelintä.

- Voidaan käyttää erittäin reaktiivisten rikasteiden yhteydessä, varsinkin korkeaa happirikastusta käytettäessä, koska lopullinen yhtyminen tapahtuu vasta reaktiotilassa.

Keksintö soveltuu myös reverbiuuneissa käytettäväksi. Tällöin kaikki tai esim. osa rikasteesta syötetään olennaisesti vaakasuoraan uunin päädystä reaktiotilaan. Osa rikasteesta voidaan syöttää normaalisti uunin seinille niiden suojaamiseksi. Uunin päädystä syötettävä rikaste voidaan syöttää esim. pneumaattisesti, jolloin se on osittain reaktio-kaasuun sekoittuneena, mutta pääosa reaktiokaasusta puhalletaan pyörteistettyinä osavirtoina rikastesuihkun ympäriltä olennaisesti vaakasuoraan suunnatun ja turbulenttisen sus-pensiosuihkun muodostamiseksi. Luonnollisesti keksinnön mukaista järjestelmää voidaan käyttää aikaisemmin kuvatun liekkiuunisovellutuksen tavoin rikastesuspension syöttämiseen reverbiuunin holvilta.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön sovellutuskohdetta, liekkisulatusuunia, kuva 2 esittää kaaviollista pystyleikkausta keksinnön suositusta suoritusmuodosta, kuva 3 esittää tarkemmin kuviossa 2 esitetyn laitteen rakennetta osittain leikattuna vinoaksonometrisena kuvantona, kuva 4 esittää vinoaksonometrisenä kuvantona erästä säädettävää pyörreputkea, 7 63780 kuva 5 esittää keksinnön mukaisella laitteella esimerkin 2 kaasun nopeusjakautumia, kuva 6 esittää esimerkin 3 kaasun nopeusjakautumia keksinnön mukaisin laittein, kuvat 7-10 esittävät esimerkin 4 kaasun nopeuksien tasa-arvokäyriä keksinnön mukaisesti, kuva 11 esittää pneumaattisesti syötetyn pulverimaisen kiintoaineen muodostamaa kiintoaine- ja kaasujakautumaa suspen-siosuihkussa, kuva 12 esittää pneumaattisesti syötetyn pulverimaisen kiintoaineen suihkun muodostamaa kiintoaine- ja kaasujakautumaa, kun sitä on hajotettu keksinnön mukaisella tavalla.

Kuvassa 1 viitenumero 1 tarkoittaa kuljetinta, jonka avulla jauhemaista ainetta siirretään valutusputken 2 yläpäähän niin, että jauhemaista ainetta jatkuvasti putoaa valutusputken läpi, jonka kautta jauhemainen aine johdetaan hajo-tuselimeen 3, minkä avulla pulverimaisen aineen ja primääri-kaasun suspensio johdetaan reaktiotilaan. Sekundäärinen reaktiokaasu 4 johdetaan elimen 3 ympärillä sijaitsevien purkausputkien kautta reaktiotilaan 5.

Kuvassa 2 valutusputken 2, joka voi olla myös pneumaattisen kuljettimen purkuputki, kautta valuva jauhemainen aine syötetään hajotuselimeen 3, jossa tapahtuu primäärisen ha-jotuskaasun 6 ja pulverimaisen aineen esisekoitus ja hajotus reaktiotilaan 5. Putken 2 kautta voidaan siis vaihtoehtoisesti syöttää myös pneumaattisesti kuljetettu jauhemainen aine, jolloin ei välttämättä tarvita hajotuselintä 3 eikä hajotuskaasua 6. Sekundäärinen reaktiokaasu 4, jonka määrä on yleensä suurempi kuin primäärikaasun, johdetaan useimmiten lähes vaakasuorassa, edullisesti yhtä kanavaa myöten jakokammioon 7. Kaasu voidaan johtaa jakokam-mioon 7 joko säteettäisesti tai tangentiaalisesti riippuen purkausputkien 8 pyörteistävän elimen rakenteesta ja asennosta. Vähintään kolmelle, edullisesti kuudelle purkausput-kelle 8 jakautunut reaktiokaasu suuntautuu akselinsa ympäri 8 63780 pyörivänä suihkuna reaktiotilaan 5 porautuen hajotuseli-mestä 3 purkautuvaan esisekoitettuun ja -hajotettuun jauhemaisen aineen ja primäärikaasun suspensiosuihkuun sen ulkopuolelta.

Kuvassa 3 on esitetty pyörreputkien rakenne tarkemmin sekä eräs edullinen säätölaitteisto kaasun pyörteistämiseksi. Reaktiokaasun sisäänsyöttökanavaan 9 on kiinnitetty tanko 10, jonka avulla kierretään levyä 12. Levy 12 on yhdistetty tapin 13 avulla vipuun 14, jota vääntämällä muutetaan säätöholkin 11 avulla säätöaukkoa 15. Jakokammiossa 7 olevat säätöholkit 11 sijaitsevat pyörreputkien 16 yläosassa. Pyörreputket 16 ulottuvat alapäästään reaktiotilan 5 kannen alareunaan. Hajotuselimelie varattua tilaa on merkitty numerolla 17.

Kuvassa 4 vipua 14 kiertämällä saadaan säätöholkin 11 avulla aukon 15 korkeutta säädetyksi, jolloin tangentiaalinen sisäänmenonopeus aukossa 15 muuttuu aiheuttaen näin pyörimis tehokkuuden muutoksen pyörreputken 16 kaasusuihkussa.

Kuvassa 5 primäärikaasu 6 johdetaan keskeltä poltinta purkautumaan esimerkissä 2 tarkemmin määritellyn huokoisen puolipallon 18 kautta uunitilaan 5. Sekundäärikaasu 4 johdetaan vaakasuunnassa jakokammioon 7, josta se jaetaan kuudelle pystysuoralle pyörreputkelle 16. Pyörreputkien säätörako 15 sijaitsee putken sillä laidalla, mikä antaa pyörreput-kesta 16 uunitilaan 5 purkautuville kaasusuihkuille samansuuntaisen vastapäivään pyörivän liikkeen. Muodostuneen kokonaiskaasusuihkun (primääri- ja sekundäärikaasut) nopeus-jakautumamittaukset 19 on esitetty kolmelta eri etäisyydeltä polttimesta normioituna maksiminopeuden suhteen. Kuvan 5 mitat on piirretty efektiivisen keskimääräisen purkaus-aukon de^f suhteessa.

Kuvassa 6 primäärikaasu 6 johdetaan keskeltä poltinta purkautumaan esimerkissä 2 kuvan 5 mukaisesti huokoisen puolipallon 18 kautta uunitilaan 5. Sekundäärikaasu 4 johdetaan 9 63780 vaakasuunnassa jakokammioon 7, josta se jaetaan kuudelle pyörreputkelle 16, joiden kaltevuuksia säteen suunnassa on muutettu. Kaltevuuden säätö tapahtuu pallonivelen 20 avulla. Pyörreputkien sisäänmenoaukot 15 ovat niin asennetut, että joka toiseen pyörreputkeen muodostuu vastapäivään ja joka toiseen myötäpäivään pyörivä suihku. Nopeus-jakautumat 19 on mitattu kuvassa 5 keskimmäistä etäisyyttä vastaavalta korkeudelta. Kuvan 6 tarkempi analysointi on esitetty esimerkissä 3.

Kuvissa 7-10 on esitetty esimerkin 4 mittaustuloksina kaasun nopeuksien tasa-arvo-käyrät 21. Pyörreputkista purkautuvan kaasusuihkun pyörimissuuntaa on merkitty nuolella 22.

Kuvassa 11 pulverimaisen kiintoaineen jakautumakuvio 23 ja kaasujakautumakuvio 19 on muodostettu lievästi laajenevan ulospurkausaukon 26 kautta pneumaattisesti syötetystä kiintoaineen 24 ja kuljetusilman 25 suspensiosuihkusta etäisyydelle 2,4 m purkausaukosta 26.

Kuvassa 12 pulverimainen kiintoaineen jakautumakuvio 23 ja kaasujakautumakuviö 19 on muodostunut kuvassa 11 esitetyllä tavalla siten, että myöskin sekundääri-ilma 4 on purkautuessaan pyörreputkista 16 osallistunut pulverimaisen kiintoaineen hajotukseen ja levitykseen.

Keksintöä selostetaan vielä lähemmin esimerkkien avulla. Esimerkki 1

Seuraavassa sovellutusesimerkissä on tarkasteltu pyörre-putkista 16 purkautuvien kaasusuihkujen sekoitus- ja imu-tehokkuutta Cu-liekkisulatuksessa, missä kiintoaineen koko-naissyöttö (rikaste + lisäaineet) on ihQ = 54 t/h ja koko-naiskaasumäärä Qn = 28000 m3/h (happirikastettu ilma, 02~ rikastus = 40 %). Kaasun lämpötila sisään johdettaessa on 500K ja uunissa 1600K. Rikasteseoksen esihajotukseen käytetään 25 % kaasusta ja loput 75 % johdetaan tämän ympäriltä 10 63780 N pyörreputken kautta. Oheiseen taulukkoon 1 on laskettu em. tapauksessa sekoitus- ja imeytyrnistehokkuutta kuvaava vakio C eli Q/Qq = CJ? (suureet määritelty tekstissä) pyörre-putkien lukumäärän (N) ja pyörreluvun (S) funktiona, kun purkauspinta kaasulle pidetään vakiona (vrt. teksti).

Taulukko 1 N d _C__ mm s=0 s=0,1 s=0,3 s=0,6 s=l 1 369 1,55 1,94 2,71 3,88 5,43 3 213 2,69 3,36 4,70 6,72 9,41 6 151 3,79 4,74 6,63 9,48 13,27 12 106 5,40 6,75 9,45 13,50 18,90

Taulukon 1 perusteella on todettavissa pyörreputkien lukumäärän ja pyörreluvun lisäämisen tehostavan sekoitusta (imu-kykyä) .

Esimerkki 2

Jauhemaisen aineen suspendointielin an korvattu tässä ja kahdessa seuraavassa esimerkissä (3 ja 4) huokoisella puolipallolla 18, jonka huokoisuusaste määriteltynä reikäpinta-alasuhteen avulla on 5,5 % ja jonka kautta johdettu ilmamäärä oli 21,5 % kokonaisilmamäärästä. Huokoisen pallon avulla saatiin aikaan pyörreputkien 16 keskeltä n. 20° kartiokulmalla laajeneva tasainen ilmasuihku.

Koejärjestely oli kuvan 5 mukainen. Kuudessa pystysuorassa, symmetrisesti rikastepolttimen keskiakselin suhteen sijaitsevassa pyörreputkessa 16 pyörimissuunta oli samaan suuntaan. Suihkun keskimääräinen pyörreluku oli 0,3. Kuva on piirretty kaasuvirtausten impulssien mukaan lasketun efektiivisen halkaisijan (d^^) suhteessa. Kuumalanka-anemometrillä kolmelta etäisyydeltä (x/d^^) mitatut nopeus-jakautumat 19 on normeerattu maksiminopeuden suhteen (u/um). Nopeusjakautuma tässä kuten kahdessa seuraavassakin esimerkissä kuvaa aksiaalinopeutta.

il 63780

Kuten kuvasta 5 näkyy, on kaasuvirran kääntäminen ja suuntaus onnistunut. Ylimmässä nopeusjakautumassa 19 näkyy pyörresuihkujen "porautumisen" ja sekoittumisen huokoisesta puolipallosta keskeltä purkautuvaan kaasusuihkuun olevan käynnissä. Keskimmäisessä jakautumassa 19 on jo tapahtunut kaasusuihkun muodostuminen normaalijakautuman muotoon lähes täydellisesti. Viimeisessä jakautumassa ei pyörreputkien vaikutusta jakautumassa enää näy.

Esimerkki 3

Esimerkin 2 mukaisin järjestelyin ja olosuhtein tehtiin nopeus jakautumamittaus (u/u^) yhdeltä etäisyydeltä (kuva 6), mikä vastaa esimerkin 2 keskimmäistä mittausetäisyyttä. Kokeessa muutettiin pyörreputkissa 16 kaasun pyörimissuuntia siten, että joka toisessa pyöriminen oli vastakkainen.

Mittaukset suoritettiin kolmella pyörreputken kääntökulmalla: 3 = +9,5° eli pyörresuihkut yhtyvät rikastepolttimen keski-akselilla g = 0° eli pyörresuihkut ovat keskiakselin suuntaiset ja g = -9,5° eli suihkut hajaantuvat keskiakselista poispäin.

Mittausten perusteella on todettavissa, että näinkin pienellä kulman (g) muutoksella aikaansaadaan kaasujakautumaan joko levitys (g-<*0) tai supistus (g>0). Sama voidaan esittää myös tavanomaisella suihkun leviämiskulmalla 2a, missä 2a =2 arc tan /r(u=0,5 u^/x/r jolloin kun g = +9,5°, niin 2a = 11,0° kun g = 0°, niin 2a = 18,9° kun g = -9,5°, niin 2a = 31,9°

Kulman g muuttamisen mahdollisti kuvassa 6 esitetty palloni-veljärjestelmä 20 jokaisessa pyörreputkessa 16. Prosessi-olosuhteissa pallonivelet 20 ja pyörreputket 16 ovat tavanomaisin menetelmin jäähdytetyt. Prosessivaatimukset määrit- 12 637 8 0 televät lopullisen pyörreputken 16 kallistuskulman (3).

Liian pieni kallistuskulma 3 «O) ja liian suuri pyörre-putkien etäisyys polttimen keskiakselista estää kaasujen sekoittumista (erilliset suihkut).

Esimerkki 4

Esimerkin 2 mukaisin järjestelyin ja olosuhtein määrättiin esimerkissä 3 esitetyltä etäisyydeltä vakionopeuskäyrät 21 jakautumakuvion muodon säätömahdollisuuden havainnollistamiseksi muuttelemalla pyörreputkien 16 kierto- ja kallis-tussuuntia.

Kuva 7: Kaasun pyörimissuunta 22 kaikissa pyörreputkissa 16 on sama eli vastapäivään: 3 = -9,5°. Sisimmässä vakio-nopeuspiirissä 21 nopeussuhde u/ueff = 6/4 % ja seuraavassa 1,7 %. Sisimmässä on vielä todettavissa kuuden pyörreputken 16 aiheuttamaa pullistumaa.

Kuva 8: Kaasun pyörimissuunta 22 on putkissa a, c ja e myötäpäivään ja putkissa b, d ja f vastapäivään. Kallistuskulma g on -9,5° u/uef£ on 6/4 % sisäkehällä 21 ja 1,7% seuraavalla kehällä 21. Kuten pyörreputkien 16 aiheuttamista virtauskentistäkin voi päätellä vahvistuu putkien b ja c, d ja e sekä f ja a välissä ulospäin suuntautuva virtaus ja muissa väleissä sisäänpäin suuntautuva virtaus, jolloin muodostuu kolmiomainen virtauskenttä.

Kuva 9: Kaasun pyörimissuunta 22 on putkissa a, b ja c myö täpäivään ja putkissa d, e ja f vastapäivään. Pyörreputkien 16 kallistuskulma g on -9,5° u/u^^ on 6,4 % sisäkehällä 21, 1,2 % seuraavalla ja uloimmalla 0,5 %. Samoin kuin edellä, tässäkin voidaan pyörreputkista 16 purkautuvien kaasusuihkujen pyörimissuunnan 22 perusteella jo päätellä mm. pullistumaa ulospäin putkien a ja f välillä ja sisäänpäin suuntautumista putkien c ja d välillä. Tämä näkyy kuvassa 9.

13 63780

Kuva 10: Kaasun pyörimissuunta 22 pyörreputkissa 16 on sa ma kuin kuvassa 9. Pyörreputkia c ja d on kallistettu putkia a ja f kohti vastaavasti 9,5°, putkia b ja e on sen lisäksi suunnattu toisistaan ulospäin 4,75° ja putkia a ja f vielä enemmän eli 9,5°. u/ueff on 6'4 % sisäkehällä 21, 1,7 % seuraavalla ja 0,5 % uloimmalla kehällä 21.

Näiden neljän mittaussarjän perusteella on todettavissa, että pyörreputkien 16 kallistuskulmaa ja niissä tapahtuvaa kaasun kiertosuuntaa 22 muuttelemalla voidaan tällä yhdellä ja samalla laitteella aikaansaada halutun muotoinen jakautu-makuvio 21. Varsinkin viimeisessä tapauksessa (kuva 10) tulee esiin epäsymmetrisen (hallitun) kuvion muodostaminen, mikä soveltuu poikkileikkaukseltaan pitkänomaisiin uuniraken-teisiin, kuten esimerkiksi reverbiuunin holvilta syöttöön.

Esimerkki 5

Puolitehdasmittakaavassa käytettiin kuvien 11 ja 12 esittämällä tavalla keksinnön mukaista rikastepoltinta siten, että pulverimainen kiintoaine (rikaste + lisäaineet) 2250 kg/h syötettiin pneumaattisesti polttimen keskeltä loivasti laajenevan kartion 26 kautta, jonka purkausaukon halkaisija oli 0 100 mm ja kuljetusilma Q = 478 m^/h. Sekundääri- 3 n ilma Qn = 1747 m /h johdettiin kuuden pystysuorassa olevan ja samaan suuntaan kierron antavan pyörreputken 16 kautta. Pyörreputken purkausaukon halkaisija oli 0 34 mm. Primääri-ja sekundäärikaasujen lämpötila oli 300K. Efektiivinen pyörreluku oli Se^f = 0,3.

Seula-analyysi pulverimaiselle kiintoaineelle oli: 90 % -80 yUm, 75 % -43 ^um, 50 % -39 ^um, 25 % -32 ^um.

3c = 2,4 m etäisyydeltä polttimesta mitattiin kiintoaine jakautuma suspensiosuihkun poikkileikkauksesta.

Ensimmäisessä vaiheessa vain kiintoainesyöttö ja pneumailma olivat päällä ja sekundääri-ilma oli =0 (kuva 11). Toisessa vaiheessa myös sekundääri-ilma oli päällä (kuva 12).

14 63780

Kuviin 11 ja 12 on yleisen käytännön mukaan piirretty kaasun nopeusjakautuma 19 alaspäin suunnattuna ja pulverimaisen kiintoaineen jakautuma 23 mittaustasosta ylöspäin suunnattuna.

Kiintoainejakautumia 23 kuvissa 11 ja 12 vertailtaessa todetaan pelkän pneumasuihkun (kuva 11) antavan suhteellisen kapean, mutta kuitenkin kaasujakautumaa 19 muistuttavan jakautuman. Keksinnön mukaisella järjestelyllä eli lisäämällä pyörresuihkut mukaan, (kuva 12) saadaan kiintoaine jakautuma 23 levitetyksi kaasujakautuman 19 mukaiseksi. Esimerkin tapaan määriteltyjä suihkun avautumakulmia 2a verrattaessa todetaan kyseisen kulman 2a kiintoainejakautumalle 23 olevan 3-kertainen kuvassa 12 kuvaan 11 verrattuna (12,4°/4,0°). Kaasujakautumalle vastaava kulma 2a on vain 2,5-kertainen kuvassa 12 kuvaan 11 verrattuna (18,0°/7,3°).

Esimerkki 5 vahvistaa aikaisempia esimerkkejä ja osoittaa, että pyörresuihkuilla on mahdollisuus tehostaa sekoitusta ja imukykyä suspensiosuihkussa niin, että ne pystyvät siirtämään pulverimaisen kiintoaineen sivullepäin ja näin aikaansaamaan hyvän levityksen ja tarvittavan rikaste-kaasusuhteen suspensiosuihkussa.

Claims (10)

15 63780

1. Tapa muodostaa jauhemaisen aineen ja reaktiokaasun suunnattu ja hallittu suspensiosuihku saattamalla jauhemaista ainetta virtaamaan reaktiotilaan ja ohjaamalla pääosa reaktiokaasuvirrasta jauhemaisen aineen ympärille, tunnettu siitä, että jauhemainen aine johdetaan reaktio-tilaan sekoitettuna osaan reaktiokaasusta ja loppuosa reak-tiokaasusta johdetaan reaktiotilaan vähintään kolmena erillisenä, ainakin osittain pyörteistettynä suihkuna symmetrisesti jauhemaisen aineen virran ympäriltä ja reaktiokaa-susuihkut saatetaan reaktiotilassa purkautumaan esihajote-tun jauhemaisen aineen virtaan turbulenttisen, mutta hallitun suspensiosuihkun aikaansaamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa,' tunnettu siitä, että reaktiotilaan johdettava erillinen reaktiokaa-susuihku muodostetaan pyörteistetystä kaasusuihkusta, jonka ympärillä on verhona pyörimätön kaasusuihku.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että jauhemainen aine johdetaan reaktiotilaan pneumaattisesti .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että suspensiosuihkun muotoa säädetään reaktiokaasun osasuihkujen pyörteistyksen suuntaa muuttamalla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että suspensiosuihkun muotoa säädetään reaktiokaasun osasuihkujen suuntaa säätämällä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen tavan soveltoimiseksi tarkoitettu, reaktiokammion yläosassa tai päädyssä sijaitsevan jauhemaisen aineen syöttöelimen (3) ympärillä oleva reaktiokaasun jako- ja suuntauslaitteisto, tunnettu siitä, että jauhemaisen aineen syöttöelimen (3) ympärillä 16 63780 on koaksiaalisesti reaktiokaasun jakoelin (7), josta lähtee vähintään kolme reaktiotilaan päin suunnattua, säädettävää reaktiokaasun purkausputkea (8), jotka ovat symmetrisesti jauhemaisen aineen syöttöelimen ympärillä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että purkausputken (8) yläosassa on säätölait-teisto (11) reaktiokaasun pvörteistämiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että purkausputki (8) muodostuu kahdesta, vähintään reaktiotilan (5) puoleisessa päässä koaksiaalisesta putkesta, joista sisemmässä putkessa on säätölaitteisto (11) reaktiokaasun pyörteistämiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että purkausputkien (8) kaltevuutta säteen suunnassa voidaan muuttaa purkausputkiin (8) sovitetun pallonivelen (20) avulla.

10. Patenttivaatimusten 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että purkausputken (8) yläosassa on säätölaitteisto (11), jonka avulla pyörteistyksen määrää ja/tai suuntaa voidaan säätää. 17 63780