Нагрівання газоподібними високотемпературними теплоносіями з нерухомим і циркулюючим твердим зернистим матеріалом

Цей метод використовується в хімічній промисловості недавно. За його допомогою можна нагрівати гази до температури 1500⁰С. В якості зернистого матеріалу переважно застосовують кварц, алюмосилікати, діабаз, шамот тощо, подрібнені до частинок з розміром 0,05÷8мм. Зернисті матеріали характеризуються великою питомою поверхнею 500÷100 000 м²/м³ залежно від розміру частинок. Завдяки великій питомій поверхні в порівняно невеликих апаратах можна розмістити значні поверхні теплообміну і таким чином здійснити повний теплообмін між зернистим матеріалом і газами, які продуваються через шар.

Для нагрівання димовими газами з проміжними зернистими теплоносіями використовують установки з циркулюючим і псевдозрідженим матеріалом. На рис. 2.13 показана установка з циркулюючим зернистим матеріалом, який переміщується суцільним потоком.

Рис. 2.13. Нагрівальна установка з циркулюючим зернистим матеріалом, що рухається суцільним шаром:

1 – апарат для нагрівання зернистого матеріалу; 2 – апарат, в якому нагріваються технологічні гази; 3 – завантажувальний пристрій пневмотранспортної системи; 4 – пневмотранспортна труба; 5 – бункер-сепаратор; 6 – насос; 7 – топка під тиском; 8 – розподільчий пристрій; 9, 10, 11, 12 – патрубки

У футерованому вогнетривкою цеглою апараті 1 знаходиться зернистий матеріал. З топки 7 за допомогою розподільчого пристрою 8 в апарат 1 подається газ з високою температурою. Зернистий матеріал подається в апарат 1 через патрубок 10 і переміщається в апараті 1 суцільним шаром, нагріваючись під час цього топковими газами. Нагрітий зернистий матеріал через патрубок 11 попадає в апарат 2, в якому нагріваються технологічні гази, які подаються в нижню частину розподільчого пристрою 8 аналогічно, як в апарат 1.

Таким чином в апараті 2 здійснюється нагрівання технологічних газів за рахунок тепла зернистого матеріалу. Охолоджений зернистий матеріал безперервно виводиться через патрубок 12 в завантажуючий пристрій 3 пневмотранспортної системи, в яку подається транспортуючий газ. Транспортуючий газ підхоплює зернистий матеріал і транспортує його трубою 4 в бункер-сепаратор 5. Тут частинки твердого матеріалу осідають і пересипаються в апарат 1, а звільнений від твердих частинок газ виводиться за межі апарата. Циркулюючий таким чином зернистий матеріал відбирає тепло від топкових газів в апараті 1 і передає їх технологічним газам, які нагріваються в апараті 2.

Характер зміни температур зернистого матеріалу і технологічного газу показано на рис. 2.13 у вигляді залежності температури від висоти шару зернистого матеріалу. Температура нагрітих технологічних газів тільки на 10÷20⁰С нижча від температури зернистого матеріалу, який нагрівається в апараті 1 до температури нижчої на 5÷10⁰С від температури топкових газів.

На рис. 2.14 показана установка з циркулюючим зернистим матеріалом в псевдозрідженому стані. Ця установка відрізняється від попередньої установки (рис. 2.13) тільки конструкцією апаратів 1 і 2, в яких зернистий матеріал знаходиться в псевдозрідженому стані.

Рис. 2.14. Нагрівальна установка з циркулюючим зернистим матеріалом у псевдозрідженому стані:

1 – апарат для нагрівання зернистого матеріалу; 2 – апарат, в якому нагріваються технологічні гази; 3 – завантажуючий механізм пневмотранспортної системи3; 4 – труба; 5 – бункер-сепаратор; 6 – насос; 7 – топка; 8 – розподільча решітка; 9, 10, 11 – патрубки.

Топкові гази подаються під розподілюючу решітку 8 апарату 1. Швидкість потоку топкових газів забезпечує псевдозріджений стан зернистого матеріалу, який безперервно поступає через патрубок 10. Зернистий матеріал нагрівається теплом топкових газів і безперервно виводиться з апарату 1 патрубком 11. Охолоджені топкові гази виводяться патрубком 9. В апараті 2 здійснюється нагрівання технологічних газів і охолодження зернистого матеріалу. Швидкість газу в апаратах 1 і 2 здебільшого в 10÷15 разів перевищує швидкість псевдозрідження, тому такі установки можуть працювати за значних швидкостей газу і частинок з розміром 50÷400 мкм.

На рис. 2.14 праворуч показані графіки зміни температур зернистого матеріалу і газу в апаратах 1 і 2 у вигляді залежності . (температура – висота псевдозрідженого шару). Як видно з цих залежностей температура газу, що виходить з апарату і зернистого матеріалу практично однакові і рівні середньокалометричній температурі змішування потоків газу і зернистого матеріалу, що відповідає умовам роботи апаратів ідеального змішування.