PL162947B1 - Sposób i urzadzenie do chlodzenia goracego produktu gazowego, zawierajacego lepkie lub stopione czastki PL - Google Patents

Abstract

1. Sp osób chlodzenia goracego produktu gazow ego, z awierajacego lepkie lub stop ion e czastki, które podczas ch lodzen ia traca sw oja lepkosc, w którym to sp osob ie do goracego produktu gazow ego w strefie chlodzenia o przekroju kolow ym w dm uchiw any jest w kierunku przeplyw u gazu pierscieniow y strum ien chlodzacy, zna- mienny tym , ze pierscieniow y strum ien chlodzacy sklada sie z duzej liczby oddzielnych p otok ów chlodzacych, któ- rych m asa i glebokosc w nikania sa dopasow ane do m asy przeplyw ajacych w poszczególnych kom orach pierscie- niow ych strefy chlodzenia strum ieni produktu gazo- w ego, przy czym predkosci w dm uchiw ania strum ieni chlodzacych sa tak dobrane, ze osiagane zostaja zadane glebokosci wnikania 9 U rzadzenie do chlodzenia w ytw arzanego w reak- torze goracego produktu gazow ego zawierajacego lepkie lub stop ion e czastki, znamienne tym , ze reaktor (1) i znajdujaca sie bezposrednio za nim strefa chlodzenia (2) posiadaja pierscieniow e szczeliny (10, 16) dla wlotu potok u chlodzacego i ze pon adto w obszarze przejscio- wym (9) m iedzy reaktorem (1) i strefa chlodzenia (2) um ieszczony jest pierscien dyszow y (4) dla doprow adza- nia potoku chlodzacego. F i g . 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do chłodzenia gorącego produktu gazowego, zawierającego lepkie lub stopione cząstki, które podczas chłodzenia tracą swoją lepkość, przy czym

162 947 3 do gorącego produktu gazowego w strefie chłodzenia o przekroju kołowym jest wdmuchiwany w kierunku przepływu gazu pierścieniowy strumień potoku chłodzącego.

Podczas chłodzenia gorących produktów gazowych, zawierających lepkie ewentualnie stopione cząstki, które tracą swoją lepkość, gdy przekroczona zostaje określona temperatura krzepnięcia, istnieje stałe niebezpieczeństwo, że cząstki te w następstwie zapiekania odłożą się na ściankach stosowanej aparatury lub innych częściach urządzenia. Nieunikniony wzrost tych osadów prowadzi przy tym wraz z upływem czasu do tego, że droga gazu w stosowanej aparaturze w znacznym stopniu zostaje zakłócona i w związku w tym całe urządzenie przestaje działać. Wyraźny przykład tego rodzaju produktu gazowego, zawierającego lepkie ewentualnie stopione składniki, stanowi gaz utleniony częściowo, który uzyskiwany jest w trakcie utleniania częściowego węgla i/lub innych nośników węgla w temperaturach powyżej punktu topnienia żużla. Opuszczający karburator utleniony częściowo gaz o temperaturze 1200°C do 1700°C zabiera ze sobą lepkie ewentualnie stopione cząstki żużla i/lub inne składniki smołowe, które prowadzą do powstawania opisanych uprzednio osadów. Dlatego też podczas chłodzenia i dalszej obróbki tego rodzaju gazów należy przy pomocy odpowiednich środków zadbać o to, aby substancje towarzyszące nie zakłócały procesu chłodzenia ani następującego potem procesu obróbki na skutek występowania osadów na ściankach stosowanej aparatury, na powierzchniach wymienników ciepła i/lub w rurach.

W celu chłodzenia gorących produktów gazowych znany jest sposób, w którym do gorącego strumienia produktu gazowego wtryskuje się lub wdmuchuje pierścieniowy strumień chłodzący w kierunku przepływu gazu. Takie wprowadzanie wymusza ukształtowanie pierścieniowego strumienia na kształt stożka ściętego, który posiada zbieżną część pierwotną i rozbieżną część wtórną, jeżeli nakłada się na strumień produktu gazowego. Przykłady praktycznego zastosowania tej zasady chłodzenia, w której potok chłodzący jest wprowadzany przez pierścieniową szczelinę do gorącego produktu gazowego, są znane od dawna. Sposób ten jest stosowany na przykład w tzw. metodzie gazu obiegowego, w której do gorących spalin w celu ustalenia temperatury dodawany jest tzw. gaz pierwotny (Ullmann, t.l, str. 182, rys. 332). Według tej samej zasady pracują również pierścieniowe ogrzewacze powietrza, w których do gorących spalin dodawane jest w komorze mieszania zimne powietrze. Nowszym rozwiązaniem jest rozwiązanie zaproponowane w opisie DE-OS 35 24802, umożliwiające zastosowanie tej zasady chłodzenia również do chłodzenia gorących produktów gazowych, które zawierają lepkie ewentualnie stopione cząstki, w szczególności do chłodzenia utlenionego częściowo gazu. Dzięki wprowadzaniu potoku chłodzącego przez pierścieniową szczelinę powinno zostać wyeliminowane stykanie się cząstek ze ściankami i w związku z tym niebezpieczeństwo ich osadzania się. Okazało się jednak, że celu tego nie daje się w ten sposób osiągniąć w zadowalającym stopniu. Tworzący się na brzegach strumienia chłodzącego o kształcie stożka ściętego strumień recyrkulacyjny nie oddala lepkich cząstek od ściany, lecz przeciwnie, prowadzi je do ściany.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu i urządzenia do chłodzenia gorącego produktu gazowego, dzięki którym może zostać wyeliminowane stykanie się ścian z lepkimi ewentualnie stopionymi cząstkami w trakcie procesu chłodzenia i niebezpieczeństwo zapieczeń ewentualnie osadzeń. Jednocześnie powinno być zapewnione całkowite i równomierne wymieszanie strumienia produktu gazowego i potoku chłodzącego.

Służący rozwiązaniu niniejszego zadania sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierścieniowy strumień składa się z dużej liczby oddzielnych strumieni chłodzących, których masa i głębokość wnikania dopasowane są do masy płynącego w poszczególnych komorach pierścieniowych strefy chłodzenia strumienia produktu gazowego, przy czym prędkość wdmuchiwania strumieni chłodzących jest tak dobrana, aby były uzyskane żądane głębokości wnikania.

W odróżnieniu od dotychczas znanego sposobu pracy zgodny z wynalazkiem sposób nie przewiduje wprowadzania potoku chłodzącego w postaci zamkniętego strumienia pierścieniowego. Zamiast tego pierścieniowy strumień jest rozbijany na dużą liczbę oddzielnych pojedynczych strumieni, które mają częściowo różne masy, częściowo różne głębokości wnikania i te same lub częściowo różne kąty wdmuchiwania. W związku z tym dopływ potoku chłodzącego może być dopasowany do masy płynących w pojedyńczych komorach pierścieniowych strefy chłodzenia strumieni produktu gazowego.

162 947

W urządzeniu do chłodzenia gorącego produktu gazowego według wynalazku reaktor i znajdująca się bezpośrednio za nim strefa chłodzenia posiadają pierścieniowe szczeliny dla wlotu potoku chłodzącego. Ponadto w obszarze przejściowym pomiędzy reaktorem i strefą chłodzenia umieszczony jest pierścień dyszowy dla doprowadzenia potoku chłodzącego.

Pierścieniowa szczelina reaktora może być wykonana w ten sposób, że ścianka reaktora jest w tym obszarze wykonana jako przesuwna.

W urządzeniu obszar przejściowy między reaktorem i strefą chłodzenia jest tak wykonany, że zmiana jego nachylenia przechodzi w sposób ciągły zgodnie z funkcją wykładniczą w część cylindryczną strefy chłodzenia.

Pierścień dyszowy dla doprowadzenia potoku chłodzącego może być podzielony na wiele komór, które mogą być z kolei umieszczone jedna za drugą lub jedna nad drugą.

W urządzeniu tym pierścieniowa szczelina strefy chłodzenia może być zastąpiona pierścieniem dyszowym, na który nasadzony jest otwarty u góry pierścień kierujący.

Sposób i urządzenie według wynalazku zostaną bliżej przedstawione w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny fragment strefy chłodzenia, fig. 2 - przekrój wzdłużny urządzenia, fig. 3 - przekrój pierścienia dyszowego z dwiema leżącymi jedna za drugą komorami a fig. 4 - przekrój wzdłużny postaci wykonania dopływu potoku chłodzącego powyżej pierścienia dyszowego.

W przedstawionym schematycznie na fig. 1 fragmencie strefy chłodzenia 2, znajduje się pierścień dyszowy 4 do wtryskiwania oddzielnych strumieni chłodzących. Średnica D strefy chłodzenia 2 jest przy tym podzielona na cztery części. Średnice 1/4D, 2/4D, 3 /4D i D ograniczają dlatego w strefie chłodzenia komory pierścieniowe o różnych powierzchniach podstawy, co na rysunku zostało naniesione przy pomocy różnego kreskowania. Udział procentowy powierzchni podstawy tych komór w całkowitej powierzchni strefy chłodzenia wynosi przy tym od wewnątrz do zewnątrz 6,25%, 18,75%, 31,25% i 43,75%. Przy stałej prędkości przepływu produktu gazowego w przekroju strefy chłodzenia te same udziały procentowe są aktualne również dla rozkładu masy całkowitej produktu gazowego na różne komory pierścieniowe strefy chłodzenia. Dlatego też odpowiednio do tych różnych mas produktu gazowego do poszczególnych komór pierścieniowych strefy chłodzenia wdmuchiwane są różne masy potoku chłodzącego mi, m2, m3, nu o różnych głębokościach wnikania ei, e2, e3, eą. Kąty wdmuchiwania a· mogą z przyczyn eksploatacyjnych być równe lub różne od siebie. Prędkości wdmuchiwania potoku chłodzącego są tak dobrane, że osiągane są żądane głębokości wnikania. Zazwyczaj prędkości wdmuchiwania są zarazem tak dobrane, że przy osiągnięciu żądanych głębokości wnikania składowe pionowe prędkości środka strumienia w kierunku przepływu są równe prędkości całkowitego strumienia.

Jak wynika z powyższych rozważań, chłodzenie od 1200°C do 1700°C gorącego utlenionego częściowo gazu stanowi zalecany zakres stosowania zgodnego z wynalazkiem sposobu. Inne produkty gazowe, dla których zaleca się w szczególności zastosowanie zgodnego z wynalazkiem sposobu, stanowią takie gazy, które jako lepkie ewentualnie stopione cząstki zawierają przykładowo metale, sole lub popioły. Jako potok chłodzący może być stosowany strumień częściowy zimnego, oczyszczonego produktu gazowego. Mogą tu jednak być stosowane również inne media, jak np. para lub podgrzana woda.

Rysunek uwidoczniony na fig. 2 przedstawia górną część reaktora 1, który służy do wytwarzania przeznaczonego do chłodzenia produktu gazowego, oraz następującą bezpośrednio za nim strefę chłodzenia 2.

O ile zgodny z wynalazkiem sposób ma być zastosowany do chłodzenia utlenionego częściowo gazu, chodzi w przypadku reaktora 1 o reaktor gazyfikujący o znanych cechach. Ponieważ wytwarzanie produktu gazowego nie stanowi przedmiotu niniejszego wynalazku, nie ma potrzeby bliższego wchodzenia w szczegóły konstrukcyjne reaktora 1. Strefa chłodzenia 2 posiada, jak powiedziano uprzednio, przekrój kołowy. Wytwarzany produkt gazowy przepływa w kierunku strzałki 3 z dołu do góry z reaktora 1 do strefy chłodzenia 2. W przedstawionym na fig. 2 urządzeniu potok chłodzący jest podawany w trzech stopniach o różnym przeznaczeniu i różnym działaniu. Właściwe chłodzenie strumienia produktu gazowego następuje poprzez te strumienie chłodzące, które poprzez pierścień dyszowy 4 są wdmuchiwane do gazu. Odnośnie specyficznych warunków

162 947 5 takiego podawania potoku chłodzącego objaśnienia podano już wcześniej. Różne głębokości wnikania powszczególnych strumieni chłodzących, które oznaczone są strzałkami 5, uzyskuje się poprzez różne prędkości wdmuchiwania. Te z kolei są określone przez różne ciśnienia wstępne w komorach 6a, 6b i 6c, na które pierścień dyszowy 4 jest w tym przypadku podzielony, oraz przez różne średnice dysz. Naturalnie pierścień dyszowy 4 posiada odpowiadającą liczbie wymaganych strumieni chłodzących liczbę dysz, co nie jest bliżej przedstawione na rysunku. Dysze są przy tym równomiernie rozłożone na całym obwodzie pierścienia dyszowego. Różne masy potoków chłodzących otrzymuje się przy tym poprzez różną liczbę dysz o jednakowej średnicy. Jak to zostało zaznaczone przez położenie strzałek 5, poszczególne strumienie chłodzące mają przy tym różne kąty wdmuchiwania. Ten kąt wdmuchiwania a, może leżeć w zakresie między 0°C i 90°C. Odpowiednie kąty wdmuchiwania są uzyskiwane przez odpowiednie nachylenie dysz na pierścieniu dyszowym 4. Prędkości wdmuchiwania potoku chłodzącego na pierścieniu dyszowym 4 leżą przy tym między 1 m/s i 100 m/s. Poszczególne dysze są połączone poprzez komory 6a, 6b i 6c z przewodami 7, poprzez które następuje doprowadzanie wymaganego potoku chłodzącego, przy czym wymagane ciśnienie jest ustalane poprzez zawory 8.

W związku z elastycznością eksploatacyjną może być korzystne, jeżeli ciśnienie potoku chłodzącego w komorach 6a, 6b i 6c jest sterowane w zależności od temperatury gazu w strefie chłodzenia 2. Określona przez miernik temperatury 22 temperatura gazu jest przy tym wykorzystywana przez przewód impulsowy 21 jako wielkość sterująca do napędu nastawczego 23 zaworu 8, tak że zawór ten może być otwierany lub zamykany w zależności od mierzonej tempertury. Ten sposób regulacji jest zalecany zwłaszcza wówczas, gdy produkt gazowy w trakcie niepełnej ekspoatacji powstaje w mniejszej ilości niż zwykle i dlatego proces chłodzenia jest zasilany przy pomocy zredukowanej ilości potoku chłodzącego. Może przy tym dojść nawet do tego, że zostaje całkowicie przerwane doprowadzenie potoku chodzącego do poszczególnych komór. Dla zapewnienia czytelności rysunku uprzednio opisana regulacja jest zaznaczona jedynie dla komory 6a pierścienia dyszowego. Oczywiście ta regulacja może być stosowana również dla innych komór.

Aby obszar przejściowy 9 z górnej części reaktora 1 do strefy chłodzenia 2 poniżej pierścienia dyszowego 4 utrzymać bez zapieczeń przez pierścieniową szczelinę 10 jest wprowadzany inny strumień chłodzący w kierunku strzałek 11 równolegle do ścianek w urządzeniu. Ten strumień chłodzący na skutek wypierania utrzymuje cząstki z dala od ściany reaktora. Aby otrzymać niezakłóconą warstwę graniczną tego strumienia chłodzącego i utrzymać tory cząstek, które przebiegają równolegle do ściany reaktora 1, obszar przejściowy 9 jest tak ukształtowany, że zmiana jego nachylenia przechodzi w sposób ciągły zgodnie z funkcją wykładniczą w cylindryczną część strefy chłodzenia 2. Prędkość strumienia chłodzącego, który jest wdmuchiwany przez pierścieniową szczelinę 10 leży przy tym w obszarze między 0,1 m/s i 50 m/s. Pierścieniowa szczelina 10 jest zazwyczaj utworzona w ten sposób, że ścianka 12 w górnej części reaktora 1 jest wykonana jako przesuwna, jak to jest widoczne na rysunku. Przez przewód 13 pierścieniowa szczelina 10 jest połączona z przewodem pierścieniowym 14, który przez przewód 15 jest zasilany wymaganym potokiem chłodzącym.

Inny potok chłodzący jest wtryskiwany poza tym powyżej pierścienia dyszowego 4 poprzez szczelinę pierścieniową 16 do strefy chłodzenia 2. Ten strumień chłodzący, który jest oznaczony strzałkami 17, ma eliminować ewentualnie tłumić zawirowania i strumienie zwrotne, które prawdopodobnie wytwarzane są na skutek wdmuchiwania potoku chłodzącego przez pierścień dyszowy 4 na ściany strefy chłodzenia 2. W tym celu kąt β jest dobrany odpowiednio mały, mianowicie w obszarze między 0°C i 45°C, aby ten strumień chłodzący sam nie powodował przepływów zwrotnych na ścianach strefy chłodzenia 2. Prędkość strumienia chłodzącego leży przy tym w obszarze między 1m/s i 50 m/s. Pierścieniowa szczelina 16 jest z kolei połączona przez przewód 18 z przewodem pierścieniowym 19, który przez przewód 20 jest zasilany wymaganym potokiem chłodzącym.

Jak stwierdzono uprzednio, w przypadku fig. 2 chodzi jedynie o schematyczne przedstawienie zgodnego z wynalazkiem urządzenia, z którego nie da się określić specjalnych szczegółów konstrukcyjnych. Przykładowo zatem ściany reaktora 1 i/lub strefy chłodzenia 2 mogą być wykonane jako opływane medium chłodzącym ściany rury, które na swej stronie wewnętrznej wyposażone są w ogniotrwałe wymurowanie. Również szczelina 16 z przyczyn technologicznych może otrzymać inną postać, co zostanie jeszcze objaśnione w związku z fig. 4.

Figura 3 pokazuje przekrój innej postaci wykonania pierścienia dyszowego 4. W przeciwieństwie do postaci wykonania na fig 2. pierścień dyszowy posiada w tym przypadku dwie leżące jedna za drugą komory 6a i 6b. Podczas gdy w postaci wykonania zgodnie z fig. 2 szeregi dysz poszczególnych komór 6a, 6b i 6c leżą nad sobą, w przedstawionej na fig. 3 postaci wykonania wszystkie dysze znajdują się w jednej płaszczyźnie. Przyporządkowane tylnej komorze 6a dysze 24 są przy tym poprzez elementy przewodowe 25 połączone z tą komorą, podczas gdy przyporządkowane przedniej komorze 6b dysze 26 są wpuszczone bezpośrednio w ściankę komory. Oczywiście dysze 24 i 26 mogą mieć przy tym różne średnice i/lub kąty nachylenia. Z reguły przyporządkowane jednej komorze dyszowej dysze są jednakowe.

Figura 4 pokazuje na zakończenie przekrój wzdłużny specjalnej postaci wykonania dopływu potoku chodzącego powyżej pierścienia dyszowego 4. Podczas gdy w przedstawionym na fig. 2 urządzeniu potok chłodzący jest wtryskiwany poprzez pierścieniową szczelinę 16 do strefy chłodzenia 2, można z przyczyn technologicznych zastosować w tej wersji jeden pierścień dyszowy 27. Na pierścień dyszowy 27 jest przy tym nasadzone otarte u góry koło kierownicze 29, przez które wychodzące z dysz 28 strumienie chłodzące są wyrównywane pod względem przepływu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób chłodzenia gorącego produktu gazowego, zawierającego lepkie lub stopione cząstki, które podczas chłodzenia tracą swoją lepkość, w którym to sposobie do gorącego produktu gazowego w strefie chłodzenia o przekroju kołowym wdmuchiwany jest w kierunku przepływu gazu pierścieniowy strumień chłodzący, znamienny tym, że pierścieniowy strumień chłodzący składa się z dużej liczby oddzielnych potoków chłodzących, których masa i głębokość wnikania są dopasowane do masy przepływających w poszczególnych komorach pierścieniowych strefy chłodzenia strumieni produktu gazowego, przy czym prędkości wdmuchiwania strumieni chłodzących są tak dobrane, że osiągane zostają żądane głębokości wnikania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkości wdmuchiwania strumieni chłodzących są tak dobrane, że przy uzyskaniu żądanej głębokości wnikania składowe pionowe prędkości środka strumienia w kierunku przepływu są równe prędkości całego strumienia.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że strumienie chłodzące są wdmuchiwane przez pierścień dyszowy z prędkością od 1 m/s do 100 m/s i pod kątem nadmuchu a, od 0°C do 90°C do produktu gazowego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie potoku chłodzącego w pierścieniu dyszowym jest sterowane w zależności od temperatury gazu w strefie chłodzenia.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo poniżej i powyżej pierścienia dyszowego wdmuchiwane są dalsze strumienie chłodzące do produktu gazowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że strumień chłodzący poniżej pierścienia dyszowego jest wdmuchiwany do produktu gazowego z prędkością od 0,1 m/s do 50 m/s w ten sposób, że jego przepływ przebiega równolegle do zarysu ściany reaktora w tym obszarze.
7. 7. Sposób według zastrz. 5 lub 6, znamienny tym, że strumień chłodzący powyżej pierścienia dyszowego jest wdmuchiwany do produktu gazowego z prędkością od 1 m/s do 50 m/s i pod kątem β od 0°C do 45°C.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się go do chłodzenia utlenionego częściowo gazu, który jest otrzymywany w wyniku utleniania częściowego węgla i/lub innych nośników węgla w temperaturach powyżej punktu topnienia żużla.
9. 9. Urządzenie do chłodzenia wytwarzanego w reaktorze gorącego produktu gazowego zawierającego lepkie lub stopione cząstki, znamienne tym, że reaktor (1) i znajdująca się bezpośrednio za nim strefa chłodzenia (2) posiadają pierścieniowe szczeliny (10,16) dla wlotu potoku chłodzącego i że ponadto w obszarze przejściowym (9) między reaktorem (l)_i strefą chłodzenia (2) umieszczony jest pierścień dyszowy (4) dla doprowadzania potoku chłodzącego.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że pierścieniowa szczelina (10) jest utworzona w ten sposób, że ścianka (12) jest w tym obszarze reaktora (1) wykonana jako przesuwna.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 lub 10, znamienne tym, że obszar przejściowy (9) między reaktorem (1) i strefą chłodzenia (2) jest tak wykonany, że zmiana jego nachylenia przechodzi w sposób ciągły zgodnie z funkcją wykładniczą w część cylindryczną strefy chłodzenia (2).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że pierścień dyszowy (4) jest podzielony na wiele komór (6a, 6b i 6c), które mogą być umieszczone jedna za drugą lub jedna nad drugą.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że na miejscu pierścieniowej szczeliny (16) ma pierścień dyszowy (27), na który nasadzony jest otwarty u góry pierścień kierujący (29).