Газораспределительная решетка для реактора кипящего слоя (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ РЕАКТОРА КИПЯЩЕГО СЛОЯ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бородуля Валентин Алексеевич Акулич Андрей Владимирович Виноградов Леонид Михайлович Гребеньков Анатолий Жоресович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Газораспределительная решетка для реактора кипящего слоя, содержащая распределитель газов в форме конусообразной пирамидальной решетчатой структуры, сужающейся от периферии к центру, и вертикальное разгрузочное отверстие, при этом решетчатая структура включает ступенчатые пластинчатые ряды, отделенные друг от друга распорными средствами с образованием газопроводящих каналов, связанных с подрешеточным пространством реактора, отличающаяся тем, что ступенчатые пластинчатые ряды пирамидальной 8684 8 2013.04.30 решетчатой структуры смонтированы в виде сборки из кольцевых дисков с соотношением диаметров /-13,4-3,5, где- диаметр отверстия в первом верхнем диске, а -1 - диаметр отверстия в -м нижнем диске, с угломпри вершине пирамидальной структуры, равным углу естественного откоса псевдоожижаемого материала, и выполнены с возможностью ярусного секционирования ввода газовой смеси по высоте входной конической части реактора, при этом распорные средства выполнены в виде калиброванных вставок толщиной не менее 0,5 мм, а каждый диск снабжен цилиндрической вставкой с образованием вертикальных каналов в подрешеточном пространстве, соединенных с зоной кипящего слоя реактора. 2. Газораспределительная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрическая вставка содержит стенки толщиной не менее 0,4 мм. 3. Газораспределительная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина кольцевого диска в сборке составляет не менее 1,0 мм. 4. Газораспределительная решетка для реактора кипящего слоя, содержащая распределитель газа в форме конусообразной пирамидальной решетчатой структуры, сужающейся от периферии к центру, и вертикальное разгрузочное отверстие, при этом решетчатая структура включает ступенчатые пластинчатые ряды, отделенные друг от друга распорными средствами с образованием воздушных каналов, связанных с подрешеточным пространством реактора, отличающаяся тем, что ступенчатые пластинчатые ряды пирамидальной решетчатой структуры смонтированы в виде сборки из вставленных друг в друга конусов с угломпри вершине конуса, равным углу естественного откоса псевдоожижаемого материала, и с отношением диаметров 1/3,4-3,5, где 1 - диаметр отверстия в основании первого верхнего конуса, а- диаметр отверстия при вершине -го нижнего конуса, равный диаметру вертикального разгрузочного отверстия, и выполнены с возможностью ярусного секционирования ввода газовой смеси по высоте входной конической части реактора, при этом распорные средства выполнены в виде калиброванных вставок толщиной не менее 0,5 мм, а каждый конус снабжен цилиндрическим стаканом с образованием вертикальных каналов в подрешеточном пространстве, соединенных с зоной кипящего слоя реактора. 5. Газораспределительная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрическая вставка содержит стенки толщиной не менее 0,4 мм. 6. Газораспределительная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина стенки конуса в сборке составляет не менее 1,0 мм.(56) 1.2014809 2, 1978. 2.03/090919, 2003. 3.2149683 1, 2000. 4.676315 2, 1979. 5.5,060,584, 1991 (прототип). Полезная модель относится к устройствам для псевдоожижения зернистых материалов и предназначена для использования в реакторах кипящего слоя как в научных исследованиях, так в технологических производственных процессах. Известны устройства псевдоожижения твердого зернистого материала, снабженные газораспределительными устройствами в виде металлических решеток 1, 2, 3. Подобные газораспределительные аппараты применяются в крупных и мелких промышленных установках. В них не обеспечивается равномерный эффективный режим псевдоожижения изза недостаточного распределения воздуха по сечению аппарата. В результате проходящий агент образует газовые пузыри в толще слоя, что приводит к фонтанирующему кипящему 2 8684 8 2013.04.30 слою. Фонтанирующий кипящий слой крайне нежелателен, так как ведет к неравномерному распределению зернистого материала по сечению аппарата. Известен аппарат для проведения процессов в кипящем слое 4, в котором для обеспечения регулярного перетекания сыпучего материала при малом гидравлическом сопротивлении решетки и слоя предусмотрена компенсирующая емкость, соединенная с переточным устройством, нижняя часть которого выполнена в виде седловины с расположенным в ней клапаном. Недостатками аппарата являются сложность конструкции и неэффективная работа газораспределительного устройства. Наиболее близка к полезной модели конструкция газораспределительной решетки,применяемой в системе с реактором кипящего слоя для сжигания твердых органических отходов, в частности шин, выбранная в качестве прототипа 5. Газораспределительная решетка является частью периферийного распределителя воздуха, размещенного внутри корпуса реактора. Распределитель воздуха содержит устройство приточной нагнетательной вентиляции, размещенное в области кипящего слоя, к которому подается сжатый воздух,емкость нижнего дозатора, включающего нисходящие и восходящие ярусы поверхностей,сопредельно расположенных уступами с кипящим слоем в форме конусообразной пирамидальной решетчатой структуры. Решетчатая структура включает множество ступенчатых пластинчатых рядов, сужающихся от периферии к центру, и множество центрально нисходящих направленных механизмов распределения псевдоожиженного воздуха. Смежные поверхности отделены друг от друга распорными средствами, вставленными между ярусами, через которые подается сжатый воздух с образованием воздушных каналов, связывающих область повышенного давления реактора с топкой. Недостатком газораспределительной решетки является неравномерное распределение зернистого материала по сечению корпуса реактора, что снижает эффективность процессов теплообмена в кипящем слое. Задачей полезной модели является устранение отмеченных недостатков и повышение эффективности теплообмена в процессе обработки материалов в реакторе кипящего слоя,а также обеспечение дифференцированного ввода через решетку газов-реагентов различного состава. Вариант 1. Поставленная задача решена тем, что в газораспределительной решетке для реактора кипящего слоя, содержащей распределитель газов в форме конусообразной пирамидальной решетчатой структуры, сужающейся от периферии к центру, и вертикальное разгрузочное отверстие, при этом решетчатая структура включает ступенчатые пластинчатые ряды, отделенные друг от друга распорными средствами с образованием газопроводящих каналов, связанных с подрешеточным пространством реактора, согласно полезной модели, ступенчатые пластинчатые ряды пирамидальной решетчатой структуры смонтированы в виде сборки из кольцевых дисков с соотношением диаметров /-13,4-3,5, где- диаметр отверстия в первом верхнем диске, а -1 - диаметр отверстия в -м нижнем диске, с угломпри вершине пирамидальной структуры, равным углу естественного откоса псевдоожижаемого материала, и выполнены с возможностью ярусного секционирования ввода газовой смеси по высоте входной конической части реактора, при этом распорные средства выполнены в виде калиброванных вставок толщиной не менее 0,5 мм, а каждый диск снабжен цилиндрической вставкой с образованием вертикальных каналов в подрешеточном пространстве, соединенных с зоной кипящего слоя реактора. Цилиндрическая вставка содержит стенки толщиной не менее 0,4 мм. Толщина кольцевого диска в сборке составляет не менее 1,0 мм. Вариант 2. Поставленная задача решена тем, что в газораспределительной решетке для реактора кипящего слоя, содержащей распределитель газа в форме конусообразной пирамидальной решетчатой структуры, сужающейся от периферии к центру, и вертикальное разгрузочное 3 8684 8 2013.04.30 отверстие, при этом решетчатая структура включает ступенчатые пластинчатые ряды, отделенные друг от друга распорными средствами с образованием воздушных каналов, связанных с подрешеточным пространством реактора, согласно полезной модели, ступенчатые пластинчатые ряды пирамидальной решетчатой структуры смонтированы в виде сборки из вставленных друг в друга конусов с угломпри вершине конуса, равным углу естественного откоса псевдоожижаемого материала, и с отношением диаметров 1/3,4-3,5,где 1 - диаметр отверстия в основании первого верхнего конуса, а- диаметр отверстия при вершине -го нижнего конуса, равный диаметру вертикального разгрузочного отверстия, и выполнены с возможностью ярусного секционирования ввода газовой смеси по высоте входной конической части реактора, при этом распорные средства выполнены в виде калиброванных вставок толщиной не менее 0,5 мм, а каждый конус снабжен цилиндрическим стаканом с образованием вертикальных каналов в подрешеточном пространстве,соединенных с зоной кипящего слоя реактора. Цилиндрическая вставка содержит стенки толщиной не менее 0,4 мм. Толщина стенки конуса в сборке составляет не менее 1,0 мм. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 представлена принципиальная схема реактора кипящего слоя с газораспределительной решеткой. На фиг. 2 - вид газораспределительной решетки в виде сборки из кольцевых дисков с цилиндрическими стаканами. На фиг. 3 - вид размещения в корпусе реактора решетчатой структуры в виде сборки из множества вставленных друг в друга конусов. Вариант 1. Газораспределительная решетка 1 смонтирована в корпусе 2 реактора кипящего слоя и содержит пирамидальную решетчатую структуру в виде сборки из кольцевых дисков 3 с соотношением диаметров /-13,4-3,5 и с угломпри вершине пирамидальной структуры, равным углу естественного откоса (внутреннего трения) для псевдоожижаемого материала распорные средства 5 в виде калиброванных прокладок с образованием щелевых каналов 15, цилиндрические вставки 6, образующие газоподводящие каналы 7 в подрешеточном пространстве 8 реактора, разгрузочное отверстие 9, связанное с разгрузочной емкостью 10 для выгружаемых частиц 11 из псевдокипящего слоя, каналы 12 и 13 для подачи газа в зону 14 с кипящим слоем корпуса 2 реактора. По варианту 2 газораспределительная решетка 1, в отличие от варианта 1, содержит пирамидальную решетчатую структуру в виде сборки из вставленных друг в друга конусов 4 с отношением диаметров 1/3,4-3,5 ( равен диаметру вертикального разгрузочного отверстия 9), а уголпри вершине конуса 4 равен углу естественного откоса(внутреннего трения) для обрабатываемого материала. Реактор с газораспределительной решеткой 1 для кипящего слоя работает следующим образом. Собирают пирамидальную решетчатую структуру, при этом в корпус 2 реактора кипящего слоя монтируют газораспределительную решетку 1 либо по первому варианту, в виде сборки из кольцевых дисков 3, или по второму варианту, в виде сборки из вставленных друг в друга конусов 4, с угломпри вершине пирамидальной структуры, равным углу естественного откоса (внутреннего трения) для обрабатываемого материала. В корпус 2 реактора загружают обрабатываемый материал, например поликристаллический кремний, подготавливают аппаратуру и приборы контроля (на фигурах не показано). Далее в корпус 2 реактора по каналам 12 и 13 подают псевдоожижающий газ в зону 14 с кипящим слоем частиц 11. Псевдоожижающий газ из подрешеточного пространства 8 по каналам 7, образованным стенками цилиндрических вставок 6, по щелевым каналам 15 между кольцевыми дисками 3 (по первому варианту) или между вставленными друг в друга конусами 4 (по второму варианту) равномерно поступает в зону 14 в корпусе 2 реактора, где формируется из псевдоожиженных частиц 11 режим кипящего слоя. 4 8684 8 2013.04.30 Выбранные параметрические соотношения газораспределительной решетки /-1, 1/ и углапри вершине пирамидальной решетчатой структуры (равного углу естественного откоса обрабатываемого материала) по первому и второму варианту реализации полезной модели позволяют обеспечить высокую эффективность теплообмена между частицами кипящего слоя и рассчитываются, в частности, для дисковой пирамидальной структуры следующим образом,2(12 ) где- внутренний диаметр корпуса 2 реактора,1 - толщина кольцевого диска 3,2 - толщина калиброванных вставок 5, - угол естественного откоса,2 1(1) 2 Конструктивное выполнение каналов 7 в подрешеточном пространстве 8, которые отделены друг от друга, позволяет подавать в корпус 2 реактора газы-реагенты различного состава по каждому каналу и эффективно регулировать процессы теплообмена в зоне кипящего слоя, а также физико-химические процессы в обрабатываемом материале. Как видно из уровня техники, техническое решение газораспределительной решетки для реактора кипящего слоя отвечает условию патентоспособности новизна. Как следует из описания, конструкция газораспределительной решетки может быть изготовлена известными средствами из доступных материалов, а полезная модель соответствует критерию патентоспособности промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5