КОЛПАЧОК ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ РЕШЁТКИ

Полезная модель относится к конструкциям колпачков газораспределительных решеток и может использоваться в энергетике, в химической и металлургической промышленности, где применяются устройства кипящего слоя.
Известны колпачки газораспределительных решеток, изготовленные из стали, имеющие входные окна и выпускные отверстия (Буевич Ю.А. Струйное псевдоожижение / Ю.А. Буевич, Г.А. Минаев. - М.: Химия, 1984. - С. 124-127, рис. 4.10). Колпачки, закрепляемые в решетке известным способом, предназначены для предотвращения провала частиц кипящего слоя в пространство под решеткой, в газовую камеру, при остановке устройства кипящего слоя. Это обеспечивается подбором размеров выпускных отверстий таким образом, чтобы частицы кипящего слоя, попавшие в отверстие и расположившиеся там под углом естественного откоса, не попадали в центральный канал колпачка, соединенный с газовой камерой. Выпускные отверстия колпачков имеют цилиндрическую форму и расположены в стенках горизонтально или наклонно (Буевич Ю.А. Струйное псевдоожижение / Ю.А., Буевич, Г.А. Минаев. - М.: Химия, 1984. - С. 124-127, рис. 4.10, позиции. 1, 4, 5, 9, 15).
Описанные колпачки газораспределительных решеток обладают недостаточной надежностью работы вследствие склонности цилиндрических отверстий к забиванию частицами кипящего слоя при нарушениях режимов работы кипящего слоя, которое объясняется застреванием частиц в выпускных отверстиях за счет сил трения и дальнейшим их накоплением. Это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления газораспределительной решетки и перерасходу электроэнергии на дутье, а также к залеганию слоя, его шлакованию и остановке устройства кипящего слоя на расшлаковку. Кроме того, при малых толщинах стенки колпачка в сочетании с большими диаметрами выпускных отверстий, возможен провал частиц кипящего слоя через газораспределительную решетку в случаях остановки устройства кипящего слоя.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является колпачок газораспределительной решетки, выполненный из жаростойкого износостойкого чугуна, снабженный входным окном и выпускными отверстиями, расположенными в стенках колпачка горизонтально на одном уровне. Выпускные отверстия имеют диффузорную форму с углом конусности 14° (Сидоров A.M. Исследование и разработка топок и котлов с низкотемпературным кипящим слоем: Дисс.…канд. технич. наук: 01.04.14 / Сидоров Александр Михайлович; Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова. - Барнаул., 2002. - 193 с., С102-104, Рис. 3.24.).
Указанный колпачок газораспределительной решетки обладает недостаточной надежностью работы вследствие склонности диффузорных выпускных отверстий с малыми углами конусности к их забиванию частицами кипящего слоя. Это приводит к увеличению аэродинамического сопротивления решетки, перерасходу электроэнергии на дутье, залеганию слоя, его шлакованию и остановке устройства на расшлаковку. Кроме того, при больших углах конусности диффузорного выпускного отверстия, то есть более 50°, при остановке устройства кипящего слоя, становится возможным провал частиц, то есть их просыпание через выпускные отверстия колпачка газораспределительной решетки и накопление в газовой камере; при этом возникает необходимость очистки газовой камеры.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности работы колпачка газораспределительной решетки путем устранения забивания выпускных отверстий колпачка частицами кипящего слоя при одновременном обеспечении условий отсутствия просыпания указанных частиц под газораспределительную решетку.
Поставленная задача достигается тем, что в колпачке газораспределительной решетки, изготовленном из жаростойкого износостойкого материала, снабженном входным окном и выпускными отверстиями, расположенными в стенках колпачка горизонтально, согласно полезной модели выпускные отверстия выполнены конфузорными, причем при расположении выпускных отверстий горизонтально угол откоса выпускного отверстия колпачка установлен в соответствии со следующей зависимостью:
где D - больший размер выпускного отверстия;
d - меньший размер выпускного отверстия;
δ - толщина стенки колпачка;
φ - угол естественного откоса частиц кипящего слоя,
а при расположении выпускных отверстий наклонно угол откоса выпускного отверстия колпачка установлен в соответствии со следующей зависимостью:
где ω - угол наклона оси выпускного отверстия к горизонтальной плоскости;
α - угол конусности выпускного отверстия.
Выпускные отверстия могут быть расположены в стенках колпачка на разных уровнях.
Повышение надежности работы колпачка газораспределительной решетки обеспечивается устранением возможности попадания частиц кипящего слоя размером больше меньшего размера выпускного отверстия d в полость выпускных отверстий и их забивания при нарушении режимов работы кипящего слоя путем выполнения выпускных отверстий конфузорными. Кроме того, использование предложенного в полезной модели оптимального соотношения геометрических характеристик колпачка исключает просыпание частиц кипящего слоя под газораспределительную решетку.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый колпачок газораспределительной решетки с выпускными отверстиями, расположенными в его стенках горизонтально; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1 с выпускными отверстиями, расположенными в его стенках наклонно; на фиг. 3 схематично изображено выпускное отверстие колпачка, расположенное в его стенках горизонтально; на фиг. 4 - выпускное отверстие колпачка, расположенное в его стенках наклонно.
Кроме этого, на чертеже дополнительно указаны следующие геометрические характеристики:
- d - меньший размер выпускного отверстия;
- D - больший размер выпускного отверстия;
- δ - толщина стенки колпачка;
- α - угол конусности выпускного отверстия;
- β - угол откоса выпускного отверстия колпачка;
- φ - угол естественного откоса частиц кипящего слоя;
- ω - угол наклона оси выпускного отверстия к горизонтальной плоскости.
Колпачок 1 газораспределительной решетки, изготовленный из жаростойкого износостойкого материала, например, из легированного высокохромистого хромистого чугуна, снабжен входным окном 2 и выпускными отверстиями 3, одним и более, расположенными в стенках колпачка горизонтально или наклонно. Выпускные отверстия 3 выполнены конфузорными.
При расположении выпускных отверстий 3 горизонтально (фиг. 1, 3) угол откоса выпускного отверстия колпачка β - угол между прямой, проходящей через нижнюю точку выпускного отверстия на внутренней поверхности колпачка и верхнюю точку выпускного отверстия на наружной его поверхности, и горизонтальной плоскостью - установлен в соответствии с зависимостью (1), а при расположении выпускных отверстий 3 наклонно (фиг. 2, 4) угол откоса выпускного отверстия колпачка β - угол между прямой, проходящей через нижнюю точку выпускного отверстия на внутренней поверхности колпачка и верхнюю точку выпускного отверстия на наружной его поверхности, и горизонтальной плоскостью - установлен в соответствии с зависимостью (2).
Выпускные отверстия 3 могут быть расположены в стенках колпачка 1 на разных уровнях (на чертеже не показано).
Колпачок газораспределительной решетки работает следующим образом. Колпачок 1 закрепляется в плите газораспределительной решетки (на чертеже не показана) известным способом. Через входное окно 2 ожижающий газ, например воздух, попадает в колпачок 1 из газового короба (на чертеже не показан), и через выпускные отверстия 3, одно и более, расположенные в стенках колпачка 1, в частности, на разных уровнях от плиты газораспределительной решетки (на чертеже не показана), ориентированные горизонтально или наклонно к плите решетки, газ поступает в кипящий слой.
В проектном режиме работы устройства кипящего слоя выбранные скорости истечения газа из выпускных отверстий 3 препятствуют попаданию частиц слоя внутрь отверстий и их забиванию. Однако в случае нерасчетных или аварийных режимов работы кипящего слоя скорости истечения могут оказаться недостаточными, а при наличии пульсаций давления - обратно направленными. Это приводит к попаданию частиц величиной меньше, чем меньший размер d выпускного отверстия 3, внутрь полости колпачка 1. Поскольку отверстия 3 выполнены конфузорными, с монотонно изменяющимся поперечным сечением, то попавшие в них частицы оказываются не способными к застреванию. Вместе с тем при больших углах конусности α могут нарушиться условия отсутствия просыпа материала слоя, когда угол откоса выпускного отверстия колпачка β станет больше угла естественного откоса φ дисперсного материала кипящего слоя (фиг. 3 и фиг. 4).
Для гарантированного обеспечения условия отсутствия просыпа частиц кипящего слоя в колпачках с горизонтальными конфузорными отверстиями (фиг. 3) необходимо, чтобы угол откоса выпускного отверстия колпачка был меньше угла естественного откоса дисперсного материала, состоящего из частиц кипящего слоя, то есть β≤φ согласно зависимости (1).
Выполнение отверстий 3 в колпачке 1 (фиг. 4) наклонными облегчает соблюдение условий отсутствия просыпа. Для гарантированного обеспечения этих условий в колпачках с наклонными конфузорными отверстиями (фиг. 4) также необходимо, чтобы угол откоса выпускных отверстий колпачка был меньше угла естественного откоса материала, состоящего из частиц слоя, то есть β≤φ согласно зависимости (2).
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет решить задачу повышения надежности его работы и, соответственно, газораспределительной решетки путем устранения забивания выпускных отверстий колпачка частицами кипящего слоя и обеспечить условия отсутствия просыпа указанных частиц под газораспределительную решетку.