Струйный реактор для высокоскоростного пиролиза пылевидного твердого топлива
Изобретение относится к комплексному энерготехиологическому использованию твердого топлива и, в.частности, к устройствам для его высокоскоростного пиролиза с целью получения пылевидного полукокса, газа и жидких продуктов. Цель изобретения - повышение надежности и упрощение обслуживания . Струйный реактор содержит корпус 1, в верхней съемной конической части 2 которого смонтированы патрубок 3 для подачи мелкозернистого топлива и патрубок 4 для подачи мелкозернистого теплоносителя . В нижней части корпуса 1 установлен патрубок для удаления пылевидного полукокса. В средней части корпуса 1 помещено средство для ввода газообразного теплоносителя, которое вертикальными трубами 6, равномерно расположенными по окружности , соединено с коллектором 7, выполненным в виде пустотелого тора, прикрепленного к конической части 2 корпуса и патрубком 8 соединенного с источником горячего газового теплоносителя. К съемной конической 2 части корпуса прикреплен по оси корпуса распорками 17 и патрубками 18 стояк, который состоит из конической верхней 19, цилиндрической средней 20 и нижней 21 частей, между которыми образуются внутреннее верхнее 22 и нижнее 23 щелевые сопла, к которым через.трубу 18 подведен нагретый газовый теплоноситель. На нижнем внутреннем сопле 23 установлено устройство для закручивания потока. В нижней части корпуса установлена труба 32 для отвода парогазовых продуктов. Для подбора оптимального расстояния между трубой 32 и нижним внутренним соплом 23 установлена резьбовая муфта 34. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ел С vj 00 О СЛ 4 00
СОЮЗ . СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ М 00 0 (л А CO (21) 4740868/26 (22) 15,08,89 (46) 23.01.93, Бюл. N 3 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г, М. Кржижановского (72) Е.Д,Хмелевская, Н.В.Говоркова и Д.М.Аптер (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1730122, кл. С 10 В 49/16, 1989. (54) СТРУЙНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПИРОЛИЗА ПЫЛЕВИДНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА (57) Изобретение относится к комплексному энерготехнологическому использованию твердого топлива и, в частности, к устройствам для его высокоскоростного пиролиза с целью получения пылевидного полукокса, газа и жидких продуктов. Цель изобретения — повышение надежности и упрощение обслуживания. Струйный реактор содержит корпус 1, в верхней съемной конической части 2 которого смонтированы патрубок 3 для подачи мелкозернистого топлива и патрубок 4 для подачи мелкозернистого теплоноИзобретение относится к комплексному энерготехнологическому использованию твердого топлива и, в частности, к устройствам для его высокоскоростного пиролиза с целью получения пылевидного полукокса, газа и жидких продуктов, Известен струйный реактор для высокоскоростного пиролиза пылевидного твердого топлива, содержащий цилиндрический „„533„„1789548 А1 сителя. В нижней части корпуса 1 установлен патрубок для удаления пылевидного полукокса. В средней части корпуса 1 помещено средство для ввода газообразного теплоносителя, которое вертикальными трубами 6, равномерно расположенныл и по окружности, соединено с коллектором 7, выполненным в виде пустотелого тора, прикрепленного к конической части 2 корпуса и патрубком 8 соединенного с источником горячего газового теплоносителя. К сьемной конической 2 части корпуса прикреплен по оси корпуса распорками 17 и патрубками 18 стояк, который состоит из конической верхней 19, цилиндрической средней 20 и нижней 21 частей, между которыми образуются внутреннее верхнее 22 и нижнее 23 щелевые сопла, к которым через трубу 18 подведен нагретый газовый теплоноситель. На нижнем внутреннем сопле 23 установлено устройство для закручивания потока. В нижней части корпуса установлена труба 32 для отвода парогазовых продуктов, Для подбора оптимального расстояния между трубой 32 и нижним внутренним соплом 23 установлена разьбовая муфта 34, 2 з.п, ф-лы, 4 ил. корпус, в верхней части которого установлен подвод топлива и твердого теплоносителя, в нижней — отвод продуктов пиролиза, в центральной — расположенные по всему круговому периметру в параллельных пло- скостях щелевые сопла для выхода газового теплоносителя по направлению к пол1ещенному внутри корпуса вертикальнол1у цилиндрическому стояку, в котором по всему его 178 548 круговому периметру выполнены соединенные с подводом газового теплоносителя противолежащие щелевые сопла с противоположным направлением струй газа, причем в каждой паре противолежащих на корпусе и стояке щелевых сопел,. каждое сопло, расположенное предыдущим по ходу движенйр потока твердых частиц, установ лено под углом к "йоследующему противолежащему соплу, ос6 каждого предыдущего по ходу движения потока твердых частиц сопла направлена на 11 — 13,5О ниже центра выходного отверстия противолежащего сопла, а непарное сопло корпуса, являющееся самым нижним из всех остальных, направ- 1Б лена горизонтально или под углом в направлении отвода продуктов пиролиза. Недостатком известного струйного реактора является то, что в нем все продукты пиролиза как твердые, так и газопаровые, 20 уходят единым потоком газовзвеси в устройства, разделяющие ее на две фазы, и по пути этого совместйого движения значительная часть (10 — 20 ) смолы адсорбируется высокоактивными частицами 25 полукокса, которые не "отдают" ее в конденсационную систему. Таким образом, не смотря на то, что известный струйный реактор теоретически -обеспечивает повышенный выход жидких продуктов, реально Э0 товарный выход не достигает потенциально возможного. Кроме того осаждение смолы в порах полукокса ухудшает его адсорбционные качества, что крайне нежелательно, если полукокс в дальнейшем предназначен З5 быть материалом, очищающим, например, сточные или водопроводную воды. Наиболее близким к данному реактору по технической сущности и достигаемому "0 результату является другой известный струйный реактор, содержащий корпус, в верхней съемной конической части которого смонтированы патрубки подачи мелкозернистого теплоносителя и топлива, в нижней 45 — выхлопная труба для отвода парогазовой смеси и патрубок отвода полукокса, в центральной цилиндрической — расположненное по всему ее круговому периметру, соединенное с коллектором газового тепло- 50 носителя внешнее щелевое сопло для выхода газового теплоносителя по направлению к жестко прикрепленному к верхней съемной конической части корпуса вертикальному. стояку, в котором по всему его круговому ББ периметру выполнены соединенные с подводом газового теплоносителя внутренние сопла, расположенные в горизонтальных плоскостях на разной высоте в шахматном порядке относительно щелевого внешнего сопла, и устройство для закручивания потока. Недостатком известного реактора является то, что закручивающее поток устройство установлено на щелевом сопле корпуса, из которого вырываются струи газа, приблизительно, по касательной от периферии реактора к его центру, в котором установлена вертикальная выхлопная труба. По этой трубе должна выводиться парогазовая смесь, а частички теплоносителя и нагретого топлива — в нижнюю часть реактора. Однако дефекты щелевого сопла корпуса, нагары на его кромках, температурные деформации и другие возникающие от высокой температуры пороки поверхности будут приводить к нарушению заданных по касательной направлений отдельных струй газа, в результате чего они могуттеплоноситель и топливо "гнать" непосредственно в выхлопную трубу. Другим недостатком известного реактора является то, что он неудобен для обслу- живания, когда требуется регулировка сопел корпуса, чистка, а также полная разборка. Коллектор газа-носителя, который жестко закреплен на средней части корпуса, не может быть отделен от него, а также от верхней конической и нижней частей корпуса без разрушения уплотнительных прокладок, а регулировка высоты сопел корпуса, которая производится путем приближения или удаления друг от друга всех частей корпуса, затруднена тем, что при этом нужно менять положение ввода или вывода из реактора продуктов. Регулировка сопел корпуса производится вслепую, так как конструкция этого реактора не позволяет измерять параметры щели во время регулировки. Цель изобретения — повышение эффективности отделения газообразных продуктов пиролиза от твердых, а также упрощение конструкции и обслуживания. Поставленная цель достигается тем, что устройство для закручивания потока установлено на нижнем внутреннем сопле, а щелевое сопло выполнено в виде имеющего плоскую круговую щель пустотелого кольца, которое свободно установлено внутри корпуса и вертикальными трубами, равномерно расположенными по всему его круговому периметру, жестко прикреплено к съемной конической части корпуса и к коллектору, который выполнен в виде пустотелого тора и установлен снаружи на указанной конической части корпуса, а также тем, что пустотелое кольцо в своей нижней части имеет открытый срез, закрытый съемно притянутым к нему плоским кольцом, причем между 1789548 плоским кольцом и наружной стенкой пустотелого кольца установлена регулирующая прокладка. На фиг, 1 показан продольный разрез струйного реактора; на фиг. 2 — разрез А-А фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3— разрез Б-Б фиг. 1; на фиг. 4- разрез В.-В фиг. 3. Струйный реактор содержит цилиндрический корпус 1, в верхней съемной конической части 2 которого смонтированы патрубок 3 для подачи мелкозернистого топлива и патрубок 4 для подачи теплоносителя, который может быть тем же топливом, но прошедшим термическую переработку в этом же реакторе. В нижней части корпуса 1 выполнено сужающееся отверстие 4 для удаления переработанного топлива, то есть пылевидного полукокса. В средней части корпуса 1 помещено внешнее щелевое сопло 5, которое вертикальными трубами 6, равномерно расположенными по окружности, соединено с коллектором 7 газового теплоносителя. Коллектор 7 выполнен в виде пустотелого тора, который прикреплен к конической 2 части корпуса и патрубком 8 соединен с источником горячего газового теплоносителя, Внешнее щелевое сопло 5 (см. фиг. 2) выполнено в виде имеющего плоскую круговую щель 9 пустотелого, кольца 10, которое свободно установлено внутри корпуса 1, а вертикальными трубами G прикреплено к съемной конической 2 части, соединенной со средней частью корпуса 1 болтами 11. Пустотелое кольцо 10 в сваей нижней части имеет открытый плоский срез, который закрыт плоским кольцом 12, притянутым к нему шпильками 13. Между плоским кольцом 12 и наружной стенкой 14 кольца 10 установлена регулировочная прокладка 15, толщина которой определяет высоту плоской щели 9. На кольце 10 установлен конус 16, который предотвращает скопления пыли топлива и полукокса. К сьемной конической 2 части корпуса прикреплен распорками и трубами 18 стояк, который состоит из конической верхней 19, цилиндрической средней 20 и нижней 21 частей, между которыми образуются внутренние верхнее 22 и нижнее 23 щелеоые сопла, к которым через трубу 18 подведен нагретый газовый теплоноситель. Для изменения высоты щели 22 средняя 20 часть стояка на резьбе соединена с винтовой шпилькой 24, жестко прикрепленной к корпусу 19. Для прохода газового теплоносителя к нижнему соплу 23 в перегородке 25 выполнены отверстия 26. На нижнем внутреннем сопле 23 установлено устройство для закручивания пото15 50 ных концов к тангенциальному направлению. Количество канавок 29 и отверстий 28 одинаковое. В нижней части корпуса 1 установлена выхлопная труба 32 для отвода парс газовых продуктов. В этой трубе смонтировано устройство для быстрого охлаждения первичной парогазовой смеси, например форсунка 33 для впрыска водяной эмульсии, а для подбора оптимального рас- стояния междутрубой 32 и нижним внутренним соплом 23 установлена резьбовая муфта 34, Реактор работает следующим образом. Горячий пылевидный теплоноситель и размельченное высушенное пылевиднье топпиво подают соответств еннь Чер е з па грубки 4 и 3 о полость реактора, где зти материалы, обтекая конус 19, попадают в зонудейстоия горячего газа, выходящего иэ сопла 22. Здесь эти частицы подхватываются газом и направляются под углом к противолежащему сопп> 5, горячий газ из которого останавливает частицы топлйаа in теплоносителя и перебрасывает их к соплу 23, возле которого происходит второй поворот частиц газом, выходящим из этого сопла 23 по касательным направлениям, в результате чего весь поток частиц" топлива, теплоносителя и первичных парогазовых продуктов, выходящих из топлива, закручи- вается вокруг вертикальной оси. Во время многоразовых изменений направления движенил частиц, скорость несущего" их газа почти всегда не равна скорости движения частиц, а в местах изменения дви)кения потока частиц на обратное, относительная скорость газа максимальна и равна удвоенной скорости выхода газа из сопла. Такие большие относительные скорости несущего газа приводят к большой интенсивности тепло- обмена между частицами теплоносителя и перерабатыоаемого топлива; что способствует возможности резкого повышения выхода жидких продуктов пиролиза из угля. Это осуществляется за счет того, что закрученный поток газа-носителг:, выделенных парогазовых продуктов пиролиза и твердых частиц тут же прямотоком поступает вниз к выхлопной трубе 32, газопаровые компоненты которого входят в эту трубу и, охлажка (см. фиг, 3 и 4), которое состоит из прикрепленного к средней 20 части стояка верхнего 27 диска, на котором по окружности выполнены отверстия 28, подводящие газовый теплоноситель к горизонтальным канавкам 29, выполненным на нижнем 30 диске, смонтированном поворотно относительно диска 27 и фиксированным болтом, 31, Канавки 29 могут быть криволежащими 10 для возможности приближения их выход1789548 даясь жидкостью форсунки 33, отправляютсА в систему окончательной очистки и конденсации (не показаны}, а твердые частицы, отбрасываясь центробежными силами к периферии корпуса 1, в основном поступают в 5 пространство. между трубой и корпусом, откуда направляются в устройство для довыгазовывания, в котором выделяется остаточный горючий газ (не показано). Экспериментальные исследования показыва- 10 ют, что для того, чтобы твердые частицы при их вращении ушли бы из площади выхлопной трубы с диаметром 0,5-0,7 диаметра корпуса, необходимое расстояние от среза трубы до закручивающего их сопла должно 15 быть равно 0,85 — 1,3 диаметра корпуса. 3а счет быстрого разделения твердых частиц и паров смолы последние не успевают осадиться в порах твердых частиц полукокса, тем самым осуществляется возможность ре- 20 ального извлечения повышенного (до 10 ) выхода жидких продуктов иэ угля, а также улучшения адсорбционных качеств товарного полукокса. .Для регулировки количества газа-носи- 25 теля, выходящего из сопла 5, меняют про-. кладку 15 нужной толщины. Формула изобретения 1. Струйнь|й реактор для высокоскоростного пиролиэа пылевидного твердого топлива, содержащий корпус с патрубками для подачи твердого топлива и мелкозернистого теплоносителя, расположенными в верхней конической части корпуса, и патрубком для отвода полукокса, расположенным в нижней.части корпуса, средство для авода газообразноготеплоносителя, подсоединенное к коллектору и имеющее плоскую круговую щель, расположенную в средней части корпуса, стояк, размещенный по вертикальной оси корпуса, соединенный с патрубком для подвода газообразного теплоносителя и имеющий кольцевые сопла, расположенные на разной высоте, трубу для отвода парогазовой смеси, входной конец которой расположен под стояком, и устройство для закручивания потоков, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения в обслуживании, устройство для закручивания потоков установлено на ниж-. нем сопле стояка и расположено ниже щели для ввода газообразного теплоносителя, Для регулировки количества газа, выходя@его из сопла 22, осуществляют совместный поворот средней 20 и нижней 21 частей стояка на резьбе шпильки 24. Для регулировки количества газового теплоносителя, выходящего из закручивающего устройства, ослабляют болт 31 и диск 30 поворачивают относительно диска 27 так, чтобы отверстия 27 открывали канавки 29 на необходимую их часть. Все операции по уходу и регулировкам сопел производятся при снятой конической 2 части корпуса без какой-либо сложной разборки частей сопел. Регулировка расстояния, необходимого для радиального перемещения частичек корпуса за пределы площади выхлопной трубы, производится при снятой конической 2 части корпуса путем опускания или поднимания резьбовой муфты 34. Применение данного реактора позволяет элементарными техническими средствами упростить конструкцию струйных реакторов, поднять эффективность пылеочистки, а также упростить обслуживание. входной конец трубы для отвода парогазовой смеси снабжен муфтой, установленной с возможностью осевого перемещения, средство для ввода газообразного теплоносителя выполнено в виде пустотелого кольца, устайовленного внутри корпуса и соединенного вертикальными трубами с коллектором, выполненным в виде пустотелого тора и установленным на съемной конической части корпуса. 2. Реактор пои. 1, отл ича ю щи и с я тем, что пустотелое кольцо в нижней части имеет горизонтальный срез, закрытый съемным плоским. кольцом, гричем между плоским кольцом и наружной стенкой пустотелого кольца установлена регулирующая прокладка. 3. Реактор поп.1, отл ича ю щ и йся тем, что устройство для закручивания потоКоВ состоит из верхнего неподвижного диска с вертикальными отверстиями, равномерно расположенными по окружности, и прилегающего к нему нижнего диска, установленного с возможностью поворота и имеющего горизонтальные канавки, расположенные под.углом к радиусам. 1789548 17895548 в-в Составитель Техред М.Моргентал Корректор В,Петраш Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 328 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5
