Многокамерный аппарат для обезвоживания карналлита в кипящем слое

 

Изобретение относится к многокамерным аппаратам для обезвоживания карналлита в кипящем слое. Сущность изобретения: аппарат содержит прямоугольный корпус с разделяющими его на камеры поперечными перегородками со сливными отверстиями для перетока материала, установленные в них газораспределительные решетки, образующие в камерах подрешеточное и надрешеточное пространство, установленные в первой камере загрузочное устройство и в последней - сливной порог и разделяющие надрешеточное пространство второй и последующих камер на секции поперечные перегородки с расположенными у газораспределительных решеток нижними переточными отверстиями. Нижний край каждого последующего по ходу движения материала сливного отверстия для перетока материала из камеры в камеру выполнен ниже предыдущего к плоскости газораспределительной решетки, при этом соотношение между расстоянием от газораспределительной решетки до нижнего края сливного отверстия, сообщающего полости надрешеточных пространств первой и второй камер, и высотой сливного порога составляет 1,2 - 2,5, а нижние переточные отверстия в каждой перегородке выполнены с суммарной площадью, уменьшающейся по ходу движения материала от камеры к камере в соотношении, составляющем 1,2 - 2,5 между первой перегородкой второй камеры и последней перегородкой последней камеры, причем высота перегородок, разделяющих надрешеточное пространство камер на секции, в 2 - 5 раз больше уровня сливного порога, а суммарная площадь сливных отверстий, сообщающих соседние камеры друг с другом, составляет от 2 до 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога 2 з. п. ф-лы, 2 ил, 4 табл.

Изобретение относится к многокамерным аппаратам для обезвоживания карналлита в кипящем слое и может найти применение в металлургии, химии и других отраслях промышленности для обезвоживания термолабильных, комкующихся материалов, осложненного гидролизом или другими побочными процессами.

Известен пятикамерный аппарат кипящего слоя для обезвоживания карналлита. Он состоит из круглого корпуса, футерованного внутреннего цилиндра, расположенного в центре корпуса и вертикальных перегородок, разделяющих пространство между корпусом и внутренним цилиндром на камеры. В верхней части этих перегородок выполнены сливные проемы (вырезы) для перетока материала из камеры в камеру. В каждой камере имеется газораспределительная решетка, разделяющая ее на подрешеточное и надрешеточное пространство. Газораспределительные решетки и сливные пороги расположены ступенчато друг к другу. В первой по ходу материала камере установлено устройство для загрузки исходного шестиводного карналлита, а в последней устройство для выгрузки готового продукта. Подрешеточное пространство камер разделено перегородкой на две части, в которые подают греющие газы с различной температурой и скоростью. Одна часть объединяет первые по ходу движения материала три камеры, другая - две последующие. В верхней части надслоевого пространства камер имеется общий газоход для удаления отходящих газов из корпуса печи (Романков П.Г. Рашковская Н.Б. Сушка в кипящем слое. М.-Л. Химия, 1864, с. 131, рис. 3-16).

Данный аппарат позволил в значительной мере сократить гидролиз карналлита и соответственно уменьшить вредные выбросы хлористого водорода путем исключения перемешивания карналлита между камерами за счет ступенчатого расположения газораспределительных решеток и перемещения карналлита из камеры в камеру только путем его слива через сливные проемы (вырезы в перегородках), нижние части которых так же как и газораспределительные решетки расположены на разных уровнях.

Однако этот аппарат оказался конструктивно сложен и ненадежен в эксплуатации из-за образования окатышей (комков) материала в первой (загрузочной) камере, которая имела малый объем и изогнутую форму, что препятствовало распределению сырого, оплавляющегося материала по поверхности слоя и его обезвоживанию в слое до достижения газораспределительной решетки, нагретой выше температуры плавления загружаемого карналлита.

Кроме того, образованию комков способствовала невозможность устанавливать различные скорость и температуру теплоносителя в каждой из первых трех камер, а также в последующих двух.

Наиболее близким к предлагаемому аппарату по технической сущности и общим признакам (прототипом) является многокамерный аппарат для обезвоживания солей, например карналлита (авт.св. СССР N 269008, кл. F 27 b, 15/00, опуб. 10.IV. 1978, бюл. N 14).

Этот аппарат имеет прямоугольный в горизонтальном сечении корпус с разделяющими его на камеры поперечными перегородками со сливными отверстиями для перетока материала из камеры в камеру. В камерах установлены газораспределительные решетки, делящие каждую из них на подрешеточное и надрешеточное пространства. В первой по ходу движения материала камере установлено загрузочное устройство, а в последней сливной порог. Сливные отверстия в перегородках расположены на уровне сливного порога.

Надрешеточное пространство второй и последующих камер разделено поперечными перегородками на секции с расположенными у газораспределительной решетки нижними переточными отверстиями. При этом суммарная площадь переточных отверстий в каждой из этих перегородок составляет 0,4 4% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога.

Недостатком аппарата по авт.св. СССР N 269008 является одинаковая высота сливных отверстий, сообщающих надрешеточные полости камер, что приводит к повышенному гидролизу карналлита в последних камерах и его комкованию в первой камере из-за одинакового на единицу площади решетки времени пребывания гидролизующегося двухводного и более глубоко обезвоженного материала в последних камерах и недостаточной высоты слоя (времени пребывания материала) в первой камере, в результате чего шестиводный карналлит попадает на нагретую выше температуры его плавления газораспределительную решетку раньше, чем он успевает обезводиться за счет тепло- и массообмена с частицами полуобезвоженного карналлита в слое. Для предотвращения этого явления необходимо было бы повышать уровень карналлита в слое, что помимо увеличения расхода энергии на дутье обусловит увеличение гидролиза карналлита в последних камерах из-за увеличения времени его пребывания в этих камерах.

Кроме того, по мере обезвоживания карналлита в камерах его количество уменьшается, так как он теряет до 40% воды, а часть мелких частиц уносится с отходящими газами. В результате при одинаковых размерах переточных отверстий скорость движения материала в них уменьшается от загрузки к выгрузке, что приводит к увеличению гидролиза из-за обратного перемешивания материала в соседних секциях вследствие тепло- и массообмена между частицами с различной степенью обезвоживания. В результате более обезвоженные частицы увлажняются, а затем вновь обезвоживаются с дополнительным гидролизом.

К увеличению перемешивания частиц карналлита с различной степенью обезвоживания между секциями камер из-за выбросов пакетов частиц из слоя приводит и недостаточная высота перегородок в надрешеточном пространстве камер (в авт. св. СССР N 269008 высота перегородок не оговорена, а в аналоге, который приведен на рис. 3-16 упомянутой выше книги Романкова П.Г. и Рашковской Н.Б. она явно недостаточна).

Изобретение позволяет уменьшить гидролиз и снизить комкование карналлита при его обезвоживании.

Это достигается тем, что в многокамерном аппарате для обезвоживания карналлита в кипящем слое, содержащем прямоугольный корпус с разделяющим его на камеры поперечными перегородками со сливными отверстиями для перетока материала, установленными в них газораспределительными решетками, образующими в камерах надрешеточное и подрешеточное пространство, установленные в первой камере загрузочное устройство и в последней сливной порог, и разделяющие надрешеточное пространство второй и последующих камер на секции поперечные перегородки с расположенными у газораспределительных решеток нижними переточными отверстиями, нижний край каждого последующего по ходу движения материала сливного отверстия для перетока материала из камеры в камеру выполнен ниже предыдущего к плоскости газораспределительной решетки, при этом соотношение между расстоянием от газораспределительной решетки до нижнего края сливного отверстия, сообщающего полости надрешеточных пространств первой и второй камер, и высотой сливного порога составляет от 1,2 до 2,5, а нижние переточные отверстия в каждой перегородке выполнены с суммарной площадью, уменьшающейся по ходу движения материала от камеры к камере в соотношении, составляющем 1,2 2,5 между первой перегородкой второй камеры и последней перегородкой последней камеры.

Целесообразно, чтобы высота перегородок, разделяющих надрешеточное пространство камер на секции, была в 2 5 раз больше уровня сливного порога, а суммарная площадь сливных отверстий, сообщающих соседние камеры друг с другом, составляла от 2 до 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога.

Предлагаемый аппарат может иметь одно или несколько сливных отверстий в перегородках между номерами, а также одно или несколько нижних переточных отверстий в каждой перегородке, разделяющей камеру на секции. Внутри камеры эти отверстия могут быть одинаковыми или уменьшающимися по ходу движения материала.

Во всех случаях рекомендуется размещать эти отверстия таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход материала в аппарате.

Выполнение нижнего края каждого последующего по ходу движения материала сливного отверстия для перетока материала из камеры в камеру ниже предыдущего к плоскости газораспределительной решетки до нижнего края сливного отверстия, сообщающего полости надрешеточных пространств первой и второй камер, и высотой сливного порога в пределах 1,2 2,5 позволяет поддерживать в первой камере требуемый для предотвращения комкования материала относительно высокий уровень слоя и требуемые для снижения гидролиза более низкие уровни слоя в последующих камерах с соответствующим уменьшением времени пребывания обезвоживаемого материала на единицу площади газораспределительной решетки от камеры к камере по ходу движения карналлита в аппарате и с уменьшением требуемого напора газов, подаваемых в слой, т.е. с возможным уменьшением удельного расхода электроэнергии.

Выполнение нижних переточных отверстий в перегородках внутри камер с суммарной площадью отверстий в каждой перегородке, уменьшающейся по ходу движения материала от камеры к камере в соотношении, составляющем 1,2 2,5 между первой перегородкой второй камеры и последней перегородкой последней камеры, позволяет уменьшить обратное перемешивание материала между секциями камер и за этот счет уменьшить гидролиз карналлита при его обезвоживании. Выполнение перегородок внутри камер высотой в 2 5 раз больше, чем высота сливного порога позволяет снизить гидролиз карналлита из-за уменьшения перемешивания материала с различной степенью обезвоживания за счет уменьшения переброса из секции в секцию пакетов частиц, возникающих при прохождении газовых пузырей теплоносителя через кипящий слой материала.

Если сливные отверстия в перегородках между камерами выполнить с суммарной площадью меньше 2% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога, то сливные отверстия будут работать полным сечением, и требуемая производительность аппарата будет обеспечиваться лишь при повышении уровня слоя в камерах по сравнению с уровнем сливного порога. Это приведет к увеличению гидролиза, а также к увеличению удельного расхода электроэнергии в связи с необходимостью увеличения напора газов, поступающих в слой. При суммарной площади сливных отверстий больше 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога будет иметь место переброс более обезвоженного материала из последующей секции в предыдущую с увлажнением этого материала и вторичным обезвоживанием с дополнительным гидролизом.

Таким образом, предлагаемые признаки в совокупности позволяют при обезвоживании карналлита уменьшить его комкование и обратное перемешивание частиц с соответствующим уменьшением гидролиза.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый многокамерный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 то же, поперечный разрез.

Аппарат содержит корпус 1 с вертикальными поперечными перегородками 2, разделяющими корпус на камеры 3 с газораспределительными решетками 4, разделяющими каждую из камер на надрешеточное пространство 5 и подрешеточное пространство 6. В каждой перегородке имеется одно или несколько сливных отверстий 7, сообщающих надрешеточное пространство соседних камер. В первой камере установлено загрузочное устройство 8, в последней сливной порог 9. Во второй и последующих по ходу движения материала камерах над газораспределительными решетками установлены не доходящие до верха корпуса поперечные перегородки 10, разделяющие камеры на секции 11. В каждой из этих перегородок у газораспределительной решетки расположены нижние переточные отверстия 12, сообщающие секции друг с другом. В нижней части корпуса имеются отверстия 13 для подачи теплоносителя в подрешеточное пространство каждой камеры, а в верхней отверстия 14 для вывода отходящих газов из надрешеточного пространства каждой камеры.

Нижний край каждого последующего по ходу движения материала сливного отверстия в перегородках между камерами выполнен ниже предыдущего к плоскости газораспределительной решетки. Соотношение между расстоянием от газораспределительной решетки до нижнего края сливного порога, сообщающего полости надрешеточного пространства первой и второй камер, и высотой сливного порога составляет 1,2 2,5, а суммарная площадь этих отверстий в каждой перегородке составляет от 2 до 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога. Нижние переточные отверстия в каждой перегородке внутри камер выполнены с суммарной площадью, уменьшающейся по ходу движения материала от камеры к камере в соотношении, составляющем 1,2 2,5 между первой перегородкой второй камеры и последней перегородкой последней камеры. Эти отверстия расположены таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход материала. Высота перегородок в камерах в 2 5 раз больше уровня сливного порога.

На фиг. 1 и 2 условно показан слой материала в камерах, высота которого соответствует нижнему краю сливного отверстия в перегородке между камерами и уровню сливного порога в последней камере.

Аппарат работает следующим образом.

Шестиводный карналлит через загрузочное устройство 8 поступает в первую камеру 3 печи и с помощью этого устройства равномерно распределяется по поверхности кипящего слоя, высота которого от газораспределительной решетки 4 в 1,2 2,5 раза больше, чем уровень сливного порога 9. Теплоноситель, поступающий через отверстие 13 в подрешеточное пространство 15 каждой камеры, подается в слой через газораспределительную решетку.

Из первой камеры высушенный и частично обезвоженный карналлит поступает через имеющееся в перегородке 2 сливное отверстие 7 в первую секцию 11 второй камеры и далее через нижнее переточное отверстие 12 в перегородке 10 во вторую секцию этой камеры. Материал зигзагообразно проходит через все секции этой камеры и через соответствующее сливное отверстие 7 в перегородке между 1 и 2 камерами поступает сначала в первую секцию второй камеры, проходит последовательно через переточные отверстия 12 все секции этой камеры, затем через сливное отверстие 7 в перегородке между второй и третьей камерами поступает в первую секцию третьей камеры и т.д. Из последней секции последней камеры готовый продукт выгружается через сливной порог 8.

Запыленные отходящие газы из надрешеточного пространства 6 каждой камеры через отверстия 14 отсасываются из этой камеры.

Для обоснования предлагаемых интервалов были выполнены исследования на промышленной трехмерной печи кипящего слоя для обезвоживания карналлита, в которой вторая и третья камера были секционированы. Основная масса частиц исходного карналлита с общим содержанием воды ≈38% имели размеры частиц в интервале 0,1 0,3 мм. Скорость греющих газов в последней камере поддерживали равной 0,45 нм/с, а температуру слоя в последней секции этой камеры поддерживали в пределах 200 215^oC. Содержание остаточной воды в готовом продукте (обезвоженный карналлит, выгружаемый через сливной порог и пыль, уловленная в циклоне из отходящих газов третьей камеры) 3% Результаты исследований приведены в табл. 1-4.

В табл. 1 приведены результаты исследований при трех уровнях сливного порога 0,6 0,8 и 1,0 м. Подтверждено, что уменьшение этого уровня позволяет снизить гидролиз, но приводит к увеличению количества мелких недостаточно обезвоженных фракций, уловленных в циклоне из газов третьей камеры. Одинаковое содержание воды в готовом продукте обеспечивалось изменением температуры слоя на выходе из печи. При уровне сливного порога 0,6 м в приведенных выше условиях кипение было недостаточно устойчивым. Поэтому дальнейшие опыты проводили при уровне сливного порога, равного 0,8 м. При других условиях (скорость газов, крупность материала и др.) этот уровень может изменяться. Однако приведенные в таблице соотношения между параметрами сохраняются.

Исследования показали, что в случае, когда суммарная площадь сливных отверстий в перегородках между камерами меньше 2% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога, то сливное отверстие работает полным сечением, и требуемая производительность аппарата обеспечивается лишь при повышении уровня слоя сверх необходимого для нормальной работы аппарата.

При площади сливных отверстий в перегородках между камерами больше 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога имеет место переброс более обезвоженного материала из последующей камеры в предыдущую с увлажнением этого материала и вторичным обезвоживанием с дополнительным гидролизом.

Пример. Аппарат кипящего слоя, прямоугольный в плане и имеющий в поперечном сечении форму перевернутой усеченной пирамиды, разделен двумя вертикальными поперечными перегородками на три камеры, каждая из которых разделена горизонтальной газораспределительной решеткой на подрешеточное и надрешеточное пространство. Теплоноситель подается в подрешеточное пространство каждой камеры из отдельной топки. Отходящие газы отсасываются из верхней части надрешеточного пространства каждой камеры. Первая камера имеет загрузочное устройство, с помощью которого шестиводный карналлит распределяется по поверхности слоя в этой камере. В конце третьей камеры установлен сливной порог, высота которого от газораспределительной решетки составляет 0,8 м. В перегородке между первой и второй камерой выполнено квадратное сливное отверстие, нижний край которого расположен на высоте 1,3 м от газораспределительной решетки.

Таким образом, отношение высоты слоя в первой камере к уровню сливного порога составляет 1,63. Площадь этого сливного отверстия составляет 0,16 м², что при площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога 2,6 м² составляет 6,15% от этой площади. Нижний край сливного отверстия в перегородке между второй и третьей камерой расположен на высоте 1,0 м от решетки. Вторая камера разделена поперечными перегородками на 7, а третья на 3 секции. Каждая перегородка имеет высоту от решетки 3,0 метра, что в 3,75 раза больше уровня сливного порога. В поперечных перегородках внутри надрешеточного пространства второй и третьей камеры у газораспределительной решетки выполнены квадратные нижние переточные отверстия. Во второй камере площадь каждого из переточных отверстий равна 0,0400 м², а третьей камере 0,0225 м². При этом отношение площадей каждого из переточных отверстий во второй камере к площади аналогичного отверстия в перегородках между камерами и нижние переточные отверстия в перегородках внутри камер размещены таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразный ход обезвоживаемого материала.

В данном примере в каждой перегородке между камерами и внутри камер выполнено по одному отверстию, а площади каждого из отверстий в перегородках внутри камер одинаковы. На практике возможно выполнение нескольких отверстий в перегородке и уменьшение площади нижних переточных отверстий в каждой перегородке и уменьшение площади нижних переточных отверстий в перегородках внутри камер по ходу движения материала. Однако суммарные площади переточных отверстий в каждой перегородке должны быть в указанных в формуле пределах.

Исследования показали, что по сравнению с прототипом обезвоживание карналлита в описанном выше аппарате позволило уменьшить количество его чисток в месяц в 3-4 раза и снизить гидролиз карналлита с соответствующим снижением вредных выбросов хлористого водорода на 10% (относительных). Таким образом, предложенный аппарат в полной мере обеспечил достижение поставленных целей.

Формула изобретения

1. Многокамерный аппарат для обезвоживания карналлита в кипящем слое, содержащий прямоугольный корпус с разделяющими его на камеры поперечными перегородками со сливными отверстиями для перетока материала, установленные в них газораспределительные решетки, образующие в камерах надрешеточное и подрешеточное пространство, установленные в первой камере загрузочное устройство и в последней сливной порог, и разделяющие надрешеточное пространство второй и последующих камер на секции поперечные перегородки с расположенными у газораспределительных решеток нижними переточными отверстиями, отличающийся тем, что нижний край каждого последующего по ходу движения материала сливного отверстия для перетока материала из камеры в камеру выполнен ниже предыдущего к плоскости газораспределительной решетки, при этом соотношение между расстоянием от газораспределительной решетки до нижнего края сливного отверстия, сообщающего полости надрешеточных пространств первой и второй камер, и высотой сливного порога составляет 1,2 2,5, а нижние переточные отверстия в каждой перегородке выполнены с суммарной площадью, уменьшающейся по ходу движения материала от камеры к камере в соотношении, составляющем 1,2 2,5 между первой перегородкой второй камеры и последней перегородкой последней камеры.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высота перегородок, разделяющих надрешеточное пространство камер на секции, в 2 5 раз больше уровня сливного порога.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь сливных отверстий, сообщающих соседние камеры друг с другом, составляет от 2 до 15% от площади поперечного сечения камеры на уровне сливного порога.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3