Устройство для сжигания водородсодержащего топлива в смеси хлорсодержащего газа и воздуха

 

Изобретение относится к цветной металлургии и химической промышленности и может быть применено при утилизации хлорсодержащих газов. Устройство содержит три соосно установленные трубы, образующие два кольцевых канала, имеющие выход в зону горения, при этом оно снабжено 2-8 газоподающими трубами, выходные отверстия которых имеют наклонные к осевой линии корпуса сопла, расположенными вокруг наружной трубы и объединенными общим коллектором. На выходе в зону горения внутреннего кольцевого канала установлен направляющий диффузор с возможностью перемещения вдоль оси кольцевого канала и имеющий угол раскрытия 30-60^o, а на выходе наружного кольцевого канала установлены лопаточные завихрители. Изобретение позволяет создать устройство, стабильно и длительно работающее при сжигании газообразного или жидкого водородсодержащего топлива в среде хлора и воздуха. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии и химической промышленности и может быть применено при утилизации хлорсодержащих газов.

Известно устройство - горелка - для синтеза хлористого водорода из водорода и газообразного хлора (М.И. Левинский, А.Ф. Мазанко, И.Н. Новиков. Хлористый водород и соляная кислота. - М.: Химия, 1985 г., с. 32). Горелка состоит из двух графитовых трубок - наружной и внутренней. Хлор подается по внутренней, а водород по наружной трубке. Для смешения хлора и водорода существуют различные варианты направления отверстий в графитовых трубках. Например, отверстия для водорода направлены под углом к осевой линии трубок, а отверстия для хлора - перпендикулярно к осевой линии. Камера сжигания изготавливается из импергированного графита.

Недостатком этого горелочного устройства является то, что его элементы изготовлены из графитированных материалов. При использовании в процессе синтеза хлористого водорода хлорсодержащего газа, газообразного топлива и воздуха эти элементы горелочного устройства окисляются кислородом воздуха и разрушаются. При этом отверстия, через которые подается хлор, забиваются твердыми частицами (возгонами хлоридов), содержащимися в анодном хлоргазе.

Известна горелка для синтеза хлористого водорода (патент IP 6091157). Для увеличения срока службы горелка выполнена из графитового материала с покрытием из карбида кремния. Хлор на смешение с водородом, как и в предыдущем варианте, подается через отверстия с различным углом наклона к оси.

Недостатком как первого, так и второго горелочных устройств является то, что газы на смешение подаются через каналы малого сечения. При использовании в процессе синтеза хлористого водорода хлорсодержащих газов, полученных на других переделах металлургического производства и содержащих мелкие частицы пыли или возгонов, эти каналы забиваются.

Технической задачей изобретения является создание горелочного устройства, стабильно и длительно работающего при сжигании газообразного или жидкого водородсодержащего топлива в среде хлора и воздуха.

Решение поставленной задачи состоит в том, что устройство для сжигания водородсодержащего топлива в смеси хлорсодержащего газа и воздуха включает три соосно установленные трубы, образующие два кольцевых канала, имеющие выход в зону горения.

Устройство снабжено 2-8 соплами с газоподающими трубами, расположенными вокруг наружной трубы и объединенными общим коллектором, при этом на выходе в зону горения внутреннего кольцевого канала установлен направляющий диффузор, а на выходе наружного кольцевого канала установлены лопаточные завихрители.

Цилиндрический корпус лопаточного завихрителя на выходе имеет коническое сужение диаметра, позволяющее направить поток воздуха к осевой линии горелки, что создает разрежение по периферии воздушного потока, улучшает перемешивание газов и удаляет зону горения от металлических частей форсунки.

Направляющий диффузор устройства имеет угол раскрытия 30-60^o и установлен с возможностью перемещения вдоль оси кольцевого канала. Отношение площади сечения внутреннего кольцевого канала к суммарному выходному сечению сопел находится в пределах 1,5-2,5, а к площади сечения наружного кольцевого канала - в пределах 0,2-0,3.

Все детали предлагаемого устройства выполнены из металла, при этом детали, находящиеся в непосредственном контакте с продуктами горения и подвергающиеся лучистому нагреву, - наконечники газоподающих трубок, лопаточный завихритель, трубы хлороведущего канала, диффузор - изготавливаются из легированной стали. Все эти детали охлаждаются воздухом, газом и хлором, движущимися с большой скоростью (не менее 40 м/с) по воздушному и хлорному каналам, а также по газоподающим трубкам. Это позволяет поддерживать температуру деталей ниже 400^oС. При этой температуре стали обладают достаточной коррозионной стойкостью.

Выход запыленного хлорa и смешение его с водородсодержащим топливом и воздухом осуществляется с помощью диффузора, лопаточного завихрителя и наконечников газоподающих трубок. При этом в зависимости от расхода хлора устанавливается положение диффузора на внутренней трубе хлороведущего канала. Для этого без демонтажа горелки внутренняя труба хлороведущего канала вынимается после разборки фланцев и с помощью замка устанавливается нужное положение диффузора. Поток хлора из хлороведущего канала с помощью диффузора через кольцевую щель подается под углом в закрученный поток воздуха и газа, в результате происходит качественное смешение исходных газообразных продуктов. При этом забивания газового тракта подачи запыленного хлора не происходит.

Таким образом, предложенное устройство позволяет в полной мере решить поставленную техническую задачу - стабильно и длительно работать при сжигании водородсодержащего топлива в смеси хлорсодержащего газа и воздуха.

На фиг. 1 представлена схема горелочного устройства. На фиг.2 показан лопаточный завихритель с конусной частью. Оно состоит из корпуса 1 и соосно расположенных труб, образующих кольцевые воздушный 2 и хлороведущий 4 каналы, а также центральную трубу 11 для подачи розжигового газа или воздуха при использовании газообразного топлива. В конце воздушного канала находится лопаточный завихритель 3 с лопатками 8. Газоподающие трубки 5 установлены с двух противоположных сторон воздушного канала и объединены коллектором 9. Выходные отверстия газоподающих трубок имеют наконечники - сопла 6, наклоненные к осевой линии корпуса. На конце внутренней трубы 7 установлен диффузор 10 с углом раскрытия 30-60^o для подачи хлора в турбулентный поток первичного воздуха. Диффузор имеет цилиндрический хвостовик, позволяющий менять установку диффузора в зависимости от количества подаваемого хлоргаза. Отношение площади сечения хлороведущего канала к суммарному выходному сечению газоподающих трубок - сопел - находится в пределах 1,5-2,5, а к площади сечения наружного кольцевого воздушного канала - в пределах 0,2-0,3. Это обеспечивает необходимые скорости движения газов для охлаждения деталей горелки.

При использовании жидкого топлива центральная труба 11 вместе с фланцем 12 вынимается и заменяется распыливающим элементом - форсункой, имеющей входные патрубки для топлива и пара. Распыление жидкого топлива предпочтительнее производить водяным паром, т.к. водород, содержащийся в паре, взаимодействует с хлором, образуя хлористый водород. Это позволяет увеличить количество сжигаемого хлора, т.к. в жидком топливе обычно содержится водорода в два раза меньше, чем в газообразном.

Данное устройство испытано при сжигании природного газа и анодного хлорa на промышленной печи в непрерывном режиме в течение 5 месяцев. Видимых разрушений или коррозии элементов устройства не обнаружено. Забивания хлороведущих каналов не происходило.

Формула изобретения

1. Устройство для сжигания водородсодержащего топлива в смеси хлорсодержащего газа и воздуха, включающее три соосно установленные трубы, образующие два кольцевых канала, имеющие выход в зону горения, отличающееся тем, что оно снабжено 2-8 газоподающими трубами, выходные отверстия которых имеют наклонные к осевой линии корпуса сопла, расположенными вокруг наружной трубы и объединенными общим коллектором, при этом на выходе в зону горения внутреннего кольцевого канала установлен направляющий диффузор с возможностью перемещения вдоль оси кольцевого канала и имеющий угол раскрытия 30-60°, а на выходе наружного кольцевого канала установлены лопаточные завихрители.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение площади сечения внутреннего кольцевого канала к суммарному выходному сечению сопел находится в пределах 1,5-2,5, а к площади сечения наружного кольцевого канала в пределах 0,2-0,3.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что внутренняя труба имеет сменную форсунку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2