Камера для сжигания твердого топлива

 

тике 1зобретение.относится к теплоэнергеи служит для получения тепла при сжигании топлива в расплаве шлака. Камера содержит кессонированный пояс с фурмами , установленными в боковых стенках камеры , торцовое загрузочное устройство, выпускное окно в противоположном торце камеры и газоотводящий тракт. Камера выполнена с уменьшающимся по ходу движения расплава расстоянием между боковыми стенками, а фурмы установлены с увеличивающимся в том же направлении шагом. Такое выполнение позволяет поддерживать баланс между топливом и окислителем по всей длине камеры и слабую восстановительную атмосферу в объеме камеры, что уменьшает содержание в дымовых газах. 2 табл., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 1 1 (19) ГО Д

BE О (ГО П

К ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тике топл испо качес испо ь логич нима сред, врем гий, занн в нас

ro то мом (21) (22) . (46) (71) нич титу (72) (56) сле пла кис

018 (54)

ТОП (57) тике

АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

МСТВО СССР

ATEHT СССР) 843040/02

6,06.90

7.02.93. Бюл. М 5 жный филиал Всесоюзного теплотехского научно-исследовательского инса им. Ф.Э.Дзержинского .А.Мадоян, В.Н.Балтян и М.Г.чентимиров тчет ЮжВТИ. Экспериментальные исования технологии сжигания АШ в расе. барботируемом обогащенным ородом воздухом. М госрег, 0044927, Горловка, 1989, с. 11-15.

МЕРА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО

ИВА зобретение.относится к теплоэнергеи служит для получения. тепла при сжизобретение относится к теплоэнергеи может применяться при сжигании ва в расплаве для получения тепла, ьэуемого для выработки пара. условиях постоянно ухудшающегося ва добываемых углей эффективное их зование с соблюдением всех техно- ских решений, обеспечивающих миьное воздействие на окружающую является актуальным требованием ни. Одной из перспективных технолоаправленных на решение вышеукай задачи, является разрабатываемый оящее время способ сжигания твердолива в расплаве шлака. барботируеислородсодержащим газом. Способ (я)5 F 23 С 3/00, F 27 В 3/00 гании топлива в расплаве шлака. Камера содержит кессонированный пояс с фурмами, установленными в боковых стенках камеры. торцовое загрузочное устройство, выпускное окно в противоположном торце камеры и газоотводящий тракт. Камера выполнена с уменьшающимся по ходу движения расплава расстоянием между боковыми стенками, а фурмы установлены с увеличивающимся в том же направлении шагом, Такое выполнение позволяет поддерживать баланс между топливом и окислителем по всей длине камеры и слабую восстановительную атмосферу в объеме камеры, что уменьшает содержание в дымовых газах. 2 табл., 2 ил. осуществляют в устройствах, выполненных по типу пирометаллургических агрегатов.

Известна печь для плавки сульфидных материалов в жидкой ванне (авт,св, 813102), представляющая собой прямоугольную шахту, которая включает камеры плавления и восстановления материалов, снабженные узлами испарительного охлаждения, загрузочными устройствами, газоходами, фурмами для подачи воздуха и газа и сифонами для отвода продуктов плавки. Материалы через загрузочные устройства непрерывно подают в шахту печи на поверхность барботируемого расплава. В расппаве в зоне плавления над фурмами происходит интенсивное плавление материалов, а в подфурменной зоне печи его разделение на алак и

1793151 штейн. Последний выводится через сифон, а богатые сернистым ангидридом газы — через газоход для улавливания и использования. Шлак проходит зону восстановления, где происходит отгонка из него летучих материалов за счет вдувания через фурмы восстановителя и отводится через сифон. Газы из восстановительной камеры выводятся через другой газоход для улавливания и использования. Тепло отходящих газов используется для выработки пара.

Недостатками известной печи при сжи.гании в ней твердого топлива являются: плохие экологические характеристики, т.к. окислительная атмосфера. образующаяся в зоне плавления, способствует образованию в отходящих газах значительного количества ЙО,; несоответствие между распределением топлива и окислителя по объему печи в процессе ее работы, что приводит к образованию обогащенных и обедненных кислородом зон и может вызвать увеличение вредных выбросов йли недожог топлива.

Наиболее близким техническим peiueкием к заявляемому является камера для сжиганйя топлива в расплаве, выполненная в виде прямоугольной шахты с расположенным в торце устройством для загрузки топлива, фурмами на боковых и торцевой стенках, сливными окна ли для отвода продуктов плавки и расположенным в центре газоходом. (Отчет ЮжВТИ "Экспериментальные исследования технологии сжигания

АШ в расплаве, барботируемом обогащенным кислородом воздухом", М госрег.

01850044927; Горловка, 1989, с, 11 — 15).

Топливо без дополнительной переработки подается в камеру на поверхность расплава. За счет обогащенного кислородом воздуха, подаваемого через фурмы под уровень расплава, идет интенсивное сгорание топлива. Процесс происходит при тем пературе около 1500 С; Продукты сгорания, включающие около 30 (по объему) СО, поступают в камеру дожигания горючих газбвых -компонентов. Интенсивный тепло- и массообмен в барботируемом расплаве, наличие высоких температур внутри расплава, хороший контакт топлива с окислителем позволяют обеспечить практически полное сжигание топлива при высоких скоростях горения..

Недостатком известного устройства являются плохие экологические характеристики процесса (значительное содержание NO> в уходящих газах). На начальном участке камеры в месте загрузки топлива, где со держание углерода максимальное. поддерживается восстановительная среда. Далее, по мере движения расплава к сливу происходит выгорание углерода. Количество сгоревшего топлива определяется константой скорости горения и коэффициентом диффузии окислителя в расплаве. При избытке

5 окислителя количество выгоревшего данном сечении камеры топлива будет определяться вышеуказанными параметрами.

С/Сюх. относительная масса топлива, сгораемого в данном сечении камеры

"0 6- расход дутья в данном сечении;

6Π— теоретически необходимый расход дутья в том же сечении; а- коэффициент избытка дутья, В начальной зоне камеры расход дутья

15 ниже теоретически необходимого(6/6О < 1; а< 1). В этой зоне поддерживается восстановительная газовая среда с высоким содержанием и родуктов химического недожога(СО, Hz, СН.1 и др,). В средней зоне

20 камеры расход чья соответствует его теоретически необходимому расходу (G/Go-1, а=1). Здесь происходит сгорание топлива без продуктов хим. недожога и избыточного кислорода в продуктах сгорания. В выход25 ной зоне камеры расход дутья превышает теоретически необходимый расход для сгораемой массы топлива (сгораемая масса определяется кинематическими и диффузионными характеристиками процесса

З0 горения). Поэтому в этой зоне устанавливается окислительная среда, характеризующаяся наличием избыточного кислорода в продуктах горения и активным образованием NOX. Уменьшение расхода дутья в этой

З5 области в соответствии со сгораемой массой топлива в ней при прочих неизменных условиях может вызвать уменьшение газо.содержания расплава, нарушение режима его барботирования и увеличение его вязко"0 сти. Постоянное газосодержание расплава по всему объему камеры, оптимальное для процесса горения, является необходимым условием обеспечения высокой скорости всех физико-химических превращений в

45 расплаве при взаимодействии его с окислителем.

Целью изобретения является снижение вредных выбросов при сохранении эффективности процесса сжигания.

50 Указанная цель достигается тем, что в камере для сжигания твердого топлива в расплаве, содержащей кессонированный пояс с фурмами, установленными в боковых стенках камеры, загрузочное устройство, 55 расположенное у одной торцевой стенки, сифон с выпускным окном, расположенный у противоположной торцевой стенки и газоотводящий тракт, согласно изобретению, камера выполнена с уменьша1ощимся в сто1793151 ро у выпускного окна сечением между боко ыми стенками, при этом отношение расст яния между этими стенками у сифона к рэ стоянию между ними у загрузочного устр йства составляет 0,5 — 0,6, а площадь се ения камеры между осями рядом располо енных фурм по всей длине камеры остает я величиной постоянной, Уменьшение поперечного размера кам ры по ходу движения расплава при сохране ии постоянной площади сечения камеры м жду осями соседних фурм позволяет; — поддерживать постоянное газосодерж ние расплава (каждой паре встречных ф рм соответствует одинаковый объем распл ва) и, следовательно, по всей длине кам ры сохранять одинаковый режим ба ботажа; — поддерживать недостаток дутья (а < 1) и отношению к выгораемой массе топлива и всему объему камеры, т.е. поддерживать во становительную среду; — уменьшать подачу обогащенного кисло одом дутья по мере выгорэния топлива, В заявленном диапазоне соотношения

$ /S< создается оптимальная геометрическ я конструкция для поддержания наилучш х условий по барботажу расплава, ст пени выжига горючих и экологическим . xa актеристикэм процесса, Величина S> выб рается, исходя из качества сжигаемого то лива и проектной мощности, Изменение со тношения S2/S1 за счет изменения S1, н приемлемо, т,к. приведет или к образован ю застойных зоч в объеме расплава с от утствием барботажа в случае увеличения

S>, или к снижению мощности агрегата в сл чае уменьшения S>. Поэтому изменение ук занного соотношения возможно лишь за сч т изменения Sz.

При Sz/St > 0,6 потребуется увеличенн и расход дутья для поддержания необход мого барботажа расплава, что не только н экономично, но и приводит к увеличению вь хода NOx и, кроме того, может сопровожд ться захолаживанием расплава в области сл ва.

При Sz/S1 > 0,5 возможно соударение струй, истекающих из ближних и выходной зоны фурм и выброс расплава, что сопровождается ухудшением тепломассообменн 1х процессов в рэсплаве и увеличением н6дожога из-за выноса из обьема расплава несгоревшего топлива. Кроме того, может происходить значительное шлаковэние поверхностей нагрева. расположенных в газохдде над камерой, При поиске по патентной и технической литературе не было обнаружено техниче20 дутьем, поступающим подуровень расплава

30

35 горения

50

5

15 ских решений с вышеуказанными отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена камера для сжигания топлива в расплаве, Она содержит загрузочное устройство 1, кессонированный пояс 2 с фурмами 3 для подачи кислородсодержащего газа, газоотводящий тракт

4, выпускное окно 5 для удаления шлака и окно 6 для удаления тяжелых компонентов, а также шлаковый сифон 7, На фиг.2 — разрез камеры по А-А на фиг,2.

Камера работает следующим образом, Уголь, не проходя стадии размола, непрерывно подается через загрузочное устройство 1 на поверхность расплава, барботируемого кислородсодержащим через фурмы 3. Содержание кислорода в дутье и давлзние дутья одинаково во всех фурмах. Продукты плавки непрерывно выводятся через выпускное окно 5 и окно 6.

Крупные частицы угля сгорают не сразу. а постепенно, циркулируя в объеме шлакового расплава. Благодаря тому, что расстояние между фурмами увеличивается, и, следовательно, расход дутья уменьшается по мере выгорания топлива и область (а=1) находится в области выхода расплава из камеры.

Окислительная зона (а > 1) отсутствует на всем протяжении камеры. Таким образом обеспечивается восстановительный режим

Процесс характеризуют табл.1 и 2, где С вЂ” остаточное содержание углерода в расплаве в области 1-ой пары фурм; Oz — содержание кислорода в уходящих газах в той же области; СΠ— содержание окиси. углерода;

ИОх — содержание окислов азота.

Из табл 1 видно, что при тех же показателях выжига (C=1% в области слива) содержание КОх в уходящих газах значительно меньше в предложенной конструкции камеры, чем в прототипе.

Из табл.2 видно, что при изменении соотношения S2/S1 в сторону меньше 0,5 увеличивается недожог топлива, а при увеличении Sz/Sl больше 0,6 возрастают вредные выбросы и увеличивается расход дутья.

Таким образом предложенная конструкция камеры позволяет добиться оптимальных показателей процесса сжигания топлива в расплаве по эффективности тепломассообмена, экологическим характеристикам и экономии расхода дутья.

1793151 сохранении эффективности процесса сжигания, камера выполнена с уменьшающимся в сторону выпускного окна сечением между боковыми стенками, при этом отно, шение расстояния между этими стенками у сифона к расстоянию между ними и загрузочного устройства составляет 0,5-0,6, а площадь сечения камеры между осями рядом расположенных фурм по всей длине камеры остается величиной постоянной.

Формула изобретения

Камера для сжигания твердого топлива, содержащая кессонированный пояс с фурманами, установленными в боковых стенках камеры, загрузочное устройство. расположенное у одной торцовой стенки, сифон с выпускным окном, расположенный у противоположной торцовой стенки и газоотводящий тракт, отл ич а ю ща я с ятем,что, с целью сокращения вредных выбросов при

Таблица 1

Предложенная конструкция камеры

$г/S1 = 0,5-0,6 (фурмы расположены с величиваю имся к выхо шагом

1Ф паКонструкция камеры по прототипу при

Яг=5 (фурмы расположены равномерно по лине каме ы ры фурм

С,%

СО, 7

Ог,3

СО 7 „

Oг. /

NOx мг/м

NOx мг/м

Таблица 2

2

4

6

8

10 .11

68

42

19

12

О

О

О

2

3

5

14

13

10 .8

О

О

О

1200

92

83

72

48

39

28

18

О

О

О

О

О

О

О

О

14

13

11

7

4

3

О

400

1793151 г Ь,;

Ь

Ф

Ь

CP, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5,Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101