RU2615371C1

RU2615371C1 - Fluidized bed device

Info

Publication number: RU2615371C1
Application number: RU2015150654A
Authority: RU
Inventors: Валентин Валентинович Федоренко
Original assignee: Валентин Валентинович Федоренко
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-04-04

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: vertical lined cylindrical housing apparatus contains working and gas-dispensing chamber with gas distribution grid between them, equipped with three-stage hole of triangular section in which the reinforced outer insert a combination of low trihedral prisms mounted with trihedral pyramids with vertices above the surface of the fluidized bed, within each outer insert, placed inside the insert as a hollow truncated triangular straight pyramid with open bases, recessed in the middle part of the three-stage openings in the faces and edges of the prism outer inserts arranged nozzles, wherein nozzles in the faces of adjacent prisms, are arranged in pairs on one axis and the nozzles in one each of the ribs of the prism are directed towards the axis of the working chamber.

EFFECT: invention improves the performance of the device due to the intensification of heat transfer and improves hydrodynamics of the fluidized bed and reduce dust discharge.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к аппаратам для термической обработки мелкозернистых материалов, широко применяемым в химической и других отраслях промышленности, в частности, для разложения солей, сжигания отходов, сушки и т.п. процессов.The present invention relates to apparatus for heat treatment of fine-grained materials, widely used in chemical and other industries, in particular, for the decomposition of salts, incineration, drying, etc. processes.

Известен аппарат с псевдоожиженным слоем по пат. Японии N 57-2050, кл. B01J,8/34 от 1982 г., в псевдоожиженном слое которого размещен параллельный ряд вертикальных перфорированных плоских пластин, образующих насадку с высотой, большей расстояния между соседними пластинами.Known fluidized bed apparatus according to US Pat. Japan N 57-2050, class B01J, 8/34 of 1982, in a fluidized bed of which a parallel row of vertical perforated flat plates is placed, forming a nozzle with a height greater than the distance between adjacent plates.

Недостатком этого аппарата является возможность возникновения поршневого режима псевдоожижения при появлении между вертикальными пластинами по высоте ряда контуров циркуляции обрабатываемого материала, несмотря на наличие у них перфорации, в силу большого отношения высоты слоев между пластинами к расстоянию между ними.The disadvantage of this apparatus is the possibility of a piston fluidization regime when a series of circulation circuits of the processed material appear between vertical plates along the height, despite the presence of perforation, due to the large ratio of the height of the layers between the plates to the distance between them.

Известен аппарат с псевдоожиженным слоем по пат. Франции N 2452316, кл. B01J,8/44 от 1980 г., в котором на перфорированной газораспределительной решетке установлен ряд перфорированных полых конусов, вершины которых расположены под поверхностью псевдоожиженного слоя.Known fluidized bed apparatus according to US Pat. France N 2452316, cl. B01J, 8/44 from 1980, in which a series of perforated hollow cones are installed on the perforated gas distribution grid, the vertices of which are located below the surface of the fluidized bed.

Недостатком этого аппарата является рассредоточенная подача большей части ожижающего агента по высоте слоя, ведущая к ухудшению теплообмена в прирешеточной (активной) зоне псевдоожиженного слоя из-за уменьшения в ней расхода газа-теплоносителя, несмотря на уменьшение площади свободной поверхности газораспределительной решетки размещением на ней ряда конусов.The disadvantage of this apparatus is the dispersed supply of most of the fluidizing agent along the height of the bed, leading to a deterioration in heat transfer in the prelattice (active) zone of the fluidized bed due to a decrease in the flow of heat-carrier gas in it, despite the decrease in the free surface area of the gas distribution grid by placing a number of cones on it .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому аппарату является устройство для обработки сыпучих материалов в псевдоожиженном слое по ав. св. СССР, N 134698, кл. B01J,8/24 от 1960 г., содержащее цилиндрическую призматическую рабочую камеру с газораспределительными колпачками в беспровальной решетке, полые центральный конусообразный и концентрически расположенные вокруг него кольцевые элементы (вставки), установленные основаниями на ней, а вершинами выше уровня поверхности псевдоожиженного слоя, для сокращения площади свободной поверхности решетки.The closest in technical essence to the proposed apparatus is a device for processing bulk materials in a fluidized bed by av. St. USSR, N 134698, cl. B01J, 8/24 of 1960, containing a cylindrical prismatic working chamber with gas distribution caps in a wirefree grate, hollow central cone-shaped and concentric ring elements (inserts) around it, installed by bases on it, and vertices above the level of the fluidized bed surface, for reduction of the free surface area of the grating.

Недостатками этого устройства являются пассивная функция центрального конуса и кольцевых вставок, предназначенных только для выемки части объема рабочей камеры над решеткой с уменьшением площади свободной поверхности псевдоожиженного слоя, малое время мгновенного контакта отдельной частицы с высокотемпературным газом в активной зоне теплообмена, трудности выгрузки из рабочей камеры части материала после остановки устройства из-за наличия высоких кольцевых вставок, мешающих выгрузке, ненадежность крепления множества вертикальных газораздающих колпачков в теле беспровальной решетки, особенно если она и колпачки выполнены из керамики.The disadvantages of this device are the passive function of the central cone and ring inserts, designed only for the extraction of part of the volume of the working chamber above the grate with a decrease in the free surface area of the fluidized bed, the short time of instant contact of an individual particle with a high-temperature gas in the active zone of heat transfer, the difficulty of unloading parts from the working chamber material after stopping the device due to the presence of high annular inserts that interfere with unloading, unreliable fastening of many vertical gas-distributing caps in the body of a wireless grating, especially if it and the caps are made of ceramic.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый аппарат с псевдоожиженным слоем отличается тем, что отверстия в газораспределительной решетке выполнены трехступенчатыми с увеличивающимися от нижней части к верхней площадями проходных сечений, верхняя и средняя части которых в сечениях выполнены в виде равносторонних треугольников, одной из вершин обращенных к оси рабочей камеры, ряд наружных вставок выполнен в виде комбинаций низких трехгранных полых призм, заглубленных в верхние части трехступенчатых отверстий, одно из ребер призм направлено в сторону оси рабочей камеры, а примыкающие к этим ребрам грани призм попарно параллельны граням соседних призм, с установленными на верхних основаниях призм вертикальных полых трехгранных прямых пирамид, внутри каждой наружной вставки установлена внутренняя вставка в виде полой усеченной трехгранной прямой пирамиды с открытым верхним основанием, заглубленная своим открытым нижним основанием в среднюю часть трехступенчатого отверстия, сопла размещены в гранях и в ребрах призм наружных вставок, причем сопла в гранях соседних призм расположены попарно по одной оси, а сопла в одном из ребер каждой призмы направлены в сторону оси рабочей камеры.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive fluidized bed apparatus is characterized in that the openings in the gas distribution grid are made of three stages with increasing cross sections from the lower to the upper parts, the upper and middle parts of which are made in the form of equilateral triangles, one of the vertices facing to the axis of the working chamber, a number of external inserts are made in the form of combinations of low trihedral hollow prisms buried in the upper parts of three-stage holes, one about from the edges of the prisms is directed towards the axis of the working chamber, and the edges of the prisms adjacent to these ribs are pairwise parallel to the faces of neighboring prisms, with vertical hollow trihedral straight pyramids installed on the upper bases of the prisms, an internal insert in the form of a hollow truncated trihedral straight pyramid is installed inside each outer insert with an open upper base, buried with its open lower base in the middle of a three-stage hole, the nozzles are placed in the faces and ribs of the prisms of the outer inserts, and the nozzles in the faces of adjacent prisms are arranged in pairs along one axis, and nozzles in one of the ribs of each prism are directed towards the axis of the working chamber.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Целью изобретения является увеличение производительности, улучшение гидродинамики слоя и снижение пылеуноса.The aim of the invention is to increase productivity, improve the hydrodynamics of the layer and the reduction of dust.

Указанная цель достигается тем, что в заявляемом аппарате с псевдоожиженным слоем, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, футерованный изнутри огнеупором, рабочую камеру, газораздающую камеру, газораспределительную решетку между ними с рядом отверстий, ряд наружных вставок, прикрепленных к решетке, с вершинами, расположенными выше поверхности псевдоожиженного слоя, сопла с горизонтальным расположением осей над решеткой, камеру выгрузки, штуцера входа и выхода газа и материала, отверстия в газораспределительной решетке выполнены трехступенчатыми с увеличивающимися от нижней части к верхней площадями проходных сечений, верхняя и средняя части которых в сечениях выполнены в виде равносторонних треугольников, одной из вершин обращенных к оси рабочей камеры, ряд наружных вставок выполнен в виде комбинаций низких трехгранных полых призм, заглубленных в верхние части трехступенчатых отверстий, одно из ребер призм направлено в сторону оси рабочей камеры, а примыкающие к этим ребрам грани призм попарно параллельны граням соседних призм с установленными на верхних основаниях призм вертикальных полых трехгранных прямых пирамид, внутри каждой наружной вставки установлена внутренняя вставка в виде полой усеченной трехгранной прямой пирамиды с открытым верхним основанием, заглубленная своим открытым нижним основанием в среднюю часть трехступенчатого отверстия, сопла размещены в гранях и в ребрах призм наружных вставок, причем сопла в гранях соседних призм расположены попарно по одной оси, а сопла в одном из ребер каждой призмы направлены в сторону оси рабочей камеры.This goal is achieved by the fact that in the inventive apparatus with a fluidized bed containing a vertical cylindrical body lined with a refractory inside, a working chamber, a gas distribution chamber, a gas distribution grid between them with a number of holes, a number of external inserts attached to the grid, with vertices located above the surface fluidized bed, nozzles with horizontal axes above the grate, discharge chamber, gas and material inlet and outlet fittings, openings in the gas distribution grid are three-stage with increasing cross-sectional areas from the bottom to the top, the top and middle sections of which are made in the form of equilateral triangles, one of the vertices facing the axis of the working chamber, a number of external inserts are made in the form of combinations of low trihedral hollow prisms, recessed into the upper parts of three-stage openings, one of the edges of the prisms is directed towards the axis of the working chamber, and the edges of the prisms adjacent to these edges are pairwise parallel to the faces of adjacent prisms mounted on the upper the bases of the prisms of vertical hollow trihedral straight pyramids, inside each outer insert there is an inner insert in the form of a hollow truncated trihedral straight pyramid with an open upper base, buried with its open lower base in the middle of a three-stage hole, the nozzles are placed in the faces and edges of the prisms of the outer inserts, the nozzles in the faces of adjacent prisms are arranged in pairs along one axis, and the nozzles in one of the ribs of each prism are directed towards the axis of the working chamber.

На фиг.1 изображен аппарат с псевдоожиженным слоем, продольный разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Г-Г на фиг. 2.1 shows a fluidized bed apparatus, a longitudinal section AA in FIG. 2; in FIG. 2 is a transverse section bB in figure 1; in FIG. 3 is a section BB of FIG. 2; in FIG. 4 - section GG in FIG. 2.

Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, футеровку 2, рабочую камеру 3, газораздающую камеру 4, газораспределительную решетку 5 между ними с рядом трехступенчатых отверстий 6 с верхней частью 7, средней частью 8 и нижней частью 9, площади проходных сечений которых увеличены от нижней части 9 к верхней части 7, верхняя 7 и средняя 8 части отверстий 6 в сечениях выполнены в виде равносторонних треугольников, одна из вершин которых обращена к оси рабочей камеры 3, ряд наружных вставок 10 в виде комбинаций из низких трехгранных полых призм 11, заглубленных в верхние части 7 трехступенчатых отверстий 6, и установленных на них вертикальных полых трехгранных прямых пирамид 12 с вершинами, расположенными выше уровня поверхности псевдоожиженного слоя 13, штуцер 14 выгрузки материала из аппарата с уровня поверхности псевдоожиженного слоя 13, ряд внутренних вставок 15 внутри ряда наружных вставок 10 в виде полых усеченных трехгранных прямых пирамид 16 с открытыми верхними основаниями (отверстиями) 17, заглубленных своими нижними открытыми основаниями в средние части 8 трехступенчатых отверстий 6, сопла 18 в гранях и сопла 19 в ребрах призм 11 с расположением их осей в горизонтальной плоскости над газораспределительной решеткой 5, камеру 20 выгрузки, штуцер 21 опорожнения рабочей камеры 3, штуцер 22 загрузки материала в рабочую камеру 3, штуцер 23 ввода горячего газа в газораздающую камеру 4, штуцер 24 отходящего газа из рабочей камеры 3.The apparatus comprises a vertical cylindrical body 1, a lining 2, a working chamber 3, a gas distribution chamber 4, a gas distribution grid 5 between them with a number of three-stage openings 6 with an upper part 7, a middle part 8 and a lower part 9, the passage sections of which are increased from the lower part 9 to the upper part 7, the upper 7 and the middle 8 parts of the openings 6 in sections are made in the form of equilateral triangles, one of the vertices of which faces the axis of the working chamber 3, a number of external inserts 10 in the form of combinations of low trihedral hollow prisms 11, buried in the upper parts 7 of three-stage openings 6, and vertical hollow trihedral straight pyramids 12 with peaks located above the surface level of the fluidized bed 13, a fitting 14 for unloading material from the apparatus from the surface level of the fluidized bed 13, a number of internal inserts 15 inside a row of outer inserts 10 in the form of hollow truncated trihedral straight pyramids 16 with open upper bases (holes) 17, buried with their lower open bases in the middle parts 8 of three stages from Aperture 6, nozzles 18 in the faces and nozzles 19 in the ribs of prisms 11 with their axes in a horizontal plane above the gas distribution grill 5, unloading chamber 20, discharge chamber 21 for emptying the working chamber 3, fitting 22 for loading material into the working chamber 3, hot inlet fitting 23 gas into the gas distribution chamber 4, the fitting 24 of the exhaust gas from the working chamber 3.

В предлагаемом варианте исполнения аппарата газораспределительная решетка 5 поделена на 6 секторов, в трехступенчатых отверстиях 6 которых укреплены наружные вставки 10 таким образом, что одно из вертикальных ребер призм 11 направлено в сторону оси рабочей камеры 3, а примыкающие к этому ребру грани призм 11 попарно параллельны граням соседних призм 11, поэтому сопла 18, расположенные в гранях соседних призм 11, направлены попарно по одной оси навстречу друг другу в прирешеточной (активной) зоне псевдоожиженного слоя 13, а сопла 19, расположенные в одном из ребер каждой призмы 11, направлены в сторону оси рабочей камеры 3 для псевдоожижения материала в ее центральной части. Остальные сопла 18 и 19, расположенные в обращенных к футеровке 2 гранях и ребрах призм 11, могут быть выполнены с увеличенными площадями проходных сечений для обеспечения большей равномерности подачи теплоносителя по сечению рабочей камеры 3, а именно в центре решетки 5 и на ее периферии.In the proposed embodiment of the apparatus, the gas distribution grill 5 is divided into 6 sectors, in the three-stage openings 6 of which the outer inserts 10 are fixed so that one of the vertical ribs of the prisms 11 is directed towards the axis of the working chamber 3, and the edges of the prisms 11 adjacent to this rib are pairwise parallel faces of neighboring prisms 11, therefore, nozzles 18 located in the faces of neighboring prisms 11 are directed in pairs along the same axis towards each other in the lattice (active) zone of the fluidized bed 13, and nozzles 19 located in one of the ribs of each prism 11 is directed towards the axis of the working chamber 3 for fluidization of the material in its central part. The remaining nozzles 18 and 19, located in the faces and edges of the prisms 11 facing the lining 2, can be made with enlarged passage areas to ensure greater uniformity of the coolant supply over the cross section of the working chamber 3, namely in the center of the grating 5 and on its periphery.

Выполнение наружной вставки 10 в виде комбинации вертикальной полой прямой низкой трехгранной призмы 11 и трехгранной пирамиды 12 необходимо для горизонтального размещения в трехгранной призме 11 сопел 18 и 19 во избежание их забивки частицами материала во время работы и для фиксации положения наружной вставки 10 в верхней части 7 трехступенчатого отверстия 6 решетки 5.The implementation of the outer insert 10 in the form of a combination of a vertical hollow straight low trihedral prism 11 and a trihedral pyramid 12 is necessary for horizontal placement in the trihedral prism 11 of the nozzles 18 and 19 to prevent them from clogging with material particles during operation and to fix the position of the outer insert 10 in the upper part 7 a three-stage hole 6 of the grill 5.

Для аппаратов большой производительности число наружных вставок 10 с внутренними вставками 15 может быть увеличено.For high-performance apparatuses, the number of external inserts 10 with internal inserts 15 can be increased.

По сравнению с другими возможными формами вставок 10 треугольные формы призм 11 и граней пирамиды 12 имеют ряд преимуществ. При равной площади с другими фигурами треугольное основание призмы 11 имеет больший периметр, в котором можно разместить большее число сопел 18, и большую площадь боковой поверхности пирамиды 12 наружной вставки 10. Суммарная площадь боковых поверхностей граней пирамид 12 в предлагаемом аппарате использована в качестве поверхности дополнительного косвенного теплообмена между газом и псевдоожиженным слоем 13.Compared with other possible forms of inserts 10, the triangular shapes of prisms 11 and faces of the pyramid 12 have several advantages. With an equal area with other figures, the triangular base of the prism 11 has a larger perimeter, in which a larger number of nozzles 18 can be placed, and a larger area of the side surface of the pyramid 12 of the outer insert 10. The total area of the side surfaces of the faces of the pyramids 12 in the apparatus used is an additional indirect surface heat transfer between the gas and the fluidized bed 13.

Внутренние вставки 15 с отверстиями 17 укреплены в средних частях 8 трехступенчатых отверстий 6 и размещены внутри наружных вставок 10. Наклон граней внутренней вставки 15 к плоскости решетки 5 меньше, чем наклон к ней граней наружной вставки 10, для выравнивания скорости газа при его опускном движении.The inner inserts 15 with holes 17 are fixed in the middle parts 8 of the three-stage holes 6 and are located inside the outer inserts 10. The inclination of the faces of the inner insert 15 to the plane of the grill 5 is less than the inclination of the faces of the outer insert 10 to equalize the gas velocity during its lowering movement.

Нижняя часть 9 трехступенчатого отверстия 6 и отверстия 17 внутренней вставки 15 выполнены с меньшей площадью проходного сечения, чем площадь нижнего основания внутренней вставки 15, но большей, чем суммарная площадь проходных сечений сопел 18 и 19 наружной вставки 10, для предварительного выравнивания распределения газа перед соплами 18 и 19 наружных вставок 10.The lower part 9 of the three-stage hole 6 and the hole 17 of the inner insert 15 is made with a smaller passage area than the lower base area of the inner insert 15, but larger than the total cross-sectional area of the nozzles 18 and 19 of the outer insert 10, for preliminary alignment of the gas distribution in front of the nozzles 18 and 19 of the outer inserts 10.

Штуцер 21 предназначен для полного опорожнения рабочей камеры 3 по окончании процесса термообработки материала.The fitting 21 is designed to completely empty the working chamber 3 at the end of the heat treatment of the material.

Корпус 1 аппарата может быть выполнен также призматической формы, при этом призмы 11 наружных вставок 10 должны быть расположены так, что одно из ребер призмы 11 и противоположная ей грань призмы 11 развернуты на 180 по отношению к соседним наружным вставкам 10, то есть все призмы 11 оказываются включенными в один большой прямоугольник решетки 5, в котором сопла 18, расположенные в обращенных друг к другу гранях соседних призм 11, также направлены навстречу друг другу, а сопла 18 в других гранях попеременно направлены на правую и левую стенки поверхности футеровки корпуса призматической формы.The housing 1 of the apparatus can also be made of a prismatic shape, with the prisms 11 of the outer inserts 10 must be located so that one of the ribs of the prism 11 and the opposite face of the prism 11 are rotated 180 with respect to the adjacent outer inserts 10, that is, all the prisms 11 turn out to be included in one large rectangle of the lattice 5, in which the nozzles 18 located in the facing faces of adjacent prisms 11 are also directed towards each other, and the nozzles 18 in other faces are alternately directed to the right and left walls of the surface and lining prismatic body.

Аппарат работает следующим образом.The device operates as follows.

Исходное мелкозернистое сырье через штуцер 22 непрерывно подают в рабочую камеру 3, где в псевдоожиженном слое 13 за счет теплообмена материала с газом-теплоносителем и со стенками граней пирамид 12, при большом времени пребывания частиц в слое 13, происходит термообработка материала (сушка или обжиг) до состояния готового продукта.The initial fine-grained raw material through the nozzle 22 is continuously fed into the working chamber 3, where in the fluidized bed 13 due to heat exchange of the material with the heat carrier gas and with the walls of the faces of the pyramids 12, with a long residence time of the particles in the layer 13, the material is heat treated (drying or firing) to the state of the finished product.

Газ (продукты горения топлива) под давлением через штуцер 23 поступает в газораздающую камеру 4, из которой через открытые нижние основания внутренних вставок 15 движется снизу вверх внутри внутренних вставок 15, выходит через отверстия 17 во внутренних вставках 15 в пространства между наружными поверхностями граней внутренних вставок 15 и внутренними поверхностями граней наружных вставок 10, где движется сверху вниз, после чего газ через сопла 18 и 19 в виде факелов поступает в активную зону псевдоожиженного слоя 13, а затем в основную массу псевдоожиженного слоя 13, приводя обрабатываемый материал в псевдоожиженное состояние.Gas (products of fuel combustion) under pressure through the fitting 23 enters the gas-distributing chamber 4, from which through the open lower bases of the inner inserts 15 it moves from bottom to top inside the inner inserts 15, leaves through openings 17 in the inner inserts 15 into the spaces between the outer surfaces of the faces of the inner inserts 15 and the inner surfaces of the faces of the outer inserts 10, where it moves from top to bottom, after which the gas through the nozzles 18 and 19 in the form of torches enters the active zone of the fluidized bed 13, and then into the bulk of the pseudo liquefied layer 13, resulting in the material being processed in the fluidized state.

Наружные вставки 10 при небольших углах раскрытия псевдоожиженного слоя 13 между гранями трехгранных пирамид 12 создают расширяющийся псевдоожиженный слой 13 в пространстве между ними, исключая возникновение фонтанирующего режима псевдоожижения, снижающего эффективность процесса термообработки, а размещение верхних частей пирамид 12 в верхней части псевдоожиженного слоя 13 и над его поверхностью ведет к успокоению поверхности слоя 13 за счет пристенного эффекта в ряде пирамид 12, снижая тем самым пылеунос из слоя 13.External inserts 10 at small opening angles of the fluidized bed 13 between the faces of the trihedral pyramids 12 create an expanding fluidized bed 13 in the space between them, eliminating the occurrence of a gushing fluidization regime that reduces the efficiency of the heat treatment process, and the placement of the upper parts of the pyramids 12 in the upper part of the fluidized bed 13 and above its surface leads to a calming of the surface of the layer 13 due to the wall effect in a number of pyramids 12, thereby reducing the dust removal from the layer 13.

Наряду с теплообменом газа и частиц материала в псевдоожиженном слое 13, в предлагаемом аппарате применена теплопередача от газа, движущегося внутри наружных вставок 10, к псевдоожиженному слою 13 через большую суммарную боковую наружную поверхность граней пирамид 12 наружных вставок 10. По мере движения газа в пространстве между внутренними вставками 15 и наружными вставками 10 он понижает свою температуру, нагревая стенки пирамид 12 и 16 без контакта с обрабатываемым материалом.Along with the heat exchange of gas and material particles in the fluidized bed 13, the apparatus of the invention uses heat transfer from gas moving inside the external inserts 10 to the fluidized bed 13 through the large total lateral outer surface of the faces of the pyramids 12 of the external inserts 10. As the gas moves in the space between internal inserts 15 and external inserts 10 it lowers its temperature by heating the walls of the pyramids 12 and 16 without contact with the processed material.

При отсутствии пирамид 16 внутренних вставок 15 эффективность теплопередачи от газа внутри наружных вставок 10 к псевдоожиженному слою 13 через суммарную боковую наружную поверхность граней пирамид 12 наружных вставок 10 будет значительно снижена из-за застойных явлений внутри наружных вставок 10 и выключения значительной части пирамид 12 из процесса теплопередачи. Стенки пирамид 16 внутренних вставок 15 нагреваются до более высокой температуры, чем стенки пирамид 12 наружных вставок 10, охлаждаемые снаружи псевдоожиженным слоем 13, поэтому наружная поверхность граней пирамиды 16 излучает тепло на внутреннюю поверхность граней пирамиды 12, в зависимости от перепада температур между ними. Суммарный коэффициент теплоотдачи к стенкам внутренних поверхностей граней пирамид 12 наружной вставки 10, кроме того, складывается из коэффициента теплоотдачи конвекцией, зависящего от скорости газа в пространстве между вставками 10 и 15, и коэффициента теплоотдачи излучением самого газа, зависящего от температуры и объемных долей трехатомных газов в продуктах горения топлива, и толщины слоя газа между вставками 10 и 15.In the absence of pyramids 16 of the inner inserts 15, the heat transfer efficiency from gas inside the outer inserts 10 to the fluidized bed 13 through the total lateral outer surface of the faces of the pyramids 12 of the outer inserts 10 will be significantly reduced due to stagnation inside the outer inserts 10 and turning off a significant part of the pyramids 12 from the process heat transfer. The walls of the pyramids 16 of the inner inserts 15 are heated to a higher temperature than the walls of the pyramids 12 of the outer inserts 10, cooled outside by the fluidized bed 13, so the outer surface of the faces of the pyramid 16 radiates heat to the inner surface of the faces of the pyramid 12, depending on the temperature difference between them. The total heat transfer coefficient to the walls of the inner surfaces of the faces of the pyramids 12 of the outer insert 10, in addition, consists of the heat transfer coefficient by convection, which depends on the gas velocity in the space between the inserts 10 and 15, and the heat transfer coefficient by the radiation of the gas itself, depending on the temperature and volume fractions of triatomic gases in the products of fuel combustion, and the thickness of the gas layer between inserts 10 and 15.

Поскольку часть тепла от газа к псевдоожиженному слою 13 в предлагаемом аппарате передается косвенным путем, через поверхности наружных вставок 10, появляется возможность использовать газ с повышенной по сравнению с известными аппаратами температурой на входе в них, при равной температуре газа на входе в активную зону слоя 13 и одинаковом объемном расходе газа, в истекающих из сопел 18 и 19 факелов газа. Это достигается увеличением расхода топлива в топливосжигающем устройстве при одинаковом объемном расходе воздуха, с уменьшением коэффициента избытка воздуха, для обеспечения одинакового гидродинамического режима псевдоожижения сравниваемых аппаратов, что позволяет увеличить производительность предлагаемого аппарата за счет косвенного ввода дополнительного тепла в слой 13, без увеличения уноса частиц из псевдоожиженного слоя 13. Кроме того, повышение температуры газа ведет к увеличению в нем объемных долей трехатомных газов, в свою очередь увеличивающих коэффициент теплоотдачи излучением для газа.Since part of the heat from the gas to the fluidized bed 13 in the apparatus according to the invention is indirectly transmitted through the surfaces of the external inserts 10, it becomes possible to use gas with an inlet temperature higher than the known apparatus at a gas temperature at the inlet to the active zone of the bed 13 and the same volumetric flow rate of gas flowing from the nozzles 18 and 19 of the gas flames. This is achieved by increasing fuel consumption in the fuel burning device at the same volumetric air flow rate, with a decrease in the excess air coefficient, to ensure the same hydrodynamic regime of fluidization of the compared devices, which allows to increase the productivity of the proposed device by indirectly introducing additional heat into the layer 13, without increasing the entrainment of particles from fluidized bed 13. In addition, an increase in gas temperature leads to an increase in the volume fraction of triatomic gases in it, in its the turn of increasing the heat transfer coefficient by radiation for gas.

Газ, истекающий из сопел 18 и 19 в виде факелов с большой скоростью, теряет ее в активной зоне псевдоожиженного слоя 13, а затем его скорость продолжает уменьшается по высоте псевдоожиженного слоя 13 вследствие постепенного увеличения свободной площади поперечного сечения рабочей камеры 3, увеличивающейся с уменьшением суммарной площади сечения пирамид 12 по высоте слоя 13 и меньшей температуры основной массы псевдоожиженного слоя 13 по сравнению с температурой газа в соплах 18 и 19. В активной зоне большинство сопел 18 расположены близко и попарно направлены друг на друга, поэтому высокоскоростной газ из сопел 18 и 19 захватывает частицы материала и сталкивает их друг с другом в районе половины расстояния между призмами 11, повышая концентрацию частиц и понижая их скорость в местах столкновения, что увеличивает время контакта газа и сталкивающихся частиц материала в активной зоне псевдоожиженного слоя 13. Переменные во времени высокие скорости газа и частиц в активной зоне псевдоожиженного слоя 13 позволяют интенсифицировать теплообмен за счет увеличения относительной скорости газа (разности скоростей газа и частиц) по сравнению с разбросом по поверхности решетки факелов газа в прототипе, оказывающих меньшее влияние на передачу тепла от газа к частицам.The gas flowing out of the nozzles 18 and 19 in the form of torches at a high speed loses it in the active zone of the fluidized bed 13, and then its speed continues to decrease along the height of the fluidized bed 13 due to a gradual increase in the free cross-sectional area of the working chamber 3, increasing with decreasing total the cross-sectional area of the pyramids 12 in height of the bed 13 and lower temperature of the bulk of the fluidized bed 13 compared with the temperature of the gas in the nozzles 18 and 19. In the active zone, most of the nozzles 18 are close are directed at each other, so the high-speed gas from the nozzles 18 and 19 captures particles of material and collides them with each other in the region of half the distance between the prisms 11, increasing the concentration of particles and lowering their velocity at the points of collision, which increases the contact time of gas and colliding particles of material in the active zone of the fluidized bed 13. Time-varying high velocities of the gas and particles in the active zone of the fluidized bed 13 can intensify heat transfer by increasing the relative velocity of the gas (The difference of velocities of the gas and particles) as compared with a spread over the surface of the lattice gas torch in the prior art, providing minimal effect on heat transfer from the gas to the particles.

В активной зоне слоя 13 при высокой входной температуре и высокой относительной скорости газа происходит интенсивная термическая обработка материала при большом коэффициенте теплоотдачи от газа к поверхности частиц, что ведет к понижению температуры газа и перегреву наружной поверхности находящихся в активной зоне слоя 13 частиц обрабатываемого материала, которые затем поступают на длительную выдержку в основную массу псевдоожиженного слоя 13, а газ теряет скорость и далее проходит вверх через слой 13 при постоянной пониженной температуре по всему объему слоя 13. В рабочей камере 3 происходит многократный обмен частиц с перегретой поверхностью из активной зоны слоя 13, с частицами, подвергшимися выдержке в слое 13 с более низкой температурой, то есть происходит постоянный перенос части тепла из активной зоны слоя 13 в основную массу слоя 13, и выравнивание температуры по объему частиц.In the active zone of layer 13, at high inlet temperature and high relative gas velocity, intense heat treatment of the material occurs at a high heat transfer coefficient from gas to the surface of the particles, which leads to a decrease in gas temperature and overheating of the outer surface of the particles of the processed material in the active zone of layer 13, which then they enter the bulk of the fluidized bed 13 for a long exposure, and the gas loses speed and then passes upward through the bed 13 at a constant reduced temperature re throughout the entire volume of the layer 13. In the working chamber 3 there is a multiple exchange of particles with an overheated surface from the active zone of the layer 13, with particles subjected to aging in the lower temperature layer 13, that is, a constant part of the heat is transferred from the active zone of the layer 13 to the bulk of the layer 13, and the equalization of temperature by volume of particles.

Высокоскоростной газ, истекающий из сопел 18 и 19, позволяет псевдоожижать в активной зоне крупные частицы полидисперсного материала, для которых рабочая скорость псевдоожижения в несколько раз выше, чем для мелких частиц, и тем самым предотвратить залегание частиц материала на решетке 5. Обрабатываемый материал продвигается в сторону штуцера 14 за счет текучести слоя 13, а готовый продукт удаляют из рабочей камеры 3 через штуцер 14 выгрузки в камеру выгрузки 20, а далее из аппарата на охлаждение. После прохождения псевдоожиженного слоя 13 газ через штуцер 24, расположенный в своде рабочей камеры 3, направляют на газоочистку.High-speed gas flowing out from nozzles 18 and 19 allows fluidized particles of polydisperse material to be fluidized in the core, for which the working fluidization rate is several times higher than for small particles, and thereby prevent material particles from lying on the grate 5. The material to be processed is advanced side of the nozzle 14 due to the fluidity of the layer 13, and the finished product is removed from the working chamber 3 through the discharge nozzle 14 into the discharge chamber 20, and then from the apparatus for cooling. After the passage of the fluidized bed 13, the gas through the fitting 24, located in the arch of the working chamber 3, is sent to the gas treatment.

В отличие от прототипа, в предлагаемом аппарате осуществлена передача части тепла от газа с повышенной температурой на входе в аппарат к псевдоожиженному слою через стенку, улучшена гидродинамика расширяющегося псевдоожиженного слоя, что позволяет увеличить производительность аппарата и снизить пылеунос.In contrast to the prototype, in the proposed apparatus, part of the heat was transferred from gas with an elevated temperature at the inlet of the apparatus to the fluidized bed through the wall, the hydrodynamics of the expanding fluidized bed were improved, which allows to increase the productivity of the apparatus and reduce the dust extraction.

Claims

A fluidized bed apparatus comprising a vertical cylindrical body lined with a refractory inside, a working chamber, a gas distribution chamber, a gas distribution grid between them with a number of holes, a number of external inserts attached to the grid, with vertices located above the surface of the fluidized bed, nozzles with a horizontal axis above the grate, the discharge chamber, the gas and material inlet and outlet fittings, the openings in the gas distribution grate are made three-stage with increasing from the bottom parts to the upper areas of the passage sections, the upper and middle parts of which in the sections are made in the form of equilateral triangles, one of the vertices facing the axis of the working chamber, a number of external inserts are made in the form of combinations of low trihedral hollow prisms buried in the upper parts of three-stage holes, one of the edges of the prisms are directed towards the axis of the working chamber, and the edges of the prisms adjacent to these ribs are pairwise parallel to the faces of adjacent prisms with vertical hollow trihedral prisms installed on the upper bases straight pyramids, inside each outer insert there is an inner insert in the form of a hollow truncated trihedral straight pyramid with an open upper base, recessed with its open lower base in the middle of a three-stage hole, the nozzles are placed in the faces and edges of the prisms of the outer inserts, and the nozzles are in the faces of adjacent prisms are arranged in pairs along one axis, and nozzles in one of the ribs of each prism are directed towards the axis of the working chamber.