Универсальная противоточная струйная установка для высокотемпературной обработки сырья
Область техники: устройствa для высокотемпературной обработки нефтепродуктов и сыпучих материалов, используемые для измельчения и синтезирования различных твердых и газообразных продуктов. Сущность изобретения: установка содержит две соосно расположенные и встречно направленные камеры сгорания, закрепленные на раме реакционной камеры, в которой образуется зона плазмы с дросселирующими частями, в которых расположены форсунки коллекторов устройства подачи закалочной среды. На выходе камер выполнено центральное плоское сопло с центральным телом, в которое встроено устройство ввода исходного сырья в виде связанного с патрубком подачи сырья по меньшей мере одного коллектора с форсунками, расположенными в камере предварительного нагрева сырья. Плоское сопло ограничено обечайками, образующими внешними стенками симметрично расположенные относительно плоскости симметрии камеры сгорания плоские сопла Лаваля, выполненные с косым срезом для образования расходящихся относительно плоскости симметрии потоков энергоносителя. Изобретение позволяет снизить стоимость установки, повысить надежность и производительность, а также расширить диапазон обрабатываемого сырья путем значительного расширения температурного диапазона и непрерывной длительности работы установки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к высокотемпературной обработке нефтепродуктов и сыпучих материалов, а именно к установкам измельчения и синтезирования различных твердых, жидких и газообразных продуктов, и может быть использовано для напыления одного вещества на другое в порошковой металлургии при термообработке деталей машин и механизмов, в химических реакторах для крекинга мазута и при переработке газонефтепродуктов, а также для высотемпературного синтеза различных веществ из газовых конденсатов и других материалов.
Известна помольно-обжиговая газоструйная установка для измельчения продуктов, требующих термической обработки, содержащая соосно установленные противолежащие камеры сгорания с соплами, реакционную камеру, емкость для сбора продуктов и устройства ввода исходного сырья (а.с. СССР N 1196030, МПК: B 02 C 19/06, публ. 07.12.85 г., бюл. N 45). Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является невозможность обеспечения широкого спектра температур обработки материалов, что связано с низкими турбулентностью и скоростями газовых струй, обусловленными наличием сырья во всей исходящей из камер массы газа в зоне перед столкновением встречных струй, что приводит к достаточно низким температурам. Известно устройство для газоструйной обработки сыпучих материалов, содержащее противоточно направленные и соосно расположенные источники энергоносителя, включающие камеры с патрубками ввода исходного сырья и энергоносителя, снабженные центральным соплом и симметрично расположенными относительно него наклонными соплами, реакционную камеру и устройство для сбора конечных продуктов (заявка PCT (WO) N 90/04457, МПК: B 02 C 19/06, публ. 3.05.90 г., бюл. 10). Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является отсутствие зоны плазмы из-за схождения всех струй в одной точке и принципиальной невозможностью обеспечения в ней высоких температур, обусловленной низкими скоростями столкновения встречных струй, обеспечивающих лишь некоторый разгон всей массы сырья. Известно противоточное струйное устройство для газоструйного измельчения материалов, содержащее реакционную камеру с встроенными в нее соосными и встречно-направленными источниками энергоносителя, включающими камеры с центральными устройствами ввода исходного сырья в виде труб и снабженные соплами Лаваля, симметрично расположенными относительно устройств ввода исходного сырья, устройство отвода продуктов обработки (а.с. СССР N 1724367, МПК: B 02 C 19/06, публ. 07.04.92 г., бюл. N 13). Причиной, препятствующей достижению требуемого результата, является невозможность высокотемпературной обработки в зоне соударения встречных струй из-за отсутствия центрального сопла, предварительного подогрева и турбулизации сырья. Кроме того, обычное сопло Лаваля при малейшем изменении параметров одной из камер приводит к колебанию или смещению зоны соударения встречных струй газа, что снижает надежность установки и производительность из-за изменения параметров закалки конечного продукта. Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является устройство для высокотемпературной переработки газового конденсата, содержащее реакционную камеру с встроенными в нее и встречно направленными источниками энергоносителя для образования зоны плазмы, снабженной перфорированным устройством подачи закалочной среды, расположенным в дросселирующей части зоны плазмы, и связанными каждый с устройством ввода исходного сырья, по меньшей мере одно устройство выгрузки конечных продуктов, камеру предварительного нагрева сырья, сообщенную с устройством ввода исходного сырья с патрубком подачи сырья (патент РФ N 2026334, МПК: C 10 G 15/12, публ. 10.01.95 г., бюл. N 1). Причиной, препятствующей достижению технического результата, обеспечиваемого заявляемым устройством, является его высокая стоимость, обусловленная потреблением электроэнергии плазмотронами, сложностью, а также громоздкостью конструкции, обусловленными необходимостью 2-этапного закаливания, а также ограниченный диапазон использования сырья, связанный с получением достаточно низких температур (4000K) в зоне плазмы. Кроме того, низкая турбулизация парогаза (газовзвеси), приводящая к снижению скорости химических реакций, а также небольшие размеры зоны плазмы снижают производительность установки при получении продукта. В основу изобретения положена задача разработать универсальное устройство высокотемпературной обработки продуктов в плазменной струе, работающее одновременно в широком диапазоне различных видов сыпучего сырья, а также нефтепродуктов, при этом устройство должно обладать невысокой стоимостью, быть малогабаритным, надежным и производительным. При осуществлении поставленной задачи достигается значительное удешевление установки, связанное с экономией электроэнергии и упрощением конструкции, позволяющей одновременно создать необходимый размер зоны плазмы с ее расширенными зонами дросселирования с использованием устройства одноэтапного закаливания, что приводит и к удешевлению, и к увеличению производительности установки, и, кроме того, замена плазмотронов на предложенную конструкцию камер сгорания позволяет длительно поддерживать в зоне плазмы температуры от 2500 до 15000K, за счет того, что плазма образуется в пространстве и не соприкасается с элементами конструкции установки, что невозможно длительно осуществлять в прототипе, плазмотроны которого ограничены низкими ресурсами материалов электродов. Поставленная задача осуществляется тем, что универсальная противоточно-струйная установка для высокотемпературной обработки сырья содержит реакционную камеру с встроенными в нее и встречно направленными источниками энергоносителя для образования зоны плазмы, снабженной перфорированным устройством подачи закалочной среды, расположенным в дросселирующей части зоны плазмы и связанными каждый с устройством ввода исходного сырья, по меньшей мере одно устройство выгрузки конечных продуктов, камеру предварительного нагрева сырья, сообщенную с устройством ввода исходного сырья с патрубком подачи сырья. Новым в устройстве является то, что источники энергоносителя установлены соосно и выполнены каждый в виде камеры сгорания, снабженной на выходе центральным соплом внешнего расширения с центральным телом, расположенным в плоскости симметрии камеры сгорания и ограниченным обечайками, образующими со стенками камеры сгорания симметрично расположенные относительно центрального сопла плоские сопла Лаваля, выполненные каждый с косым срезом для образования расходящихся относительно плоскости симметрии камеры сгорания потоков энергоносителя, причем устройство ввода исходного сырья вмонтировано в центральное тело и выполнено в виде связанного с патрубком подачи сырья по меньшей мере одного коллектора с по меньшей мере одной форсункой, расположенной в камере предварительного нагрева в плоскости симметрии камеры сгорания. Кроме того, в установку может быть введена система охлаждения, содержащая полости подвода и отвода охлаждающей среды к стенкам камер сгорания, обечаек и центрального тела, соединенных с соответствующими патрубками, устройство подачи закалочной среды может быть выполнено в виде коллекторов с форсунками, сообщенных с патрубками подачи закалочной среды и симметрично расположенных относительно плоскости симметрии зоны плазмы, а камеры сгорания могут быть расположены друг от друга на расстоянии l
Формула изобретения
1. Универсальная противоточная струйная установка для высокотемпературной обработки сырья, содержащая реакционную камеру с встроенными в нее и встречно направленными источниками энергоносителя для образования зоны плазмы, снабженной перфорированным устройством подачи закалочной среды, расположенным в дроселирующей части зоны плазмы, и связанными каждый с устройством ввода исходного сырья, по меньшей мере, одно устройство выгрузки конечных продуктов, камеру предварительного нагрева сырья, сообщенную с устройством ввода исходного сырья с патрубком подачи сырья, отличающаяся тем, что источники энергоносителя установлены соосно и выполнены каждый в виде камеры сгорания, снабженной на выходе центральным соплом внешнего расширения с центральным телом, расположенным в плоскости симметрии камеры сгорания, и ограниченным обечайками, образующими со стенками камеры сгорания симметрично-расположенные относительно центрального сопла плоские сопла Лаваля, выполненные каждый с косым срезом для образования расходящихся относительно плоскости симметрии камеры сгорания потоков энергоносителя, причем устройство ввода исходного сырья вмонтировано в центральное тело и выполнено в виде связанного с патрубком подачи сырья, по меньшей мере, одного коллектора с, по меньшей мере, одной форсункой, расположенной в камере предварительного нагрева в плоскости симметрии камеры сгорания. 2. Универсальная противоточная струйная установка по п.1, отличающаяся тем, что в нее введена система охлаждения, содержащая полости подвода и отвода охлаждающей среды к стенкам камер сгорания, обечаек и центрального тела, соединенных с соответствующими патрубками. 3. Универсальная противоточная струйная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство подачи закалочной среды выполнено в виде коллекторов с форсунками, сообщенных с патрубками подачи закалочной среды и симметрично расположенных относительно плоскости симметрии зоны плазмы. 4. Универсальная противоточная струйная установка по п.1, или 2 или 3, отличающаяся тем, что камеры сгорания расположены друг от друга на расстоянии 1
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4