Способ газоимпульсной очистки внутренних поверхностей нагрева

 

Использование: в энергетике, металлургии, стекольной промышленности. Сущность изобретения: газоимпульсную очистку ведут циклически, с последовательным перемещением по ходу падения температуры отходящих дымовых газов, детонационного воздействия на загрязненные внутренние поверхности нагрева, при этом количество зажигания детонационного воздействия в интервале температур отходящих газов от 700 до 400^oС в 2 - 5 раз больше, чем вне указанного интервала. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технике очистки поверхностей нагрева тепловых агрегатов, в частности при утилизации тепла запыленных отходящих газов и может быть использовано в энергетике, металлургии, стекольной промышленности.

Известен способ газоимпульсной очистки поверхностей нагрева решетчатых конструкций теплового агрегата, включающий заполнение детонирующей топливо-воздушной смесью импульсной камеры и примыкающего к ней обрабатываемого объема и периодическое зажигание детонирующей топливо-воздушной смеси [1] Недостатками известного способа является низкая эффективность очистки, так как перед каждым зажиганием необходимо прекращать теплообменный процесс и производить многократную продувку теплового агрегата детонирующей смесью. При этом невозможно контролировать и влиять на величину залповых выбросов веществ, отложенных на поверхности нагрева.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ газоимпульсной очистки внутренних поверхностей нагрева котлов-утилизаторов, устанавливаемых после печей обжига серного колчедана. Известный способ включает заполнение детонирующей газовоздушной смесью пламепроводов и установленных в котле импульсных камер, периодическое зажигание смеси и детонационное воздействие на загрязненные поверхности [2] Недостатками известного способа является низкая эффективность очистки, вследствие того, что зажигание детонирующей смеси осуществляют лишь при падении производительности котла-утилизатора или ухудшения заданных параметров его работы. При этом возможно превышение величины залповых выбросов веществ в атмосферу, от которых очищают поверхности нагрева, так как к стационарному потоку отходящих газов с определенной степенью запыленности добавляются разрушенные детонационным воздействием отложения со внутренних поверхностей нагрева агрегата, транспортируемые газовым потоком.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки от отложений продуктов технологического уноса стекловаренных печей и снижение величины залповых выбросов вредных веществ в атмосферу.

Цель достигается тем, что в способе, включающем заполнение детонирующей топливо-воздушной смесью трубчатых пламепроводов и импульсных камер, периодическое зажигание смеси и детонационное воздействие на загрязненные поверхности, согласно изобретению детонационное воздействие осуществляют циклически с последовательным перемещением по ходу падения температуры отходящих дымовых газов, при этом количество зажиганий смеси в интервале температур отходящих газов от 700 до 400^oС в 2 5 раз больше, чем вне указанного температурного интервала. В случае применения предлагаемого способа газоимпульсной очистки поверхностей нагрева от отложений стекловаренных печей регенеративного типа, целесообразно циклическое детонационное воздействие осуществлять с запаздыванием во времени относительно времени окончания регенеративного цикла на работающей стороне стекловаренной печи. Предлагаемое запаздывание детонационного воздействия согласно изобретению определяется следующим соотношением: Δt=k·t₁-n^(1-a·^b)·t₂, где k экспериментальный коэффициент, равный 1,0 для стекловаренных печей, производительностью менее 100 т/сут и 1,2 для печей большей производительности; t₁ длительность регенеративного цикла стекловаренной печи, мин; n число теоретически возможных зажиганий в цикле детонационого воздействия за регенеративный цикл стекловаренной печи; t₂ длительность интервала между двумя последовательными зажиганиями в цикле детонационного воздействия, мин; a соотношение стеклобоя и шихты, доли единицы; b сульфатно-содовое соотношение в шихте, доли единицы.

Продуктами технологического уноса стекловаренных печей являются, в основном, сода, сульфаты целочных и щелочноземельных металлов. Образующиеся эвтектические смеси, вязкие при 700 400^oC, отлагаются на внутренних поверхностях нагрева теплового агрегата в виде прочных отложений, снижая теплопередачу и КПД установки в целом. Разрушить такие отложения и препятствовать вторичному их отложению возможно, при осуществлении циклического детонационного воздействия, при котором количество зажиганий, и соответственно, величина детонационного воздействия в опасном температурном интервале в 2-5 раз больше, чем вне температурного интервала 700 400^oC (по ходу отходящих дымовых газов). Этот прием обеспечивает эффективность очистки, а увеличение объема продуктов сгорания исходной детонирующей смеси, суммируясь с объемами проходящих дымовых газов, приводит к "разбавлению" выбросов, отложенных на поверхностях нагрева продуктов технологического уноса до допустимых пределов и тем самым к снижению величины залповых выбросов вредных веществ в атмосферу.

Предлагаемый способ газоимпульсной очистки применим также к стекловаренным печам регенеративного типа, однако детонационное воздействие целесообразно осуществлять во время работы горелок печи.

В целях безопасности применение предлагаемого способа детонационное воздействие осуществляют с запаздыванием относительно времени окончания регенеративного цикла на работающей стороне печи, позволяющем исключить время между переключениями горелок, когда отсутствует тяга.

Найдено эмпирическое соотношение, позволяющее определить величину запаздывания детонационного воздействия в способе газоимпульсной очистки с учетом производительности стекловаренных печей рассмотренного типа и учитывая влияние соотношений стеклобоя и шихты и сульфатов и соды в составе стекольных шихт, от которых зависит величина технологического уноса и степень загрязненности внутренних поверхностей нагрева теплового агрегата. Приведенное выше эмпирическое соотношение практически может быть применено ко всему многообразию стекловаренных печей, что соответствует различным типам стекол, получаемых в них, и различным наборам вредных веществ, поступающих в виде продуктов технологического уноса во вторичные тепловые агрегаты. Предлагаемый способ газоимпульсной очистки во всех этих случаях применяют многократно, что дополнительно обеспечивает достижение поставленных целей.

Пример 1. Двухходовой водотрубный котел марки К-16/1,4-100-500 Пр производительностью 16 т пара в час снабжен системой газоимпульсной очистки отложений, представляющий собой группы импульсных камер, установленных в теплообменных секциях и соединенных трубчатыми пламепроводами с блоками управления заполнением детонирующей топливовоздушной смесью трубчатых пламепроводов и зажигания смеси.

Котел-утилизатор установлен в газоходе за стекловаренной печью прямого нагрева. Падение температуры отходящих дымовых газов позволяет выделить в котле-утилизаторе 3 температурные зоны: в зоне I температура на входе составляет 800^oC; в зоне II, включающей две теплообменные секции, температура падает от 700 до 400^oС; на выходе из зоны III отходящие дымовые газы имеют температуру менее 400^oC. При этом следует иметь в виду, что деление на температурные зоны условно и не совпадает с фиксированным положением теплообменных секций, а зависит от падения температуры дымовых газов, поступающих в котел-утилизатор, на теиплообменных секциях.

В табл. 1 приведены данные по эффективности газоимульсной очистки внутренних поверхностей нагрева установленного котла-утилизатора от технологических отложений стекловаренной печи. Эффективность оценивали изменением паропроизводительности котла-утилизатора при различных режимах детонационного воздействия.

Представленные данные свидетельствуют, что одиночные в температурных зонах импульсы детонационного воздействия, осуществленные последовательно или одновременно, не вызывают прироста производительности пара установленного котла-утилизатора, так как технологические отложения на поверхностях нагрева при таком режиме полностью не разрушились, а с другой стороны при таких режимах детонационное воздействие носит локальный характер и не потому может быть эффективным.

Одновременное зажигание групп импульсных камер по всем трем температурным зонам котла-утилизатора, как показали расчеты, здесь не приводимые, могут нарушить герметичность котла и разрушить внутреннее строение котла вследствие мощного детонационного воздействия, и поэтому не испытывали.

Последовательное по ходу падения температуры отходящих газов циклическое зажигание является эффективным: прирост производительности наблюдали во всех опробованных рассмотренных режимах 3.1 3.7, однако наибольший рост паропроизводительности достигнут при таком соотношении импульсов зажигания, при котором во II температурной зоне согласно изобретению количество импульсов во 2 5 раз больше, чем в зонах I и III. Увеличение паропроизводительности котла-утилизатора на 20 в случаях 3.4 3.5 обусловлено суммарно большим количеством импульсов детонационного воздействия 14 и 16, соответственно.

Несмотря на большое число импульсов в случае 3.7 15 паропроизводительность котла-утилизатора практически не увеличилась, так как максимальное детонационное воздействие 8 зажиганий осуществлено в III зоне, где отложений меньше, и очистка в этой зоне оказалась нерезультативной.

Пример 2. Котел-утилизатор К-16/1,4-100-500 Пр с системой газоимпульсной очистки, как и в примере 1, был установлен в газоходе стекловаренной печи регенеративного типа производительностью 80 т стекломассы в сутки. Продолжительность регенеративного цикла составляло 20 мин. В момент переключения пламени горелок в печи тяга в газоходе резко уменьшается, и лишь в течение некоторого времени возрастает до рабочих параметров. В этот период времени технологический унос также несколько снижен, и отложения на внутренних поверхностях нагрева котла-утилизатора откладывались в меньшей степени. В связи с этим, и исходя из требований техники безопасной работы системы газоимпульсной очистки, детонационное воздействие целесообразно и необходимо осуществлять с запаздыванием во времени относительно окончания регенеративного цикла на работающей стороне стекловаренной печи.

Для расчета практического запаздывания детонационного воздействия на загрязненные поверхности нагрева котла-утилизатора приняли следующие упрощения:
1) Число теоретически возможных зажиганий n в цикле детонационных воздействий определяется, в основном, количеством единичных актов заполнения топливовоздушной смесью пламепроводов и импульсных камер, а именно следующим соотношением:

где n число теоретически возможных зажиганий;
t₁ длительность регенеративного цикла стекловаренной печи, мин;
t₂ продолжительность единичного акта заполнения топливовоздушной смесью пламепроводов и импульсных камер, мин.

2) Длительностью самого импульсного воздействия, составляющего десятое, сотые доли секунды, можно пренебречь в расчетах по предлагаемой эмпирической формуле, и тогда t₂ есть величина интервала между двумя последовательными зажиганиями, и, соответственно, между импульсами в цикле детонационного воздействия.

Таким образом в данном случае имеем следующее:
производительность стекловаренной печи 80 т/сут;
коэффициент эмпирической k 1,0;
длительность регенеративного цикла печи t₁ 20 мин;
продолжительность единичного акта заполнения детонирующей топливовоздушной смесью t₂ 1,5 мин (она же длительность интервала между двумя последовательными зажиганиями в цикле детонационного воздействия рассматриваемого котла-утилизатора);
технологические особенности стекольной шихты для конкретной стекловаренной печи:
соотношение стеклобой шихта а 0,75;
сульфатно-содовое соотношение b 0,15.

Тогда запаздывание, рассчитанное по формуле, Δt = kt₁-n^(1-a·^b)·t₂ составит
Таким образом через 5 мин после переключения горелок на работающей стороне стекловаренной печи осуществили циклически последовательное по ходу падения температуры детонационное воздействие из 10 импульсов, которые распределили по трем температурным зонам в соотношении 1:2:1, т.е. 2; 4 и 2 импульса детонационного воздействия. Это привело к разовому увеличению паропроизводительности котла-утилизатора на 12 при этом не наблюдали превышения предельно-допустимых концентраций в выбросах. Рассмотренный в примере 2 процесс повторили многократно в течение рабочей смены.

Пример 3. Аналогичный рассмотренному ранее котел-утилизатор установлен за стекловаренной печью регенеративного типа производительностью 140 т стекломассы в сутки (k 1,2); остальные технологические и технические параметры как в примере 2.

В этом случае запаздывание Δt равно

Тогда после переключения горелок через 9 мин после начала нового регенеративного цикла можно осуществить 8 детонационных воздействий на загрязненные поверхности котла утилизатора, и согласно изобретению в температурной зоне I произвести 2 импульса, в зоне II 5 импульсов, в зоне III 1 импульс. Увеличение разовое паропроизводительности составило 10 Залповых выбросов не наблюдали; за счет "разбавления" дополнительным количеством дымовых газов концентрация пыли и вредных веществ в отходящих газах снизилась.

Аналогично могут быть рассчитаны интервалы запаздывания для стекловаренных печей с другими технологическими особенностями, и котлов-утилизаторов иных технических параметров.

В табл. 2 приведены расчетные интервалы запаздывания для некоторых возможных случаев использования предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ газоимпульсной очистки внутренних поверхностей нагрева теплового агрегата, например, котла-утилизатора водотрубного типа, установленного за стекловаренными печами, позволяет улучшить экологическую ситуацию стекольного производства, увеличить КПД теплового агрегата, исключая остановку на механическую его очистку, увязать технологические особенности стекольной технологии с преимуществом газоимпульсной очистки, кроме того, сэкономить производственные площади, металл, средства управления, расход детонирующей топливовоздушной смеси, воды, численность рабочего персонала.

Формула изобретения

1. Способ газоимпульсной очистки внутренних поверхностей нагрева теплового агрегата путем заполнения детонирующей топливовоздушной смесью трубчатых пламепроводов и газоимпульсных камер, периодического зажигания смеси и детонационного воздействия на загрязненные поверхности, отличающийся тем, что детонационное воздействие осуществляют циклически с последовательным его перемещением по ходу падения температуры отходящих дымовых газов, при этом количество зажиганий смеси в интервале температур отходящих газов 700 - 400^oC в 2-5 раз больше, чем вне указанного температурного интервала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что циклическое детонационное воздействие осуществляют с запаздыванием относительно времени окончания регенеративного цикла на работающей стороне стекловаренной печи.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что запаздывание детонационного воздействия определяется следующим соотношением:
Δt = k·t₁-n^(1-a˙^b)·t₂,
где t₁ длительность регенеративного цикла стекловаренной печи, мин;
k экспериментальный коэффициент, равный 1 для стекловаренных печей производительностью менее 100 т/сутки и 1,2 для стекловаренных печей большей производительности;
n число теоретически возможных зажиганий в цикле детонационного воздействия за регенеративный цикл стекловаренной печи;
t₂ длительность интервала между двумя последовательными зажиганиями в цикле детонационного воздейcтвия, мин;
a соотношение стеклобоя и шихты, доли единицы;
b сульфатно-содовое соотношение в шихте, доли единицы.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что циклическое детонационное воздействие осуществляют многократно.

РИСУНКИ

Рисунок 1