Устройство для формирования кипящего слоя тонкодисперсных частиц

 

Изобретение относится к устройствам для формирования кипящего слоя тонкодисперсных частиц и может быть применено в энергетической и других отраслях народного хозяйства путем расширения функциональных возможностей, за счет создания кипящего слоя с низкими значениями размеров частиц и их концентрации. Устройство содержит газораспределительную решетку с вибратором в верхней секции под крышкой, с помощью которой производится фильтрация газа и поджатие частиц китящего слоя в полости между двумя газораспределительными решетками. На нижней решетке равномерно размещены вспомогательные тонкодисперсные частицы, через которые фильтруется газ для обеспечения кипящего слоя тонкодисперсных частиц, со средними размерами в 8 раз меньшими, чем размер вспомогательных частиц. Фильтрующий расход газа обеспечивается цикличным регулятором, выполненными в виде подпружиненного стержня, введенного в соединительный трубопровод с источником избыточного давления. Цикличное регулирование расхода газа и вибрация концов нижней решетки в противофазе вибраторами обеспечивают однородную структуру кипящего слоя с низкими значениями концентрации. 2 з.п ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 В 01 J 8 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4450029/23-26 (22) 27.05.88 (46) 15.02.90. Бюл. № 6 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (72) М. И. Сапаров, В. В. Ермаков, С. А. Фадеев и В. В. Нечаев (53) 66.095(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 317714, кл. С 22 В 1/10, 1968.

Инженерно-физический журнал, т. XL, № 1, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВА

НИЯ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к устройствам для формирования кипящего слоя тонкодисперсных частиц и может быть применено в энергетической и других отраслях народного хозяйства путем расширения функциональных возможностей, за счет создания кипящего слоя с низкими значенияИзобретение относится к технической физике и может быть использовано в энергетической, химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем создания кипящего слоя с низкими значениями размеров частиц и их концентрации, исключение налипания частиц кипящего слоя на прозрачные стенки.

На фиг. 1 показано устройство, разрез; на фиг. 2 — циклический регулятор расхода; на фиг. 3 — узел установки кольцевых электродов и измерительного прибора; на фиг. 4 — пример циклограммы изменения расхода, обеспечиваемой цикличным регулятором, Устройство содержит сосуд с крышкой

1, разделенный по вертикали на три сек„„SU„„1542607 А1 ми размеров частиц и их концентрации.

Устройство содержит газораспределительную решетку с вибратором в верхней секции под крышкой, с помощью которой производятся фильтрация газа и поджатие частиц кипящего слоя в полости между двумя газораспределительными решетками.

На нижней решетке равномерно размещены вспомогательные тонкодисперсные частицы, через которые фильтруется газ для обеспечения кипящего слоя тонкодисперсных частиц, со средними размерами в 8 раз меньшими, чем размер вспомогательных частиц.

Фильтрующий расход газа обеспечивается цикличным регулятором, выполненным в виде подпружиненного стержня, введенного в соединительный трубопровод с источником избыточного давления. Цикличное регулирование расхода газа и вибрация концов нижней решетки в противофазе вибраторами обеспечивают однородную структуру кипящего слоя с низкими значениями концентрации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ции 2 — 4 нижней 5 и дополнительной 6 газораспределительными решетками. Нижняя секция 2 соединена с источником избыточного давления (не показан) через цикличный регулятор 7 расхода, а верхняя секция 4 — с атмосферой через выходные патрубки в крышке 1. На верхней поверхности нижней газораспределительной решетки 5 равномерно размещены вспомогательные тонкодисперсные частицы 8, а к нижней поверхности закреплены, по крайней мере, два вибратора 9 и 10, выходы которых подключены к блоку 11 синхронизацииих работы в противофазе.

Верхняя газораспределительная решетка жестко соединена с вибратором 12. Стенки 13 промежуточной секции 3 выполнены прозрачными, а в месте установки измерительного прибора 14 на прозрачных стен1542607 ках с внешней и внутренней сторон установлены концентрично кольцевые электроды, соответственно меньшего 15 и большего 16 диаметров, которые подключены к двум входам источника 17 импульсного напряжения. Цикличный регулятор 7 расхода выполнен в виде подпружиненного стержня 18, введенного одним концом через уплотнение 19 в соединительный трубопровод 20 с источником избыточного давления, а другим — установленного с возможностью взаимодействия с профилированным кулачком 21 электродвигателя 22.

Устройство работает следующим образом.

На нижнюю газораспределительную ре-! шетку 5 засыпается равномерный слой тонкодисперсных частиц размером 1,5 — 2 мм.

Размер ячеек этой решетки выбирают меньшим минимального размера указанных частиц. Включаются вибраторы 9 и 10, которые обеспечивают (после работы 1 — 2 мин) равномерный слой засыпки. Толщину последней выбирают равной 5 — 10 размерам частиц. Производят засыпку слоя тонкодисперсных частиц кипящего слоя (с отключенными вибраторами) на слой частиц 8 с равномерной толщиной по поверхности последних. Засыпку удобно производить при снятой крышке 1 с газораспределительной решеткой 6 и вибратором 12. Масса засыпанного порошка определяется требуемой концентрацией кипящего слоя, т. е. соотношением массы к объему секции 3.

В трубопровод 20 одновременно подается газ, включаются электродвигатель и вибраторы 9 — 12. Газ, фильтруясь через слой частиц 8, обеспечивает взвешивание и поднятие частиц кипящего слоя. Скорость (расход) газа подбирается таким образом, чтобы обеспечить «вздутие» слоя частиц 8, что увеличивает поры между ними и уменьшает гидравлическое сопротивление через них. Размеры частиц кипящего слоя d меньше размеров частиц 8 D в 3 — 8 раз, т. е.

0=(3 — 8)d. Причем этот предел определяется двумя критериями.

С уменьшением соотношения (D=3d) уменьшается размер пор между частицами

8 с диаметром D, что уменьшает возможность обратного проникновения частиц кипящего слоя (в секцию 2 через решетку 5) в статическом состоянии; недостатком является то, что возможна вероятность отрыва (взвешивания) частиц 8 от верхней поверхности слоя, что определяет ухудшение равномерности истечения газа через решетку 5 и слой 8.

С увеличением соотношения (D=8d) равномерность истечения газа через решетку 5 и слой частиц 8 улучшается, так как частицы 8 практически не отрываются от поверхности слоя, но увеличиваются размеры пор между ними. Частицы кипящего слоя поднимаются к верхней решетке 6, газ фильтруется через нее и выходит через патрубки крышки 1. В связи с тем, что газ подается в секцию 2 переменным расходом, определяемым регулятором 7, после поднятия частиц кипящего слоя к решетке 6 осуществляется их частичное опускание, далее снова поднятие, т. е. происходит перемешивание частиц по высоте и объему (так как необходимо учитывать и боковое взаимодействие потоков

10 в слое и частиц). После проведения нескольких таких циклов (фиг. 4, где расход газа, N — число циклов) достигается равномерная структура кипящего слоя.

Подача вибрации в противофазе на вибра15 торы 9 и 10 обеспечивает поднятие одной плоскости решетки 5 и одновременное опускание ее другой плоскости (закрепленной к другому вибратору) . Это позволяет осуществлять эффективную передачу виброускорений по диаметрально противоположным кон20 цам секции 3, что также улучшает однородность структуры кипящего слоя. Решетки 5 и 6 установлены свободно на упорах стенок секций, соответственно 2 и 3. Верхнюю решетку 6 возможно монтировать на уплотнениях из мягкой резины по ее пери25 метру.

Соотношения расхода газа в цикле могут значительно отличаться для установок при различной конструктивной реализации. Параметры вибрации на нижней решетке 5

30 выбирают с учетом возможности перехода в режим виброкипения. Например, при частотах 20 — 40 Гц при вибрации слой

«вспучивается», что исключает необходимость расхода дополнительного газа на ре-ализацию этой операции.

Для решетки 6 выбирают частоту, исключающую «поршневой» эффект подсоса частиц в поры решетки 6, т. е. частоту, превышающую 200 Гц. Поры решетки 6 должны быть меньше размеров частиц кипящего слоя, целесообразно, например, изготавливать их из фетра с металлической армировкой.

Регулятор расхода достаточно просто выполнить в виде кулачка 21 на валу электродвигателя 22, который осуществляет

45 частичное перекрытие подпружиненным стержнем 18 потока газа в трубопроводе 20.

Закон изменения расхода определяется профилем кулачка 21. Для различных сред возможно иметь несколько кулачков (форма подбирается экспериментально). Поэтому

50 конструкция устройства может быть универсальна.

Кипящий слой тонкодисперсных частиц используется для ряда исследовательских целей, например, определения оптической плотности двухфазной среды, коэффициентов отражения и т. д. Поэтому стенки секции 3 выполнены прозрачными (определение однородности структуры), а в месте

1542607

Формула изобретения

3

1б

Z установки измерительных элементов (измеритель 14 оптической плотности) для исключения налипания частиц кипящего слоя на прозрачные стенки вводятся электроды

15 и 16, к которым подключено импульсное напряжение одинаковой полярности, но различной величины. При подаче напряжения на электрод 15, например, положительного, на прозрачной стенке 13 происходит перераспределение зарядов, .около электрода 15 скапливаются отрицательные заряды, а на противоположной внутренней поверхности стенки13 — положительные.

Электрод 16 обеспечивает заряжение частиц (положительным зарядом) кипящего слоя, которые отталкиваются от внутренней поверхности стенки 13. Периодическое изменение напряжения (импульсное) необходимо для исключения накопления частиц разноименного заряда (отрицательного в данном случае) на внутренней поверхности стенки 13.

При изменении полярности происходит отрыв частиц от стенки, так как на последней формируется одноименный заряд.

Подключение электродов 15 и 16 к разным выходам источника 17 позволяет производить корректировку напряжения на электродах для выбора оптимального их отношения при минимальном оседании частиц на поверхности стенки 13 (напряжение на электроде 16 выбирают большим, чем на электроде 15) .

Таким образом, за счет введения верхней газораспределительной решетки и вспомогательных частиц на нижнюю решетку цикличного регулятора расхода достигается возможность создания однородного кипящего слоя низкой концентрации (до IO — 20 г/м ).

1. Устройство для формирования кипящего слоя тонкодисперсных частиц, содержащее сосуд, разделенный по вертикали на две секции газораспределительной решеткой, жестко закрепленной с вибратором, причем нижняя секция сообщена с источником избыточного давления, а стенки верхней выполнены прозрачными, и выходной патрубок, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительной газораспределительной решеткой с вспомогательными тон10 кодисперсными частицами меньшего размера и вибратором, размещенной в верхней секции под крышей, дополнительным вибратором для нижней газораспределительной решетки, цикличным регулятором расхода от 5 источника избыточного давления и блоком синхронизации работы в противофазе вибраторов нижней газораспределительной решетки, при этом вспомогательные тонкодисперс-, ные частицы и вибраторы размещены равномерно по нижней газораспределительной

20 решетке, соответственно на ее верхней и нижней поверхностях.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цикличный регулятор расхода выполнен в виде подпружиненного стержня, введенного одним концом через уплотнение в соединительный трубопровод с источником избыточного давления, а другим установленного с возможностью взаимодействия с профилированным кулачком электродвигателя.

30 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения налипания частиц кипящего слоя на прозрачные стенки, устройство снабжено двумя кольцевыми электродами разного диаметра и источником импульсного напряжения с двумя выходами, З5 к которым подключены кольцевые электроды, установленные концентрично, соответственно большего диаметра на внутренней поверхности прозрачной стенки и меньшего — на внешней.

1542607 . ф Г Д

Составитель А. Телесницкий

Редактор И. Каса рда Texpeд И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 361 Тираж 426 Подп исное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям йри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101