PL233997B1 - Podajnik eżektorowy dezintegracyjny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest podajnik eżektorowy dezintegracyjny, który znajduje zastosowanie w przemyśle przetwórczym a w szczególności do dezintegracji i transportu pneumatycznego surowców na znaczne odległości, gdzie struktura surowców jest reprezentowana przez drobne cząstki, a jej właściwości fizyczne i mechaniczne określają z góry ich skłonność do zbrylania i tworzenia luźno związanych konglomeratów, których cząsteczki są połączone elektrostatycznie, elektromagnetycznie lub wiązaniami międzycząsteczkowymi.

Znany jest z rosyjskiego opisu patentowego RU 2435989 eżektor pierścieniowy, na który składa się obudowa eżektora, przyłącze do podłączenia pompy ssącej dla cieczy, komora ciśnieniowa, dysza pierścieniowa z pierścieniem ciśnieniowym do zasysania cieczy biernej lub substancji ziarnistych z otworami dysz skierowanymi od komory ciśnieniowej pionowo w dół przewodu ciśnieniowego. Urządzenie eżektora jest konstrukcją złożoną, składającą się z elementów takich jak obudowa, rura zbieżna z kołnierzem, odbiornik dyszy. Górny stożkowy koniec dyszy jest zainstalowany z przerwą w stosunku konfuzora, tworząc pierścieniową dyszę. Dolny koniec odgałęzionej rury ma gwint, dolny kołnierz z otworami dysz i gwintów dla dyszy-odbiornika. Kołnierze mają gwint do połączenia z trójnikiem. Komora ciśnieniowa jest utworzona w kołnierzu obudowy konfuzora (mieszadła), dolny kołnierz i dyszę odbieracza zamontowaną na gwincie w dolnym kołnierzu i zamocowaną nakrętką blokującą, a rura do połączenia czynnego ciekłego rurociągu jest gwintowana.

Również z opisu patentowego RU 673563 znany jest eżektor powietrzny do transportu materiałów sypkich z bezpośrednim przepływem wyrzucanego medium. Eżektor zawiera wielo-dyszowy pierścieniowy kolektor z dyszami nachylonymi do głównej osi wyrzutnika (eżektora), dyfuzor i komory mieszające. Dysze są ukształtowane jako cylindry eliptycznych wlotów powietrza, stopniowo zmieniające się w eliptyczne stożki przy wylocie. Przekroje poprzeczne dysz w płaszczyznach prostopadłych do osi głównej eżektora to okrągłe elipsy, główne osie są styczne do powierzchni wyimaginowanego stożka utworzonego przez geometryczne osie dysz, przecinające się w punkcie leżącym na płas zczyźnie otworu wlotowego cylindrycznej dyszy odgałęzionej komory mieszające.

Z kolei z opisu patentowego RU 1687026 znane jest urządzenie, które zawiera komorę turbulizatora w postaci rury, której wewnętrzny przekrój poprzeczny w kierunku przepływu jest zwężany do stożka, po którym następuje stożkowa ekspansja. Urządzenie zawiera rurę zasilającą do dostarczania mieszaniny gazu i proszku, współosiowo wchodzącą do komory turbulencyjnej na wysokości wąskiego przekroju urządzenia do dostarczania proszku i gazu oraz eżektora w postaci pierścieniowej wnęki. Eżektor (wtryskiwacz) koncentrycznie otacza rurę zasilającą. W urządzeniu komora mieszania jest umieszczona przed komorą turbulencyjną, przechodząc do kanału rury zasilającej. Na wlocie komory mieszania wzdłuż osi Venturiego dostarczany jest gaz, wlotem bocznym dostarczany jest proszek.

Znany jest projekt eżektora do obróbki i przemieszczania materiałów sypkich za pomocą transportu pneumatycznego z publikacji (VI Akunov, “Jet Mills”, Izd. “Mashinostroenie“, 1967, str. 138-140). Zgodnie z projektem, materiał przeznaczony do kruszenia przesyłany jest przez podajnik z leja zasypowego do dyszy, a następnie do pionowej rury łączącej komorę mielenia z separatorem pyłu. Gruba frakcja przechodzi do dodatkowej obróbki w inżektorach, a następnie do komory mielenia. Drobna frakcja z separatora przechodzi do oczyszczania. W komorze kruszenia znajdują się dwa eżektory skierowane przeciw sobie. Komora składa się z odbiornika, wyrzutnika, a także z dysz rozprowadzających zamocowanych w uchwytach. Wewnątrz komory znajdują się przeciwbieżne dysze sprężonego powietrza, zaprojektowane do poruszania się wzdłuż osi podłużnej.

Podczas pracy urządzenia rozdrobniony produkt jest dostarczany sprężonym powietrzem do przeciwnych dysz. Gdy opuszczają dysze, cząstki produktu zderzają się ze sobą, są kruszone i doprowadzane do rury wyładowczej wskutek nadciśnienia powietrza.

Celem wynalazku jest rozwiązanie, które zapewni skuteczny transport pneumatyczny drobno rozproszonych komponentów oraz konstrukcja urządzenia zapewniająca możliwości dezintegracji transportowanego strumienia dla równomiernego objętościowego rozprowadzenia roboczego czynnika gazowego, bez ograniczeń odległości przesyłu ze względu na duże prawdopodobieństwo odłożenia stałej fazy przepływu na ściankach rurociągu tłocznego.

Podajnik eżektorowy dezintegracyjny według wynalazku wyposażony w komorę mieszania o bocznym wlocie dozowania pasywnego medium, ze współosiowym konfuzorem, centralną dyszą eżektora dla dostarczania aktywnego nośnika, połączoną z nim cylindryczną sekcją mieszania oraz roboczy dyfuzor połączony rurociągiem ciśnieniowym z lejem zasilającym i dyszą umieszczoną we

PL 233 997 B1 wnątrz komory charakteryzuje się tym, że ma dyszę zamontowaną stycznie do osi cylindrycznej komory eżektora umieszczoną wewnątrz komory mieszania oraz konfuzor umieszczony w cylindrycznej sekcji mieszania wykonanej w postaci rury połączonej z komorą mieszania, przy czym cylindryczna sekcja mieszania jest połączona z roboczym dyfuzorem, którego wylotowa część jest połączona przewodem ciśnieniowym, gdzie podłużna oś pierścieniowego wgłębienia pomiędzy roboczym dyfuzorem, a lejem rury ciśnieniowej jest usytuowana pod kątem 6° względem osi urządzenia w kierunku promieniowym. Dyfuzor roboczy, w miejscu połączenia z przewodem wylotowym, ma szczeliny lub otwory wykonane pod kątem od 15 do 55° względem osi podłużnej urządzenia. Część wylotowa dyfuzora roboczego jest umieszczona w leju konfuzora rury ciśnieniowej tworząc pierścieniową wnękę pomiędzy dyfuzorem i złączem konfuzora zwężoną do kształtu stożka w kierunku przepływu gazu. Lej konfuzora jest połączony z zamkniętą cylindryczną komorą tworząc wspólną przestrzeń, a cylindryczna komora jest zaopatrzona w dyszę do dostarczania gazowego środka, która jest zainstalowana stycznie do osi cylindrycznej komory .

Przenośnik eżektorowy może być stosowany do dezintegracji i transportu popiołów z elektrociepłowni, w których zawartość składników decyduje o prawdopodobieństwie zbrylania po wychłodzeniu i interakcji ze środowiskiem. Taki popiół intensywnie ekstrahuje wilgoć, w wyniku czego powstają zbrylenia, co stwarza trudności w transporcie i późniejszym przetwarzaniu w celu selektywnego wyodrębnienia użytecznych składników. Urząd zenie może być użyte w postaci mobilnej lub stacjonarnej instalacji do dezintegracji i pneumo-transportu surowych osadów przemysłowych reprezentowanych przez drobnoziarniste surowce w postaci składowisk popiołów z elektrociepłowni lub szlamu z hut, które na skutek procesów metamorficznych spowodowanych opadami atmosferycznymi (ma tu też miejsce wytrącanie niektórych cząstek i narażenie środowiska obszaru przemysłowego) ulegają zagęszczeniu, a ich cząstki wchodzą w interakcję, tworząc konglomeraty, które na potrzeby dalszej obróbki wymagają dezintegracji na elementy składowe i przemieszczenia za pomocą transportu pneumatycznego.

Urządzenie może być stosowane w tych przypadkach, gdy konieczna jest nie tylko dezintegracja produktu, ale także zapewnienie możliwości transportu pneumatycznego w stanie zawiesiny.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku schematycznym na którym fig. 1 ukazuje go w widoku z boku a fig. 2 w widoku z góry. Centralna dysza 3 podajnika zamocowana w komorze mieszania 1, poprzez konfuzor 4 oraz sekcję m ieszania 5 na wylocie jest zaopatrzona w dyfuzor roboczy 6 umieszczony po stronie wylotowej z przelotowymi szczelinami lub otworami 8, które są wykonane pod kątem od 15 do 55° w stosunku do podłużnej osi urządzenia. Wylotowa część dyfuzora roboczego 6 jest rozmieszczona w stożkowym rozszerzeniu przewodu ciśnieniowego 7. Pomiędzy dyfuzorem roboczym 6 a stożkowym rozszerzeniem przewodu ciśnieniowego 7 powstaje pierścieniowa wnęka 10, która zwęża się pod kątem w zakresie 6-15° w stosunku do podłużnej osi urządzenia. Pierścieniowa wnęka 10 jest odizolowana od przestrzeni zewnętrznej przez zamkniętą cylindryczną komorę 11 otaczającą korpus dyfuzora roboczego 6. Do cylindrycznej komory 11 zamontowany jest konfuzor kielichowy 9 w postaci leja do dostarczania skompresowanego czynnika gazowego w kierunku przewodu ciśnieniowego, podawanego przez dyszę dodatkową 12 do cylindrycznej komory 11. Dodatkowa dysza 12 jest zainstalowana stycznie względem obudowy cylindrycznej komory 11.

Podajnik eżektorowy jest dezintegratorem, zawiera komorę mieszania 1 z bocznie dozowanym wsadem, lejem zasilającym 2, dla pasywnej dezintegracji oraz centralną dyszą 3 eżektora do aktywnej dezintegracji. Współosiowo z dyszą 3 umieszczony jest konfuzor 4 połączony z cylindryczną sekcją mieszania 5 o wyglądzie rury, a także dyfuzor roboczy 6 połączony z przewodem ciśnieniowym 7. Dyfuzor roboczy 6 w miejscu rozmieszczenia w przewodzie ciśnieniowym 7 ma szczeliny lub otwory 8 wykonane pod kątem w zakresie 15-55° względem osi podłużnej urządzenia. Część wylotowa dyfuzora roboczego 6 jest umieszczona w konfluentnym otworze przewodu ciśnieniowego 7, tworzy pierścieniową wnękę 10 w formie lejka i jest połączona z zamkniętą komorą cylindryczną 11.

W celu aktywacji dynamicznego efektu przepływu wirowego na dezintegrowanym produkcie wprowadzanym do wnęki pomiędzy lejem konfuzora 9, a dyfuzorem roboczym 6, dysza dodatkowa 12 jest zamontowana stycznie do osi cylindrycznej komory 11, z możliwością utworzenia strumienia wirowego gazu, którego wektor jest skierowany w kierunku przeciwnym do osi podłużnej szczelin lub otworów dyfuzora roboczego 6.

PL 233 997 B1

W celu regulowania tworzącego się strumienia wirowego wchodzącego do wnęki pomiędzy lejem konfuzora 9, a dyfuzorem roboczym 6, dysza dodatkowa 12 jest zainstalowana stycznie do osi komory cylindrycznej 11, z możliwością utworzenia przepływu wirowego gazu, którego wektor jest skierowany w kierunku podłużnej osi szczelin lub otworów dyfuzora roboczego 6.

Aby zoptymalizować charakterystykę dynamiki przepływu wirowego w rurociągu tłocznym, szczeliny lub otwory dyfuzora zwężają się w kierunku przepływu gazu.

Dla zwiększenia prędkości przepływu wirowego gazowego czynnika roboczego, wnęka pierścieniowa 10, pomiędzy konfuzorem kielichowym 9, a dyfuzorem roboczym 6 zwęża się w kierunku wypływu gazu.

Aby utworzyć stabilną strefę turbulencji, która zapewnia właściwy wpływ naprężeń ściskających i rozciągających w pierścieniowej wnęce 10 na cząstki produktu, jej oś znajduje się pod kątem 6-15° względem osi urządzenia w kierunku promieniowym.

Techniczny rezultat realizacji wynalazku polega na tym, że:

- zapewnia skuteczne wstępne przygotowanie dla uformowania przepływu surowców w celu ich późniejszej dezintegracji i transferu ciśnieniowego za pomocą transportu pneumatycznego;

- przeniesienie strumienia zawieszonego z cylindrycznej sekcji mieszania w postaci rury do roboczego dyfuzora zapewnia znaczną dekompresję przepływu i przygotowanie produktu do dezintegracji;

- szczeliny lub otwory w roboczym dyfuzorze na wlocie do rurociągu ciśnieniowego, jak również pierścieniowe wgłębienie pomiędzy roboczym dyfuzorem, a konfuzorem kielichowym w rurociągu ciśnieniowym, zapewniają tworzenie przepływu wirowego, który charakteryzuje się naprzemiennym działaniem na cząstki mineralne, prowadzącym do rozpadu ich konglomeratów;

- zróżnicowanie objętości dostarczania dodatkowego środka gazowego, który jest podawany do pierścieniowej wnęki pomiędzy dyfuzorem roboczym, a konfuzorem kielichowym, zapewnia skuteczną kontrolę procesu dezintegracji, w zależności od parametrów fizykochemicznych wyjściowego produktu i jego składu granulometrycznego;

- urządzenie nie jest energochłonne i zapewnia możliwość dezintegracji drobno rozproszonych surowców i ich transport;

- tworzenie stabilnego strumienia wirowego umożliwia transport produktu na znaczną odległość bez tworzenia stref zastoju i prawdopodobieństwo wytrącania cząstek;

- konstrukcja urządzenia zapobiega rozdrabnianiu surowców, co pozwala na zwiększenie ekstrakcji użytecznego składnika w kolejnych cyklach procesu wzbogacania;

- urządzenie umożliwia stosowanie zautomatyzowanych systemów sterowania do przetwarzania przemysłowych ilości surowców, które w zależności od pochodzenia i długości czasu składowania mają różne właściwości fizyczne i mechaniczne;

- urządzenie zapewnia możliwość różnego połączenia dyszy dodatkowej z cylindryczną komorą dla dobrania kierunku wektora przepływu i odpowiednio zróżnicowanego wpływu na surowiec, w zależności od jego właściwości fizycznych i mechanicznych.

Implementację urządzenia rozpatruje się na przykładzie dezintegracji i pneumatycznego transportu popiołu pochodzącego z elektrociepłowni.

Podczas spalania paliw stałych w elektrociepłowniach powstaje popiół, który w zależności od surowca ma różne właściwości fizyczne i mechaniczne. Ponadto popiół jest wieloskładnikowym drobno zdyspergowanym produktem. Taki surowiec cechuje wysoki stopień zbrylania i wchłaniania wilgoci, co z kolei zwiększa stopień zagęszczenia w krótkim czasie.

W oparciu o skład granulometryczny najskuteczniejszą metodą przemieszczania popiołu lotnego jest zastosowanie transportu pneumatycznego, który pozwala na przeniesienie znacznej ilości tego produktu na dużą odległość do miejsca dalszej obróbki.

Cechą tego rodzaju transportu jest konieczność spełnienia szeregu wymagań dotyczących transportowanego produktu, wśród których jednym z głównych jest minimalizacja wielkości poszczególnych cząstek i równomierne rozprowadzanie tych cząstek w całkowitej objętości przepływu pneumatycznego.

Popiół po wychłodzeniu wymaga już działania z zewnątrz. Badania wykazały, że optymalny wpływ na produkt ma przepływ pneumatyczny, który zapewnia całkowity rozpad produktu do pierwotnych rozmiarów cząstek mineralnych. Ponadto, wskutek kontrolowanego pneumatycznego rozdzielania konglomeratów, poszczególne cząstki stają się połączone słabymi wiązaniami molekularnymi i elektrostatycznymi.

PL 233 997 B1

Zgodnie z niniejszym rozwiązaniem technicznym popioły elektrociepłowni, po wyjściu z pieca są grawitacyjnie lub za pomocą podajnika wibracyjnego transportowane do leja odbiorczego podajnika eżektorowego.

Z leja zasilającego produkt pasywnie przechodzi do komory mieszania, gdzie wchodzi w interakcję z czynnym medium w przypadku popiołu ze spalania węgla - sprężonym powietrzem, które jest doprowadzane do centralnej dyszy eżektora.

W obszarze oddziaływania sprężonego powietrza dochodzi do wstępnego rozpadu produktu i rozpoczyna się tworzenie jednolitego strumienia przez wprowadzenie go do konfuzora znajdującego się w pobliżu komory mieszania. Uformowany strumień wchodzi do stosunkowo wąskiego kanału cylindrycznej sekcji mieszania w postaci rury, w której, z uwagi na mały przekrój przepływu, jest on zróżnicowany na przepływ wzdłuż ścianek rury i centralny przepływ, który porusza się w obszarze osi rury (sekcji mieszania). Ponieważ prędkość tych strumieni jest różna ze względu na oddziaływanie ze ściankami rury, odbywa się w tej sekcji intensywne mieszanie produktu z powietrzem. Na wylocie z centralnej sekcji mieszania strumień wchodzi do dyfuzora roboczego, w którym, w wyniku rozszerzania się, jego gęstość maleje, ciśnienie spada gwałtownie, co prowadzi do częściowego rozpadu składnika mineralnego.

Główny proces rozpadu rozpoczyna się na wyjściu strumienia z dyfuzora roboczego do rurociągu ciśnieniowego. W tej strefie przejściowej strumień przechodzi przez szczeliny lub owalne otwory wykonane pod kątem od 15 do 55 stopni w stosunku do osi wzdłużnej urządzenia. Te szczeliny lub otwory zapewniają tworzenie przepływu wirowego, dzięki czemu może nastąpić rozpad cząstek mineralnych na oddzielne składniki.

Przeprowadzone badania laboratoryjne i pilotowo-przemysłowe wykazały, że wskazany zakres położenia szczelin lub otworów jest optymalny. Zmniejszenie kąta bardziej niż 15° zwiększa opór przepływu strumienia i nie pozwala mu uzyskać właściwości wiru. Ma to negatywny wpływ na proces dezintegracji produktu i stosownie, na jego pneumatyczny przesył na kolejne cykle wzbogacania.

Wraz ze wzrostem kąta położenia szczelin lub otworów powyżej 55°, praktycznie nie obserwuje się powstawania ruchu wirowego, ponieważ ich oś zbliża się do wektora ruchu głównego strumienia. W takim przypadku strumień przechodzi przez tę sekcję bez znaczących zmian w jego strukturze.

W celu uzyskania maksymalnego efektu dezintegracji, który osiąga się przez tworzenie przepływu wirowego, wytwarza się pomocniczy strumień, wprowadzając czynnik gazowy przez dodatkową dyszę do cylindrycznej komory. Z cylindrycznej komory czynnik gazowy wpada we wnękę pierścieniową między ujściem rury ciśnieniowej, a roboczym dyfuzorem. To działa na strumień wirowy utworzony przez dyfuzor roboczy i tworzy strefy naprężeń ściskających i rozciągających, w wyniku których konglomeraty popiołu są rozbijane na cząstki składowe.

Badania wykazały, że utworzenie stabilnej strefy turbulencji, która zapewnia naprężenia ściskające i rozciągające na cząstkach produktu, można osiągnąć przez to, że oś pierścieniowej szczeliny pomiędzy roboczym dyfuzorem i kołnierzem konfuzora kielichowego połączonego z rurociągiem ciśnieniowym może być usytuowana pod kątem 6-15° względem osi urządzenia w kierunku promieniowym.

Wysoka skuteczność dezintegracji produktu zostaje osiągnięta, gdy czynnik gazowy jest doprowadzony przez dyszę dodatkową do cylindrycznej komory stycznie. Tworzy to pomocniczy strumień wirowy. W zależności od właściwości fizycznych i mechanicznych produktu początkowego, wektor strumienia wirowego można skierować w dwóch kierunkach, w zależności od położenia dyszy dodatkowej do dostarczania czynnika gazowego:

- dysza jest zamontowana stycznie do osi cylindrycznej komory z możliwością utworzenia wirowego strumienia czynnika gazowego, którego wektor jest skierowany w przeciwnym kierunku względem osi wzdłużnej szczelin lub otworów dyfuzora;

- dysza jest zamontowana stycznie do osi cylindrycznej komory z możliwością utworzenia wirowego strumienia czynnika gazowego, którego wektor jest skierowany w kierunku wzdłużnej osi szczelin lub otworów dyfuzora.

Badania wykazały, że optymalizację charakterystyki dynamicznego strumienia wirowego w rurociągu zrzutowym można uzyskać dzięki temu, że szczeliny lub otwory dyfuzora są zwężone w kierunku wypływu gazu. Ponadto efekt ten można uzyskać, jeśli pierścieniowe wgłębienie pomiędzy lejem konfuzora kielichowego i roboczym dyfuzorem wykonane jest zwężająco w kierunku wypływu gazu.

PL 233 997 B1

Przenośnik zapewnia skuteczną dezintegrację praktycznie dowolnego popiołu z elektrowni cieplnych, a także fabrycznych osadów i szlamów, które są transportowane na znaczne odległości w celu dalszego ich przetworzenia.

Wykaz oznaczeń

- komora mieszania

- lej zasilający

- centralna dysza eżektora

- konfuzor

- sekcja mieszania

- dyfuzor roboczy

- przewód ciśnieniowy (rura)

- otwory/ szczeliny

- lej konfuzora (konfuzor kielichowy)

- wnęka pierścieniowa

- komora cylindryczna

- dysza dodatkowa

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Podajnik eżektorowy dezintegracyjny wyposażony w komorę mieszania o bocznym wlocie dozowania pasywnego medium poprzez lej zasilający, centralną dyszę eżektora dla dostarczania aktywnego nośnika, ze współosiowym konfuzorem, połączoną z nim cylindryczną sekcją mieszania oraz roboczy dyfuzor rozmieszczony w rurociągu ciśnieniowym z komorą cylindryczną i dodatkową dyszą umieszczoną wewnątrz tej komory, znamienny tym, że cylindryczna sekcja mieszania (5) jest połączona z roboczym dyfuzorem (6), którego wylotowa część jest rozmieszczona w przewodzie ciśnieniowym (7), gdzie podłużna oś pierścieniowego wgłębienia pomiędzy roboczym dyfuzorem (6), a lejem konfuzora (9) rury ciśnieniowej (7) jest usytuowana pod kątem 6-15° względem osi urządzenia w kierunku promieniowym, natomiast cylindryczna komora (11) jest zaopatrzona w dyszę (12) do dostarczania gazowego środka, która jest zainstalowana stycznie do osi cylindrycznej komory (11).
2. 2. Podajnik według zastrz. 1, znamienny tym, że roboczy dyfuzor (6), w miejscu rozmieszczenia z przewodzie ciśnieniowym (7), ma szczeliny lub otwory (8) wykonane pod kątem od 15 do 55° względem osi podłużnej urządzenia.
3. 3. Podajnik według zastrz. 1, znamienny tym, że część wylotowa dyfuzora roboczego (6) jest rozmieszczona w leju konfuzora (9) rury ciśnieniowej (7) tworząc pierścieniową wnękę (10) pomiędzy dyfuzorem (6) i lejem konfuzora (9) zwężoną do kształtu stożka w kierunku przepływu gazu.
4. 4. Podajnik według zastrz. 1, znamienny tym, że lej konfuzora (9) jest połączony z zamkniętą cylindryczną komorą (11) tworząc wspólną przestrzeń.