Шлюзовий затвор для завантаження сипучих матеріалів

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию, а именно к арматуре, предназначенной для периодической перегрузки сыпучих материалов из зоны в зону с различными давлениями, и может быть применено для транспортирования измельченного угля через систему шлюзов в газификатор, работающий под давлением. Одной из основных тенденций в развитии современной технологии газификации твердых топлив является широкое применение высоких давлений. Этот метод газификации выявил ряд преимуществ. Достигнуто повышение удельной производительности газогенераторов в 3-4 раза по сравнению с газификацией при атмосферном давлении. Возможна дальнейшая интенсификация процесса. Получаемый газ имеет повышенную теплотворность, малую запыленность, значительно увеличивается КПД газификации. Однако внедрение таких газификаторов требует решения ряда проблем, возникающих при работе оборудования под давлением. В частности, в процессе газификации угля при давлении в реакционной камере 3,5-4,4 МПа дробленное топливо с частицами 5-30 мм периодически загружают через шлюзовый затвор в расходный бункер, обеспечивая непрерывность подачи угля в реакционную камеру газогенератора. После завершения процесса загрузки топлива необходимо обеспечить герметичность закрытия загрузочных клапанов, что затруднительно из-за загрязнения поверхности клапана налипшими частицами угольной пыли. Поэтому проблема создания надежной запорной арматуры, используемой в процессах газификации при высоких давлениях является актуальной. Известен шлюзовый затвор для загрузки измельченного сыпучего материала из области пониженного давления в область повышенного давления, содержащий цилиндрическую загрузочную горловину с конической концевой частью, контактирующей с тарелью впускного клапана, установленную под загружаемой горловиной с возможностью вертикального перемещения и обращенную вершиной в сторону загрузки материала, содержащий также кольцевой коллектор, закрепленный на коническом участке загрузочной горловины и снабженный соплами, ориентированными в сторону разъема контактных поверхностей тарели и конусного участка .горловины. В известном устройстве кольцевой коллектор расположен под кольцевым монолитным приливом выполненным с уклоном 50-βΟο во внутрь загрузочной горловины, а тарель клапана выполнена в виде конуса. Известное устройство обеспечивает исключение выноса газопылеобразных сред в межконусное пространство во время открытия клапана. При закрытии клапана агент (пар или газ) омывает контактные поверхности и воздействует на налипшие абразивные частицы пыли. Однако указанное устройство не лишено недостатков. Наличие в загрузочной горловине кольцевого монолитного прилива является препятствием на пути потока загруженного топлива, изменяет его направление, способствует зависанию загруженного материала в горловине, что нарушает бесперебойность загрузки расходного бункера топливом в период шлюзования и, как следствие, нарушает непрерывный процесс газификации. Выполнение тарели впускного клапана в форме конуса снижает надежность герметизации шлюзового устройства после загрузки топлива, т.к. при взаимодействии конических поверхностей тарели и горловины образуется большая площадь контакта. Вероятность очистки такой площади от загрязняющих частиц будет низкой. Процесс обдувки протекает неэффективно из-за отсутствия оптимизации. При некачественной очистке на поверхностях контакта в процессе закрытия клапана происходит прессование .оставшихся частиц и припекание их к поверхности, что делает герметизацию невозможной даже после повторного открытия - обдувки - закрытия. Для качественной эвакуации частиц пыли с площади контакта запорных поверхностей необходимо оптимизировать процесс обдувки, уменьшить площадь контакта и обеспечить возможность устранения оставшихся частиц. Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежной герметизации шлюзового затвора, например, газогенератора, работающего под высоким давлением, за счет улучшения контакта запорных поверхностей путем эвакуации частиц загружаемого материала с поверхностей клапана при его закрытии. Указанная задача решается за счет того, что в шлюзовом затворе для загрузки сыпучих материалов, содержащем цилиндрическую загрузочную горловину с конической концевой частью, контактирующей с тарелью впускного клапана, установленной с возможностью вертикального перемещения, расположенный в горловине выше зоны герметизации клапана кольцевой коллектор с соплами для подачи дутьевого агента, ориентированными в сторону контакта поверхностей тарели и горловины, согласно изобретению, тарель выполнена в виде полусферы, затвор снабжен дополнительным кольцевым коллектором, размещенным ниже линии герметизации клапана, его сопла направлены под острым углом к горизонтальной оси коллектора. При этом угол между центральной осью сопел дополнительного коллектора и его горизонтальной осью составляет 20-25°, шаг расположения сопел по коллекторам составляет их два диаметра, а угол раскрытия сопел равен 15°. Выполнение поверхности тарели впускного клапана в виде полусферы обеспечивает ее надежный контакт с конической поверхностью загрузочной горловины, осуществляемый по одной узкой кольцевой линии - линии герметизации. Благодаря такой форме тарели уменьшается площадь ее контакта с поверхностью загрузочной горловины, что повышает вероятность удаления с нее загрязняющих частиц в процессе обдувки дутьевым агентом и повышает надежность герметизации шлюзового устройства. Замена контактной пары затвора "конус-конус" на "конус-сфера" позволит осуществить выдавливание оставшихся частиц топлива с линии герметизации клапана под действием на них тангенциальной составляющей усилия. Исключит прессование частиц топлива между поверхностями герметизации. Размещение верхнего и нижнего обдувочных коллекторов во внутренних пазах горловины, убирает преграду (например, прилив, в прототипе) с траектории движения загружаемого материала, создает нормальные условия для свободного истечения потока топлива, исключает возможное зависание топлива в горловине, повышает тем самым надежность непрерывного процесса загрузки топлива. Дополнительный нижний обдувочный коллектор служит для удаления остатков, "горба" топлива с вершины тарели во время ее перемещения вверх после окончания загрузки топлива, с целью предотвращения сползания угля в зону герметизации в момент закрытия клапана. Ориентация сопел этого коллектора под углом 20-25° от вертикальной оси коллектора обеспечивает радиальное воздействие обдувочного агента на загрязненную поверхность тарели, начиная с вершины полусферы, при нахождении клапана в открытом положении, проходя линию герметизации, при закрытии клапана и заканчивая точками, расположенными ниже линии герметизации клапана. Создает условия для осуществления обдува и загрязненной конической поверхности горловины. Расположение сопел по нижнему и верхнему обдувочному коллектору с шагом равным двум диаметрам сопла и угол раскрытия сопел равный 15°, обеспечивают непрерывное кольцевое пятно обдува поверхностей контакта, исключая образование необдуваемых зон в процессе закрытия клапана по длине линии герметизации. Т.о. в процессе закрытия клапана, по мере продвижения тарели вверх, осуществляется эффективная эвакуация остатков топлива с поверхностей герметизации клапана. Кроме того, имеется возможность предотвратить намерзание веществ на запорных поверхностях при работе устройства в условиях низких температур путем подачи в сопла коллекторов горячего воздуха. На фиг.1.2 изображено заявляемое шлюзовое устройство в закрытом положении впускного клапана. Шлюзовый затвор выполнен в виде соосно расположенных загрузочной горловины 1, имеющей цилиндрический 2 и конический 3 участки, и установленного в ее нижней части впускного клапана 4, содержащего тарель 5. Самоустанавливающийся клапан 4 шарнирно закреплен внутри корпуса приемной камеры 6. В разгрузочной горловине расположены верхний кольцевой коллектор 7 с соплами 8, размещенный в пазу 9, а также нижний кольцевой коллектор 10 с соплами 11, размещенный в пазу 12. Устройство работает следующим образом. Используемое для газификации твердое топливо фракционным составом 1-10 мм из основного бункера самотеком или с помощью подачи транспортирующего агента подается в приемную камеру б через загрузочную горловину 1 при открытом положении клапана 4. После завершения заполнения расходного бункера отключаются питатели, подача угля прекращается, включается подача обдувочного агента и клапан 4 из положения "открыто" под действием приводного механизма перемещается в положение "закрыто". Обдувочный агент (пар или воздух) подают в шлюзовый затвор через сопла 8 кольцевого коллектора 7 и сопла 11 дополнительного коллектора. По мере перемещения запыленной поверности тарелки 5 вверх, ее вершина попадает под действие струи обдувочного агента, истекающего из сопел 11, при этом происходит удаление горба топлива с вершины клапана 4.Под действием струи обдувочного агента истекающего из сопел 8 осуществляется очистка поверхности клапанов в области линии герметизации. Таким образом, благодаря заявленному решению обеспечивается надежная герметизация камеры с высоким давлением в условиях сильной загрязненности (мелкокусковых и сыпучих веществ) и высокой температуры путем уменьшения площади контакта запорных поверхностей (введение контактной пары "конус-сфера"), эвакуацией загрязняющих веществ из зоны, контакта (введение обдувки поверхностей контакта из особо ориентировочных сопел), обеспечением возможности выдавливания оставшихся частиц из линии герметизации, а оптимизация параметров обеспечивает достаточную ширину обдувочной полосы, созданную вдоль линии герметизации, исключает возможность зависания топлива в загрузочной горловине, обеспечивает технологичность и дает возможность приме-, нить решения для запорных устройств с любым диаметром загрузочной горловины D > 75 мм.