способ и устройство для непрерывной обработки зернистого материала

Формула изобретения

1. Способ непрерывной обработки зернистого материала, например муки цементного сырья, в устройстве, содержащем, по меньшей мере, один стационарный реактор (6) с желобообразным основанием, в который материал подают и обрабатывают во взвешенном слое посредством газа, который через центрально расположенный газоприемник (21) вводят в донную часть и пропускают в верхнюю часть реактора (6), и из которого материал выпускают через газоприемник (21) под действием силы тяжести против потока газа в донной части реактора, отличающийся тем, что размеры и рабочие параметры реактора (6, 21) и объемы (8а) подсоединенных устройств выбирают и контролируют таким образом, что в течение работы весь слой принудительно пульсирует в реакторе (6) вверх и вниз контролируемым образом с такой амплитудой, что количество материала слоя, соответствующее количеству вновь подаваемого материала, когда слой располагается в его самом нижнем положении, приводится в зону (22), в которой скорость потока газа ниже, чем минимальная скорость, требуемая для приведения частиц слоя во взвешенное состояние, за счет чего это количество материала слоя падает из реактора через поток газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в течение работы регулируют продольные и/или диаметральные размеры газоприемника (21).

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что регулируют соотношение между длиной и диаметром газоприемника (21) в диапазоне 0,5 - 6.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение работы регулируют, по меньшей мере, один из рабочих параметров, таких, как средняя скорость газа, средний массовый расход газа, поток материала, температура реактора и температура в газоприемном канале.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что регулируют скорость газа в наиболее узкой части газоприемника (21) в диапазоне, который составляет 1 - 10 конечных скоростей частицы среднего размера в материале, извлекаемом из слоя.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в течение работы регулируют объем (8а), по меньшей мере, одного устройства, подсоединенного к реактору.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что классифицируют материал, выпускаемый из реактора (6), и наиболее мелкую фракцию классифицированного материала возвращают в реактор.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что классификацию осуществляют в форме воздушного разделения, которое вызывает перемещение материала по фактически вертикальному каналу (22) с противотоком газу, обеспечивающему взвешенное состояние, при скорости газа в канале, сохраняемой в диапазоне, который составляет 0,1 - 1 конечную скорость частицы среднего размера в материале, удерживаемом в слое.

9. Устройство для осуществления способа непрерывной обработки зернистого материала по любому из предшествующих пунктов, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один узел (1, 2, 3, 4, 5) предварительной обработки, по меньшей мере, один стационарный реактор (6), состоящий из вертикального цилиндрического сосуда (6а), имеющего на нижнем конце стенку (6b) в виде усеченного конуса с открытой донной частью, непосредственно соединенной с верхней частью узла (8) последующей обработки через общий вертикальный центральный канал (16) для одновременного прохождения создающего взвешенное состояние газа, от узла (8) последующей обработки к реактору (6) и выпускаемого материала из реактора (6) к узлу (8) последующей обработки, при этом реактор (6) также снабжен одним или несколькими входами (15а) для предварительно обработанного материала, отличающееся тем, что включает средства (18, 23, 24, 26) для контролируемого регулирования амплитуды пульсации слоя.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средства регулирования содержат средство (23) для регулирования продольного и/или диаметрального размера газоприемного участка (21) канала.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средства регулирования содержат средство (23) для регулирования рабочих параметров реактора (6).

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средства регулирования содержат средство (24, 26) для регулирования объема (8а), по меньшей мере, одного устройства, подсоединенного к реактору.

13. Устройство по любому из пп.9 - 12, отличающееся тем, что канал (16) ниже газоприемного участка (21) содержит участок (22) воздушного разделения с соотношением длины/диаметра между 1 и 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу непрерывной обработки зернистого материала, например муки цементного сырья, в устройстве, содержащем, по меньшей мере, один стационарный реактор, которому придана конфигурация с желобообразным основанием, к которому материал подается и обрабатывается во взвешенном слое посредством газа, который через центрально расположенный газоприемник вводится в донную часть реактора и течет вверх через реактор, и из которого материал выпускается через газоприемник под действием силы тяжести противоположно потоку газа в донной части реактора. Изобретение также относится к устройству для осуществления указанного способа.

Способ этого типа (далее упоминаемый, как способ описанного типа) известен из европейского патента EP-B-0380878. Согласно описанию этого патента непрерывный выпуск продукта из стационарного реактора происходит таким образом, что окончательно обожженные клинкерные частицы, которые достигают размера, превышающего заданный предел, проходят через газоприемник противотоком к газу, обеспечивающему взвешенное состояние, под действием силы тяжести.

Недостаток этого известного способа выпуска состоит в том, что он не гарантирует постоянное сохранение в реакторе желаемого количество материала, поскольку изменение скорости подачи материала не приводит к соответствующему автоматическому изменению скорости выпуска материала. Поэтому в устройствах, в которых используется этот способ выпуска, трудно добиться оптимального времени удерживания клинкера в реакторе для обеспечения реакции и энергетических характеристик. Практический опыт применения вышеупомянутого способа указывает, что будучи подверженным определенным рабочим условиям, весь слой или его значительная часть либо сразу утягивается вниз, что приводит к полному или частичному выпуску из реактора, либо расширяется в реакторе в верхнем направлении. Дополнительный недостаток этого способа заключается в том, что он может быть использован только для реакционных процессов, в которых имеет место непрерывное приращение веса частиц в слое.

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства, которые обеспечивают постоянное удержание желаемого количества материала в реакторе.

Согласно изобретению это достигается благодаря тому, что в известном способе размеры и рабочие параметры реактора, а также соединенные с ним объемы выбирают и контролируют таким образом, что в течение работы обеспечивается контролируемая пульсация слоя в реакторе вверх и вниз, причем с такой амплитудой, что количество материала слоя, соответствующее количеству свежего подаваемого материала, когда слой находится в своем самом нижнем положении, вводится в зону, в которой скорость потока газа ниже, чем минимальная скорость, требуемая для обеспечения взвешенного состояния частиц слоя, так что определенное количество материала слоя падает через поток газа из реактора.

При испытаниях, выполненных заявителем на испытательной установке, по существу представляющей собой установку такого типа, которая описана в вышеупомянутом патенте, было определено, что часть цементного клинкера выпускается из реактора гораздо раньше того, когда частицы клинкера будут иметь достаточный размер для преодоления потока газа, обеспечивающего взвешенное состояние, исключительно посредством силы тяжести. Также установлено, что изменение скорости газа до 50% оказывает лишь умеренное влияние на размер клинкерных частиц, выпускаемых из реактора.

Более подробное рассмотрение указывает на то, что выпуск клинкера из реактора происходит прерывисто и параллельно с тем, что весь слой или его часть вблизи от газоприемника совершает в реакторе прыжки вверх и вниз. Кроме того, распределение по размерам частиц материала, выпускаемого из реактора, по существу эквивалентно распределению по размерам частиц материала, сохраняемого в реакторе.

Поэтому нет сомнений в том, что слой, находящийся во взвешенном состоянии, может быть приведен в реакторе в пульсационное движение вверх и вниз, и что при этом клинкер может выпускаться из реактора.

Нельзя считать, что пульсация во взвешенных слоях, таких как желобообразные слои, специалистам в этой области неизвестна, однако до настоящего времени пульсация считается явлением, которое предпочтительно следует избегать. Специальная литература, указывает на то, что никем не проведено подробное изучение явления пульсации для выявления причины (причин), вызывающей пульсацию. В противоположность этому имеется определенное количество описаний соответствующих способов, которые могут быть использованы, с тем, чтобы избежать пульсацию.

Из испытаний, проведенных заявителем, следует, что пульсация вызывается определенным количеством взаимодействующих факторов. В этом контексте фактором, имеющим определенное значение, является взаимосвязь между весом взвешенного слоя, упругостью и силами инерции, являющимися следствием объемов воздуха, находящихся выше и ниже слоя в реакторе, а также во взаимосвязанных с ним устройствах. Другими определяющими факторами, влияющими на поведение слоя, являются характеристики, касающиеся вентилирования, размеры воздухоприемного канала, угол конического участка реактора и также рабочие параметры, как средний массовый расход газа, скорость материала и температура в реакторе, а также в газоприемном канале.

Соответствующий выбор и регулирование вышеупомянутых факторов позволят специалистам в этой отрасли добиться устойчивого режима работы с желаемыми характеристиками пульсации.

Например, посредством приспосабливания объемов воздуха в подсоединенных устройствах к желаемому взвешенному состоянию слоя и потоку газа частота и амплитуда пульсации взвешенного слоя могут модулироваться таким образом, что амплитуда будет иметь точно такую величину, которая необходима для гарантии того, что желаемая часть материала слоя, когда слой находится в самом нижнем положении, будет приведена в зону, в которой скорость потока газа меньше, чем минимальная скорость, необходимая для обеспечения взвешенного состояния частиц слоя, и таким образом будет падать из реактора через поток газа. Поскольку при увеличении массы взвешенного слоя амплитуда будет увеличиваться, количество материала, выпускаемого при этом из реактора, будет увеличиваться с увеличением массы взвешенного слоя. В результате масса слоя, находящегося во взвешенном состоянии, будет стабилизирована в пределах весьма ограниченного диапазона и, кроме того, она сама по себе будет регулироваться согласно выбранным рабочим параметрам.

Таким образом, посредством способа согласно изобретению достигается то, что желаемое количество материала постоянно удерживается в реакторе, при этом изменение расхода подаваемого материала автоматически приводит к подобному изменению расхода выпускаемого материала. Это позволяет облегчить управление временем удерживания материала в реакторе по сравнению с ранее известными способами, за счет чего обеспечивается более равномерное время удержания материала и таким образом гарантируется оптимизация реакции и энергетических характеристик. Способ также может быть использован для процессов, в которых происходит непрерывное приращение веса частиц в слое.

На практике размеры и рабочие параметры реактора, а также объемы подсоединенных устройств могут быть использованы как переменные управляющие параметры, причем как по отдельности, так и в сочетании.

Следовательно, можно по выбору регулировать продольные и/или диаметральные размеры газоприемного канала реактора. Это проще всего выполнить до пуска посредством одного или нескольких вставных участков, имеющих желаемые размеры и устанавливаемых в газоприемный канал, однако также может выполняться путем использования соответствующих средств, таких как вставные секции переменной длины и/или переменного диаметра. Практикой доказано, что предпочтительно, если соотношение между длиной и диаметром газоприемника может регулироваться в диапазоне от 0,5 до 6.

Также можно по выбору регулировать во время работы, по меньшей мере, один из рабочих параметров, например, средний расход массы газа, среднюю скорость газа, поток материала, температуру реактора и температуру приемного канала. Если в качестве регулировочного параметра выбрана средняя скорость газа, то эта скорость в наиболее узкой части газоприемника должна регулироваться в диапазоне, который составляет от 1 до 10 конечных скоростей частицы среднего размера материала, который выпускается из реактора.

Обычно реактор встраивается как часть большой установки, в которой реактор непосредственно связан с другими устройствами, и если это так, то пульсация слоя в реакторе также может регулироваться в течение работы путем регулирования объема, по меньшей мере, одного из подсоединенных устройств. Следовательно, можно будет отрегулировать силу упругости конкретного устройства, которая будет влиять на частоту и амплитуду пульсации, так что будут получены желаемые характеристики пульсации.

В определенных случаях было бы желательно, чтобы фракция, обычно наиболее мелкая фракция материала, которая выпускается из реактора, могла рециркулировать к реактору. Это может оказаться желательным, если время удержания этой фракции материала в реакторе считается недостаточным. Поэтому посредством способа согласно изобретению можно классифицировать материал, выпускаемый из реактора, а также обеспечить рециркуляцию желаемой фракции классифицированного материала в реактор. Классификация может быть осуществлена в виде воздушного разделения, которое обеспечивает возможность движения материала по фактически вертикальному каналу противотоком к газу, обеспечивающему взвешенное состояние, со скоростью газа в канале, сохраняемой в диапазоне, составляющем от 0,1 до 1 конечной скорости частицы среднего размера в материале, содержащемся в слое.

Изобретение также относится к устройству для осуществления способа согласно изобретению, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один узел предварительной обработки, по меньшей мере, один стационарный реактор, содержащий вертикальный цилиндрический сосуд, образованный в его нижнем конце со стенкой в форме усеченного конуса, донная часть которого находится в открытом и непосредственном соединении с верхней частью узла последующей обработки через общий вертикальный центральный канал для одновременного прохождения газа, обеспечивающего взвешенное состояние, от узла для последующей обработки к реактору, и выпуска материала из реактора к узлу последующей обработки, при этом реактор также обеспечен одним или несколькими входами для предварительно обработанного материала, и отличается тем, что содержит средства для контролируемого регулирования амплитуды пульсации слоя.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые схематические фигуры, на которых:

на фиг. 1 представлен боковой вид примера устройства согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлен вид с частичным сечением, показывающий в большем масштабе часть устройства по фиг. 1.

На фиг. 1 представлено устройство для изготовления цементного клинкера, содержащее подогреватель взвеси, который состоит из трех циклонных ступеней (циклонов) 1, 2 и 3, кальцинатора 4 с разделительным циклоном 5, стационарный реактор 6, также оснащенный разделительным циклоном 7, первый охладитель 8 клинкера и второй охладитель 9 клинкера.

Мука цементного сырья подается к устройству через вход 10 и известным способом перемещается через циклоны 1, 2 и 3 подогревателя по каналу 11 к кальцинатору 4. В кальцинатор подается топливо через вход 12 и обеспечивающий горение воздуха через канал 13 как из разделительного циклона 7 реактора 6, так и второго охладителя 9.

В кальцинаторе 4 подогретая сырьевая мука кальцинируется известным способом во взвешенном состоянии и взвесь из отработанного газа и кальцинированной сырьевой муки перемещается через выход 5а к разделительному циклону 5, откуда отработанный газ подается вверх к циклонам 1, 2 и 3, подогревателю, а после этого газ выпускается из установки через выходной канал 14. Отделенная кальцинированная сырьевая мука проходит от разделительного циклона 5 к реактору 6 по каналу 15 через отверстие 15а ввода материала. Установка также может содержать канал 11а для отклонения частиц подогретой сырьевой муки за кальцинатор 4 непосредственно к верхней части реактора 6, куда она вводится и перемешивается с отработанными газами из реактора 6, с тем, чтобы понизить температуру в этой зоне, так что удается избежать спекания в разделительном циклоне 7.

Реактор 6, который имеет коническое желобообразное основание, запитывается воздухом, обеспечивающим сгорание и взвешенное состояние, из первого охладителя 8 по каналу 16, и топливом через вход 17. Окончательно отожженный клинкер выпускается из реактора 6 и проходит по каналу 16 к охладителю 8 противотоком к охлаждающему воздуху, который подается к охладителю 8 и через него посредством вентилятора 18. Из первого охладителя 8 клинкер подается по каналу 19 ко второму охладителю 9, который запитывается охлаждающим воздухом посредством вентилятора 20.

Канал 16 состоит из участка 21 для входа газа, ближайшего к реактору 6, и нижележащего разделительного участка 22, имеющего большую площадь поперечного сечения. В принципе канал 16 может иметь любую форму поперечного сечения, хотя он обычно имеет круглую форму.

Размеры и рабочие параметры реактора 6, и объемы подсоединенных устройств, такие как свободный объем 8а нижележащего охладителя 8 выбираются до пуска установки для выполнения производственного задания на основе предшествующего опыта работы, с тем, чтобы гарантировать в течение работы пульсацию слоя в реакторе 6 вверх и вниз. При пуске, а возможно и при последующей стадии в течение работы амплитуда пульсации модулируется, так что за каждый цикл пульсации слой перемещается вниз до такой степени, что желаемая часть материала слоя приводится в разделительный участок 22 канала 16, в котором скорость потока газа ниже, чем минимальная скорость, требуемая для обеспечения взвешенного состояния частиц слоя, и за счет этого падает из реактора 6 через поток газа, в то время как остальная часть слоя поднимается обратно в реактор 6.

На фиг. 2 представлены примеры средств, которые могут быть использованы для регулирования пульсации слоя. Длина газоприемного участка 21 может быть отрегулирована посредством участка 23 трубы, который располагается телескопически в газоприемном участке 21 и может перемещаться вверх и вниз, как указано двойной стрелкой 23а. В случае установок, в которых рабочая температура невысока, что противоположно показанной установке, диаметр газоприемного участка 21 может регулироваться, например, с помощью трубчатых сильфонных средств, которые не показаны. Для регулирования свободного объема 8а охладителя 8 может быть использовано несколько способов. Например, решетчатая донная часть 24 охладителя может быть приподнята и опущена, как указано двойной стрелкой 25, либо может быть установлен заполняющий элемент 26, смещаемый в охладитель 8 или из него, как указано сдвоенной стрелкой 27. Другой способ предполагает регулирование объема клинкера в охладителе 8 посредством регулирования расхода при выпуске по отношению к расходу при подаче. Регулирование потока газа и скорости газа вверх через канал 16 и реактор 6 может быть осуществлено посредством дутьевой машины 18, в то время как регулирование потока материала к реактору 6 может быть осуществлено посредством регулирования потоков материала в каналах 10, 11 и 11а. Температура реактора может быть отрегулирована посредством регулирования подачи топлива через вход 17, в то время как температура в газоприемном канале 16 может быть отрегулирована в нижнем и верхнем направлениях соответственно путем добавления холодного воздуха или воспламенения топлива в свободном объеме 8а охладителя, либо в надлежащем канале.

Установка согласно изобретению может включать в себя несколько реакторов 6 при их параллельном расположении. Реакторы 6 могут быть по отдельности присоединены к отдельным узлам предварительной обработки, но могут быть подсоединены группами к нескольким узлам предварительной обработки или могут быть подсоединены к одному и тому же узлу предварительной обработки. Реакторы 6 также могут быть по отдельности подсоединены к отдельным узлам последующей обработки, могут быть подсоединены группами к нескольким узлам последующей обработки, либо они могут быть подсоединены к одному и тому же узлу последующей обработки. В предпочтительном варианте осуществления конструкции реактор 6 соединяют с одним и тем же узлом предварительной обработки и с отдельными узлами последующей обработки.