Способ и устройство для подачи реакционного газа и твердых частиц

 

Изобретение относится к способу и устройству для подачи реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии. Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего, по крайней мере, каналы для приема реакционного газа и твердых частиц, канал для подачи твердых частиц в печь и охватывающий его канал для подачи реакционного газа, через который подают, по крайней мере, большую часть реакционного газа. Согласно изобретению в канале для подачи реакционного газа со стороны печи установлены регулирующие скорость подачи реакционного газа элементы (4 - 10 шт.). Скорость подачи реакционного газа регулируют бесступенчато. Регулирующие элементы выполнены в виде кольцевых секторов и расположены перекрывающими друг друга. Регулирование скорости можно осуществлять вручную или путем дистанционного управления. Скорость потока реакционного газа регулируют в одном кольцевом канале посредством изменения площади поперечного сечения канала для реакционного газа. Площадь регулируют в пределах 100 - 20% нерегулируемой площади всего поперечного сечения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для подачи реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии, с тем чтобы регулировать скорость потока реакционного газа посредством регулирующих элементов, установленных в канале для реакционного газа по существу вблизи места соединения канала для реакционного газа и печи для плавления во взвешенном состоянии.

Чтобы обеспечить эффективное взвешенное состояние в печи для плавления во взвешенном состоянии, необходимо поддерживать по существу постоянной скорость потока реакционного газа независимо от изменений в количестве твердых частиц. Например, если по какой-либо причине уменьшается количество твердых частиц, подаваемых в печь для плавления во взвешенном состоянии, то нужно также уменьшить количество реакционного газа. При уменьшении количества реакционного газа снижается также скорость его потока, если остается одинаковой площадь поперечного сечения потока реакционного газа. Скорость потока реакционного газа является важным фактором в создании эффективного взвешенного состояния, поэтому существует много различных способов регулирования скорости потока реакционного газа в печи для плавления во взвешенном состоянии.

В патенте США N 4331087 рассматриваются реакции, происходящие в реакционной камере печи для плавления во взвешенном состоянии. Чтобы создать достаточную разницу в скорости между реакционным газом и твердым материалом, реакционному газу придают сильное турбулентное движение, с тем чтобы он пересекал кольцевой поток твердых частиц, поступающих снаружи, причем этот поток образуют посредством сходящейся конической поверхности скольжения, используя кинетическую энергию твердых частиц. Способ регулирования потока реакционного газа, предложенный в указанном патенте США 4331087, пригоден лишь для регулирования циркуляции реакционного газа и, следовательно, не может быть использован для регулирования линейной скорости газа, главным образом, в направлении центральной оси форсунки.

В финских патентных заявках 922530 и 932458 скорость потока газа регулируют вводом газа в реакционное пространство плавильной печи в виде одного или нескольких кольцевых потоков, так что скорость ввода определяется выбором количества каналов. Кроме того, в зависимости от выбранных расхода и скорости газа его впускают в реакционное пространство по отношению к месту ввода концентрата и на другое расстояние, чем концентрат.

Задачей настоящего изобретения является устранение некоторых недостатков известной техники и достижение как улучшенного и более эффективного способа подачи реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии, так и устройства, в котором можно с успехом бесступенчато регулировать площадь поперечного сечения канала для реакционного газа по существу вблизи места соединения канала для реакционного газа и печи для плавления во взвешенном состоянии и, следовательно, по существу вблизи места ввода твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии.

При способе и устройстве согласно изобретению скорость потока реакционного газа успешно регулируют, изменяя по существу бесступенчато площадь поперечного сечения канала для реакционного газа с помощью регулирующих элементов, установленных в канале для реакционного газа. Регулирующие элементы расположены по существу вблизи того конца канала для реакционного газа, который находится на стороне печи для плавления во взвешенном состоянии. Кроме того, регулирующие элементы соединены посредством соединительного элемента. Указанный соединительный элемент с помощью передаточного вала соединен с воздействующим механизмом, расположенным снаружи канала для реакционного газа.

Согласно изобретению скорость потока газа по существу бесступенчато регулируют только в одном кольцевом зазоре, так чтобы регулирование происходило по существу вблизи того места, где реакционный газ вводится в реакционное пространство. Впускное отверстие для твердых частиц по существу располагают вблизи отверстия для ввода газа. В данном случае при регулировании потока остается неизменным расположение места ввода реакционного газа по отношению к месту ввода твердых частиц. Кроме того, регулирование скорости потока реакционного газа осуществляется по существу во впускном отверстии, причем в этом случае скорость потока, достигнутая путем регулирования, по существу сохраняется до тех пор, пока газовый поток не встретится с потоком твердых частиц для образования взвеси. Таким образом, достигается желаемый эффект перемешивания, а реакции между реакционным газом и твердыми частицами происходят контролируемым образом.

Регулирование площади поперечного сечения впускного отверстия для реакционного газа, осуществляемое согласно изобретению, происходит линейным образом в широком рабочем интервале скорости потока. Согласно изобретению площадь поперечного сечения потока реакционного газа успешно регулируют с помощью подвижных регулирующих элементов, поддерживаемых на стенке канала для потока газа. Регулирующие элементы преимущественно выполнены, например, в виде кольцевых секторов, которые со стороны, противоположной стенке канала для потока газа, подвижно поддерживаются соединительным элементом, являющимся общим для всех регулирующих элементов. Этот соединительный элемент, в свою очередь, приводным валом соединен с воздействующим механизмом, установленным снаружи канала для потока реакционного газа. Воздействующий механизм может быть снабжен ручным или дистанционным управлением, причем при изменениях в количестве твердых частиц можно с помощью воздействующего механизма успешно и быстро изменять площадь поперечного сечения потока реакционного газа, с тем чтобы по существу постоянно поддерживать требуемую скорость потока реакционного газа.

В качестве регулирующих элементов согласно настоящему изобретению можно преимущественно применять, например, восемь кольцевых секторов, причем ширина сектора может быть 135^o. В этом случае регулируемые кольцевые сектора расположены перекрывающими друг друга в три слоя. Однако количество регулирующих элементов может изменяться от 4 до 10, при этом изменяется также протяженность необходимых секторов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения количество кольцевых секторов равно 4, а ширина одного кольцевого сектора составляет 90^o. В этом случае регулирующие элементы установлены примыкающими друг к другу и по существу на одном и том же уровне по отношению к каналу для потока реакционного газа. С помощью устройства по этому изобретению модно успешно регулировать площадь поперечного потока в пределах 100% - 20% от нерегулированной площади поперечного сечения канала для реакционного газа.

Регулирование площади поперечного сечения потока реакционного газа с помощью устройства по этому изобретению приводит к росту внутренней энергии местной турбулентности в потоке. Однако этот рост энергии не приводит к ослаблению импульса газового потока, но усиливает перемешивание твердых частиц и газовой фазы и, следовательно, улучшает условия реакции и еще более интенсифицирует реакцию.

Ниже подробно описывается устройство по этому изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 - предпочтительный вариант осуществления изобретения при частичном разрезе с видом сбоку; фиг. 2 - вариант на фиг. 1 при двух различных положениях регулирования; фиг. 3 - рабочий диапазон варианта на фиг. 1.

На фиг. 1 показано регулирующее устройство по этому изобретению, находящееся в форсунке для концентрата, в которую концентрат подают по каналам 1. Может быть один или несколько каналов для подачи концентрата. В воздушную камеру 2 по каналам 3 вводят какой-нибудь технологический газ, обычно воздух, обогащенный кислородом. Также может быть один или несколько газовых каналов 3. Форсунка для концентрата снабжена центральным сопловым распределителем 4 и центральным кислородным копьем 5. В реакционное пространство печи для плавления во взвешенном состоянии концентрат выпускают из канала для концентрата, окружающего центральный сопловый распределитель, и через отверстие 6 для выпуска концентрата. Воздух, обогащенный кислородом, выпускают через один кольцевой воздушный канал, окружающий канал для концентрата, и через отверстие 7 для выпуска воздуха. Регулирующее устройство согласно изобретению содержит воздействующий механизм 10, установленный снаружи форсунки, приводной вал с передачей 11 и подвижные регулирующие элементы 8, поддерживаемые на стенке воздушного канала. Воздействующим механизмом можно управлять вручную или дистанционно. Движение воздействующего механизма через шестеренчатую передачу преобразуется во вращательное движение приводного вала 10. Вращательное движение приводного вала 10 через зубчатую передачу далее преобразуется во вращательное движение приводного кольца 9, установленного вокруг воздушного канала. Регулирующие элементы 8, расположенные под приводным кольцом 9 и используемые в связи с воздушным каналом, состоят из нескольких кольцевых секторов, которые одним краем сообщаются с воздушным каналом, а противоположным краем соединены с приводным кольцом 9. Вращательное движение приводного кольца 9 вынуждает края кольцевых секторов, соединенные с приводным кольцом 9, перемещаться по направлению к воздушному каналу, при этом уменьшается площадь поперечного сечения потока газа в канале и остается по существу круглым наружная периферия отверстия для выпуска реакционного газа. Вращательное движение приводного кольца 9 в противоположном направлении вынуждает регулирующие элементы 8 перемещаться от канала для потока реакционного газа, так что увеличивается площадь поперечного сечения потока в канале для реакционного газа и замедляется скорость потока реакционного газа.

На фиг. 2 позицией "А" обозначено положение при полностью открытых регулирующих элементах 8 и выпуске реакционного газа через площадь поперечного сечения канала 12. Позицией "В" обозначено положение, когда регулирующие элементы 8 сужают площадь поперечного сечения потока в канале для реакционного газа, так чтобы реакционный газ выпускался только через живое сечение канала для реакционного газа.

На фиг. 3 показан пример, при котором необходимую скорость в рабочем диапазоне составляет 100 м/с ± 20 м/с. При способе согласно изобретению этот рабочий диапазон скоростей достигается в интервале расхода 7200-48000 м³/ч, в то время как при отсутствии регулирования он был бы лишь в интервале расхода 32000-48000 м³/ч. При работе с дистанционным контролем регулирующее устройство можно непосредственно соединить с производственным компьютером, который автоматически регулировал бы необходимую скорость потока, например, при изменении количества подаваемых твердых частиц.

В вышеизложенном описании устройство по этому изобретению описано со ссылкой лишь на один предпочтительный вариант осуществления изобретения, но вполне понятно, что изобретение может быть в значительной степени видоизменено в пределах, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ подачи реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии, включающий введение реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии с подачей, по крайней мере, большей части реакционного газа через канал для подачи реакционного газа и регулирование скорости подачи реакционного газа в упомянутую печь посредством регулирующего средства, установленного в канале для подачи реакционного газа, осуществляемые с помощью устройства, выполненного, по крайней мере, с каналами для приема реакционного газа и твердых частиц и каналом для подачи реакционного газа, охватывающего канал для подачи твердых частиц, отличающийся тем, что регулирование скорости подачи реакционного газа осуществляют бесступенчато за счет регулирующего средства в виде нескольких элементов, установленных, по существу, вблизи конца канала для реакционного газа со стороны упомянутой печи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость потока реакционного газа регулируют посредством изменения площади поперечного сечения канала для подачи реакционного газа.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что скорость потока реакционного газа регулируют в одном кольцевом канале.

4. Устройство для подачи реакционного газа и твердых частиц в печь для плавления во взвешенном состоянии, содержащее, по крайней мере, каналы для приема реакционного газа и твердых частиц, канал для подачи твердых частиц в печь и охватывающий его канал для подачи реакционного газа, через который подают, по крайней мере, большую часть реакционного газа и в котором установлено регулирующее средство, отличающееся тем, что регулирующее средство выполнено в виде нескольких элементов, установленных вблизи конца канала для подачи реакционного газа со стороны упомянутой печи и взаимно соединенных между собой посредством соединительного элемента, расположенного вокруг канала для реакционного газа.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что регулирующие элементы выполнены в виде кольцевых секторов.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что количество регулирующих элементов составляет 4 - 10.

7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что регулирующие элементы расположены перекрывающими друг друга.

8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что регулирующие элементы выполнены с возможностью регулирования вручную.

9. Устройство по любому из пп.4 - 7, отличающееся тем, что регулирующие элементы выполнены с возможностью регулирования путем дистанционного управления.

10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования посредством регулирующих элементов площади поперечного сечения канала для подачи реакционного газа в пределах 100 - 20% нерегулируемой площади всего поперечного сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3