Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do obróbki drobnoziarnistego materialu w temperaturze sprzyjaja¬ cej jego samospiekaniu.Urzadzenie wedlug wynalazku ma zastosowanie przy obróbce drobnoziarnistego materialu takiego jak wegiel bitumiczny, ruda zelaza, paliwo weglowe, surowiec do produkcji cementu i tym podobne.Gdy produkty reakcji stana sie topliwe, spiekaja sie miedzy soba tworzac grudki, nie laczac sie jednak z surowym granulowanym materialem stalym. Po uzyskaniu pewnego wymiaru grudki opadaja w postaci zuzla ku dolowi sfluidyzowanego zloza. Usuwanie tego zuzla zaraz po jego utworzeniu sie jest niezbedne ze wzgledu na mozliwosc „zablokowania" procesu na skutek calkowitego zlepienia sie materialu.Znane sa na przyklad z artykulu A.M.Squires pt. „Clean Power from Coal" opublikowanego w dniu 28.08.1970 r. w pismie amerykanskim „SCIENCE" Vol. 1969 urzadzenia do obróbki drobnoziarnistego materia¬ lu zawierajace oslone i ruszt okreslajac komore reakcyjna oraz zespól do wdmuchiwania przez ruszt gazu reakcyjnego.Urzadzenia znane ze stanu techniki maja te wade, ze podczas procesu wraz z zuzlem nastepuje odprowadzenie czastek materialu obrabianego, które nie przeszly pelnej reakcji z gazem.Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji urzadzenia do obróbki drobnoziarnistego materialu, które pozwala na wyeliminowanie niedogodnosci znanych urzadzen.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze urzadzenie wewnatrz komory reakcyjnej ma komore sortujaca, przykrywajaca czesc rusztu i otwarta od strony rusztu a zamknieta od góry, zawierajaca otwór wlotowy w poblizu rusztu i otwór wylotowy prowadzacy z komory sortujacej do zbiornika zuzla oraz zespól napedowy obracajacy komore sortujaca wzgledem rusztu lub ruszt wzgledem komory sortujacej. Drobny material z komory sortujacej wywiewany jest przez gaz wyplywajacy z komory i zawracany do glównego zloza fluidalnego, a zuzel jest pneumatycznie sortowany i opuszcza komore przez otwór w scianie przedniej.Zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest mozliwosc calkowitego zawrócenia do zloza fluidalnego drobnego pylu uchodzacego z urzadzenia, gdyz praktycznie nie zawiera on zuzla. Zuzel usuwany jest wczesniej w wyniku procesu samospiekania.Granulowany material staly, poddawany obróbce w samospiekajacym zlozu fluidalnym znajduje sie w reaktorze zaopatrzonym w dolna cylindryczna czesc zawierajaca kolowy ruszt, przez który przedmuchiwany2 90 067 jest gaz reakcyjny. Granulowany surowy material staly spoczywa na ruszcie. Ponad mala czescia powierzchni tego rusztu znajduje sie tak zwana komora sortowania, która umieszczona jest w celu oddzielenia i usuniecia zuzla w stanie niemal czystym. Usuwanie zuzla odbywa sie w niskim koncu pomocniczego zloza fluidalnego o niewielkiej wysokosci, zawartego w stosunkowo malej komorze polozonej ponizej glównego zloza fluidalnego, przy czym pomocnicze zloze fluidalne jest polaczone z glównym zlozem fluidalnym poprzez otwór w scianie bocznej komory i znajduje sie z nim w stanie równowagi hydrostatycznej.Komora porusza sie ruchem obrotowym wzgledem rusztu powodujac przedostanie sie zuzla do komory poprzez boczny otwór.Dodatkowo mozna doprowadzac gaz dp komory sortowania ponad powierzchnia pomocniczego zloza fluidalnego w celu odslaniania, sortowania i usuwania w niemal czystym stanie zuzla znajdujacego sie w najniz¬ szej czesci pomocniczego zlozafluidalnego. , Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie w widoku perspektywicznym w czesciowym przekroju, fig. 2 — inna konstrukcje urzadze* nia w widoku perspektywicznym i w czesciowym przekroju, fig. 3 — jeszcze inna konstrukcje urzadzenia w wido¬ ku perspektywicznym i w czesciowym przekroju, fig. 4 — jeszcze inna konstrukcje urzadzenia w widoku perspek¬ tywicznym i w czesciowym przekroju, fig. 5 — komore sortujaca przystosowana do usuwania zuzla na zewnatrz urzadzenia w widoku perspektywicznym, fig. 6 — komore sortujaca przystosowana do usuwania zuzla do wewnatrz urzadzenia w widoku perspektywicznym.Urzadzenie 1 zawiera plaski, kolowy, poziomy ruszt 2 (fig. 1). Nad rusztem 2 znajduje sie komora sortujaca 3, która w dolnej czesci sciany bocznej ma otwór 4, a w przedniej scianie otwór 5 sluzacy dla usuwania zuzla do zbiornika zuzla umieszczonego na zewnatrz reaktora 1 (nie uwidocznionego na rysunku). Urzadzenie 1 ma w dolnej czesci przewód 6, którym doprowadzany jest gaz reakcyjny. Gaz reakcyjny po przejsciu przez cyklon 8 odprowadzany jest przewodem 7. Cyklon 8 zatrzymuje drobny pyl, który jest nastepnie wprowadzany do zloza fluidalnego. Nad rusztem 2 znajduje sie przewód 9, którym doprowadzany jest do urzadzenia 1 granulowany material staly. Ruszt 2 obraca sie wzgledem komory 3 dookola swej pionowej osi X—Y. Komora 3 jest nieruchoma.Inna konstrukcje urzadzenia pokazano na fig. 2. Stozkowo-cylindryczne urzadzenie 10 zaopatrzone jest w plaski kolowy pochyly ruszt 11. Ponad rusztem 11 znajduje sie komora sortujaca 12, posiadajaca w dolnej czesci bocznej scianki otwór 13 a w przedniej sciance otwór 14, sluzacy do usuwania zuzla do zbiornika zuzla umieszczonego na zewnatrz urzadzenia 10 (nie uwidocznionego na rysunku). Gaz reakcyjny o wysokiej temperaturze doprowadzany jest ponad poziomem rusztu 11 przez kilka bocznych dysz. Jedna z dysz 15 uwidoczniona, jest na rysunku. Pod rusztem 11 znajduje sie przewód 16, którym gaz reakcyjny wprowadza sie pod ruszt 11. Gaz uchodzacy z urzadzenia 10 odprowadza sie przewodem 17, po uprzednim przejsciu przez cyklon 18, zastosowany w celu zatrzymania i ponownego wprowadzenia drobnego pylu do zloza. Urzadzenie 10 ma przewód 19 sluzacy do zasilania granulowanym surowym materialem stalym. Przewód 19 umieszczony jest na poziomie cyklonu, w celu wstepnego podgrzania materialu i wprowadzenia go do urzadzenia 10 wraz z zatrzymanym w cyklonie 18 drobnym pylem.Ruszt 11 obraca sie wzgledem komory sortujacej 12 dookola swej pochylej osi X—Y. Komora sortujaca 12 jest nieruchoma i umieszczona na ruszcie 11 w najwyzszym polozeniu.Jeszcze inna konstrukcje urzadzenia pokazano na fig. 3. Urzadzenie 20 zawiera plaski poziomy pierscieniowy ruszt 21. Ponad mala czescia jego powierzchni znajduje sie komora sortujaca 22, która w dolnej czesci sciany bocznej ma otwór 23, a w sciance tylnej otwór 24, sluzacy do usuwania zuzla do wnetrza urzadzenia 20.Gaz dostarczany do pomocniczego zloza fluidalnego odplywa z komory 22 przez otwór 23. Strumien gazu unosi ze soba czastki tworzace zloze fluidalne, lecz nie unosi lezacego na dole ciezszego zuzla, który pozostaje wstanie stalym. Efekt sortujacy wzrosnie jeszcze, jesli dostarczany gaz bedzie wprowadzany do urzadzenia 20 przez otwór 24, sluzacy do usuwania zuzla.Plaski poziomy pierscieniowy ruszt 21 jest umieszczony miedzy zewnetrzna cylindryczna scianka urzadzenia 20 i zbiornikiem zuzla 25 w ksztalcie cylindra, przeznaczonym do odbierania zuzlu odprowadzanego przez otwór 24. Urzadzenie 20 ma przewód 26 dla odprowadzania gazu reakcyjnego. Gaz odplywa z urzadzenia przewodem 27, po uprzednim przejsciu przez cyklon 28, stosowanym w celu zatrzymywania i ponownego doprowadzenia drobnego pylu do zloza fluidalnego. Nad rusztem znajduje sie przewód 29, którym doprowadza sie granulowany suchy material staly.W opisanym urzadzeniu wedlug wynalazku mozliwe sa do zastosowania dwa warianty prowadzace do uzyskania ruchu obrotowego komory sortujacej 22 wzgledem rusztu 21. Ruszt 21 moze obracac sie dookola swej pionowej osi X-Y, podczas gdy komora sortujaca 22 jest nieruchoma lub przeciwnie, ruszt 21 moze byc nieruchomy a komora sortujaca 22 moze obracac sie dookola pionowej osi X—Y.90 067 3 Jeszcze inna konstrukcje urzadzenia pokazano na fig. 4. Cylindryczno-stozkowe urzadzenie 30 ma nieruchomy ruszt 31 o ksztalcie scietego stozka rozszerzajacego sie ku dolowi. Ponad mala czescia powierzchni tego rusztu znajduje sie komora sortujaca 32, obracajaca sie dookola pionowej osi X—Y. Komora sortujaca 32 ma w dolnej czesci bocznej scianki otwór 0, sluzacy do ujecia zuzla lezacego na ruszcie 31, który nastepnie przesuwany jest po powierzchni rusztu 11 ruchem spiralnym ku górze do otworu 33 i zrzucany do centralnego zbiornika zuzla.W urzadzeniu 30, które ma ruszt stozkowy 31 pomocnicze zloze fluidalne znajdujace sie w komorze sortujacej 32 zachowuje sie jak ciecz, przy czym poziom jego górnej powierzchni znajduje sie ponizej otworu 33, co powoduje, ze dodatkowe doprowadzenie gazu przez otwór 33 nie jest konieczne. Podobna korzysc uzyskuje sie w urzadzeniu pokazanym na fig. 2. W urzadzeniu pokazanym na fig. 4 efekt ten otrzymuje sie wprowadzajac w ruch obrotowy stozkowy ruszt 31 przy nieruchomej komorze sortujacej 32.Ten sam rezultat mozna osiagnac przy zastosowaniu obracanego stozkowego rusztu rozszerzajacego sie ku górze ze znajdujaca sie nad nim nieruchoma komora sortujaca, usuwajaca zuzel na skutek wznoszacego sie srubowego ruchu zuzla w kierunku zewnetrznego otworu.W celu uzyskania ruchu komory sortujacej wzgledem rusztu mozna zawsze wykorzystac dwie mozliwosci, niezaleznie od typu zastosowanego rusztu (plaski poziomy, skosny lub stozkowy). Mozna mianowicie zastosowac obracajacy sie ruszt z nieruchoma komora, przy czym zuzel kierowany jest i zrzucany do wewnetrznego lub zewnetrznego zbiornika zuzla lub przeciwnie — mozna zastosowac obracajaca sie komore z nieruchomym rusztem, przy czym zuzel kierowany jest i zrzucany do centralnego zbiornika zuzla.Doswiadczenie wskazuje, ze usuwanie zuzlu ze stozkowego rusztu o nachyleniu 20% lub w wiekszym jest calkowicie skuteczne. Urzadzenie 30 ma przewód 34, którym doprowadza sie gaz reakcyjny. Gaz uchodzacy z urzadzenia odprowadza sie przewodem 35, po uprzednim przejsciu przez cyklon 36, zastosowany w celu zatrzymania pylu i wstepnego podgrzania granulowanego surowego materialu doprowadzanego przewodem 37.Podgrzany wstepnie surowy material wprowadza sie do urzadzenia 30 w mieszaninie z zatrzymanym drobnym pylem. Urzadzenie ma kilka bocznych dysz 38, umieszczonych na tym samym poziomie, przez które wprowadza sie gaz reakcyjny o wysokiej temperaturze do nizszych partii zloza pokrywajacego rus^t 31 i komore sortujaca 32. Jedna z dysz 38 uwidoczniona jest na rysunku.JMa fig. 5 pokazano w powiekszonej skali komore sortujaca, przeznaczona do usuwania zuzlu do zbiornika zuzla umieszczonego na zewnatrz urzadzenia. Komora sortujaca umieszczona jest bezposrednio nad rusztem 39, który obraca sie w kierunku strzalki f, to znaczy przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Komora sortujaca sklada sie z bocznych pionowych scianek 40, 41, 42 i 43, nad którymi osadzona jest scianka górna 44, tworzaca wierzch zwartej skrzynkowej konstrukcji.Wewnatrz komory sortujacej nad rusztem 39 znajduje sie zloze fluidalne zwane „pomocniczym zlozem fluidalnym", które laczy sie poprzez otwór 45 w sciance 40 (scianka 40 nie siega rusztu) z glównym zlozem fluidalnym, znajdujacym sie w cylindrycznym urzadzeniu ponad komora sortujaca.Otwór 45 w sciance 40' przeznaczony jest do swobodnego wprowadzania zuzla do komory sortujacej w wyniku ruchu obrotowego rusztu 39. W tym celu scianka 40 otwarta jest na niemal calej wysokosci, co zapobiega niebezpieczenstwu zablokowania otworu przez zuzel. Wysokosc otworu powinna wynosic 30 cm lub wiecej.Pionowe boczne scianki komory maja ksztalt przystosowany do spelnianych przez nie funkcji.Tak wiec otwór 45 w sciance 40 zapewnia polaczenie miedzy pomocniczym zlozem i glównym zlozem fluidalnym.Otwór 46 w sciance 41, która dotyka cylindrycznej sciany urzadzenia, zapewnia usuwanie zuzlu do zbiornika zuzla umieszczonego na zewnatrz urzadzenia.Zadaniem scianki 42 jest kierowanie zuzlu, przesuwajacego sie na skutek obrotu rusztu 39, do otworu 46.Scianka 42 moze byc plaska, umieszczona skosnie w stosunku do kierunku poruszania sie zuzlu.Najkorzystniej jesli scianka 42 jest usytuowana pionowo i ma ksztalt spirali logarytmicznej, której wypukla strona skierowana jest ku wnetrzu komory sortujacej. Krzywa ta jest wyjatkowo korzystna, poniewaz tworzy ona we wszystkich punktach staly kat z kierunkiem przesuwania sie zuzlu, przenoszonego przez ruszt 39.Scianka 42 jest pelna po to, aby material z glównego zloza fluidalnego przedostawal sie do komory jedynie przez otwór 45, nie zalewajac równoczesnie komory sortujacej.Na fig. 6 pokazano w powiekszonej skali komore sortujaca dla usuwania zuzlu do zbiornika zuzla umieszczonego wewnatrz urzadzenia, przy czym mozna ja zastosowac wraz z plaskim rusztem poziomym (fig. 3) lub z rusztem o ksztalcie scietego stozka rozszerzajacego sie ku dolowi (fig. 4).W rozwiazaniu tym stozkowy ruszt 53 moze obracac sie w kierunku strzalki f, to znaczy przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, na skutek czego zuzel dostaje sie do nieruchomej komory sortujacej. Ruszt 53 moze4 90 067 byc nieruchomy, a komora sortujaca moze obracac sie w kierunku przeciwnym do kierunku strzalki f, to znaczy zgodnym z ruchem wskazówek zegara, przy czym zuzel znajdujacy sie na ruszcie 53 zostaje wepchniety do komory sortujacej.Komora sortujaca sklada sie z bocznych pionowych scianek 47, 48, 49, 50 i scianki górnej 51, które spelniaja odpowiednio te same funkcje co scianki 40, 41, 42, 43 i 44 omówione w opisie fig. 5. Scianka 47 posiada otwór 52, który spelnia te same funkcje co otwór 45 poprzednio opisany. Otwór wylotowy 54 kieruje zuzel do wewnetrznego zbiornika zuzla.Boczna scianka pionowa 49 kieruje przesuwajacy sie zuzel ku wewnetrznemu otworowi 54. Najkorzystniej¬ szym ksztaltem pionowej scianki 49 jest spirala logarytmiczna, której wypukla czesc powinna byc zwrócona do srodka komory sortujacej typu pokazanego na fig. 5.Gaz reakcyjny uchodzi z pomocniczego zloza fluidalnego przez otwór 45 w dolnej czesci scianki 44, stwarzajac w komorze sortujacej odpowiednie cisnienie, pozwalajace zachowac stan równowagi, hydrostatycznej miedzy pomocniczym i glównym zlozem fluidalnym, pokrywajacym komore sortujaca oraz kierujac ku otworowi 45 wszystkie drobne czastki pomocniczego zloza fluidalnego, na skutek czego jego glebokosc w poblizu otworu 46 maleje do zera. W ten sposób zuzel osadzony na ruszcie 39 zostaje calkowicie odkryty przed jego usunieciem. Jesli strumien gazu reakcyjnego nad zlozem jest niewystarczajacy dla odkrycia zuzlu, korzystne jest wprowadzenie dodatkowego strumienia gazu reakcyjnego przez otwór 46.W takich warunkach niemal czysty zuzel usuwany jest do zbiornika zuzla. Jako dodatkowy strumien zastosowac mozna gaz reakcyjny, powietrze, pare i tym podobne.W przypadku sortujacej komory pokazanej na fig. 6 usytuowanej na stozkowym ruszcie, poziom powierzchni pomocniczego zloza fluidalnego znajduje sie ponizej otworu wylotowego 54. W takim przypadku zuzel wprowadzany do komory sortujacej na skutek ruchu rusztu przeciwnego do ruchu wskazówek zegara odkryty bedzie przed usunieciem go przez o+wór 54 bez koniecznosci dodatkowego doprowadzania reakcyjnego gazu do komory sortujacej.Na skutek równoczesnej reakcji glównego i pomocniczego zloza fluidalnego z gazem reakcyjnym oraz faktu, ze zakryta przez komore powierzchnio rusztu stanowi jedynie okolo 15% calkowitej jego powierzchni, wspólczynnik wykorzystania pola powierzchni rusztu w procesie powstawania stanu fluidalnego jest bardzo wysoki oraz wysoka jest sprawnosc urzadzenia. Na przyklad, jesli urzadzenie wedlug wynalazku stosowane jest do procesu zgazowywania wegla, osiagalna zdoinosc przerobowa, wyrazona w ilosci wegla poddanego obróbce pod cisnieniem atmosferycznym, wynosi 2000—2500 kg/m2 godzine. Zdolnosc przerobowa znacznie wzrasta jesli proces zgazowywania odbywa sie pod zwiekszonym cisnieniem.Material z którego wykonana jest komora sortujaca musi wykazywac wytrzymalosc na dzialanie granulowanego surowego materialu stalego i zuzlu, które moga miec wysoka temperature. W przeciwnym przypadku konieczne jest zastosowanie scianek komory chlodzacych woda.Plaski, kolowy lub pierscieniowy oraz stozkowy ruszt powinien byc wykonany ze stalowych lub zeliwnych czlonów, które podtrzymywane sa przez urzadzenie znanego typu, nie uwidocznione na rysunkach.Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku uzaleznione jest od duzej róznorodnosci sposobów jego stosowa* nia, dla których zostal przewidziany, jak na przyklad procesów opisanych ponizej.W celu osiagniecia odpowiedniej temperatury granulowanego materialu stalego, lezacego nieruchomo na ruszcie, stosowany jest zwykle palnik olejowy lub gazowy. Gaz reakcyjny jest przedmuchiwany przez ruszt w celu doprowadzenia zloza do stanu fluidalnego jedynie po uprzednim ogrzaniu nieruchomej warstwy. Dalsze ciagle zasilanie granulowanym surowym materialem stalym odbywa sie droga wprowadzenia go do zloza fluidalnego.Jesli stosuje sie opisane urzadzenia w celu przeprowadzenia silnie endotermicznych reakcji (jak na przyklad proces zgazowywania para wodna) lub procesów wymagajacych stosowania bardzo wysokich temperatur (jak na przyklad produkcja cementu), korzystne jest zastosowanie jednego lub kilku nastepujacych usprawnien.Mozna wprowadzac dodatkowe strumienie gazów reakcyjnych o bardzo wysokiej temperaturze (moze ona osiagac 500 lub 1000°C) poprzez jedna, lub kilka dysz umieszczonych ponad rusztem, jak to pokazano w przypadku dyszy 15 na fig. 2, oraz dyszy 38 na fig. 4. W ten sposób zloze fluidalne rozpreza sie wymagajac automatycznie zwiekszonej wydajnosci rozdzielczej cyklonu znajdujacego sie nad reaktorem.Mozna tez granulowany surowy material staly zamiast bezposrednio do urzadzenia doprowadzac do cyklonu znajdujacego sie ponad nim, jak to pokazano na fig. 2 i 4, gdzie mozliwe jest wstepne ogrzanie materialu przez uchodzace z urzadzenia gazy, a nastepnie wprowadzac do urzadzenia surowy material o wysokiej temperaturze w postaci mieszaniny z drobnym pylem. Jest równiez mozliwe zastosowanie bardziej rozbudowana go systemu, pozwalajacego odzyskac praktycznie cale cieplo unoszone przez gaz odplywajacy z urzadzenia. Aby to osiagnac, wystarczy umiescic nad urzadzeniem grupe kilku cyklonów, polaczonych szeregowo (nie uwidocz¬ nionych na rysunkach), przez które przechodza gazy poreakcyjne, cyrkulujac w przeciwpradzie z granulowanym surowym materialem stalym, wprowadzanym do urzadzenia wraz z drobnym pylem zatrzymanym w cyklonach.90067 5 Odprowadzany z urzadzenia gaz moze równiez przechodzic przez wymiennik ciepla w celu wstepnego ogrzania powietrza reakcyjnego, pary reakcyjnej i tym podobnej.Jesli zgazowuje sie spiekajace sie wegle bitumiczne, niezbedne jest wstepne utlenienie ich w celu unikniecia powstawania zbyt duzych bryl w wyniku procesu samospiekania. Mozna te realizowac przy zastosowaniu dobrze znanych metod utleniania we wczesniejszej operacji przed wprowadzeniem wegla do urzadzenia. Mozliwe jest równiez wstepne utlenienie spiekanego wegla bitumicznego, przeprowadzenie go w mieszaninie z powietrza bezposrednio do urzadzenia wedlug wynalazku, na poziomie reakcyjnej strefy utleniania, to znaczy w poblizu rusztu lub dysz powietrznych pokazanych na fig. 2 i 4.Ponad powierzchnia zgazowywanego zloza fluidalnego mozna umiescic jeden lub kilka klasycznych rusztów w celu wydluzenia czasu kontaktu miedzy przeplywajacym gazem i poruszajacym sie w przeciwpradzie granulowanym surowym materialem stalym lub tez w celu przeprowadzenia kolejnych korzystnych reakcji chemicznych, jak odsiarczanie, metanizacja katalityczna i tym podobne.Urzadzenie wedlug wynalazku umozliwia przeprowadzenie róznych procesów chemicznych w samospieka- jacym sie zlozu fluidalnym pod cisnieniem atmosferycznym lub zwiekszonym. Procesy te obejmuja miedzy innymi spiekajace odgazowywanie wegla bitumicznego oraz zgazowywanie paliw kopalnych pod atmosferycznym lub zwiekszonym cisnieniem w celu produkcji wysoko lub nisko kalorycznych paliw gazowych, które wykorzystu¬ je sie bezposrednio lub po uprzednim przeprowadzeniu procesu odsiarczania z jednoczesnym odzyskiwaniem siarki.Inne zastosowania wynalazku dotycza produkcji cementu oraz procesu redukcji mineralów zawierajacych zelazo i innych mineralów. PL