ВИХРЕВАЯ КАМЕРА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОГО БУРОГО УГЛЯ

Полезная модель относится к оборудованию для подготовки угольного топлива и может быть использована для тепловой обработки измельченного бурого угля в составе установок для его подготовки к сжиганию на энергетических установках.
Известна вихревая камера для осуществления процессов тепломассообмена, содержащая корпус, в котором напротив друг друга установлены входные улиткообразный закручивающий коллектор и направляющий аппарат, причем торцевые стенки корпуса имеют гиперболическую форму и выполнены из материала-катализатора, на внутренней поверхности которого имеются микроканалы. В средней части корпуса напротив друг друга размещены выходные патрубки. В процессе работы камеры через коллектор и направляющий аппарат подаются навстречу друг другу материал и разогретый газ (теплоноситель), которые перемешиваются в полости корпуса, в результате чего газ разогревает материал, отдавая ему свое тепло, и разогретая масса удаляется из полости корпуса через выходные патрубки. Гиперболический профиль торцевых стенок корпуса позволяет удерживать обрабатываемый материал в рабочем объеме до удаления его из полости корпуса (см. патент РФ №2338986, кл. F28C 3/00, 2008 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что устройство обеспечивает разогрев материала и его каталитическую обработку, однако оно не обеспечивает контроль температуры разогрева и последующее разделение материала и теплоносителя.
Известна вихревая камера, содержащая полый цилиндрический корпус, в центральной части которого равномерно по окружности размещены тангенциальные входные патрубки. В полости корпуса в нижней его части установлена вставка, разделяющая корпус на рабочую и приемную полости. Вставка выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью. Внутри корпуса в верхней его части установлен сетчатый отбойник. В верхней торцевой части корпуса установлен штуцер для вывода газов, а в нижней торцевой части корпуса установлены штуцеры для вывода твердых и жидких компонентов.
В процессе работы вихревой камеры при подаче в корпус под давлением через тангенциальные входные патрубки жидкости, содержащей растворенный газ и твердые частицы, в рабочей полости камеры образуется вихрь - закрученный поток жидкости. Благодаря наличию равномерно расположенных тангенциальных входных патрубков, в полости корпуса формируется симметричная упорядоченная структура вихря. За счет разности в плотности компонентов, составляющих поток, под действием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к стенкам корпуса, за счет собственного веса опускаются вдоль стенки корпуса вниз и выгружаются через штуцеры для вывода твердых компонентов. Более легкие фрагменты - дегазированная жидкость, концентрируются в центральной части рабочей полости, опускаются вниз, проходя через перфорированную часть вставки, прекращают вращение и через штуцер выводятся из корпуса. Газ, выделенный из смеси, в виде закрученного потока поднимается к сетчатому отбойнику, который предотвращает прохождение на выход твердых частиц в составе газа (при их наличии), и под действием избыточного давления выходит через штуцер в верхней части корпуса (см. патент РФ №54537, кл. В04С 5/081, 2006 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известной вихревой камеры необходимо отметить, что она обеспечивает качественное разделение пропускаемого через нее материала на твердую, жидкую и газообразную фазы. Однако конструкция данной камеры не обеспечивает тепловую обработку сепарируемого материала и тем более его выдачу с заданной температурой разогрева для последующего использования (сжигания в качестве топлива).
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении качества пропускаемого через вихревую камеру измельченного бурого угля за счет повышения в результате тепловой обработки его теплотворной способности и выдачи прошедшего тепловую обработку измельченного бурого угля, имеющего заданную температуру разогрева.
Указанный технический результат достигается тем, что в вихревой камере для тепловой обработки измельченного бурого угля, содержащая полый цилиндрический корпус с тангенциально расположенным на боковой его поверхности входным патрубком у одного из его торцов, а также выходной патрубок у другого торца корпуса, новым является то, что вихревая камера дополнительно содержит входной осевой патрубок, расположенный на торце корпуса у тангенциального входного патрубка, а также трубопровод, вход которого размещен в полости корпуса по его центральной оси таким образом, что его входной торец находится ближе к входным патрубкам, чем выходной патрубок, причем на трубопроводе перед его входным торцом размещен экран конической формы, закрепленный на трубопроводе, обращенный раструбом к торцу трубопровода и установленный на нем с зазором относительно торца трубы, при этом, выход трубопровода подсоединен к выходному патрубку, установленному на боковой поверхности корпуса тангенциально и оснащенному термометром, а в трубопровод, соединяющий полость корпуса с выходным патрубком, встроен вентиль с регулируемым проходным сечением.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг 1 - вихревая камера, общий вид;
- на фиг. 2 - вид А по фиг. 1.
Вихревая камера для тепловой обработки измельченного бурого угля содержит полый корпус 1, выполненный в виде цилиндрической трубы с крышками (позициями не обозначены) по ее торцам. На одном торце корпуса по его центральной оси установлен осевой входной патрубок 2, а на образующей боковой поверхности корпуса у этого торца размещен тангенциальный входной патрубок 3.
У противоположного торца корпуса на его образующей боковой поверхности установлен тангенциальный выходной патрубок 4, на выходной горловине которого размещен один или несколько термометров 5.
Через торцевую крышку корпуса у выходного патрубка в полость корпуса по его центральной оси введен трубопровод 6. Вход трубопровода 6 расположен в корпусе таким образом, что его входной торец находится ближе к патрубкам 2 и 3, чем выходной патрубок 4. На трубопроводе 6 перед его входным торцом размещен экран 7 конической формы, закрепленный на трубопроводе, обращенный раструбом к торцу трубопровода и установленный на нем с зазором относительно торца трубы. Экран может быть перфорирован отверстиями (позициями не обозначены).
Трубопровод 6 выведен из полости корпуса 1, а его выход подведен к выходному патрубку 4.
На трубопроводе 6 имеется вентиль 8 с регулируемым проходным сечением. Регулирование проходного сечения может быть осуществлено различным известным образом, например рукояткой 9.
Работу вихревой камеры рассмотрим в составе установки для подготовки бурого угля к сжиганию в энергетической котельной установке с использованием для тепловой обработки измельченного бурого угля разогретых дымовых газов, отводимых от топки котельного агрегата.
Вихревая камера встраивается в установку за циклоном, в котором осуществляется отделение влаги от измельченного угля, и перед котельным агрегатом энергетической установки. Патрубок 2 при этом подсоединяется к газоходу отвода горячих дымовых газов от топки котельного агрегата, а патрубок 3 - к выходу циклона, через который осуществляется выдача измельченного бурого угля. Выходной патрубок 4 подсоединяется к загрузочному каналу топки котельного агрегата.
Вихревая камера работает следующим образом.
В процессе работы установки из циклона обезвоженный измельченный бурый уголь поступает под давлением на тангенциальный вход 3 вихревой камеры, где происходит его закрутка, в процессе которой он захватывается подаваемыми в полость корпуса 1 разогретыми дымовыми газами, поступающими в полость корпуса через патрубок 2.
2
Разогретые дымовые газы имеют температуру до 700°С. В полости корпуса 1, в процессе перемещения газоугольной смеси к выходному патрубку 4, происходит окончательное обезвоживание измельченного бурого угля (влага при этом практически моментально испаряется), а частицы измельченного бурого угля под действием разогретых дымовых газов, очень быстро разогреваются - подвергаются тепловому удару, вызывающему деструкцию частиц угля и образование низкомолекулярных кислородосодержащих соединений (СО, СО и др.), что повышает теплотворную способность термообработанного бурого угля примерно в 1.5-1.7 раза.
При прохождении закрученного потока смеси измельченного бурого угля и дымовых газов от входных патрубков к выходному смесь под действием центробежных сил сепарируется, частицы угля располагаются на периферии корпуса, у его стенки, а дымовые газы, имеющие достаточно высокую температуру, - в центральной части корпуса. При достижении выходного патрубка 4 частицы бурого угля закручиваются в нем, и их поток поступает на выход. В процессе перемещения по корпусу, после разделения с дымовыми газами и при прохождении через выходной патрубок, частицы бурого угля быстро остывают, и их температура становится ниже температуры, необходимой при поступлении в топку на сжигание. Для решения этой проблемы используются газы, осуществляющие тепловую обработку угля. При прохождении через корпус данные газы, имея достаточно высокую температуру, концентрируются в центральной части корпуса и, обтекая экран 7 (и частично проходя через его отверстия - при наличии их), поступают в трубопровод 6, на выходе из которого в патрубок 4 смешиваются с потоком закрученных в патрубке 4 частиц угля и разогревают его (уголь) до требуемой температуры. Температура угля на выходе из патрубка 4 контролируется термометрами 5 и в зависимости от его показаний регулируется изменением количества подаваемого теплового агента - газа из трубопровода 6. Количество подаваемого теплового агента регулируется за счет изменения проходного сечения трубопровода 6 вентилем 8.
После выхода из патрубка 4 смесь дымовых газов и угольных частиц поступает в сепаратор котельного агрегата, где осуществляется разделение дымовых газов и угля, которые поступают соответственно в атмосферу и в топку на сжигание.
Наличие экрана обеспечивает исключение попадания в трубопровод 6 частиц угля, а расположение входа трубопровода ближе к входным патрубкам, чем выходной патрубок 4, позволяет отбирать из полости корпуса 1 газы довольно высокой температуры при относительно ламинарном их потоке.
Использование вихревой камеры обеспечивает подачу на сжигание измельченного термообработанного угля с оптимальной температурой его разогрева.
Вихревая камера проста конструктивно, технологична при изготовлении, удобна при использовании и обслуживании.