Устройство для дозированного ввода мелкодисперсного материала в реакционный сосуд, установка для получения металлических расплавов с таким устройством и способ эксплуатации этого устройства

27 3/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАННОГО ВВОДА МЕЛКОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА В РЕАКЦИОННЫЙ СОСУД,УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭТОГО УСТРОЙСТВА(71) Заявители ФОЕСТ-АЛЬПИНЕ ИНДУСТРИАНЛАГЕНБАУ ГМБХ (Т) ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ КО.,ЛТД. РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД ФАУНДЕЙШН(73) Патентообладатели ФОЕСТ-АЛЬПИНЕ ИНДУСТРИАНЛАГЕНБАУ ГМБХ (Т) ПОХАНГ АЙРОН ЭНД СТИЛ КО.,ЛТД. РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ, ИНКОРПОРЕЙТЕД ФАУНДЕЙШН(57) 1. Устройство для дозированного ввода мелкодисперсного материала в реакционный сосуд, содержащее центральный шлюз, соединенный с приспособлением для подачи материала в верхней части и с перепускными трубами для дальнейшей передачи 5138 1 мелкодисперсного материала в нижней части, отличающееся тем, что оно снабжено множеством дополнительных шлюзов, расположенных за пределами реакционного сосуда и выполненных с перепускными трубами, выступающими внутрь реакционного сосуда, и газопроводом для подачи ожижающего газа, соединенным с центральным и дополнительными шлюзами с образованием в них псевдоожиженного слоя и возможностью независимого друг от друга включения и отключения в дополнительных шлюзах. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральный шлюз с псевдоожиженным слоем выполнен в виде трубы, от которой отходят, по меньшей мере, две перепускные трубы, каждая из которых имеет окончание в дополнительном шлюзе с псевдоожиженным слоем, а каждый дополнительный шлюз с псевдоожиженным слоем выполнен в виде резервуара, от которого отходит, по меньшей мере, одна перепускная труба с выступающим внутрь реакционного сосуда концом, а его нижняя часть соединена с газопроводом для подачи ожижающего газа, оборудованным клапанами для локального дозированного ввода мелкодисперсного материала. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено минимум двумя, но максимум восемью дополнительными шлюзами с псевдоожиженным слоем, предпочтительно тремя или четырьмя. 4. Устройство по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными на концах дополнительных перепускных труб, расположенных в реакционном сосуде, газоподводящими приспособлениями, обеспечивающими образование на этих концах газовой рубашки. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что конец каждой дополнительной перепускной трубы выполнен с двойной рубашкой, образующей кольцевую щелевую полость,соединенную с газоподводящим устройством. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что нижний конец дополнительной перепускной трубы выполнен с одним или несколькими кольцевыми щелевыми отверстиями для выхода газа, протекающего через кольцевую полость. 7. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что дополнительные шлюзы с псевдоожиженным слоем расположены на расстоянии от центрального шлюза предпочтительно радиально-симметрично. 8. Установка для получения металлических расплавов, в частности чугуна, из шихты,образованной рудой, в частности железной, и добавками и содержащей, по меньшей мере,частично мелкую фракцию, содержащая, по меньшей мере, два расположенных последовательно друг за другом реактора кипящего слоя с передачей руды и восстановительного газа от одного реактора к другому по транспортным и соединительным трубопроводам в противоположных направлениях и плавильный газификатор, оснащенный трубопроводами для подачи углерода и кислорода и соединенный посредством транспортного трубопровода для продукта восстановления и транспортного трубопровода для полученного в нем восстановительного газа с реактором кипящего слоя, расположенным последним в направлении потока руды, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным между плавильным газификатором и реактором кипящего слоя, расположенным последним в направлении потока руды, загрузочным устройством для дозированного ввода мелкодисперсного материала по одному или нескольким пп. 1-7, в которое входит транспортный трубопровод для продукта восстановления из реактора кипящего слоя, расположенного последним в направлении потока руды. 9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что газопроводы для подачи ожижающего газа отходят от транспортного трубопровода для получаемого в плавильном газификаторе восстановительного газа. 10. Способ эксплуатации устройства для дозированного ввода мелкодисперсного материала в реакционный сосуд по одному или нескольким пп. 1-7, заключающийся в том,что дополнительные шлюзы с псевдоожиженным слоем, расположенные рядом с центральным шлюзом, активизируют попеременно. 2 5138 1 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что активизацию шлюзов с псевдоожиженным слоем осуществляют на основе измеренных значений протекающего в реакционном сосуде процесса, с помощью которых определяют точку или зону загрузки мелкодисперсного материала в реакционном сосуде, после чего за счет целенаправленного выключения и включения шлюзов с псевдоожиженным слоем осуществляют распределение мелкодисперсного материала.(56)4277205 , 1981.5407 179 , 1995.4001 488 , 1971.2805 816 1, 1979.1041578 А, 1983.1466653 3, 1989. Изобретение относится к устройству для дозированного ввода мелкодисперсного материала в реакционный сосуд, содержащему шлюз с псевдоожиженным слоем, в который сверху входит устройство для подачи материала, а в нижней части - газопровод для подачи ожижающего газа и который содержит перепускную трубу для передачи дальше мелкодисперсного материала, а также относится к установке с устройством такого рода и к способу эксплуатации этого устройства. Ближайшим аналогом изобретения (прототипом) является устройство описанного выше рода, известное из 4277205 А, 1981. В этом устройстве от центральной трубы множество перепускных труб ведет к распределенным по сечению реакционного сосуда местам загрузки. Центральная труба расположена вместе с перепускными трубами внутри реакционного сосуда с возможностью вращения, что обеспечивает равномерное распределение мелкодисперсного материала в реакционном сосуде. Расположение внутри реакционного сосуда, необходимое для того, чтобы можно было вращать перепускные трубы,обусловливает, однако, сильные явления износа вращательного механизма и уплотнений,в частности, когда реакционный сосуд используют для реакций, протекающих при повышенных температурах, и возникают сильные потоки газа. Недостаток известного устройства следует усматривать в том, что мелкодисперсный материал можно вводить в реакционный сосуд всегда только при равномерном распределении по сечению. Целенаправленная подача мелкодисперсного материала к определенным местам загрузки или зонам с помощью этого устройства невозможна. Задачей изобретения является создание устройства описанного выше рода свободного от указанных недостатков, а также способа эксплуатации этого устройства, обеспечивающего дозированный ввод мелкодисперсного материала в реакционный сосуд. В частности,должен быть возможен локально целенаправленный и зависимый от времени ввод мелкодисперсного материала в различные зоны реакционного сосуда, причем, однако, устройство может быть выполнено жестким и неподвижным, с тем чтобы исключить проблемы износа, а также снизить инвестиционные затраты и затраты на поддержание оборудования в исправности. Другой задачей изобретения является создание в установке для получения металлических расплавов, в частности чугуна, из шихты, образованной рудой, в частности железной рудой, и добавками и содержащей, по меньшей мере частично, долю мелких фракций,устройства для ввода мелкодисперсного продукта восстановления, причем продукт восстановления образует хорошо газопроницаемые зоны, которые, однако, трехмерным образом связаны между собой, что обеспечивает хорошую проходимость восстановительного газа. 3 5138 1 Эта задача решается, согласно изобретению, в устройстве описанного выше рода за счет того, что оно снабжено множеством дополнительных шлюзов, расположенных за пределами реакционного сосуда и выполненных с перепускными трубами, выступающими внутрь реакционного сосуда, и газопроводом для подачи сжижающего газа, соединенным с центральным и дополнительными шлюзами с образованием в них псевдоожиженного слоя и возможностью независимого друг от друга включения и отключения в дополнительных шлюзах. Предпочтительная форма выполнения отличается тем, что центральный шлюз с псевдоожиженным слоем выполнен в виде трубы, от которой отходят, по меньшей мере, две перепускные трубы, каждая из которых имеет окончание в дополнительном шлюзе с псевдоожиженным слоем, а каждый дополнительный шлюз с псевдоожиженным слоем выполнен в виде резервуара, от которого отходит, по меньшей мере, одна перепускная труба с выступающим внутрь реакционного сосуда концом, а его нижняя часть соединена с газопроводом для подачи сжижающего газа, оборудованным клапанами для локального дозированного ввода мелкодисперсного материала. С помощью клапанов удается активизировать или дезактивизировать по отдельности или группами дополнительные шлюзы с псевдоожиженным слоем, охватывающие центральную трубу. Мелкодисперсный материал скапливается сначала в центральной трубе и при подаче в нее сжижающего газа заполняет также дополнительные шлюзы с псевдоожиженным слоем. В зависимости от того, подается ли ожижающий газ к одному из дополнительных шлюзов с псевдоожиженным слоем, этот шлюз становится проходимым, и мелкодисперсный материал может поступать из этого шлюза с псевдоожиженным слоем через перепускную трубу в реакционный сосуд. За счет чередующейся подачи ожижающего газа можно регулировать поток материала и тем самым менять место или зону загрузки в реакционном сосуде. Посредством количества газа можно также достичь дозирования мелкодисперсного материала, так что целесообразно выполнение клапанов в виде регуляторов расхода. Оказалось, что дозированный ввод осуществлять целесообразно, по меньшей мере,двумя, однако максимально восемью шлюзами с псевдоожиженным слоем, преимущественно тремя или четырьмя. Для предотвращения веерообразного расхождения мелкодисперсного материала, поступающего в виде струи в реакционный сосуд по перепускной трубе, предпочтительно концы дополнительных перепускных труб, расположенных в реакционном сосуде, снабжать газоподводящими приспособлениями, обеспечивающими образование на нижнем конце перепускной трубы газовой рубашки, причем целесообразно снабдить конец каждой перепускной трубы двойной рубашкой, образующей кольцевую щелевую полость, соединенную с газоподводящим устройством. Преимущественно для образования газовой рубашки нижний конец дополнительной перепускной трубы выполнен с одним или несколькими кольцевыми щелевыми отверстиями для выхода газа, протекающего через кольцевую щелевую полость. Для нагрузки всего сечения реакционного сосуда мелкодисперсным материалом целесообразно шлюзы с псевдоожиженным слоем располагать на расстоянии от центрального шлюза, предпочтительно радиально-симметрично. Установка для получения металлических расплавов, в частности чугуна, из шихты,образованной рудой, в частности железной рудой, и добавками и содержащей, по меньшей мере, частично мелкую фракцию, содержащая, по меньшей мере, два расположенных последовательно друг за другом реактора с псевдоожиженным слоем с передачей руды и восстановительного газа от одного реактора к другому по транспортным и соединительным трубопроводам в противоположных направлениях и плавильный газификатор, оснащенный трубопроводами для подачи углерода и кислорода и соединенный посредством транспортного трубопровода для продукта восстановления и транспортного трубопровода 4 5138 1 для полученного в нем восстановительного газа с реактором с псевдоожиженным слоем,расположенным последним в направлении потока руды, отличается тем, что снабжена размещенным между плавильным газификатором и реактором с псевдоожиженным слоем,расположенным последним в направлении потока руды, вышеописанным загрузочным устройством для дозированного ввода мелкодисперсного материала, в которое входит транспортный трубопровод для продукта восстановления из реактора с псевдоожиженным слоем, расположенным последним в направлении потока руды. Предпочтительно газопроводы для подачи ожижающего газа отходят от транспортного трубопровода для получаемого в плавильном газификаторе восстановительного газа. Для образования в реакционном сосуде хорошо газопроницаемого слоя из мелкодисперсного материала дополнительные шлюзы с псевдоожиженным слоем, преимущественно расположенные рядом с центральным шлюзом, активизируют попеременно. Согласно предпочтительной форме выполнения, активизацию шлюзов с псевдоожиженным слоем осуществляют на основе измеренных значений протекающего в реакционном сосуде процесса, с помощью которых определяют точку или зону загрузки мелкодисперсного материала в реакционном сосуде, после чего за счет целенаправленного выключения и включения шлюзов с псевдоожиженным слоем осуществляют распределение мелкодисперсного материала. Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примеров его выполнения,изображенных на чертежах. При этом изображают фиг. 1 - в качестве примера схематично установку для получения металлических расплавов, в которой устройство, согласно изобретению находит предпочтительное применение фиг. 2 - деталь фиг. 1 в увеличенном масштабе фиг. 3 - вид в плане фиг. 2 фиг. 4 - деталь конца перепускной трубы в увеличенном масштабе согласно одному варианту выполнения. Установка по фиг. 1 содержит три расположенных последовательно друг за другом реактора 1-3 с псевдоожиженным слоем, причем мелкодисперсный, содержащий оксиды железа материал, например рудную мелочь, подают по рудопроводу 4 к первому реактору 1 кипящего слоя, в котором на ступени 5 подогрева происходит подогрев рудной мелочи и,возможно, предварительное восстановление, а затем направляют от реактора 1 кипящего слоя к реакторам 2, 3 кипящего слоя по транспортным трубопроводам 6. В реакторе 2 кипящего слоя на ступени 7 предварительного восстановления происходит предварительное восстановление, а в реакторе 3 кипящего слоя на ступени 8 конечного восстановления конечное или окончательное восстановление рудной мелочи в губчатое железо. Восстановленный мелкодисперсный материал, т.е. губчатое железо, направляют по транспортному трубопроводу 9 в плавильный газификатор 10, а именно определенным образом, как это описано ниже. В плавильном газификаторе 10 в зоне 11 плавильной газификации, образованной псевдоожиженным слоем, из носителей углерода, например угля, и кислородсодержащего газа получают СО- и Н 2-содержащий восстановительный газ,который по газоотводящему трубопроводу 12, служащему в качестве транспортного трубопровода 12 для восстановительного газа для реактора 3 кипящего слоя, расположенного последним в направлении потока рудной мелочи, вводят в этот реактор 3 кипящего слоя. Восстановительный газ отводят из плавильного газификатора 10 через несколько расположенных радиально-симметрично газовыпускных патрубков. Восстановительный газ направляют в противотоке к потоку руды от реактора 3 кипящего слоя к реакторам 2 и 1 кипящего слоя, а именно по соединительным трубопроводам 13, отводят из реактора 1 кипящего слоя в качестве колосникового газа по отводящему трубопроводу 14 для колосникового газа, а затем охлаждают и промывают в скруббере 15. Плавильный газификатор 10 содержит подающий трубопровод 16 для твердых носителей углерода, подающий трубопровод 17 для кислородсодержащих газов и, при необходимости, подающие трубопроводы для жидких или газообразных при комнатной температуре носителей углерода, например углеводородов, а также для жженых добавок. 5 5138 1 В плавильном газификаторе 10 ниже зоны 11 плавильной газификации скапливаются расплавленный чугун или расплавленный стальной исходный материал и расплавленный шлак, выпускаемые через выпускное отверстие 18. В транспортном трубопроводе 12 для восстановительного газа, идущем от плавильного газификатора 10 и заканчивающемся в реакторе 3 кипящего слоя, расположено пылеулавливающее устройство 19, например газовый циклон, причем осажденные в этом циклоне частицы пыли подают к плавильному газификатору 10 по обратному трубопроводу 20 с азотом в качестве транспортирующего средства и через горелку 21 с вдуванием кислорода. Возможность регулирования температуры восстановительного газа обеспечена за счет преимущественно предусмотренного газовозвратного трубопровода 25, который отходит от транспортного трубопровода 12 для восстановительного газа и снова возвращает часть восстановительного газа через скруббер 26 и компрессор 27 в этот транспортный трубопровод 12, а именно перед газовым циклоном 19. Для регулирования температуры подогрева рудной мелочи можно подавать к ступени 5 подогрева, т.е. к реактору 1 кипящего слоя, по трубопроводу 28 кислородсодержащий газ,например воздух или кислород, благодаря чему происходит частичное сгорание подаваемого к ступени 5 подогрева преобразованного восстановительного газа. Согласно изобретению, загрузка мелкодисперсного губчатого железа происходит через загрузочное устройство 29, которое расположено на куполе 30, закрывающем вверху плавильный газификатор 10, и изображено на фиг. 2 в увеличенном виде. Загрузочное устройство 29 образовано представляющей собой шлюз с псевдоожиженным слоем центральной трубой 31, в которую сверху входит транспортный трубопровод 9. Нижняя часть центральной трубы 31 содержит для образования шлюза с псевдоожиженным слоем газопроницаемое дно 32, к которому по газопроводу 33 подают ожижающий газ. Газопровод 33 является ответвлением газовозвратного трубопровода 25. От центральной трубы 31 на расстоянии над газопроницаемым дном отходят перепускные трубы 34, а именно три в соответствии с изображенным примером выполнения, которые направлены от расположенной по центру над плавильным газификатором 10 центральной трубы 10 радиально-симметрично наклонно вниз. Эти перепускные трубы 34 заканчиваются в дополнительных шлюзах 35 с псевдоожиженным слоем, образованных каждый резервуаром 36 и оснащенные каждый, как и центральная труба, в нижней части газопроницаемым дном 32 с устьем подающего ожижающий газ газопровода 33, а также отходящим в верхней части перепускным трубопроводом 37. Перепускные трубопроводы также расположены направленными радиально наружу и входят через купол 30 плавильного газификатора 10 внутрь него. Все газопроводы 33, заканчивающиеся в одном из шлюзов 31, 35 с псевдоожиженным слоем, оборудованы клапанами 38, за счет чего могут происходить активизация и дезактивизация каждого из шлюзов 31, 35 с псевдоожиженным слоем, проницаемость и транспортировка или прекращение транспортировки мелкодисперсного восстановленного материала,а именно без необходимости механического срабатывания деталей, входящих в контакт с мелкодисперсным горячим восстановленным материалом. За счет чередующейся активизации различных дополнительных шлюзов 31, 35 с псевдоожиженным слоем и тем самым транспортировки по различным перепускным трубам 37 можно достичь более концентрированного потока материала, чем если бы материал непрерывно транспортировался по всем перепускным трубам. Благодаря этому можно уменьшить вынос мелкодисперсного материала из плавильного газификатора 10 с выходящим из него восстановительным газом 12, поскольку отдельные струи 39, поступающие по перепускным трубам 37 в плавильный газификатор 10, более плотные и компактные. Чередующаяся активизация и дезактивизация перепускных труб 37 может быть использована также для противодействия возникающему неравномерному распределению 6 5138 1 периферийной температуры в плавильном газификаторе 10 или количества газа, проходящего через газовыпускные отверстия. В этом случае измеренные значения процесса используют для того, чтобы с помощью вычислительной машины для управления процессом целенаправленно активизировать или дезактивизировать определенную перепускную трубу 37, чем достигается более равномерное распределение. Временные активизация и дезактивизация перепускных труб 37 могут служить также для образования в плавильном газификаторе 10 линз из дисперсного, непосредственно восстановленного материала, которые со всех сторон окружены дегазированными угольными частицами и тем самым оптимально газопроницаемыми зонами. Восстановительный газ может хорошо проникать со всех сторон в линзы, образованные мелкодисперсным,непосредственно восстановленным материалом. К тому же использование шлюзов 31, 35 с псевдоожиженным слоем обеспечивает загрузку против повышенного давления в плавильном газификаторе 10, поскольку разность давлений в шлюзах 31, 35 с псевдоожиженным слоем и в плавильном газификаторе 10 может быть уменьшена в шлюзах 31, 35. Посредством регулирования количества и ожижающего газа удобным образом достигается также дозирование материала, подаваемого в плавильный газификатор. Согласно варианту, изображенному на фиг. 4, выступающие внутрь плавильного газификатора 10 концы 40 перепускных труб 37 выполнены в виде труб 41 с двойной рубашкой. Между внешней 42 и внутренней 43 рубашками трубы 41 образована полость 44 в виде кольцевой щели, которая своим расположенным вне плавильного газификатора 10 концом 45 присоединена к кольцевому питающему трубопроводу 46 для охлаждающего газа. В качестве охлаждающего газа используют охлажденный восстановительный газ, отведенный от газовозвратного трубопровода 25 через ответвительный трубопровод 47 с помощью преимущественно одного дополнительного компрессора (не показан). На направленном внутрь плавильного газификатора 10 конце 48 трубы 41 с двойной рубашкой предусмотрено либо кольцевое щелевое отверстие 49, либо выполнено несколько соседних отверстий с приблизительно параллельными средней продольной оси 50 трубы 41 средними осями, через которые охлаждающий газ протекает внутрь плавильного газификатора 10. Через центральное внутреннее пространство 51 трубы 41 с двойной рубашкой протекает губчатое железо, образующее на нижнем конце 48 трубы 41 с двойной рубашкой свободно падающую дальше струю 39. Нижний конец 48 трубы 41 с двойной рубашкой находится на вертикальном расстоянии от купола 30 в том месте, где поток восстановительного газа еще не достиг своей максимальной скорости. Эту струю 39 окружает также выходящий из нижнего конца 48 трубы 41 с двойной рубашкой охлаждающий газ, образующий здесь газовую рубашку 52, что препятствует расширению струи 39. Эта газовая рубашка 52 образует, таким образом, по меньшей мере, на части высоты свободного падения губчатого железа, как и труба 41 с двойной рубашкой, защитную рубашку, так что мелкие частицы губчатого железа не подхватываются восстановительным газом, протекающим вверх с относительно высокой скоростью. На высотной отметке 53, где струя 39 расширяется вследствие ослабления поддерживающего действия газовой рубашки, скорость восстановительного газа существенно ниже, благодаря чему ничто не препятствует падению или опусканию мелких частиц в псевдоожиженный слой зоны 11 плавильной газификации. Скорость охлаждающего газа в месте выхода из трубы 41 с двойной рубашкой, т.е. на ее нижнем конце 48, по меньшей мере, в 10, предпочтительно в 50-100 раз выше, чем максимальная скорость восстановительного газа. Благодаря этому газовая рубашка может поддерживаться относительно тонкостенной, так что количество возвращенного в плавильный газификатор 10 восстановительного газа относительно мало. Прохождение охлаждающего газа через полость 44 трубы 41 с его последующим выходом из нижнего отверстия 49 трубы 41 с двойной рубашкой вызывает охлаждающее действие, соответствующее механической нагрузке на трубу 41 с двойной рубашкой. 7 5138 1 Охлаждающее действие охлаждающего газа максимальное там, где механическая нагрузка на трубу 41 с двойной рубашкой максимальна за счет ее собственного веса, а именно в зоне прохождения трубы 41 с двойной рубашкой через купол 30 плавильного газификатора 10. Тогда во время дальнейшего протекания охлаждающего газа через полость 44 трубы 41 с двойной рубашкой происходит нагрев охлаждающего газа, вследствие чего его скорость повышается. За счет этого можно обойтись относительно короткими трубами 41 с двойной рубашкой, механическая и тепловая нагрузка на которые соответственно ниже,чем на очень длинные спускные трубы, заканчивающиеся почти над псевдоожиженным слоем. Стабильность конструкции, согласно изобретению, за счет этого очень высока. Благодаря охлаждающему действию отпадает необходимость применения очень дорогих специальных материалов на основе специальной керамики или специальных сплавов на основе железа. Более того, достаточно изготовить из высокожаропрочной стали трубу 41 с двойной рубашкой. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.