Вузол барботажного ковпачка для подачі зріджувального агента у псевдозріджений шар гранульованої речовини

1. Вузол барботажного ковпачка для подачі зріджувального агента у псевдозріджений шар гранульованої речовини, який містить: ніжку, що має два кінці, де один кінець вставлений у барботажний ковпачок, при цьому вставний кінець має принаймні одну кільцеву канавку або паз на його зовнішній поверхні, барботажний ковпачок має принаймні один випускний отвір для подачі зріджувального агента у шар гранульованої речовини та має принаймні один монтажний отвір, суміщений з принаймні однією кільцевою канавкою або пазом на ніжці, коли барботажний ковпачок надітий на вставний кінець ніжки, та принаймні один штифт, вставлений в монтажний отвір та уведений у зачеплення з принаймні одною АГЕНТА UA 1 ЗРІДЖУВАЛЬНОГО (19) ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 3 84261 Цей винахід відноситься, загалом, до галузі спалювання палива для виробництва енергії та пари та, зокрема, до нового та корисного вузла барботажного ковпачка, призначеного для подачі зріджувального агента до псевдозрідженого шару. Технологія циркулюючого псевдозрідженого шару (ЦПШ) набула популярності як привабливий метод спалювання твердого палива з метою утворення пари та енергії. Ця популярність є очевидною як у нашій країні, так і за її межами. У пристрої згоряння технологія ЦПШ зумовлює гарну ефективність згоряння з низьким викидом в атмосферу та надає гнучкості у використанні палива, тому що вона є добре придатною для спалювання широкого ряду твердих палив, таких як вугілля, відпрацьоване вугілля, антрацит, лігніт, нафтовий кокс та сільськогосподарські відходи. Отже, ця технологія з'явилася як екологічно прийнятна технологія для утилізації відходів та застосування у промисловості. У печі або котлі з циркулюючим псевдозрідженим шаром речовина шару, що звичайно містить подрібнене паливо, вапняк та золу, суспендується у потоці повітря, що становить приблизно 60-70% від загальної кількості повітря, необхідної для стехіометричного згоряння. Дно шару підтримують охолоджені водою мембранні стінки з повітряними соплами, які рівномірно розподіляють повітря. Паливо та вапняний сорбент (для захоплення сірки) подаються у нижній шар. У присутності зріджувального повітря паливо та вапняк швидко та рівномірно змішуються в умовах турбулізованого середовища та поводяться як рідина. Вуглецеві частинки у паливі зазнають впливу повітря, що надходить у зону згоряння. Решта повітря, що надходить у зону згоряння, вводиться як вторинне повітря у верхню частин у густого нижнього шару. Таке поетапне згоряння обмежує утворення оксидів азоту (NO x). Швидкість зріджувального повітря у шарі перебільшує кінцеву швидкість більшості частинок у шарі, завдяки чому зріджувальне повітря захоплює частинки та переносить їх угор у крізь камеру згоряння до сепараторів у вигляді U-подібних елементів на ви ході печі. Тверді речовини, захоплені цими U-подібними елементами, включаючи неспалений вуглець та невикористаний оксид кальцію (CaO), повертаються безпосередньо назад у камеру згоряння, уникаючи зовнішньої рециркуляції. Ця внутрішня рециркуляція твердих речовин зумовлює подовження терміну перебування палива та вапняку у камері згоряння, внаслідок чого покращується якість згоряння та захоплення сірки. Пристрій з псевдозрідженим шаром описується у [патенті США №4648969, Swanson], який має опорну плиту для регулювання потоку плинного середовища крізь псевдозріджений шар у камері з плинним середовищем. Пристрій з псевдозрідженим шаром містить камеру з плинним середовищем, яка має впускний отвір, суміжний з дном камери, та випускний отвір, суміжний з верхівкою камери. Шар речовини у вигляді частинок, а саме частинок вуглецю, зріджується розчином ціаніду та 4 виходить крізь випускний отвір, у той час як золото та срібло поглинаються шаром вуглецю. Опорна плита також має набір барботажних ковпачків, які розташовані на відстані один від одного та які містять вертикальний прохід, який проходить крізь опорну плиту та відхиляє рідину, яку слід випустити. [Патент США №5161471, Piekos], описує пристрій для повторного спалення зольної речовини попередньо спаленого первинного палива. Описується камера згоряння, яка має впускний отвір для прийому зольної речовини з пристрою первинного згоряння, такого як котел або піч, та випускний отвір для випускання продуктів згоряння з камери. Повітря для згоряння подається у камеру повторного спалення, утворюючи для киплячого шару джерело повітря для згоряння знизу та джерело повітря для згоряння зверху, а компоненти, що рухаються угору, підіймаються та залишають киплячий шар. [Патент США №5141047, Geoffrey], описує теплообмінник з псевдозрідженим шаром, який містить розташовані вертикально та на відстані одна від одної труби для вмісту внутрішньої рідини, яка протікає та знаходиться у тепловому контакті зі стінками труби. Кожух оточує тр уби та містить потік псевдозріджених твердих частинок, що рухаються крізь теплообмінну камеру навколо зовнішніх поверхонь труб. Зріджувальний газ спрямовується на тверді частинки через газову камеру тиску. Навколо кожної труби є барботажний ковпачок, який запобігає проходженню твердих частинок у камеру тиску, проте сприяє протіканню подаваного під тиском зріджувального газу в теплообмінну камеру. [Патенти США №№ 5455011, 5543117 та 5632858, Kitto], описують систему, у якій паливо та повітря згорають в інжекторі та змішуються з парою, утворюючи продукт згоряння та парову суміш. Суміш впорскується у шар речовини. Згоряння та змішування відбувається окремо від речовини шару, обмежуючись інжектором. Інжектор являє собою барботажний ковпачок, що має принаймні один отвір, або інжектор виготовляють з керамічного пористого матеріалу. Барботажні ковпачки широко застосовують у технології псевдозрідженого шару для подачі зріджувального агента, такого як зріджувальне повітря, у псевдозріджуваний шар. Агент повинен рівномірно розподілятися по певній ділянці шару, і при цьому завжди, включаючи періоди, коли постачання зріджувального агента припиняється, слід уникати того, щоб частинки шару проникали у зворотному напрямку у джерело постачання зріджувального агента, таке як повітряна камера печі з псевдозрідженим шаром. Фіг.1A ілюстр ує відому конструкцію повітрярозподільної подини, взагалі позначену 100, для ЦПШ, яка застосовує набір вузлів 150 барботажних ковпачків. Ділянки стінок печі або камери згоряння з ЦПШ не зображено для наочності, проте зображено задню стінку 105 печі та бічну стінку 110 печі, які з успіхом виготовляються з охолоджу 5 84261 6 ваних рідиною труб. Повітрярозподільна подина Кераміка може витримувати температури зви100 також містить охолоджувані рідиною труби чайної печі з ЦПШ. Крім того, кераміка набагато 115, через які робоче плинне середовище, звичайбільше зносостійка, ніж нержавіюча сталь, та варно вода або суміш пари та води, проходить від тість керамічного барботажного ковпачка є поріввпускного водяного колектора 120 до стінки печі. няною з вартістю ковпачка з нержавіючої сталі. Горизонтальні труби 125, що утворюють повітряОтже, виготовлення барботажних ковпачків з керозподільну подину 100, розташовані на відстані раміки може знизити їх загальну вартість (капітаодна від одної, проте вони взаємозв'язані сталельну плюс вартість обслуговування). Проте, керавою мембраною, яка має набір отворів. Нижче мічний барботажний ковпачок неможливо труб 125 знаходиться зона ресивера 130. Вузли приварити до ніжки з нержавіючої сталі, що є пе150 барботажних ковпачків з'єднані з вищезазнареважним способом з'єднання, коли обидва елеченими отворами у повітрярозподільній подині 100 менти виготовлені з нержавіючої сталі. Крім того, та крізь них подається газоподібне плинне серекерамічні та сталеві матеріали мають різні коефідовище під тиском, який створюють у зоні ресивецієнти теплового розширення, при цьому нержавіра 130, або повітряної камери, у шар гранульоваюча сталь звичайно має більш високий коефіцієнт ної речовини (не зображено), що знаходиться на теплового розширення порівняно з керамічними верхній частині повітрярозподільної подини 100, матеріалами, що перешкоджає застосуванню наріщоб здійснити псевдозрідження гранульованої зного з'єднання для двох типів матеріалів. речовини та утворити псевдозріджений шар у зоні Отже, один аспект цього винаходу стосується 140 псевдозрідженого шару. удосконаленого вузла барботажного ковпачка, Звичайний вузол 150 барботажного ковпачка який є придатним для застосування як в середозображено на Фіг.1B. Як зображено, кожний з цих вищі ЦПШ, так і в середовищі киплячого псевдовідомих вузлів 150 барботажного ковпачка містить зрідженого шару та який містить поєднання елевласне барботажний ковпачок 155 та подавальну ментів, у якому елемент, що зазнає впливу трубу 160, яку звичайно позначають як ніжку 160, високого ерозійного потенціалу, який спричиняєтьяка сполучає зону 130 повітряної камери з зоною ся частинками псевдозрідженого шару, є стійким 140 псевдозрідженого шару. Зріджувальний газ до ерозії, а увесь вузол може витримати високі подається угору по ніжці 160 у барботажний ковтемператури псевдозрідженого шару. пачок 155, з якого він подається у псевдозріджеІнший аспект цього винаходу стосується вузла ний шар через декілька випускних отворів 165. барботажного ковпачка, який є непроникним для Струмені зріджувального газу, що ви ходять з виплинного середовища, гнучко пристосованим до пускних отворів 165, проникають у шар, забезпетеплового розширення та більш ефективним за чуючи його псевдозрідження у ділянці навколо вартістю відносно вузла барботажного ковпачка, кожного барботажного ковпачка 155. Випускні повністю виготовленого з нержавіючої сталі. отвори 165 розташовані так, щоб вони спрямовуОтже, пропонується вузол керамічного барбовали вихідні стр умені зріджувального газу униз до тажного ковпачка, який містить керамічний барбоповітрярозподільної подини 100. Ця особливість тажний ковпачок, з'єднаний з ніжкою з нержавіючої (поряд з конфігурацією випускних отворів, а саме сталі, при цьому обидва з них є стійкими до висовідповідне мінімальне співвідношення довжини до ких температур звичайного середовища печі, та діаметра) запобігає проникненню частинок у звобарботажний ковпачок є також стійким до ерозії. ротному напрямку, коли подача зріджувального Незважаючи на те, що поєднання керамічного багазу припиняється, та осадженню шару гранульорботажного ковпачка та ніжки з нержавіючої сталі ваної речовини на повітрярозподільній подині 100. пов'язане з різницею ефектів теплового розшиДля того, щоб забезпечити рівномірний розпорення, виконання з'єднання сталевої ніжки з кераділ та належне змішування зріджувального повітря мічним барботажним ковпачком мінімізує витік у шарі, швидкість повітряних струменів з випускних газоподібної речовини між ковпачком та ніжкою, отворів 165 може наближатися до або навіть петак що поєднання не може бути неефективним. ребільшувати 200 футів за секунду (61м за секунТеплостійкий штифт, такий як пружинний або ду). Поряд з часто ерозійною природою частинок скручений штифт, вставлений у отвір барботажношару це може стати причиною суттєвої швидкості го ковпачка практично перпендикулярно до осі зносу барботажних ковпачків 155. Для печей з ніжки, входить у зачеплення з канавкою або пазом, ЦПШ як барботажні ковпачки 155, так і ніжки 160 що знаходиться на ніжці, та запобігає від'єднанню звичайно виготовляють з нержавіючої сталі, щоб барботажного ковпачка від ніжки. витримати температури шару, які становлять приЯкщо бажано, витік повітря між барботажним близно 1600°F (871°C), коли зріджувальний агент ковпачком та ніжкою можна ще зменшити, застоне подається і температура вузла 150 барботажсовуючи окрім того еластичне ущільнення між баного ковпачка наближається до температури рерботажним ковпачком та ніжкою. човини шару. Періодична заміна зношених барбоРізні нові ознаки, які характеризують цей витажних ковпачків з нержавіючої сталі може суттєво нахід, вказані, зокрема, у формулі винаходу, яка підняти вартість обслуговування такого пристрою з додається та яка утворює частину цього опису. ЦПШ. Для кращого розуміння винаходу, переваг його Отже, для промисловості потрібен удосконафункціонування та специфічних переваг, приталений вузол барботажного ковпачка зі зменшеною манних його застосуванню, слід звернутися до вартістю обслуговування, який був би спроможним супроводжувального ілюстративного матеріалу та подолати ці та інші складності. опису суті винаходу, у якому описується переважні варіанти здійснення винаходу. 7 84261 8 В ілюстративному матеріалі: ний ковпачок 1, тоді як інший кінець (не зображеФіг.1A являє собою аксонометричну проекцію но) сполучений з джерелом зріджувального агенвідомої конструкції повітрярозподільної подини та, такого як повітря або інші газоподібні речовини. для псевдозрідженого шару, яка має набір вузлів Кінець ніжки 4, вставлений у барботажний ковпабарботажних ковпачків; чок 1, має на зовнішній поверхні кільцеву канавку Фіг.1B являє собою збільшену аксонометричну 5. У цьому варіанті здійснення барботажний ковпроекцію, частково у розрізі, звичайного вузла бапачок 1 має два монтажні отвори 6, при цьому їхні рботажного ковпачка з попереднього рівня техніки, осі є практично перпендикулярними до осі ніжки 4, який застосовується у конструкції повітрярозподіпроте, така орієнтація не є вирішальною для викольної подини, зображеної на Фіг.1A; ристання винаходу на практиці. Кожний монтажний Фіг.2А являє собою подовжній розріз першого отвір 6 містить штифт 7, вставлений в цей отвір. варіанта здійснення вузла барботажного ковпачка Штифт 7 можна виготовити з будь-якого матеріалу згідно з цим винаходом; з високою термостійкістю, такого як нержавіюча Фіг.2В являє собою горизонтальний розріз вусталь, кераміка тощо. Кожний штифт 7 входить у зла барботажного ковпачка, показаного на Фіг.2А, зачеплення з частиною кільцевої канавки 5 на ніжзроблений у напрямку стрілок 2В-2В Фіг.2А; ці 4, що запобігає від'єднанню барботажного ковФіг.3 являє собою подовжній розріз, подібний пачка 1 від ніжки 4 під час роботи. до розрізу з Фіг.2А, який демонструє другий варіРозміри та допуски для вставного кінця ніжки 4 ант здійснення вузла барботажного ковпачка згідта відповідних поверхонь барботажного ковпачка но з цим винаходом, де барботажний ковпачок має 1, а також для монтажних отворів 6 та штифтів 7 один монтажний отвір; обираються так, щоб не перешкодити тепловому Фіг.4 являє собою подовжній розріз, подібний розширенню кожного елемента, мінімізуючи при до розрізу з Фіг.2А, який демонструє третій варіант цьому витік повітря крізь проміжок 8 між ними у здійснення вузла барботажного ковпачка згідно з межах заданого відсотка від потоку повітря через цим винаходом, де барботажний ковпачок має вузол 20 барботажного ковпачка. Останнє досягадекілька монтажних отворів (у даному випадку, ється тим, що площа поперечного перерізу потоку чотири); плинного середовища у поперечному перерізі Фіг.5А являє собою подовжній розріз, подібний проміжку 8 не перебільшує 10% від площі попедо розрізу з Фіг.2А, який демонструє четвертий речного перерізу усього потоку на випускних отвоваріант здійснення вузла барботажного ковпачка рах 2. згідно з цим винаходом, де ніжка має один або Як зображено на Фіг.3 та 4, в альтернативному більше пазів, а не кільцеву канавку; варіанті здійснення винаходу кількість монтажних Фіг.5В являє собою горизонтальний розріз вуотворів 6, а також відповідна кількість штифтів 7, зла барботажного ковпачка, показаного на Фіг.5А, що знаходяться у барботажному ковпачку 1, можзроблений у напрямку стрілок 5В-5В Фіг.5А; на за необхідністю змінювати. Наприклад, Фіг.3 та Фіг.6 являє собою подовжній розріз, подібний 4 демонструють влаштування з одним та чотирма до розрізу з Фіг.2А, який демонструє п'ятий варіант монтажними отворами 6, відповідно. здійснення вузла барботажного ковпачка згідно з Як показано на Фіг.5А та 5В, інший альтернацим винаходом, де еластичне ущільнення влаштивний варіант здійснення цього винаходу може товано між ніжкою та барботажним ковпачком; використовува ти паз(-и) 9 на зовнішній поверхні Фіг.7 являє собою подовжній розріз, подібний вставного кінця ніжки 4, замість однієї або декільдо розрізу з Фіг.2А, який демонструє шостий варікох кільцевих канавок 5. ант здійснення вузла барботажного ковпачка згідЧастина внутрішнього діаметру барботажного но з цим винаходом, який ілюструє альтернативне ковпачка 1, що приймає ніжку 4, обирається залерозташування еластичного ущільнення, що знахожно від зовнішнього діаметру ніжки 4 (включаючи диться між ніжкою та барботажним ковпачком; будь-які допуски виготовлення), яка повинна вхоФіг.8А являє собою подовжній розріз, подібний дити у барботажний ковпачок 1, та залежно від до розрізу з Фіг.2А, який демонструє сьомий варітеплового розширення, яке буде відбуватися під ант здійснення вузла барботажного ковпачка згідчас функціонування як із ніжкою 4 з нержавіючої но з цим винаходом, де пружинний або скручений сталі, так і з керамічним барботажним ковпачком шти фт застосовується для з'єднання барботажно1. го ковпачка з ніжкою, та Фіг.6 та 7 демонструють інші альтернативні Фіг.8В являє собою горизонтальний розріз вуваріанти здійснення винаходу, які дозволяють позла барботажного ковпачка, показаного на Фіг.8А, слабити допуски на вставному кінці ніжки 4 та відзроблений у напрямку стрілок 8В-8В Фіг.8А. повідних внутрішні х поверхнях барботажного ковНа декількох кресленнях, що розкривають суть пачка 1, які приймають ніжку 4. Цього можна винаходу, подібні числа позначають однакові або досягти застосуванням ущільнення 10, виготовлефункціонально подібні елементи на усіх кресленного з еластичного матеріалу, придатного для занях. Переважний варіант здійснення вузла барбостосування в умовах високих температур, одним з тажного ковпачка згідно з цим винаходом, та взатаких матеріалів є KaowoolÒ, який можна купити у галі позначений 20, зображено на Фіг.2А та Фіг.2В. Morgan Thermal Ceramics Inc., м. Аугуста, штат Вузол 20 барботажного ковпачка містить керамічДжорджія. На Фіг.6 ущільнення 10 встановлено між ний барботажний ковпачок 1, який має декілька ніжкою 4 та барботажним ковпачком 1, та воно випускних отворів 2, сполучених через центральбуде забезпечувати практично непроникне для ний прохід 3 для повітря з ніжкою 4 з нержавіючої текучого середовища з'єднання між цими двома сталі. Один кінець ніжки 4 вставлений у барботажелементами, як показано на фіг. 6. Оскільки ущі 9 84261 10 льнення 10 забезпечує герметичність, використанЦей винахід не обмежується вузлами 20 барня ущільнення дозволяє застосовувати більший ботажних ковпачків, які застосовують керамічні проміжок між ніжкою 4 та барботажним ковпачком барботажні ковпачки 1. Для виготовлення барбо1, тим самим іще більше зменшуючи напруження тажних ковпачків 1 можна застосовувати інші мавід теплового розширення ніжки 4, яке могло б теріали з високою термостійкістю, а також зносостати причиною розтріскування барботажного ковстійкі матеріали. Також можливо, що застосування пачка 1. псевдозрідженого шару, не пов'язаного зі згорянПри певних комбінаціях розподілу речовини ням, може потребувати, щоб барботажні ковпачки шару за розміром та режиму роботи пристрою з 1 були виготовлені з інших матеріалів, які можуть ЦПШ влаштування з Фіг.6 може бути небажаним. бути більш стійкими до певних хімічних речовин Наприклад, якщо речовина шару містить дуже дрітощо. Подібно до цього, ніжку 4 можна виготовлябні частинки, ці частинки можуть заповнювати ти з матеріалу, відмінного від нержавіючої сталі, а проміжок 8 принаймні у межах проміжку 8 та угору матеріал, з якого виготовляється ущільнення 10, до місця, де може розташовуватися ущільнення не обов'язково може бути матеріалом з високою 10. У тому випадку, коли подача зріджувального термостійкістю. агента припиниться, а температура вузла барбоНезважаючи на те, що специфічні варіанти тажного ковпачка досягне температури оточуючої здійснення винаходу були показані та описані доречовини шару, проміжок 8, заповнений твердими кладно з метою проілюструвати застосування речовинами, не надасть додаткового місця ніжці 4, принципів винаходу, фахівці у галузі зрозуміють, яка розшириться від тепла, внаслідок чого може що можна зробити зміни у формі винаходу у мевиникнути розтріскування керамічного барботажжах наступної формули винаходу, не відходячи від ного ковпачка 1. таких принципів. Далі, незважаючи на те, що терФіг.7, отже, ілюструє іще один альтернативний мін "вузол барботажного ковпачка" застосовувався варіант здійснення винаходу, який пропонує вузол у попередньому описі, таку термінологію застосо20 барботажного ковпачка з ущільненням та який вували лише з метою зручності, а не у будь-якому дозволяє подолати ту проблему, що описана вище обмежувальному смислі. Фахівці у галузі зрозуміу зв'язку з варіантом здійснення стосовно Фіг.6. У ють, що цей винахід, у його формі з найбільшим цій конструкції ущільнення 10 розташовано на ніжобсягом, стосується пристрою для подачі зріджуці 4 нижче завдяки запровадженню кільця 11, яке вального агента у псевдозріджений шар, інші терпереважно приварене до ніжки 4 та розташоване міни, що застосовуються у промисловості для понижче барботажного ковпачка 1, коли ніжка 4 значення таких пристроїв - це "pigtail" (короткі вставлена у барботажний ковпачок 1. Це утримує трубки, насадки) або "candy canes" (буквально ущільнення 10 у заглибині барботажного ковпачка "цукрові тростини"). Отже, цей винахід можна за1 та у такому місці, яке запобігає потраплянню стосовувати у новій конструкції, що використовує гранульованих частинок шару в проміжок 8, при реактори або камери згоряння з киплячим або цицьому зберігається непроникне для плинного серкулюючим псевдозрідженим шаром, або для заредовища з'єднання між барботажним ковпачком 1 міни, ремонту або модифікації таких існуючих реата ніжкою 4. Альтернативно, зовнішній діаметр кторів або камер згоряння, та там, де пристрої для ніжки 4 можна вибирати або виготовляти так, щоб подачі зріджувального агента позначаються як він мав виступ або буртик або подібну різку зміну у "барботажні ковпачки" або інакше. У деяких варіазовнішньому діаметрі, щоб утримувати ущільнення нтах здійснення винаходу деякі ознаки можна за10 у ділянці між барботажним ковпачком 1 та ніжстосовувати з досягненням переваг без відповідкою 4 у цьому місці. ного застосування інших ознак. Крім того, Нарешті, Фіг.8А та 8В зображують варіанти незважаючи на те, що вузол барботажного ковпачконструкцій теплостійких шти фтів 7. У цьому випака згідно з цим винаходом було описано так, що дку теплостійкий штифт 7 являє собою не звичайчерез нього подається повітря як зріджувальний ний рівний твердий циліндричний штифт, а може агент, слід розуміти, що вузол барботажного ковбути пружинним або скрученим штифтом 7, який пачка можна застосовувати для розподілення інвставлений у монтажні отвори 6 барботажного ших газоподібних речовин, які можуть включати ковпачка 1 та який входить у зачеплення з кільцеабо можуть і не включати повітря- або кисневмісні вою(-ими) канавкою(-ами) 5 або пазом(-ами) 9 на гази. Отже, усі такі зміни та варіанти здійснення зовнішній поверхні вставного кінця ніжки 4.1 знов, відповідають обсягу наступної формули винаходу. ця конструкція запобігає від'єднанню барботажного ковпачка 1 від ніжки 4. 11 84261 12 13 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 84261 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601