Печи с кипящим слоем

При движении газового потока через слой мелкозернистого или пылевидного материала за счет динамического напора газового потока на слой материала происходит его взвешивание, сопровождающееся интенсивной циркуляцией частиц в газовом слое. При этом двухфазная система (газ – твердое тело) приобретает свойства кипящей жидкости (отсюда и название процесса – кипящий слой (КС). По мере возрастания скорости газового потока концентрация твердых частиц в двухфазной системе уменьшается (растет порозность кипящего слоя), а объем КС растет. Кипящий слой характеризуется высокой однородностью, т.е. отсутствием существенных градиентов температур и концентраций по всему объему слоя. Это дает ряд технологических преимуществ процессам, проводимым в КС. Печи КС нашли широкое распространение в технологии изготовления и прокалки микросферических катализаторов, при регенерации катализаторов (выжиг кокса) и в ряде других процессов химической технологии.

На рис. 29 показана печь КС, предназначенная для прокалки и охлаждения алюмосиликатного катализатора. Печь, имеющая цилиндрическую форму, выполнена из шамотного кирпича 5 с толщиной футеровки 348 мм и дополнительно теплоизолирована диатомовым кирпичом толщиной 232 мм. В нижнем сечении печи расположена топочная камера с газовой горелкой. Верх рабочей камеры заканчивается сферическим сводом 1 из жаропрочного бетона. Под сводом симметрично установлены три газовых горелки 2, при работе которых свод разогревается до температуры 1300 ^оС. При этой температуре свод начинает излучать тепло на поверхность кипящего слоя, обеспечивая его равномерный прогрев.

Рис. 29. Печь КС для прокалки и охлаждения алюмосиликатного носителя катализатора: 1 – свод; 2 – горелка, 3 – газораспределительная решетка рабочей камеры; 4 – кожух; 5 – футеровка; 6 – люк; 7 – газораспределительная решетка камеры охлаждения; 8 – разгрузочная труба; 9 – переточная труба.

Внутри печи установлена провальная газораспределительная решетка 3, разделяющая внутренний объем печи на рабочую камеру (над решеткой) и на камеру подготовки теплоносителя (под решеткой). Топочные газы, полученные в нижней камере за счет сжигания природного газа, при температуре 800 ^оС продуваются через слой катализатора, образуя над решеткой кипящий слой материала высотой 400 ÷ 500 мм. Скорость топочных газов в слое составляет 0,7 м/с. Обрабатываемый материал (алюмосиликатный катализатор) через шлюзовый питатель поступает в пространство над решеткой непосредственно в КС. В слое происходит удаление влаги из катализатора и его прокалка. Прокаленный материал с уровня газораспределительной решетки перетекает в кольцевую камеру охлаждения шириной 500 мм, установленную вокруг печи.

Охлаждение катализатора также проводится в кипящем слое, для чего в камере охлаждения размещена газораспределительная решетка 7, под которую вентилятором нагнетается холодный воздух. Охлажденный до 40 ^оС катализатор через разгрузочную трубу 8 выгружается из печи. В промышленности используются и другие многочисленные конструкции печей КС.

Рассмотренные типы печей, конечно, не исчерпывают все разнообразие печей, используемых в настоящее время в промышленности. Так, особую группу представляют печи энергетических установок (котельные агрегаты), печи для сжигания отходов химических производств и многие другие конструкции. Выше приведен лишь общий анализ основных принципов организации технологических процессов в печных агрегатах. Применение этих принципов в каждом конкретном случае сопровождается и трансформацией конкретной конструкции.