Спосіб і пристрій для охолодження дрібнозернистого пухкого твердого матеріалу при одночасній заміні наявного у ньому газу-наповнювача

Реферат: Винахід стосується пристрою для охолодження твердого матеріалу із процесу газифікації вугілля, причому пристрій складається із ємності, що містить підвідну частину, охолоджувальну частину і відвідну частину і розміщені всередині охолоджувальної частини, орієнтовані впоперек відносно напрямку потоку твердого матеріалу канали, розділені на два види, причому до першого виду належать охолоджувальні канали, а до другого виду належать газопровідні канали, причому охолоджувальні канали виконані закритими відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини і призначені для теплообміну, а газопровідні канали другого виду виконані газопроникними відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини, завдяки чому твердий матеріал, що складається із охолодженого шлаку, помелу і пилу, охолоджується, а наявний між частинками твердого матеріалу залишковий газ-наповнювач замінюється введеним газом. Винахід стосується також способу охолодження частинок твердого матеріалу, а також видалення залишкового газу із частинок. UA 105669 C2 (12) UA 105669 C2 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується пристрою для охолодження дрібнозернистого і гарячого пухкого твердого матеріалу із процесу газифікації вугілля при одночасній заміні газу-наповнювача, що заповнює проміжки між частинками твердого матеріалу, причому цей пристрій принципово може бути використаний для охолодження пухких твердих матеріалів із інших процесів з утворенням неочищених газів, зокрема для охолодження летучого попелу, що утворюється під час процесів газифікації вугілля, оскільки летучий попіл вміщує утворений при газифікації неочищений газ між частинками і в частинках, який може бути видалений відповідним винаходові способом, причому охолоджуваний твердий матеріал одночасно омивається газом, який забезпечує сипкість охолоджуваного твердого матеріалу, який зазвичай перебуває у формі пухкого твердого матеріалу. Винахід стосується також способу охолодження гарячих твердих матеріалів, причому зокрема цей спосіб придатний для осадженого летучого попелу із процесу газифікації вугілля. При газифікації вугілля або вуглецевмісних твердих матеріалів вихідний твердий матеріал за допомогою кисне- або кисне- і паровмісного газу перетворюють на синтез-газ, який складається переважно із монооксиду вуглецю і водню, і який містить тверді матеріали у формі летючого пилу, які складаються переважно із попелу і/або спечених шлаків. В залежності від використаного палива вміст твердих матеріалів коливається. Для одержання синтез-газу в принципі можуть бути використані також інші вуглецевмісні види палива, відмінні від вугілля. Іншими вуглецевмісними видами палива, придатними для газифікації з метою одержання синтез-газу, є, наприклад торф, залишки гідрогенізації, залишки, відходи, біомаса або суміші цих матеріалів і суміші із вугіллям. В залежності від використаного виду палива отриманий шляхом газифікації синтез-газ має різний вміст твердих матеріалів, які мають бути осаджені і охолоджені відповідними пристроями. Придатними пристроями для осадження є, наприклад, циклони, фільтри або електрофільтри. Твердий матеріал, що складається переважно із летючого попелу, осідає у формі гарячого пухкого матеріалу і перед подальшим використанням чи утилізацією має бути охолодженим. При цьому під пухким матеріалом слід розуміти щільну суміш твердих частинок і наявного між ними газу. До того ж, осаджений твердий матеріал ще містить у проміжках між частинками і у порах частинок значну кількість неочищеного і токсичного синтез-газу, який перед подальшим використанням чи утилізацією твердого матеріалу має бути видалений. Для цілей охолодження твердого матеріалу рівень техніки пропонує охолоджувачі, що складаються зазвичай із ємності, крізь яку пропускають охолоджуваний пухкий твердий матеріал, і яка обладнана орієнтованими впоперек напрямку потоку трубами, крізь які пропускають теплопередавальну рідину, завдяки чому потік пухкого твердого матеріалу охолоджується до нижчої температури. Придатними охолоджувальними пристроями є також охолоджені відбивні поверхні або канали прямокутного поперечного перерізу, крізь які пропускають теплопередавальну рідину. Вони виконані, наприклад, у формі порожнистих елементів для пропускання рідини. У публікації DE 102006045807 A1 описано пристрій для охолодження псевдозрідженого або сипкого твердого матеріалу, причому пристрій виконано у формі теплообмінника, в якому гарячийсипкий твердий матеріал охолоджують до нижчої температури за допомогою охолоджуваних рідиною труб. При цьому труби розміщені рядами зі зміщенням одна відносно іншої. Труби проходять крізь ряди труб похило до рядів труб, причому через останні пропускають придатний охолоджувальний або нагрівальний засіб. На одному кінці до рядів труб під'єднано пристрої для підведення охолоджувального чи нагрівального засобу, а на зовнішньому кінці – пристрої для його відведення. Охолоджуваний сипкий твердий матеріал пропускають крізь теплообмінник впоперек рядів труб. Ряди труб згруповані у формі модулів, причому ці модулі при об'єднанні шляхом поперечного розміщення труб у рядах входять один в інший як гребінці. Це уможливлює практичне горизонтальне або вертикальне стапелювання модулів для узгодження з різними вимогами продуктивності. У публікації EP 934496 B1 описано шахтний охолоджувач для зернистих або сипких твердих матеріалів, який складається із вузла подачі, вузла охолодження і вузла відведення охолоджуваного твердого матеріалу. Вузол охолодження зазвичай виконаний у вигляді прямокутної ємності, у якій впоперек потоку розміщені труби, що простягаються всередині вузла охолодження між протилежними стінками; крізь них пропускають охолоджувальний засіб, такий як повітря або вода. При цьому труби згруповані у формі пучків труб, які горизонтально простягаються між протилежними бічними стінками і які розміщені кількома рядами один над іншим. Описані пристрої дуже ефективні для охолодження твердих матеріалів, одначе їх недоліком є те, що газ-наповнювач, що міститься у частинках і між ними, не замінюється або не 1 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 видаляється. Крім того, описані пристрої схильні до утворення пробок у разі обробки не вільно сипких пухких твердих матеріалів. Використовувані у рівні техніки шахтні охолоджувачі з пучками труб або порожнистими елементами у всіх випадках призначені для сипких пухких твердих матеріалів. Одначе, летучий попіл, що перебуває у центрі уваги даного винаходу, має суттєво різні властивості, які треба особливо враховувати для забезпечення безперебійної експлуатації охолоджувального пристрою. Летучий попіл відрізняється малим середнім розміром частинок в діапазоні від 2 мкм до 6 мкм, а також гранулометричним складом, у якому переважають частинки менших розмірів. У запропонованій Гельдартом (D. Geldart, Powder Techn. 7, 285-293, 1973) класифікації систем "газ / тверда речовина", призначеній для опису здатності до псевдозрідження, летючий попіл відноситься зазвичай до групи С Гельдарта або на переході до групи А. До групи С Гельдарта належать матеріали з помітною схильністю до зчеплення. Звичайне псевдозрідження вкрай утруднене. У тонких трубках увесь пухкий матеріал піднімається газом. Газ вільно протікає лише окремими каналами. У великих ємностях пухкий матеріал не піднімається і відбуваються локальні утворення наскрізних каналів, переважно поблизу стінок. Це відбувається тому, що сили зчеплення між частинками більші, ніж сили, що може створювати газ. До групи А Гельдарта належать матеріали з меншим розміром частинок і/або з меншою густиною (наприклад крек-каталізатори). Вихрові шари частинок цієї групи поширюються значно вище мінімального порогу псевдозрідження, перш ніж з'являються пухирі. При припиненні подачі газу шар спадає дуже повільно і характерною є помітна газоутримувальна здатність. Частинки, які називають зазвичай сипкими, відносяться до груп B і D Гельдарта. Матеріали групи D мають великі і/або важкі частинки. Групі В відповідає більшість матеріалів. Матеріали обох класів легко зріджуються, газоутримувальна здатність відсутня. У публікації DE 1563505 C3 описано охолоджувальний пристрій для одержаного із обертової печі гарячого продукту для спалювання або спікання неформованих або зернистих мас, який складається із охолоджувальної шахти згідно з патентом 1556609 A, який відрізняється тим, що над утримуючими стовп продукту у охолоджувальній шахті дробильними вальцями встановлено грубі дробильні вальці для подрібнення більших шматків, які у разі потреби можуть охолоджуватися. У формі виконання винаходу над грубими дробильними вальцями встановлені профілі, наприклад з трикутним поперечним перерізом, для зменшення навантаження вальців, причому у разі потреби профілі можуть охолоджуватися повітрям або водою. Можливість для опосередкованого охолодження охолоджувальним засобом не описана. Охолоджувальне повітря подається через підвідну трубу у нижньому кінці охолоджувального пристрою, тому ефективний газообмін у проміжках між частинками не можливий. У публікації DE 3922764 A1 описано спосіб і пристрій для відокремлення твердого матеріалу із гарячого газу, що містить не-відцентровий відокремлювач з розміщеним під ним збірним бункером. Зібраний у бункері відокремлений твердий матеріал продувається газом і безпосередньо охолоджується. Нагрітий газ разом із газом, вивільненим із твердого матеріалу, подається на відокремлювач. Описані спосіб і пристрій не мають можливості здійснювати опосередковане охолодження твердого матеріалу. Також підведення охолоджувального газу не завжди може здійснюватися таким чином, щоб відбувалося псевдозрідження твердого матеріалу і усувалося спікання. У публікації US 2276496 A описано спосіб охолодження матеріалу для термообробки, до якої належать, наприклад кальцинування і агломерування у обертових печах, використовуваних при виробництві вапняку, цементу і подібних матеріалів, який стосується зокрема засобу для охолодження одержаного із печі кальцинованого чи агломерованого матеріалу. Для охолодження повітря або газоподібний охолоджувальний засіб кількома стадіями вдувається у охолоджуваний твердий матеріал. Можливість опосередкованого охолодження охолоджувальним засобом не описується. Не описана також можливість застосування способу для видалення синтез-газу, оскільки газоподібним охолоджувальним засобом є повітря, а інертний газ не підводиться. Зрештою, для здійснення способу використовується стаціонарний пристрій, який не сумісний з будь-якою установкою. Хоча наведені пристрої і способи і уможливлюють витіснення частини газу-наповнювача, одначе вони не придатні для вказаних вище видів твердих матеріалів. Тому задачею винаходу є розробка пристрою для охолодження гарячого пухкого твердого матеріалу, що містить у порах частинок і у проміжках між ними неочищений газ, а також для заміни або видалення неочищеного газу. Пристрій має бути придатним для узгодження з різними вимогами щодо продуктивності реактора для газифікації вугілля, а також для використання у випадках, коли охолоджуваний твердий матеріал є дрібнозернистим або пилеподібним пухким матеріалом з поганою сипкістю. Пристрій має бути не чутливим до високих температур і не бути схильним до 2 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 корозії під дією можливо наявних у охолоджуваному пухкому твердому матеріалі агресивних шкідливих речовин. Крім того, пристрій має бути універсальним у застосуванні, хоча переважним його застосуванням є охолодження пухких твердих матеріалів, що походять із процесів газифікації вугілля. Винахід вирішує цю задачу у пристрої, що містить ємність, розділену на частину підведення гарячого пухкого твердого матеріалу, частину охолодження та частину відведення охолодженого пухкого твердого матеріалу, і виконану з можливістю пропускання крізь неї охолоджуваного пухкого твердого матеріалу. Охолоджувальна частина пронизана орієнтованими впоперек напрямку потоку пухкого твердого матеріалу каналами, поділеними на два види, причому крізь канали першого виду пропускають теплопередавальний засіб або холодоагент, а канали іншого виду виконані газопроникними, завдяки чому газ із них може потрапляти до внутрішньої камери ємності і у пухкий твердий матеріал, причому принаймні одна газопровідний канал всередині ємності має розширений у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, в результаті чого утворюється сплющений у поперечному перерізі канал. Газ, введений у пухкий матеріал, зумовлює такі ефекти: - На газопроникних поверхнях завдяки підведеному газу тертя пухкого твердого матеріалу об стінки знижується. Твердий матеріал може стікати з газопроникних поверхонь або просто обтікати їх. - Завдяки підведенню газу відбувається локальне розпушення твердого матеріалу, яке в залежності від кількості газу може приводити навіть до локального псевдозрідження. Завдяки підведенню газу і пов'язаному з цим розпушенню і розрідженню покращується текучість твердого матеріалу, і навіть згаданий вище дуже дрібний летучий попіл може легко протікати крізь охолоджувач. - Підведеним газом неочищений газ, наявний між частинками пухкого твердого матеріалу як газ-наповнювач, розводиться і замінюється. Відвідна частина має підвідні патрубки для додаткового газу, який забезпечує сипкість або текучість відводжуваного із ємності пухкого твердого матеріалу. Відповідний винаходові пристрій може бути виконаний таким чином, що теплопередавальні канали або газопроникні канали виконані у формі каналів або канальних елементів, що мають прямокутний поперечний переріз або сформовані як плоскі порожнисті елементи для теплопередавального засобу або газу, завдяки чому пристрій може бути узгоджений зі зміненими властивостями твердого матеріалу або зі зміненими вимогами щодо продуктивності охолоджувача твердого матеріалу. Винахід стосується зокрема охолоджувача твердих матеріалів як пристрою для охолодження гарячого дрібнозернистого пухкого твердого матеріалу при одночасній заміні газунаповнювача, наявного між частинками твердого матеріалу та у їх порах, який містить такі елементи: - ємність, що слугує як охолоджувальна частина, причому з одного боку вона має отвір для приймання пухкого твердого матеріалу, а з протилежного боку виконано відвід протічного пухкого твердого матеріалу, причому - всередині ємності встановлено охолоджувальні канали першого виду для протікання холодоагента, виконані непроникними відносно внутрішнього простору ємності з можливістю опосередкованого теплообміну між дрібнозернистим пухким твердим матеріалом та оточуючим його частинки газом-наповнювачем і протічним холодоагентом у каналах, і - всередині ємності встановлено канали другого виду для протікання газу, виконані відносно внутрішнього простору ємності проникними для газу з можливістю витікання газу через отвори у внутрішній простір ємності, і - ємність містить газовідвідний патрубок для відведення із внутрішнього простору ємності газу із каналів другого виду, а також витісненого ним газу-заповнювача, і - принаймні один газопровідний канал всередині ємності виконаний з розширеним у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом з утворенням плоского у поперечному перерізі каналу Завдяки застосуванню газопровідних каналів з плоским поперечним перерізом досягається оптимальний теплообмін і оптимальне підведення газу в пухкий твердий матеріал, в результаті чого, по-перше, здійснюється заміна газу-заповнювача, а по-друге – чиниться сприятливий вплив на текучість пухкого твердого матеріалу. Тому може бути охолоджений навіть погано текучий пухкий матеріал з високою температурою. Відповідний винаходові пристрій не схильний до утворення пробок у разі його застосування для обробки погано текучих пухких твердих 3 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 матеріалів. Таким чином, може бути охолоджений навіть летучий попіл, який зазвичай відносять до групи С Гельдарта або до перехідного діапазону до групи А Гельдарта. Інші охолоджувальні канали або газопровідні канали виконують переважно у вигляді труб круглого поперечного перерізу. Одначе можливі форми виконання, в яких охолоджувальні канали або газопровідні канали є трубами з прямокутним поперечним перерізом. Дві сторони поперечного перерізу можуть бути подовжені, в результаті чого утворюється прямокутний чи видовжений поперечний переріз. Зрештою, поперечний переріз каналів обох видів може бути довільним. У спеціальній формі виконання канали обох видів з прямокутним або видовженим поперечним перерізом можуть називатися або бути виконані як порожнисті елементи. Холодоагент або газ можуть також подаватися різними каналами або довільною комбінацією каналів. В залежності від текучості пухкого твердого матеріалу, а також від площі теплообмінника, необхідної для відведення тепла, може бути досягнута доцільна комбінація каналів круглого або прямокутного поперечного перерізу. У типовій формі виконання ємність має стінку, виконану у вигляді подвійної оболонки, і також охолоджувану теплопередавальним засобом. Таким чином, стінка оснащена охолоджувальною сорочкою. У типовій формі виконання холодоагент із подвійної оболонки подають до охолоджувальних каналів. У переважній формі виконання ємність складається із підвідної частини, охолоджувальної частини і відвідної частини для охолоджувального пухкого твердого матеріалу. Підвідна частина і відвідна частина або обидві частини виконані переважно у формі конічних конструктивних елементів, кожен з яких більшим отвором з'єднаний з охолоджувальною частиною. Одначе можливі й інші форми виконання, використовувані зазвичай в подібних пристроях. Наприклад, можуть бути використане торосферичне дно, псевдоеліптичне дно, або для підвідної частини плоска кришка. У підвідній частині завжди розміщений газовипускний патрубок як газорозвантажувальний патрубок, призначений для відведення газу, витісненого із пухкого твердого матеріалу; зазвичай газовідвідний патрубок і отвір для приймання пухкого твердого матеріалу розміщені на одному й тому ж боці ємності. Може бути передбачено, що відносно напрямку потоку твердого матеріалу перед або після ємності встановлено газопідвідний штуцер для додаткового газу. Розміщення каналів у охолоджувальній частині має бути здійснене таким чином, щоб було забезпечено: оптимальне охолодження, оптимальний газообмін між частинками і оптимальний потік твердого матеріалу. Так, наприклад, охолоджувальні канали першого виду і газопровідні канали другого виду можуть бути розміщені у поперечному перерізі ємності рядами у напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди охолоджувальних каналів першого виду і ряди газопровідних каналів другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності у напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. Охолоджувальні канали першого виду і газопровідні канали другого виду можуть бути розміщені у поперечному перерізі ємності рядами похило відносно напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди охолоджувальних каналів і ряди газопровідних каналів розміщені у поперечному перерізі ємності похило відносно напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. Зрештою, охолоджувальні канали першого виду і газопровідні канали другого виду можуть бути розміщені у поперечному перерізі ємності зигзагоподібними рядами відносно напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди охолоджувальних каналів і ряди газопровідних каналів розміщені у поперечному перерізі ємності відносно напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. Охолоджувальні канали для теплообміну і газопровідні канали для підведення газу розміщені таким чином, що забезпечується оптимальний теплообмін і оптимальне підведення газу у пухкий твердий матеріал, внаслідок чого по-перше здійснюється заміна газунаповнювача, а по-друге – створюються сприятливі умови для текучості пухкого твердого матеріалу. Сказане дійсне і для самих каналів, форми і діаметр яких вибирають таким чином, щоб забезпечувався оптимальний теплообмін і підведення газу. У переважній формі виконання відповідного винаходові пристрою для покращення газопровідні канали другого виду мають менший діаметр, ніж охолоджувальні канали першого виду. У іншій формі виконання відповідного винаходові пристрою передбачено, що принаймні один охолоджувальний канал всередині ємності виконано з розширеним у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом, в результаті чого утворюється канал з видовженим поперечним перерізом. У іншій формі виконання відповідного винаходові пристрою передбачено, що принаймні один газопровідний канал всередині ємності виконано з розширеним у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом, в результаті чого утворюється канал з видовженим поперечним перерізом. Може бути передбачена форма 4 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виконання, у якій обидва ці канали мають прямокутний поперечний переріз. У такому разі принаймні один канал всередині ємності має прямокутний поперечний переріз з видовженими у напрямку потоку твердого матеріалу сторонами. Зрештою, може бути передбачено, що як принаймні один охолоджувальний канал, так і принаймні один газопровідний канал виконані видовженими або з прямокутним поперечним перерізом. Загалом канали з багатостороннім поперечним перерізом є трубами з не-круглим поперечним перерізом або порожнистими елементами, крізь які пропускають холодоагент або газ. У останньому разі газопровідні порожнисті елементи або газопровідні труби з не-круглим поперечним перерізом принаймні частково виконані газопроникними, зоб забезпечувати підведення газу у пухкий твердий матеріал. Канали з видовженим або прямокутним поперечним перерізом можуть бути виконані всередині меандроподібними для покращення протікання холодоагента або газу. Це стосується зокрема переважного виконання каналів з видовженим або прямокутним поперечним перерізом, які виконані як порожнисті елементи для пропускання холодоагента або газу. Може бути передбачено, що принаймні один охолоджувальний і принаймні один газопровідний канал всередині ємності має розширений паралельно до напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, в результаті чого канали мають видовжений або прямокутний поперечний переріз. Може бути передбачено, що принаймні один охолоджувальний канал і принаймні один газопровідний канал всередині ємності мають розширений у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, причому охолоджувальні і газопровідні канали розміщені впоперек напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. У іншій формі виконання винаходу передбачено, що частина каналів має круглий поперечний переріз, а інша частина каналів має прямокутний переріз. При цьому може бути, наприклад, передбачено, що між охолоджувальними каналами з видовженим у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом впоперек напрямку потоку твердого матеріалу розміщені інші канали, з круглим поперечним перерізом, причому круглі у поперечному перерізі охолоджувальні або газопровідні канали у напрямку потоку твердого матеріалу розміщені поперемінно. Послідовність і кількість каналів також може бути довільною. У іншій формі виконання винаходу охолоджувальні або газопровідні канали, що мають видовжений у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, встановлені у напрямку потоку твердого матеріалу кілька разів. Так, у іншій формі виконання винаходу може бути передбачено, що між охолоджувальними чи газопровідними каналами, що мають видовжений у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз і встановлені кілька разів, у напрямку потоку твердого матеріалу встановлений принаймні один газопровідний або охолоджувальний канал круглого поперечного перерізу. Ці канали також можуть бути розміщені у напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. Газопровідні канали або газопровідні порожнисті канали виконані із матеріалу, який забезпечує введення газу у пухкий твердий матеріал. Це є переважно пористий матеріал, розміри пор якого уможливлюють надходження газу у охолоджуваний пухкий твердий матеріал, але запобігають проникненню частинок твердого матеріалу у газопровідний канал. У вигідній формі виконання винаходу таким пористим матеріалом може бути металокераміка, пориста кераміка, пористий пластик або газопроникний спечений матеріал із металевого порошку. Може бути передбачено також, що у газопровідних каналах для введення газу у пухкий твердий матеріал виконано отвори, свердлені отвори, виїмки або шліци чи подібні елементи. В такому разі канали виготовляють із звичайного, газонепроникного матеріалу. Крім того, може бути передбачено, що газопровідні канали лише на окремих ділянках виконані із пористого матеріалу, а в основному виконані із звичайного, газонепроникного матеріалу. Охолоджувальні канали або реактор виконано із матеріалу, який забезпечує охолодження через добрий теплопередачу, не зазнаючи корозії. Вибір матеріалу для ємності і охолоджувальних каналів здійснюють в залежності від вхідної температури пухкого твердого матеріалу, а також від складових неочищеного газу, що перебуває у проміжках між частинками твердого матеріалу; вони можуть бути виготовлені, наприклад із жаростійкої сталі. Зовнішні площі газопровідних каналів і охолоджувальних каналів можуть бути не однаковими. Зовнішня площа газопровідних каналів усередині порожнистої ємності може становити 20–50 % від площі охолоджувальних каналів. Оптимальний вибір залежить від подачі охолоджувального засобу і текучості пухкого твердого матеріалу. У разі пухкого твердого матеріалу з порівняно доброю текучістю і високою температурою частку теплообмінної площі збільшують, а частку газопідвідної площі зменшують. І навпаки, у разі погано текучого пухкого твердого матеріалу при розрахунку площ визначальною є кількість підведеного газу, необхідного для забезпечення протікання твердого матеріалу. 5 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується також способу охолодження дрібнозернистого, гарячого твердого матеріалу, що перебуває переважно у формі пухкого твердого матеріалу, причому одночасно здійснюють заміну газу, наявного між частинками і у порах твердих частинок. Винахід стосується зокрема способу охолодження дрібнозернистого і гарячого пухкого твердого матеріалу при одночасній заміні газу-наповнювача, присутнього між частинками та у їх порах, згідно з яким - охолоджуваний пухкий твердий матеріал подають до ємності, обладнаної каналами, і - пухкий твердий матеріал безперервно переміщують крізь ємність, причому - крізь канали першого виду для здійснення теплопередачі пропускають холодоагент, холодніший порівняно з пухким твердим матеріалом, чим здійснюють опосередкований теплообмін між твердим матеріалом і холодоагентом, і - через газопроникні канали другого виду в ємність і у пухкий твердий матеріал подають підведений газ, і - наявний між частинками твердого матеріалу і в їх порах газ-наповнювач витісняють підведеним газом і відводять, і - через розміщений у напрямку потоку твердого матеріалу до або після ємності газовідвідний патрубок також відводять газ, і - підведений газ підігрівають до температури поданого пухкого твердого матеріалу. Відповідним винаходові способом охолоджують переважно газ, утворений в процесі газифікації вугілля, тому пухкий твердий матеріал складається в основному із летучого попелу і спечених шлаків. Одначе в принципі відповідний винаходові охолоджувач можна використати у будь-якому процесі, в якому виникає пухкий твердий матеріал, і є потреба замінити або видалити газ-наповнювач. Як необхідний для теплообміну охолоджувальний засіб, що протікає через охолоджувальні канали, використовують переважно рідину, хоча можливе також і використання газу чи газорідинної суміші. Особливо переважним засобом для теплообміну є вода. Переміщення пухкого твердого матеріалу через охолоджувач в принципі може бути здійснений довільним чином. Так, наприклад, твердий матеріал може протікати через охолоджувач під дією сили земного тяжіння. У формі виконання винаходу передбачено, що пухкий твердий матеріал переміщується під дією сили земного тяжіння або під дією градієнту тиску, або з використанням комбінації обох цих ефектів. Для створення градієнту тиску до охолоджувача може бути поданий додатковий газ. Охолоджуваний пухкий твердий матеріал при подачі до охолоджувача принципі може мати будь-яку температуру. У формі виконання винаходу твердий матеріал при втіканні до охолоджувача має температуру від 200 до 400 °C. В такому разі здійснюють охолодження до температури, при якій утилізацію чи подальше використання твердого матеріалу можна здійснювати без проблем. У прикладі форми виконання винаходу твердий матеріал при відведенні із охолоджувача має температуру від 50 до 150 °C. Як підведений газ, що служить для заміни газу-наповнювача, може бути використаний азот, діоксид вуглецю, повітря або суміш вказаних газів. Потім ця суміш разом із витісненим неочищеним газом відводять із охолоджувача. Кількість газу, пропущеного крізь газопроникні канали у ємність регулюють таким чином, щоб швидкість підведеного газу з урахуванням газопропускної площі газопроникних каналів була більшою або дорівнювала мінімальній швидкості псевдозрідження поданого пухкого твердого матеріалу. При цьому у окремі газопровідні канали або у групи каналів подають різну регульовану кількість газу. Кількість підведеного газу може бути визначена й іншим чином: щоб у вільних зонах між каналами встановилася швидкість підведеного газу більша або така ж, як мінімальна швидкість псевдозрідження пухкого твердого матеріалу. У формі виконання винаходу утворення пробок твердого матеріалу у охолоджувачі усувають шляхом подачі газу у газопровідні канали імпульсами відносно напрямку потоку твердого матеріалу знизу вгору і/або у часовій послідовності. У іншій формі виконання винаходу твердий матеріал, що витікає із ємності, розпушують шляхом подачі через принаймні один газопідвідний патрубок у відвідній частині додаткового газу, і отримують таким чином у відвідній частині майже очищений від залишкового газу, охолоджений і розпушений твердий матеріал. У формі виконання винаходу передбачено застосування газових імпульсів, за допомогою яких пори чи газопроникні місця газопровідних каналів очищаються або звільняються від пробок. Ці імпульси складаються із хвиль підвищеного тиску, якими пробки або шматочки твердого матеріалу або утворені містки можуть бути видалені із газопровідних каналів. Форми виконання винаходу представляють описаний пристрій, що містить підвідну частину, охолоджувальну частину і відвідну частину, а також теплообмінні охолоджувальні канали і 6 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газообмінні газопровідні канали. Перевага винаходу полягає у тому, що пухкий твердий матеріал, осаджений із процесу газифікації вугілля, може бути ефективно охолоджений, причому одночасно наявний у пухкому твердому матеріалі газ може бути видалений, а охолоджений і очищений твердий матеріал може бути поданий для подальшого використання або для утилізації. Відповідне винаходові виконання відповідного винаходові охолоджувача твердого матеріалу детальніше пояснюється з використанням креслень, причому відповідний винаходові пристрій не обмежується цими формами виконання. На фіг. 1 зображено відповідний винаходові охолоджувач твердих матеріалів, який складається із підвідної частини (6), охолоджувальної частини (5) і відвідної частини (16). Пухкий твердий матеріал (1) подають у напрямку g через конічну підвідну частину (6), і він входить у контакт з каналами (2, 3) двох видів, причому канали (2) першого виду утворені каналами для пропускання холодоагента, які служать для здійснення теплообміну і охолодження пухкого твердого матеріалу, а канали (3) другого виду виконані газопроникними і служать для підведення газу у пухкий твердий матеріал (1). Через них газ вдувається у пухкий твердий матеріал, завдяки чому ним замінюється залишковий газ, що міститься між частинками твердого матеріалу, і одночасно відбувається розпушення частинок твердого матеріалу. Частина газопровідних каналів (3a), що мають плоский поперечний переріз, виконані як газопровідні плоскі порожнисті елементи. Між газопровідними каналами (3a), що мають плоский поперечний переріз, і поруч з ними паралельно потоку розміщені охолоджувальні канали (2) і газопровідні канали (3) з круглим поперечним перерізом, причому круглі у поперечному перерізі канали (2, 3) для пропускання газу і холодоагента у напрямку потоку твердого матеріалу розміщені поперемінно. Стінка (13) охолоджувальної частини (5) виконана теплопровідною і оснащена оболонкою, крізь яку протікає охолоджувальний засіб (14). Підвідна частина (6) обладнана газовідвідним патрубком (7), через який із підвідної частини (6) може бути відведений газ при подачі пухкого твердого матеріалу. Відвідна частина (16) оснащена додатковими газопідвідними отворами (8, 10), через які може бути підведений додатковий газ (9, 11) для розпушення пухкого твердого матеріалу. Охолоджений і очищений пухкий твердий матеріал (12) відводять із конічної відвідної частини (16). Охолоджувальні канали (2) і газопровідні канали (3) всередині охолоджувальної частини (5) розміщені рядами, орієнтованими у напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди (4) охолоджувальних каналів (2) і газопровідних каналів (3) розміщені відносно напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. Хоча внаслідок інтеграції газопідвідних каналів теплообмінна площа при вказаному розміщенні каналів зменшується, зате одночасно забезпечується потік пухкого твердого матеріалу. Із класичних шахтних охолоджувачів відомо, що пухкий твердий матеріал переміщується крізь ряди каналів з дуже незначним поперечним перемішуванням, і окремі струмені твердого матеріалу без поперечного перемішування переміщуються зверху донизу, внаслідок чого значна частина ще гарячих частинок не вступає в контакт для теплообміну або вступає надто пізно. Це призводить до того, що теплопередача не настільки висока, як можна було оцінити теоретично. У запропонованій на фіг. 1 конструкції хоча і втрачається теплообмінна площа, бо частина каналів використовується для підведення газу, зате підведення газу зумовлює локальне розпушення потоку твердих частинок і забезпечує поперечне перемішування, завдяки чому може бути досягнуте значно ефективніше охолодження пухкого твердого матеріалу на теплообмінних поверхнях, виконаних у вигляді охолоджувальних каналів (2). На фіг. 2 зображений той самий відповідний винаходові охолоджувач пухкого твердого матеріалу у перерізі по лінії А–А згідно з фіг. 1. На ньому видно підвідну частину (6), охолоджувальну частину (5) і відвідну частину (16). Видно, як охолоджувальні канали (2) і газопровідні канали (3) пронизують ємність (5). На фіг. 3 зображено лише внутрішній простір охолоджувальної частини (5) відповідного винаходові охолоджувача пухкого твердого матеріалу. Видно охолоджувальні канали (2), виконані відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини непроникними, і газопровідні канали (3), виконані відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини газопроникними, розміщені у рядах (4), орієнтованих впоперек напрямку потоку твердого матеріалу, поперемінно. Крізь вказані канали пропускають газ (15) і холодоагент (14). На фіг. 4 зображено лише внутрішній простір охолоджувальної частини (5) відповідного винаходові охолоджувача пухкого твердого матеріалу. Охолоджувальні канали (2) і газопровідні канали (3) всередині охолоджувальної частини (5) у напрямку потоку твердого матеріалу 7 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 розміщені зигзагоподібними рядами, причому ряди охолоджувальних каналів (2) і газопровідних каналів (3) у напрямку потоку твердого матеріалу розміщені поперемінно. Газопровідні канали (3), виконані відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини газопроникними, мають менший діаметр, ніж канали (2). Завдяки цьому при такому розміщенні каналів виникає більший проміжний простір і більший вільний прохід між каналами для потоку твердого матеріалу. На фіг. 5 зображено внутрішній простір відповідного винаходові охолоджувача пухкого твердого матеріалу з підвідною частиною (6), охолоджувальною частиною (5) і відвідною частиною (16). Охолоджувальні канали (2) і газопровідні канали (3) виконані у вигляді каналів з плоским поперечним перерізом, наприклад у вигляді плоских порожнистих елементів, причому охолоджувальні канали (2) виконані відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини непроникними, а газопровідні канали (3) виконані відносно внутрішнього простору охолоджувальної частини газопроникними. На фіг. 6 зображений той самий відповідний винаходові охолоджувач пухкого твердого матеріалу у перерізі по лінії А–А згідно з фіг. 5. На ньому видно підвідну частину (6), охолоджувальну частину (5) і відвідну частину (16). Охолоджувальна частина (5) містить канал (2), що має плоский поперечний переріз і у даному разі виконаний як плоский порожнистий елемент, всередині структурований меандроподібно. Ця структура для цілеспрямованого пропускання холодоагента (14) може перебувати всередині теплообмінних поверхонь. На фіг. 7 зображено внутрішній простір відповідного винаходові охолоджувача пухкого твердого матеріалу з підвідною частиною (6), охолоджувальною частиною (5) і відвідною частиною (16). Газопровідні канали (3a) виконані у вигляді каналів з прямокутним перерізом, в даному разі, наприклад як порожнисті елементи. Між охолоджувальними каналами (2), а також поруч з ними розміщені орієнтовані паралельно до потоку газопровідні канали (3a), що мають круглий поперечний переріз. Газопровідні канали (2) в цій формі виконання розміщені перед надходженням пухкого твердого матеріалу до зони теплообміну, а також іще один ряд перед наступним рядом порожнистих елементів для пропускання холодоагента. Пухкі тверді матеріали із дуже дрібних частинок характеризуються певною газоутримувальною здатністю, притаманною, як правило, також і згаданому тут летучому попелу. Завдяки газоутримувальній здатності твердого матеріалу відбувається його псевдозрідження і розпушення перед надходженням у проміжки між порожнистими елементами для пропускання холодоагента. В залежності від газоутримувальної здатності, швидкості твердого матеріалу, а також розмірів апарату може бути здійснено – як показано на фіг. 7 – одне чи кілька додаткових проміжних псевдозріджень твердого матеріалу. 1 2 3 3a 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 g ПЕРЕЛІК ПОЗИЦІЙНИХ ПОЗНАЧЕНЬ Охолоджуваний твердий матеріал, пухкий твердий матеріал Охолоджувальний канал Газопровідний канал Плоский у поперечному перерізі газопровідний канал Ряд каналів Охолоджувальна частина або Ємність Підвідна частина Газовідвідний патрубок Газопідвідний патрубок Підведений газ Газовідвідний патрубок Підведений газ Охолоджений твердий матеріал Стінка теплообмінника Охолоджувальний засіб або Холодоагент Газ Відвідна частина Напрямок потоку пухкого твердого матеріалу 35 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 1. Охолоджувач твердого матеріалу для охолодження гарячого, дрібнозернистого пухкого твердого матеріалу (1) при одночасній заміні газу-наповнювача, що заповнює проміжки між частинками і пори в них, що містить: 8 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - ємність (5), що служить як охолоджувальна частина, причому з одного боку вона має принаймні одну підвідну частину (6) для підведення пухкого твердого матеріалу (1), а на протилежному боці має принаймні одну відвідну частину (16) для відведення протічного пухкого твердого матеріалу (12), який відрізняється тим, що - всередині ємності (5) встановлено охолоджувальні канали (2) першого виду для протікання холодоагенту (14), виконані непроникними відносно внутрішнього простору ємності (5) з можливістю опосередкованого теплообміну між дрібнозернистим пухким твердим матеріалом (1) та оточуючим його частинки газом-наповнювачем і протічним холодоагентом (14) у каналах (2), а також тим, що - всередині ємності (5) встановлено канали (3) другого виду для протікання газу (15), виконані відносно внутрішнього простору ємності (5) проникними для газу (15) з можливістю витікання газу через отвори у внутрішній простір ємності (5), а також тим, що - ємність (5) містить газовідвідний патрубок (7) для відведення із внутрішнього простору ємності (5) газу (15) із каналів (3) другого виду, а також витісненого ним газу-заповнювача, а також тим, що - принаймні один газопровідний канал (3) всередині ємності (5) виконаний з розширеним у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом з утворенням плоского у поперечному перерізі каналу (3а). 2. Охолоджувач твердого матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні один охолоджувальний канал (2) всередині ємності (5) виконаний з розширеним у напрямку потоку твердого матеріалу поперечним перерізом з утворенням плоского у поперечному перерізі каналу. 3. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що охолоджувальні і газопровідні канали (2, 3), що мають плоский у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, встановлені у напрямку потоку твердого матеріалу кілька разів. 4. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що між охолоджувальними і газопровідними каналами (2, 3), що мають плоский у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз і встановлені у напрямку потоку твердого матеріалу кілька разів, у напрямку потоку твердого матеріалу встановлено принаймні один газопровідний канал (3) або охолоджувальний канал (2) круглого поперечного перерізу. 5. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що газопровідні канали (3) другого виду мають менший діаметр, ніж охолоджувальні канали (2) першого виду. 6. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що газовідвідний патрубок (7) і підвідна частина (6) для приймання пухкого твердого матеріалу (1) розміщені на одному й тому ж боці ємності (5). 7. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що охолоджувальні канали (2) першого виду і газопровідні канали (3) другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності (5) рядами у напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди (4) охолоджувальних каналів (2) першого виду і газопровідних каналів (3) другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності (5) у напрямку потоку твердого матеріалу (1) поперемінно. 8. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-7, який відрізняється тим, що охолоджувальні канали (2) першого виду і газопровідні канали (3) другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності (5) рядами похило відносно напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди (4) охолоджувальних каналів (2) першого виду і газопровідних каналів (3) другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності (5) похило відносно напрямку потоку твердого матеріалу (1) поперемінно. 9. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що охолоджувальні канали (2) першого виду і газопровідні канали (3) другого виду розміщені у поперечному перерізі ємності (5) рядами зигзагоподібно відносно напрямку потоку твердого матеріалу, причому ряди (4) охолоджувальних каналів (2) першого виду і газопровідних каналів (3) другого виду розміщені відносно напрямку потоку твердого матеріалу (1) поперемінно. 10. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 8 або 9, який відрізняється тим, що принаймні один охолоджувальний і газопровідний канал (2, 3) має розширений всередині ємності (5) у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, причому охолоджувальні і газопровідні канали (2, 3) розміщені впоперек напрямку потоку твердого матеріалу поперемінно. 9 UA 105669 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 11. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-10, який відрізняється тим, що між охолоджувальними каналами (2), що мають плоский у напрямку потоку твердого матеріалу поперечний переріз, впоперек напрямку потоку твердого матеріалу розміщені інші канали (2, 3) круглого поперечного перерізу, причому круглі у поперечному перерізі охолоджувальні або газопровідні канали (2, 3) у напрямку потоку твердого матеріалу розміщені поперемінно. 12. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-11, який відрізняється тим, що газопровідні канали (3) принаймні частково виконані із пористого матеріалу. 13. Охолоджувач твердого матеріалу за п. 12, який відрізняється тим, що як пористий матеріал використано металокераміку, пористу кераміку, пористу пластмасу або спечений матеріал із металевого порошку. 14. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-13, який відрізняється тим, що у газопровідних каналах (3) для введення газу (15) у твердий матеріал (1) виконано отвори, свердлені отвори, виїмки або шліци. 15. Охолоджувач твердого матеріалу за будь-яким із пп. 1-14, який відрізняється тим, що у напрямку потоку твердого матеріалу до або після ємності (5) містить газопідвідний патрубок (8, 10) для додаткового газу (9, 11). 16. Спосіб охолодження дрібнозернистого і гарячого пухкоготвердого матеріалу (1) при одночасній заміні газу-наповнювача, що заповнює проміжки між частинками і пори в них, причому - охолоджуваний пухкий твердий матеріал (1) подають до ємності (5), що містить канали (2, 3), і - пухкий твердий матеріал (1) безперервно переміщують крізь ємність (5), який відрізняється тим, що - через охолоджувальні канали (2) першого виду для здійснення теплопередачі пропускають холодоагент (14), холодніший порівняно з твердим матеріалом (1), чим здійснюють опосередкований теплообмін між твердим матеріалом (1) і холодоагентом (14), а також тим, що - через газопроникні канали (3) другого виду в ємність (5) і у пухкий твердий матеріал (1) подають підведений газ, а також тим, що - наявний між частинками твердого матеріалу і в їх порах газ-наповнювач витісняють підведеним газом (15) і відводять, а також тим, що - через розміщений у напрямку потоку твердого матеріалу до або після ємності (5) газовідвідний патрубок (7) також відводять газ, а також тим, що - підведений газ (15) підігрівають до температури поданого пухкого твердого матеріалу (1). 17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що пухкий твердий матеріал (1) походить із процесу газифікації вугілля, причому пухкий твердий матеріал (1) складається в основному із летучого попелу або спечених шлаків або їх суміші. 18. Спосіб за будь-яким із пп. 16 або 17, який відрізняється тим, що як холодоагент (14) для теплообміну використовують рідину. 19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що як холодоагент (14) для теплообміну використовують воду. 20. Спосіб за будь-яким із пп. 16-19, який відрізняється тим, що твердий матеріал (1) переміщують крізь охолоджувач твердого матеріалу з використанням сили земного тяжіння або градієнта тиску або комбінації обох ефектів. 21. Спосіб за будь-яким із пп. 16-20, який відрізняється тим, що пухкий твердий матеріал (1) охолоджують до температури від 150 °C до 50 °C. 22. Спосіб за будь-яким із пп. 16 - 21, який відрізняється тим, що як газ використовують азот, діоксид вуглецю, повітря або суміш цих газів. 23. Спосіб за будь-яким із пп. 16-22, який відрізняється тим, що кількість газу (15), поданого через газопроникні канали (3) у ємність (5) регулюють таким чином, щоб швидкість підведеного газу (15) з урахуванням газопропускної площі газопроникних каналів (3) була більшою або такою ж, як мінімальна швидкість псевдозрідження поданого пухкого твердого матеріалу (1). 24. Спосіб за будь-яким із пп. 16-23, який відрізняється тим, що у окремі газопровідні канали (3) або у групи каналів подають різну регульовану кількість газу (15). 25. Спосіб за п. 24, який відрізняється тим, що газ (15) у газопровідні канали (3) відносно напрямку потоку твердого матеріалу подають імпульсами знизу вгору і/або у часовій послідовності, і усувають таким чином утворення пробок твердого матеріалу (1) у охолоджувачі. 26. Спосіб за будь-яким із пп. 16-25, який відрізняється тим, що твердий матеріал (12), що витікає із ємності (5), розпушують шляхом подачі через принаймні один газопідвідний патрубок (8, 10) у відвідній частині (16) додаткового газу (9, 11), і отримують таким чином у відвідній частині (16) майже очищений від залишкового газу, охолоджений і розпушений твердий матеріал (12). 10 UA 105669 C2 11 UA 105669 C2 12 UA 105669 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13