Способ отвода тепла из псевдоожиженного слоя

,ЯО 1011989 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК з(5 р Г 27 В 15/16 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОР СКОМУ(54) (57) СПОСОБ ОТВ ПСЕВДООЖИЖЕН НОГ рате псевдоожиженного теплообменник и, по кр провальную секционирую ную перегородку, путем псевдоожиженным слоем циркулирующим в тепло ющийся тем, что, с цель можности регулирования цессе работы аппарата, ют путем перемещения, одной провальной перег но теплообменника в вер ленин. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Специальное конструкторское бюро Энергохиммаш(56) 1. Баскаков А. П. и др. Процессы тепло; и массопереноса в кипящем слоем. М., Металлургия, 1978, с, 130.2, Авторское свидетельство СССР405009, кл, С 22 В 1/10, 1978.3. Авторское свидетельство СССР309963, кл. С 22 В 1/10, 1968. ОДА ТЕПЛА ИЗ О СЛОЯ в аппаслоя, содержащем айней мере, одну щую горизонтальтеплообмена между и теплоносителем, обменнике, отличаю обеспечения возтеплоотвода в протеплоотвод изменя- по крайней мере, ородки относительтикальном направ1 О Изобретение относится к машиностроению, а точнее к способам охлаждения или нагревания реактора псевдоожиженного (кипящего) слоя переменной теплопроизводительности, и может быть использовано в различных аппаратах псевдоожиженного слоя, например теплообменниках, химических реакторах, печах обжига, установках для сжигания топлива и др.Известен способ отвода тепла из кипящего слоя путем впрыскивания в слой и испарения в нем жидкости. Этот способ применяется, например, при осуществлении процесса обжига концентратов 1.Этот способ позволяет легко регулировать отвод тепла из слоя, однако неэкономичен, поскольку тепло, отводимое таким образом из слоя, практически невозможно полезно использовать.Известен способ регулируемого отвода (или подвода) тепла из кипящего слоя, включающий отвод тепла путем теплообмена между слоем и теплоносителем, циркулирующим в теплообменнике, расположенном непосредственно в слое, и регулирование теплоотвода путем изменения восприятия тепла теплообменны ми поверхностями за счет извлечения части или всего теплообменника из кипящего слоя в надслоевое пространство. Данный способ обеспечивает возможность полезного использования отводимого тепла (производство пара технологических параметров, производство горячей воды, нагрев нефти и нефтепродуктов и т. д.). В качестве теплоносителя может применяться практически любая жидкость, теплообмен может сопровождаться кипением теплоносителя. Способ может быть применен как для отвода, так и для подвода тепла в слой 2.Однако изменение теплоотвода по данному способу можно производить только при остановке аппарата, что исключает возможность работы в постоянно меняющемся режиме, ведет к простоям аппарата и исключает возможность автоматизации процесса теплоотвода из псевдоожиженного слоя; Осуществление регулирования в процессе работы аппарата по данному способу связано с разработкой особых соединений и уплотнений, обеспечивающих перемещение теплообменника относительно внешних трубопроводов. Возможность разработки таких соединений, позволяющих применить способ в промышленном масштабе, представляет техническую сложность. Соединение теплообменника с внешними трубопроводами с помощью гибких шлангов возможно лишь в лабораторных условиях, в промышленности такие соединения не применяются. Кроме того, реализация данного способа связана со значительным усложнением конструкций аппаратов и увеличением их габаритов. Усложнение происходит из-за необходимости обеспечения подвижности массивного проточного теплообменного контура, а увеличе 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ние габаритов - вследствие расширения надслоевого пространства, в которое извлекается теплообменник при регулировке,Извлечение теплообменника или его части из слоя приводит к снижению его долговечности из-за повышенного эрозионного и коррозионного износа теплообменных труб в надслоевом пространстве. Повышенная эрозия обусловлена тем, что именно в надслоевом пространстве достигаются наибольшие скорости частиц, разрушающих тепло- обменные поверхности. Увеличение коррозии теплообменника при извлечении его в надслоевое пространство связано с тем, что в надслоевом пространстве из-за низкой интенсивности конвективной теплоотдачи температура охлаждающих теплообменных поверхностей оказывается равной или ниже точки росы, т, е. реализуются более выгодные условия для конденсации химически активных продуктов реакции на поверхности труб (например окислов серы в случае сжигания сернистых топлив).Секционирование аппаратов кипящего слоя провальными горизонтальными перегородками применяют для того, чтобы приблизить условия ведения процесса к режиму, близкому к режиму идеальноГо вытеснения, осуществить противоток дисперсной фазы и ожижающего агента. Кроме того, при наличии в слое тепловыделения и стоков тепла, что всегда имеет место при ведении экзо- или эндотермических процессов и охлаждении (нагреве) слоя с помощью тепло- обменных поверхностей, в аппаратах, секционированных провальными горизонтальными перегородками, температура кипящего слоя в каждой секции может быть различной, вследствие чего в секционированных аппаратах может быть осуществлена более глубокая утилизация тепла, т. е. повышается экономичность процесса.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обжига серосодержащего сырья, при котором секционирующая провальная решетка обеспечивает разделение слоя на две зоны с температурой 580 - 600 Св нижней зоне и 450 - 460 С в верхней. Наличие низкотемпературной верхней зоны обеспечивает практически полную утилизацию избыточного тепла реакции, Тепло отводится из слоя с помощью теплообменников, размещенных в зонах 3,При сжигании топлива в аппарате кипящего слоя, содержащем теплообменник и провальные перегородки, также удается организовать процесс так, что температура слоя имеет максимальное значение в нижней секции, где и происходит, в основном, горение топлива. Далее от секции к секции по мере удаления от решетки температура слоя понижается, что позволяет получить температуру продуктов сгорания на выходе из аппарата значительно более низкую, чемминимальнаятемпература горения и темсамым повысить коэффициент полезногоиспользования топлива по сравнению с односекционным аппаратом, где температурауходящих газов не может быть ниже минимальной температуры горения.Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования теплоотвода в процессе работы аппарата.Указанная цель достигается тем, чтосогласно способу отвода тепла в аппаратепсевдоожиженного слоя, содержащем теплообменник и, по крайней мере, одну провальную секционирующую горизонтальнуюперегородку, путем теплообмена между псевдоожиженным слоем и теплоносителем, циркулирующим в теплообменнике, теплоотводизменяют путем перемещения, по крайнеймере, рдной провальной перегородки относительно теплообменника в вертикальномнаправлении.Секционирующими перегородками могутслужить перфорированные пластины, решет-.ки, сетки, слои неподвижных насадок различного:типа. Перегородка, обеспечиваетдополнительное термическое сопротивлениепередаче тепла от слоя к теплоносителю.Конкретный выбор решетки и ее термического сопротивления осуществляется на основе расчета или эксперимента и зависитот конкретного процесса и конструкции аппарата и теплообменника,Изменение распределения теплообменных поверхностей по секциям аппарата впределах псевдоожиженного слоя осуществляют путем перемещения одной или нескольких секционирующих провальных перегородок по высоте аппарата при неподвижном теплообменникеИзменение теплоотвода (теплоподвода)из слоя при изменении распределения теплообменных поверхностей по секциям связанос изменением вклада термического сопротивления секционирующих перегородок всуммарное термическое сопротивления. передаче тепла от слоя к теплоносителю. Перераспределение теплообменных поверхностей. по секциям аппарата приводит к изменению. тепловых перетоков между секциями. Приэтом роль термического сопротивления перегородки оказывается тем больше в общем сопротивлении передаче тепла, чембольше количество тепла проходит черезэту перегородку. При регулировании теплосъема необходимо руководствоваться следующими принципами: суммарной теплообмен между слоем и теплоносителем возрастает, если изменение распределения теплообменных поверхностей между смежнымисекциями ведет к снижению перетока тепла из одной секции в другую, и наоборот,теплообмен между слоем и теплоносителемуменьшается, если поток тепла из секциив секцию возрастает. Наличие осевых перетоков тепла в слое приводит к тому, что на. указанных секционирующих перегородках устанавливаются определенные перепады температур (смежные секции находятся при различной температуре), В этих условиях направление регулирования можно определять по следующему принципу: теплообмен между слоем и теплоносителем возрастает, если площадь теплообменной поверхности в секции с большим температурным напором возрастает, а в секции с меньшим температурным напором уменьшается; теплообмен между слоем и теплоносителем уменьшается, если площадь теплообменной поверхности в секции с большим температурным напором уменьшается, а в секции с меньшим температурным напором возрастает. При этом изменение температуры слоя каждой секции осуществляется так, что разность температур между слоем и теплоносителем уменьшается, если площадь поверхности в этой секции возрастает и упомянутая разность температур возрастает, если площадь р поверхности в секции уменьшается.На чертеже показан аппарат псевдоожиженного слоя для сжигания газообразного топлива в инертном слое или слое катализатора.Внутри корпуса 1 аппарата помещен псев доожиженный слой, разделенный провальной горизонтальной перегородкой 2 на нижнюю 3 и верхнюю 4 секции. Непосредственно в слое размещен теплообменник 5, и в нижней части аппарата газораспределительная решетка 6. Топливо вместе с воздухом подается в нижнюю часть слоя, где оно сгорает. Здесь же происходит частичная утилизация тепла. Другая часть тепла передается через секционирующую перегородку и отбирается теплообменником в верхней секции 4 слоя. Регулирование теплосъема 35 осуществляется путем перераспредлениятеплообменных поверхностей по секциям за счет перемещения в вертикальном направлении перегородки при неподвижном теплообменнике.4 О Для уменьшения теплоотвода из слояплощадь теплообменных поверхностей в верхней секции увеличивают, а в нижней уменьшают; для увеличения - площадь тепло- обменных поверхностей в верхней секции уменьшают, а в нижней - увеличивают, 45 Так, например, если уменьшилась подача топлива (снизилась производительность аппарата), то необходимо уменьшить и теплоотвод, обеспечив заданный температурный уровень в нижней секции - зоне горения. Для этого необходимо уменьшить площадь теплообменных поверхностей в нижней зоне и увеличить в верхней, обеспечивая постоянсгво температуры в зоне горения. Температура в верхней секции при этом понижается. Предлагаемое изобретение не ограничивается описанным примером, при необходимости можно прибегнуть к другим вариантам и формам реализации.Способ позволяет осуществлять регулирование теплоотвода в,процессе работы ап 1 О 15парата без его остановки, вследствие чего появляется возможность эффективного осуществления в псевдоожиженном слоем процессов с постоянно меняющейся теплопроизводительностью,Предлагаемый способ обеспечивает возможность автоматизации регулирования режима теплосъема так как обеспечивается возможность изменения теплосъема в процессе работы аппарата. 1989 Вследствие устранения простоев аппарата, связанных с его остановкой не менее чем на 3 ч в сутки для перемещения теплообменника, возрастает его среднегодовая производительность в среднем на 15 о/о.Кроме того, уменьшаются эксплуатационные расходы за счет устранения эксплуатационных затрат на сборку-разборку аппарата для осуществления регулирования, необходимых при осуществлении известного способа.Составитель Ю. Рыбьев Редактор Т. Веселова Техред И. Верес Корректор Л. Бокшан Заказ 2739/47 Тираж 613 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП сПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4