Устройство для отвода и очистки дымовых газов малых котельных

 

Использование: для очистки дымовых газов отопительных котлов малой производительности. Сущность изобретения: вытяжная труба 1 снабжена закручивателем 2 и охватывающей ее открытой кольцевой камерой 3, которая расположена выше закручивателя 2. Полость трубы 1 сообщается с камерой 3 посредством системы вертикальных щелевых отверстий 4, размещенных по периметру трубы. Кольцевая камера 7 выполнена закрытой сверху и охватывающей трубу 1 вместе с кольцевой камерой 3. Тракт 8 возврата уноса в топки котлов сообщается с камерой 7 в ее нижней части. 3 з.п.ф-лы., 4 ил.

Изобретение относится к области экологии, в частности к устройствам, обеспечивающим очистку дымовых газов в процессе их отвода от отопительных паровых котлов малой производительности, работающих на сжигании угля.

Известна эксплуатация малых котельных, оборудованных вертикальными паровыми котлами, при которой дымовые газы перед выбросом их в атмосферу, через вытяжную трубу, очищаются от зоны в циклонах, размещенных непосредственно у вытяжной трубы [1] В этом известном техническом решении использованы циклоны с малым сопротивлением, которые достаточно эффективно работают на естественной тяге благодаря высокой температуре отходящих газов (300-400^oС). Эффективность работы циклона, например, типа ЦМС-27 при дисперсном составе золы, образующейся при слоевом сжигании топлива, составляет 75-85% Вместе с тем при строительстве новых малых котельных не всегда имеется возможность разместить заказ на изготовление и своевременно установить необходимые циклоны заводского изготовления. Кроме того, большое число построенных ранее малых котелен не имеют каких-либо средств для очистки дымовых газов от золы, поэтому их выбросы намного превышают уровень, допустимый по санитарным нормам, что обуславливает существенное ухудшение экологической обстановки.

Наиболее близким прототипом к предлагаемому изобретению является патент США N 22845113,кл.В 04 С 3/00, 1942 содержащий вытяжную трубу с размещенным в ее полости завихрителем, расположенную снаружи трубы кольцевую камеру, сообщающуюся с полостью трубы камеры отсоса посредством вертикальных щелевых каналов, присоединенную к днищу камеры течку для транспортировки отделенных частиц и возврата их на дожигание в топку.

Недостатком известного технического решения является то обстоятельство, что оно может быть установлено только на вновь устанавливаемые дымовые трубы, рассчитанные на дополнительное сопротивление завихрителя и сужающий диаметр вставки обечайки с щелевыми отверстиями установленной внутри дымовой трубы для отсоса уловленных частиц уноса. Значительное сопротивление дает и узел отбора уноса в дымовой трубе перед завихрителем. В уже существующие дымовые трубы котельных это изобретение устанавливать нежелательно без расчета создаваемого сопротивления.

Преимущества предлагаемого изобретения перед существующим: возможность его применения на уже существующих дымовых трубах без их замены; меньшее сопротивление, так как внутри трубы расположен только завихритель газового потока, а разделительная камера отсоса и тракт возврата уноса находятся за пределами дымовой трубы; щелевые каналы в камеру отсоса выполнены сплошными вертикально по трубе и обеспечивают наименьшее сопротивление сепарации.

Известно, что при работе котлов небольшой мощности зачастую осуществляется неудовлетворительный режим горения топлива, при котором из топки, помимо золы, дымовыми газами выносятся также частицы сажи и не полностью сгоревшего топлива, причем количество последних может составлять до 40% общей массы уноса, состоящего из частиц летучей золы и недогоревшего топлива (Справочник по пыле- и золоулавливанию.Изд.2-е, М.Энергоатомиздат, 1983 с. 28-29). Частицы сажи и вспученные пористые частицы недожога топлива имеют значительно меньшую плотность, чем частицы золы (там же, с.6), поэтому при прочих равных условиях они легче увлекаются потоком дымовых газов и труднее подвергаются сепарации при изменениях направления потока.

Современные санитарные нормы и экологические требования по мере накопления новых научных данных о взаимодействии вредных выбросов на человека и среду его обитания постоянно ужесточаются. На общем фоне неблагополучной экологической обстановки в целом ряде регионов многочисленные малые котельные, работающие на угле, вносят существенный вклад в отравление и загрязнение окружающей человека среды.

Предлагаемое изобретение направлено на решение актуальной экологической задачи уменьшение токсичных и вредных выбросов от малых котельных, в котлах которых осуществляется слоевое сжигание угля, при одновременном повышении эффективности сгорания угля в топках котлов.

Указанный выше технический результат обеспечивается в изобретении за счет того, что известное устройство для отвода и очистки дымовых газов от малых котельных со слоевым сжиганием угля и вытяжной трубой, причем последняя снабжена закручивателем потока дымовых газов и охватывающей ее кольцевой полостью, выполненной с возможностью сепарации твердых частиц, имеет тракт возврата уноса в топки котлов, закручиватель потока дымовых газов размещен непосредственно в вытяжной трубе, а кольцевая полость расположена выше закручивателя, выполнена открытой сверху и соединена с полостью трубы системой вертикальных щелевидных отверстий, размещенных по периметру трубы с одинаковым шагом и выполненных с возможностью захвата закрученного в трубе потока дымовых газов без изменения характера его движения. Кроме того, устройство снабжено соединенной с трактом возврата уноса дополнительной кольцевой полостью, причем последняя выполнена закрытом и охватывает верхнюю часть основной кольцевой полости и вытяжную трубу.

Выполнение закручивателя потока дымовых газов непосредственно в вытяжной трубе, а затем выполнение расположенной выше кольцевой полости с вертикальными щелевидными отверстиями, соединяющими ее с полостью трубы, позволяет единый поток дымовых газов в вытяжной трубе до закручивателя разделить в зоне кольцевой полости, после закручивателя, на два потока.

Первый поток, движущийся по центральной части вытяжной трубы, выводится в атмосферу. Второй поток, движущийся у стенки трубы, получивший наибольшую окружную скорость и обогащенный в результате действия центробежных сил твердыми частицами, поступает в кольцевую полость, где происходит сепарация наиболее тяжелых и крупных твердых частиц.

Выполнение кольцевой полости открытой сверху и охват ее в этой части вместе с трубой дополнительной закрытой кольцевой полостью, соединенной с трактом возврата уноса в топки котлов, обеспечивает последующую транспортировку второго потока дымовых газов вместе с содержащимися в нем твердыми частицами, подвергающимися сепарации и представленными преимущественно в виде мелкодисперсной золы, а также недожога и сажи, в топки котлов. Этому способствует установка на тракте возврата уноса соответствующего дымососа. В топка котлов происходит дожигание поступающих по тракту возврата уноса частиц, при этом благодаря слоевому сжиганию угля, значительная часть поступивших и вновь образующихся зольных частиц не уносится из топки потоком дымового газа, а улавливается слоем шлака, застревая в нем, так как возврат подается под слой сжигаемого топлива, т.е. снизу вверх.

Кроме того, в топках котлов одновременно протекают такие процессы, как: вступление в реакцию оксида углерода с кислородом, в результате образуется углекислый газ СО₂, являющийся нетоксичным; снижение интенсивности образования оксидов азота в результате понижения максимальной температуры в зоне горения из-за ввода в нее охлажденных продуктов сгорания, снижающих также концентрацию реагирующих веществ (И.Я. Сигал Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.-Л. Недра, 1988, с. 193-195).

Cледует также отметить, что повышение эффективности использования топлива приводит к общему снижению количества сжигаемого угля и как следствие к соответствующему снижению выбросов в атмосферу многих других токсичных газов, в частности диоксида серы и углеводородов.

Таким образом, предлагаемое устройство отличается от известного тем, что камера отсоса сепарации дымовых газов расположена снаружи вытяжной трубы и может быть выполнено в двух вариантах.

По первому варианту тяжелые частицы сепарируются в камере 3 и утилизируются в бункер-накопитель.

По второму варианту наклонное днище камеры 3 имеет щелевые отверстия для отсоса из нее тяжелых золовых частиц и смешения их с легкими недогоревшими частицами золы в тракте возврата уноса на дожигание в топку.

Щелевые каналы для сепарации уноса выполнены по окружности дымовой трубы в виде сплошной щели по всей длине сепарационной камеры.

На фиг.1 изображен участок вытяжной трубы малой котельной в зоне закручивания и разделения потока дымовых газов, вариант основной кольцевой полости с течкой удаления отсепарированных твердых частиц наружу;на фиг.2 то же, вариант основной кольцевой полости со щелевидными отверстиями в днище для перетекания отсепарированных твердых частиц в дополнительную кольцевую полость; на фиг. 3 cечение по I-I на фиг.1 и на фиг.2;на фиг.4 вид по 2-2 на фиг.2.

Устройство для отвода и очистки дымовых газов от малой котельной, оборудованной котлами со слоевым сжиганием угля, имеет вытяжную трубу 1, внутри которой размещен закручиватель потока дымовых газов 2, выполненный в виде "розетки" (на чертеже условно изображена одна лопатка). Выше закручивателя 2 размещена охватывающая трубу 1 кольцевая камера 3, открытая сверху и соединенная с полостью трубы 1 системой вертикальных щелевидных отверстий 4. Отверстия 4 размещены по периметру поперечного сечения трубы 1 с одинаковым шагом (а) за счет равномерной расстановки вертикальных ребер 5, причем каждое ребро 5 установлено таким образом, что составляет угол 20 30 с тангенциальным направлением к наружной поверхности трубы 1. В нижней части камеры 3 снабжена течкой 6. Устройство имеет также закрытую кольцевую камеру 7, охватывающую трубу 1 вместе с камерой 3. В нижней части камеры 7 соединена с трактом возврата уноса 8 в топки котлов. В днище кольцевой камеры 3 в случае отсутствия течки 6 имеются щелевидные отверстия 9.

Устройство работает следующим образом. Поступающий от топок котлов в трубу 1 поток дымового газа, проходя через лопатки закручивателя 2, приобретает вращательное движение, в результате которого содержащиеся в нем твердые частицы от действия возникающих при этом центробежных сил устремляются к внутренней поверхности стенки трубы 1. Попадая в зону размещения щелей 4, твердые частицы вместе с частью вращающегося газового потока попадают в камеру 3. Вращению части захваченного потока в камере 3 способствует такое размещение ребер 5, которое при достаточно малом шаге обеспечивает вместе с тем невысокое гидравлическое сопротивление. При этом оптимальный угол наклона ребра 5 к соответствующему радиусу устанавливается в каждом конкретном случае опытным путем.

В камере 3 большинство частиц золы сепарируются, выпадая на ее днище. Это происходит в результате взаимодействия частиц золы со стенкой камеры 3, к которой их отбрасывают центробежные силы и где теряется их скорость, что обуславливает соскальзывание частиц вниз под действием гравитационных сил. Скапливаемая в нижней части камеры 3 зола периодически удаляется через течку 6. Большинство частиц сажи и недожога, имеющих значительно меньшую плотность по сравнению с частицами золы, увлекаются газовым потоком в камеру 7, из которой попадают в тракт возврата уноса 8 в топки котлов. Необходимая скорость движения газового потока в тракте 8, при которой в нем не происходит отложений из твердых частиц обеспечивается за счет работы соответствующего дымососа. Газовый поток из тракта 8 поступает в подтопочное пространство котлов со слоевым сжиганием угля. Слой горящего угля вместе с образующимся шлаком является, для проходящего через него газового потока, поступающего из тракта 8, фильтром, задерживающим твердые частицы. При этом происходит дожигание уловленных частиц недожога, а частицы золы в конечном итоге удаляются из топки вместе со шлаком.

В тех случаях, когда при сжигании в топках котлов малозольных углей образуется незначительное количество зоны и основную массу твердых частиц газового потока составляют частицы недожога, устройство целых частиц газового потока составляют частицы недожога, устройство целесообразно выполнить с возможностью непрерывного удаления из полости 3 отсепарированных частиц золы через щелевидные отверстия 9 в днище (фиг.2). Перетекая через щели 9, частицы золы в камеру 7 вновь смешиваются с газовым потоком и поступают затем в тракт 8. При этом незначительная суммарная площадь отверстий 9 (и соответственно высокое гидравлическое сопротивление) по сравнению с площадью поперечного сечения камеры 3 в ее верхней, открытой части, не изменяет общего характера движения вращающегося газового потока в камере 3 вверх, что обеспечивает эффективную вытяжку через трубу 1 той части газового потока, которая не захватывается через щели 4 камерой 3.

Формула изобретения

1. Устройство для отвода и очистки дымовых газов малых котельных, содержащее вытяжную трубу, установленный в ее полости закручиватель потока дымовых газов, над которым расположена сепарационная камера, сообщающаяся расположенными по окружности вертикальными щелевыми отверстиями с охватывающей ее кольцевой камерой отсоса отделенных частиц, имеющей отвод этих частиц, отличающееся тем, что кольцевая камера расположена снаружи вытяжной трубы и снабжена дополнительной охватывающей ее и сообщающейся с ней в верхней части камерой отсоса отделенных частиц с выпускным трактом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отвод отделенных частиц основной кольцевой камеры выполнен в виде течки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отвод отделенных частиц основной кольцевой камеры выполнен в виде отверстий, сообщающих ее нижнюю часть с дополнительной кольцевой камерой.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что щелевые отверстия, сообщающие камеру сепарации с кольцевой камерой, выполнены сплошными по всей высоте сепарационной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4