СИСТЕМА ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F23K1/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности к системам подготовки твердого топлива для сжигания в топках котлов.

Известна система пылеприготовления с газовой сушкой топлива, содержащая бункер сырого угля, питатель сырого угля, газообразную шахту, мельницу-вентилятор с сепаратором пыли и пылепроводы подачи готовой пыли в горелки котла [1, 2] .

Недостатком известной системы пылеприготовления является, то, что подача готовой пыли в горелки котла осуществляется при температуре пылегазовоздушной смеси за мельницей-вентилятором, не превышающей 250^оС. Последняя не может быть повышена из-за ограничений температуры газов на входе в мельницу по условиям прочности мельницы не выше 450^оС. При сжигании такой пылегазовоздушной смеси в топках котлов не удается снизить образование токсичных окислов азота ниже 360-40 мг/нм³, что не удовлетворяет требованиям к котлам экологически чистой ТЭС. Кроме того, при попытках организации ступенчатого сжигания топлив с большим содержанием окиси кальция в минеральной массе, например канско-ачинских углей, возникают также негативные явления как повышенное шлакование поверхностей нагрева котла, что не позволяет применять технологические методы для снижения образования окислов азота.

Наиболее близким техническим решением является пылесистема [3] , содержащая бункер сырого угля, питатель угля, мельницу с сепаратором, бункер готовой пыли, снабженный пылепитателем и пылепроводом подачи готовой пыли. На тракте подачи готовой пыли установлен газовый пылеподогреватель, оборудованный топочным устройствам и системой подачи пыли. В этой системе топочное устройство для термообработки готовой пыли выполнено в виде топки с кипящим слоем, разделенной перегородкой на два отсека, и к нему ниже уровня кипящего слоя подключен трубопровод возврата грубой пыли из сепаратора и части готовой пыли из бункера пыли, а выше уровня - пылепровод подачи готовой аэросмеси в горелки котла. Система отбора и подачи пыли в топочное устройство газового пылеподогревателя состоит из пылепроводов подачи и возврата и части готовой пыли, смесителя и воздушного эжектора.

В первом отсеке осуществляется сжигание части пыли для получения сушильного агента при избытках воздуха много больше единицы (2,5-3), термообработка топлива осуществляется во втором отсеке при избытках воздуха α_мат = 0,1-0,3. Такая система пылеприготовления позволяет осуществить термообработку готовой пыли перед сжиганием, однако и взрывоопасность ее снижается из-за больших избытков воздуха, поддерживаемых в первом отсеке топки с кипящим слоем (2,5-3). Кроме того, подача части готовой пыли и дробление осуществляется воздухом, что снижает эффект термообработки в части образования окислов азота, поскольку сам процесс осуществляется при достаточно больших избытках воздуха (0,1-0,3).

Целью изобретения является повышение взрывобезопасности, усиление эффекта и снижение образования окислов азота за счет предварительной высокотемпературной обработки готовой пыли перед подачей ее в горелки котла.

По данным [4] при подогреве угольной пыли до 600-650^оС и поддержании коэффициента избытка воздуха α_мат≅ 0,05 может быть достигнуто снижение выбросов окислов азота в 2-3 раза. Физическая сущность данного явления основана на том, что при нагреве пыли в условиях недостатка кислорода выделяющийся с летучими атомарный азот связывается в молекулы N₂. Оставшийся же в полукоксе азот, как показывает практика [5] , при умеренных температурах в топке окислов азота не образует. Химизм этого явления заключается в том, что азот, оставшийся в полукоксе, высвобождается по мере выгорания коксового остатка. Как известно из теории горения твердого топлива, на поверхности горящей частицы концентрация кислорода близка к нулю, следовательно, азот, выделившийся с продуктами пиролиза, при отсутствии кислорода не может образовать окислов азота. В случае повышенных избытков воздуха на поданное в пылеподогреватель топливо α_мат ≥0,1 эффект снижения образования NO_x резко уменьшается [4] .

Цель снижения образования окислов азота за счет предварительной высокотемпературной термообработки угольной пыли перед ее сжиганием в топке достигается тем, что по сравнению с известной пылесистемой (прототипом) подача пыли на термообработку в пылеподогреватель осуществляется в виде пылегазовой смеси с малым содержанием кислорода. Достигается это тем, что в пылесистеме прямого вдувания, например, с мельницами-вентиляторами газовый пылеподогреватель устанавливается непосредственно на тракте подачи пылегазовой смеси перед горелками котла. Высокотемпературная обработка пыли осуществляется при этом в потоке газов за счет сжигания части готовой пыли.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая система пылеприготовления отличается тем, что газовый пылеподогреватель для термообработки готовой пыли установлен на тракте подачи пылегазового потока перед горелками, что обеспечивает подачу и высокотемпературную обработку готовой пыли в виде пылегазовой смеси при недостатке кислорода.

Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в области теплоэнергетики показывает, что указанный признак проявляет в предлагаемом техническом решении новые свойства, отличные от свойств, проявляемых в известных технических решениях, а именно: установка газового пылеподогревателя на тракте подачи пылегазового потока, обеспечивающая транспорт и термообработку готовой пыли в виде пылегазовой среды с малым содержанием кислорода, способствует резкому усилению эффекта снижения образования токсичных окислов азота за счет связывания азота в N₂ при недостатке кислорода. Таким образом заявляемое техническое решение соответствует и критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом.

Система пылеприготовления содержит бункер сырого угля 1, питатель сырого угля 2, газозаборную шахту с участком нисходящей сушки 3, мельницу-вентилятор 4 с сепаратором пыли 5, трубопровод подачи пылегазового потока 6, на котором установлен разделитель 7 пылегазового потока с подключенными к нему пылепроводами подачи меньшей части пылегазового потока 8 и подачи основного потока пылегазовой смеси 9 в газовый пылеподогреватель 12, установленный перед горелками 13 котла 14. Газовый пылеподогреватель оборудован муфельной горелкой 11, а на трубопроводах 8 и 10 установлены регулирующие шиберы 15 и 16.

Система пылеприготовления работает следующим образом.

Сырой уголь из бункера 1 подается питателем 2 в мельницу-вентилятор 4, предварительно подсушиваясь на участке нисходящей сушки 3. Размолотое в мельнице-вентиляторе топливо поступает в сепаратор 5 и далее пылегазовая смесь по пылепроводу 6 подается в разделитель пылегазового потока 7, из которого основная часть этого потока (80-85% ) по пылепроводу 9 поступает в газовый пылеподогреватель 12, а меньшая часть (16-20% ) - по пылепроводу 8 в муфельную горелку 11 пылеподогревателя 12. Подаваемая в муфельную горелку 11 меньшая часть пылегазового потока сгорает при избытках воздуха меньше единицы (0,7-0,8), получаемые при этом высокотемпературные продукты сгорания (t = 1300-1400^oС), смешиваясь с основной частью пылегазового потока в объеме пылеподогревателя, нагревают его до температуры 600-650^оС. Поддержание необходимой температуры подогрева пыли в пылеподогревателе обеспечивается путем изменения расхода воздуха и пыли с помощью регулирующих шиберов 15 и 16. Прошедшая термообработку в условиях недостатка кислорода высокоподогретая угольная пыль в потоке газов подается в горелку 13 котла 14 и сжигается с малыми избытками воздуха.

Благодаря тому, что подача пыли в газовый пылеподогреватель осуществляется в виде пылегазовой смеси с низким содержанием кислорода, термообработка готовой пыли в объеме газового пылеподогревателя осуществляется при низких избытках воздуха на поданное топливо ( α_мат < 0,05), что резко снижает образование окислов азота. Прошедшая термообработку пыль в условиях недостатка кислорода при температуре 600-650^оС подается в горелку 13 и сжигается в топке котла 14. Поддержание необходимой температуры подогрева пылегазового потока обеспечивается путем изменения расхода воздуха и пыли, подаваемых в муфельную горелку с помощью шиберов 15 и 16.

Применение такой системы пылеприготовления для котла энергоблока 800 МВт на канско-ачинском угле позволит получить экономический эффект за счет сокращения ущерба окружающей среде от выбросов окислов азота. (56) 1. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов (нормативные материалы), Л. : 1971, 308 с.

2. В. А. Волковинский, К. Ф. Роддатис и А. А. Харламов. Мельницы вентиляторы. М. : Энергия, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР N 1078199, кл. F 23 K 1/00, 1983.

4. П. И. Аловердов. Влияние предварительного подогрева угольной пыли на выход топливных окислов азота при горении пыли березовского угля. Отчет ВТИ, Арк. - 12026, М. : 1981.

5. Опытное сжигание полукокса в топке котла БКЗ-320-140 ПТ Красноярской ТЭЦ-1. Отчет СибВТИ. Красноярск, 1975.

Использование: область энергетики, в частности системы подготовки твердого топлива для сжигания в топках котлов. Сущность изобретения: система пылеприготовления содержит бункер 1 сырого угля, питатель 2 сырого угля, газозаборную шахту с участком нисходящей сушки 3, мельницу-вентилятор 4 с сепаратором пыли 5, трубопровод 6 подачи пылегазового потока, на котором установлен разделитель пылегазового потока с подключенными к нему полепроводами 8, 9 в газовый пылеподогреватель 12, установленный перед горелками 13 котла 14, газовый пылеподогреватель оборудован муфельной горелкой 11. 1 ил.

СИСТЕМА ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ, содержащая бункер сырого угля, питатель, мельницу с сепаратором пыли, газовый пылеподогреватель с муфельной горелкой, пылепровод подачи пылегазового потока в горелки котла, отличающаяся тем, что, с целью снижения образования токсичных окислов азота путем высокотемпературной термообработки готовой пыли в условиях недостатка кислорода, газовый пылеподогреватель установлен на пылепроводе подачи пылегазового потока непосредственно перед горелками котла и муфельной горелкой.