ЭЖЕКЦИОННЫЙ ПНЕВМОЗАТВОР УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАГРУЗКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Эжекционный пневмозатвор устройства для загрузки сыпучих материалов относится к области струйной техники и может использоваться в металлургии, химической промышленности и энергетике для предотвращения химических выбросов в окружающую среду из аппаратов с избыточным давлением.
Известно шлюзовое устройство для загрузки твердого топлива в работающий под давлением газогенератор, содержащее установленный на топливоподающей линии газогенератора шлюзовый бункер, а также входной и выходной шлюзовые затворы (RU 76914, МПК C10J 3/78, опубл. 10.10.2008. Бюл. №28). К шлюзовому бункеру дополнительно подключены линии подвода и отвода шлюзового газа, входной и выходной шлюзовые затворы установлены на примыкающих к шлюзовому бункеру соответствующих участках топливоподающей линии. Каждый затвор выполнен в виде шиберной задвижки, выдвигаемой в отрытом состоянии за пределы внутреннего пространства соответствующего участка, а в последнем дополнительно установлено средство закрытия проема в стенке соответствующего участка под задвижку при ее открытом положении.
Такое устройство относится к механическим конструкциям, что не обеспечивает достаточную надежность в работе. Недостатком устройства является также низкая степень герметичности работающего под давлением генератора, сложность конструкции, необходимость дополнительной струйной очистки, что снижает производительность аппарата.
Известно устройство для загрузки сыпучих материалов в печь, содержащее загрузочный патрубок и сопло, концентрично расположенные с образованием кольцевой полости вокруг загрузочного патрубка, причем на выходе кольцевой полости установлены лопатки (SU 1788414, МПК F27B 15/08, опубл. 15.01.1993. Бюл. №2). В устройстве стенки сопла и загрузочного патрубка, образующие кольцевую полость, и/или поверхности лопаток, образующие межлопаточные каналы, могут быть выполнены с профилем сопла Лаваля.
Указанное устройство не содержит подвижных элементов, то есть обладает повышенной надежностью по сравнению с механическим, однако вихревой рабочий процесс сопровождается дополнительными гидравлическими потерями по сравнению с прямоточным устройством. Подобная конструкция за счет эффекта вихревой трубы требует повышенной термостойкости элементов конструкции. Кроме того, в данном устройстве в принципе не реализуется рекуперация тепловой мощности, что снижает общую эффективность установки. Данное устройство малоэффективно в режиме эжектора (нагнетателя), то есть выполняет только функцию пневмозатвора.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение КПД пневмозатвора и устранение выброса агрессивных газов из устройства в окружающую среду при одновременном повышении надежности устройства.
Указанная техническая задача решается тем, что в эжекционном пневмозатворе устройства для загрузки сыпучих материалов, содержащем загрузочный патрубок и кожух, концентрично расположенные с образованием кольцевой полости вокруг загрузочного патрубка, канал подвода высоконапорного воздуха, согласно предложению, между патрубком и кожухом установлена рабочая камера, внутренняя полость которой, образующая проточную часть, на выходе выполнена в виде диффузора, кроме того, наружная поверхность выходного участка загрузочного патрубка, расположенного в начальной части рабочей камеры и образующего с последней кольцевую щель, выполнена переменного профиля, а кольцевая щель образована в виде сопла.
Кольцевая щель может быть выполнена в виде плавносходящегося канала или с профилем сопла Лаваля.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид пневмозатвора; на фиг.2 - один из профилей кольцевой щели между загрузочным патрубком и рабочей камерой - плавносходящийся.
Эжекционный пневмозатвор устройства для загрузки сыпучих материалов содержит загрузочный патрубок 1 и кожух 2, расположенные концентрично с образованием кольцевой полости А вокруг загрузочного патрубка. В стенке кожуха в нижней части пневмозатвора выполнен канал 3 подвода высоконапорного воздуха. Между патрубком и кожухом установлена рабочая камера 4 устройства, внутренняя полость которой Б, образующая проточную часть, на выходе выполнена в виде диффузора 5. Наружная поверхность выходного участка 6 загрузочного патрубка 1, расположенного в начальной части рабочей камеры 4, образует с последней кольцевую щель В, которая может быть выполнена с различным профилем, например, в виде плавносходящегося сопла или в виде сопла Лаваля.
Эжекционный пневмозатвор устройства для загрузки сыпучих материалов работает следующим образом.
Активный воздух через канал подвода 3 поступает в кольцевую полость А между кожухом 2 и рабочей камерой 4, проходит профилированный участок кольцевой щели В и эжектирует смесь пассивного газа с твердым сыпучим веществом, загружаемую через патрубок 1. В полости Б рабочей камеры 4 происходит перемешивание потоков и выравнивание температурного поля и эпюры скорости. Далее смесь проходит диффузор 5, в котором часть кинетической энергии трансформируется в потенциальную, и поступает в реактор.
Использование предлагаемого пневмозатвора направлено на повышение герметичности тепломассообменных аппаратов и улучшение условий труда при эксплуатации подобных агрегатов.
Эжекционный пневмозатвор позволяет осуществлять подачу сыпучего материала в аппараты с избыточным давлением и одновременно препятствует обратному выбросу продуктов реакций при рабочем давлении в реакторе не выше предельного за счет эжекционного эффекта, обеспечивающего работу устройства в качестве нагнетателя (компрессора). Устройство может работать в нескольких режимах.
1. Если перепад давления кольцевой щели В докритический, то целесообразно использование плавносходящегося сопла, в случае сверхкритического режима применяется сверхзвуковое сопло Лаваля. В обоих случаях аппарат работает как в режиме пневмозатвора, так и в режиме нагнетателя.
2. Если противодавление со стороны рабочей камеры достигает предельного значения, эжектирование газа со стороны патрубка загрузки прекращается, и подача сыпучего материала осуществляется под действием сил тяжести - это предельный режим работы аппарата. Если противодавление увеличивается еще больше, аппарат перестает выполнять функцию пневмозатвора, и начинается обратный выброс газа в окружающую среду.
В предлагаемой конструкции, в отличие от известного вихревого устройства (по прототипу), происходит подогрев активного газа с наружной стороны пневмозатвора (полости реактора), что увеличивает энтальпию активного потока и позволяет снизить давление питания.
Подача активного газа по кольцевому каналу между кожухом и рабочей камерой позволяет эффективно отводить теплоту от рабочей зоны, т.е. снизить тепловую нагрузку на элементы конструкции и увеличить ресурс установки. В целом указанная конструкция характеризуется малым количеством конструктивных элементов, отсутствием прецизионных деталей, что неизбежно ведет к повышению надежности и ремонтопригодности конструкции.
Технические преимущества эжекционного пневмозатвора по сравнению с прототипом обусловлены эффективным запиранием выходного отверстия загрузочного патрубка благодаря оптимальной геометрии устройства и рациональному выбору рабочих параметров.
Рабочий процесс осуществляется с минимальными затратами мощности, в результате чего увеличивается КПД устройства и устраняется выброс агрессивных газов из печи в окружающую среду, что чрезвычайно важно с точки зрения экологии и улучшения условий труда. Так как аппарат является прямоточным, то на твердые частицы сыпучего материала не будут действовать центробежные силы, поэтому абразивный износ будет незначительным по всей длине рабочей камеры, а не только на начальном участке как в вихревом прототипе, что повышает ресурс проточной части аппарата.
Исследованиями установлено, что массовый расход активного газа, потребляемого эжекционным пневмозатвором, по сравнению с вихревым оказывается в среднем на 40% ниже при одинаковом давлении питания.
Данное устройство было испытано в промышленных условиях на предприятии сернокислотного производства при модернизации узла загрузки серного колчедана в печь с противодавлением.