Способ сжигания твердого топлива в расплаве

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения энергетического пара при сжигании топлива в расплаве с целью повышения экономичности путем повышения тепловой мощности. Это достигается путем непрерывной подачи топлива через загрузочное окно в расплавленную шлаковую ванну и с различной интенсивностью окислительного газа с постоянной степенью его обогащения кислородом через фурмы под уровень расплава и одновременного слива продуктов плавки из ванны. При этом интенсивность дутья через фурмы равномерно снижают по мере удаления их от загрузочного окна, а подачу топлива осуществляют через упомянутое окно с торца.ванны. Такое распределение дутья позволяет организовать определенный угол наклона зеркала горения, что способствует ускоренному перемещению частиц топлива к следующей зоне окисления. При этом обеспечиваются высокая степень выгорания топлива и хорошие экологические характе.т ристики. 1,ил. г сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОВ

ЩСПж ЛИК (g1)g F 27 В 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

II * 5 TOP CKONIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г0СУДАРСТВ:ННЫй КОМИТЯТ

По ИЭОИ КТИНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4737288/06 (22) 12.09.89 (46) 07.02.92. Бюл. У 5 (71) Южный филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э.Дзержинского (72) А.А.Иадоян, В. H.Áàëòÿí, A,В.Харченко, В.Н.Буэинов, В.В.Иванов и А.ф.Дьяков (53) 662.951.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1418553, кл. F 27 В 1/08, 1986. (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В РАСПЛАВЕ (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения энергетического пара при сжигании топлива в расплаве с целью повышения экономичности путем повышения тепловой мощности. Это до"

Изобретение относится к теплоэнер, гетике и может быть использовано для. получения энергетического паРа при, сжигании топлива в расплаве.

Известен способ для сжигания низкосортных, особенно низкореакцион-. ных углей.

Однако способ связан как с техно- логическими, так и экологическими проблемами (первые обусловлены сложностью обеспечения устойчивого процесса сжигания углей ухудшенного ка" чества, а также дефицитом мощности . пылеприготовительного оборудования}, в результате увеличивается потребпе- ние газа и мазута на пылеуголъных

„.SU„„1710965 А1

2 стигается путем непрерывной подачи топлива через загрузочное окно в расплавленную шлаковую ванну и с различной интенсивностью окислительного газа с постоянной степенью его обогащения кислородом через фурмы под уровень расплава и одновременного слива продуктов плавки из ванны. При. этом интенсивность дутья через фурмы равномерно снижают по мере удаления их от загрузочного окна, а подачу топлива осуществляют через упомянутое окно с торца ванны. Такое распределение дутья позволяет организовать определенный угол наклона зеркала горения, что способствует ускоренному перемещению частиц топлива к следующей Е зоне окисления. При этом обеспечиваются высокая степень выгорания топлива и хорошие экологические характе.".. ристики. 1,.ил. электростанциях значительно снижается их мощность. Электростанции на антрацитовых и тощих углях для устойчивой работы требуют до 40-503 по теплу добавок высокореакционного топ" лива. Перспективной является технология сжигания угля различных марок в барботируемом кислородсолержащим газом силикатном расплаве, который позволяет полностью сжечь углеродсодержащую часть топлива.

Известен также способ плавки сульфидных материалов, заключающийся в их непрерывной загрузке в расплавленную шлаковую ванну, подачу окислительного газа с равномерным распределе1710965

30 нием. дутья через фурмы под уровень расплава, и одновременном удалении продуктов плавки. В надфурменной зоне печи происходит плавление шихты и окисление горючей части сульфидных материалов. При торцовой загрузке материала происходит его неравномерное распределение по поверхности печи. Равномерное распределение дутья по фурмам при этом приводит к тому, что на начальном участке камеры сгорания в месте загрузки топлива, где содержание углерода максимальное, образуется восстановительная газовая среда с высоким содержанием продуктов химического недожога (СО, Н, СН и др.) ввиду меньшей подачи кислорода, чем необходимо по условиям стехиометрической реакции горения топлива. В дальнейшем по мере продвижения топлива по длине ванны доля углерода в расплаве уменьшается, а при равномерной подаче дутья доля кислорода на единицу углерода, поступающего в область последующей фурмы, увеличивается, что создает окислительную среду. Это приводит к перерасходу кислорода и образованию окислов азота.

Кроме того, пропускная способность печи зависит от скорости выгорания топлива в камере сгорания и от скорости обновления реакционной зоны поверхности ванны. В известном способе скорость обновления реакционной зоны недостаточна, так как определяется скоростью слива шлака. Количество сгоревшего углерода определяется константой скорости горения и коэффициентом диффузии окислителя.

Но так как частичка несгоревшего топлива перемещается с недостаточной скоростью из зоны сгоревшего кислорода в зону, обогащенную кислородом из-за низкой жидкотекучести расплава, то и количество кислорода, проникающего к углероду топлива, будет недостаточным. В результате тепловая мощность печи в целом снижается и растет абсолЬтная величина недожога топлива, что снижает экономичность работы печи.

Известен способ сжигания твердого топлива в расплаве, заключающийся в торцовой загрузке топлива в расплавленную шлаковую ванну, продуваемую окислительным газом через боковые и торцовые фурмы и отводе продуктов технологической плавки из ванны.

Недостатком известного способа является низкая тепловая мощность камеры сжигания вследствие относительно низкой интенсивности процессов массопереноса в направлении к сливному окну. Длина проникновения боковой струи окислительного газа в расплав невелика и составляет около 1-1,5 м.

Интенсификация процесса фурменным дутьем ограничена. Это снижает скорость обновления реакционной зоны поверхности ванны. Процесс сжигания топлива идет относительно медленно, жидкотекучесть расплава невелика, что .затрудняет поддерживать тепловую нагрузку печи на стабильном уровне.

Известен способ сжигания твердого топлива в расплаве, включающий непрерывную торцовую загрузку топлива в. расплавленную шлаковую ванну, подачу окислительного газа с постоянной степенью его обогащения через чере". дующиеся фурмы различного диаметра под уровень расплава и измельчения интенсивности их дутья. В известном способе изменяют расход дутья через фурмы малого диаметра при отклонении экстремума измеренных температур газового потока над заданным его зна" чением.

Недостатком известного способа является низкая экономичность процесса сжигания топлива.

Перераспределение дутья по фурмам большого диаметра носит случайный хаотический характер ввиду неизменного общего расхода дутья на печь и регулируемого расхода через фурмы малого диаметра и несогласуется с распределением топлива в расплаве.

Несоответствие между распределением топлива и окислителя по объему печи приводит к образованию зон с восстановительной и окислительной средами. Сохраняется недостаточная скорость перемещения расплава к сливному окну, низкая степень выгорания топлива, что снижает тепловую мощность печи и ее экономичность. Наличие в расплаве недогоревшего топлива увеличивает вязкость шлака и повышает вероятность нарушения нормального процесса барботажа шлакового расплава.

Целью изобретения является повышение экономичности путем повышения тепловой мощности.

1710965

Указанная цель достигается тем, что согласно способу сжигания твердого топлива в расплаве путем непрерывной додачи топлива через загрузочное окно, в расйлавленную шлаковую ванну и с различной интенсивностью окислительного газа с постоянной степенью его обогащения кислородом через фурмы под уровень .расплава и одновременнО- 10 го слива продуктов плавки из ванны, интенсивность дутья через фурмы рав» номерно снижают по мере удаления их от загрузочного окна, а подачу топли" ва осуществляют через упомянутое ок- 15 но с торца ванны.

Равномерное снижение интенсивности дутья от одной фурмы к другой по мере удаления их от загрузочного окна позволит организовать экономичный 20 режим сжигания топлива. На начальном участке камеры сгорания в области первой пары фурм будет окислено такое количество топлива, которое обеспечено стехиометрическим количеством 25 присутствующего в данной зоне кислорода. Остальное непрореагированное топливо поступает к следующей паре фурм. Благодаря тому, что расход оки- . слительного газа уменьшается.по 30 мере выгорания топлива, на всем протяжении длины ванны будет поддерживаться коэффициент избытка воздуха еС меньше единицы, а окислительная зона (Mo 1) будет отсутствовать на всем протяжении ванны. Коэффициент избытка воздуха 0C =l находится в области выхода продуктов плавки из ванны. Дополнительной движущей силой для перемещения топлива из области одной 40 пары фурм к следующей является сос" тавляющая гравитационных сил и сил динамического напора дутья, дейст- . вующих на плоскость естественного скоса, образующегося в результате . 45 уменьшения интенсивности дутья в последующие области по сравнению с предыдущими. Изменение интенсивности дутья (динамического напора) влияет на изменение высоты уровня расплава.

Приращение высоты барботируемого слоя определяется газовой нагрузкой.

2 U /g h g/q ho . . 55 где h - высота спокойной ванны, и;

q - ускорение свободного падения, м/с

U — скорость истечения газа иэ сопла, м/с (гаэовая нагрузка равная расходу газа на единицу площади поперечного сечения аппарата, смз/с см2).

Равномерное снижение интенсивности дутья через фурмы .по мере их удаления от загрузочного окна позволяет физически организовать определенный угол наклона зеркала .горения с целью ускорения движения топлива от одной фурмы к другой и к сливному окну.Это ускорит выгорание углерода топлива.

При температуре шлака в ванне 1500 С скорость горения углерода определяется величиной диффузии кислорода к частице углерода топлива и концентрацией кислорода на поверхности частицы топлива, так как частица топлива в известном способе попадает быстрее в следующую обновленную зону кислорода, то при той же скорости диффузии, что и в известном способе массовое количество кислорода, проникающего к углероду, будет выше. Таким образом, изобретение позволит повысить экономичность путем повышения тепловой мощности ванны, организовать сжигание топлива с улучшенными экологическими характеристиками;

Известен способ, в котором изменяют интенсивность дутья через фурмы.

Однако, в указанном решении распределение дутья происходит неравномерно по высоте расположения фурм в вагранке. Тем самым расширяется кислородная зона по высоте печи с достижением иной цели - повышение температуры чугуна. При указанном распределении дутья не обеспечивается равномерность перемещения расплава, которая достигается в предлагаемом техническом решении.

На чертеже изображена печь, реализующая предлагаемый способ сжигания топлива в расплаве.

Печь 1 содержит шлаковую ванну 2, с торцовой части которой расположено загрузочное окно 3, боковые фурмы

4, сифон 5 с окнами 6 и 7 для слива продуктов плавки, расположенные в противоположном торце от загрузочного окна.

Фурмы 4 снабжены самостоятельными дроссельными клапанами (не показа-. ны), которые обеспечивают регулирова" ние интенсивности дутья через каждую

Фур«у °

171

Способ сжигания твердого топлива в расплаве путем непрерывной подачи топлива через загрузочное окно в расплавленную шлаковую ванну и с раз40 личной интенсивностью окислительного газа с постоянной степенью его обогащения кислородом через фурмы под уровень расплава и одновременного слива продуктов плавки из ванны, 45 отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем повышения тепловой мощности, интен« сивность дутья через фурмы равномерно снижают по мере удаления их от

50 загрузочного окна, а подачу топлива осуществляют через упомянутое окно с торца ванны.

Способ .осуществляется следующим ообразом.

Уголь через загрузочное окно 3 подают в шлаковую ванну 2 на поверхность барботируемого расплава. Окислительный газ подают через фурмы 4 под уровень расплава. Интенсивность дутья через каждую фурму снижают по мере удаления от загрузочного окйа. Соприкасаясь с барботируемой поверхностью . расплава, топливо ассимилируется расплавом, постепенно прогревается, смачиваясь расплавом, и вступает в реакцию окисления с кислородом дутья в стехиометрических соотношениях. Насыщаясь газом, расплав набухает и

его уровень изменяется в соответствии с интенсивностью дутья через фурмы и будет наибольшим над фурмами, близлежащими к загрузочному окну, и наименьшим над фурмами, расположенными в районе сливных окон 6 и 7.

Образующийся угол наклона зеркала горения способствует ускорению движения топлива под действием сил гравитации в последующие зоны подачи окислительного газа, что обеспечивает более быстрый выжиг топлива.8 районе сливных окон б и 7 поступает практически шлаковый расплав. При этом на всем протяжении ванны поддерживается коэффициент избытка воздуха oc(1. Жидкие компоненты выводятся через сифон

5 из сливных окон 5 и 6 ° Дымовые газы отводят из верхней части в газо" ход энерготехнологического агрегата.

Во время одновременного слива тяжелых фракций шлака при возможной усадке слоя уменьшается вынос частиц расплава в результате сниженной интенсивности дутья.

Величина снижения интенсивности дутья по ходу движения расплава определяется из условия равномерного соотношения топлива и окислителя по всей длине ванны, оптимального угла скоса уровня расплава, обеспечивающего полное выгорание топлива в конце ванны.

Таким образом, предлагаемый способ сжигания угля в расплаве позволя0965

8 ет организовать наибольшее выгорание топлива при выборе оптимального соотношения топлива и окислителя, обеспечивая наибольшую производительность печи, повышая тем самым экономичность °

Пример. В одном из опытов на печи с размерами в плане 2;6 7 и при равномерном распределении дутья с содержанием кислорода 45ь между 20 фурмами (по 10 на каждой сторОне) сжигается 20 т/ч кузнецкого тощего угля.

Тепловая мощность при этом составляет 140 ИВт. Дальнейшее повышение мощности печи ограничено скоростью движения топлива в расплаве.

При реализации предлагаемого способа в первые фурмы с каждой стороны подают 600 мз/ч дутья с тем же содержанием кислорода. При этом газонасы" щенность шлакового расплава в данной зоне приближалась к максимальной.

В каждой последующей фурме расход

25 дутья снижается íà 123 по сравнению с предыдущей.

Суммарный расход окислителя в данном варианте составляет 51,1< х10 нмз/ч.

30 Расход сожженного топлива при этом составляет 35,& т/ч, а тепловая; мощность печи 256 ИВт .

Формула изобретения

Составитель В.новиков

Редактор В.Бугренкова Техред. ц.цоргеитал Корректор Л.Пилипенко

° е

Заказ 331 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государствепного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Nu(.ква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 !