СПОСОБ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F23K1/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на электростанциях и промышленных котельных для обеспечения взрывобезопасной эксплуатации систем пылеприготовления при сушке топлива горячим воздухом и процессе размола.

Взрывобезопасная эксплуатация пылеприготовительной установки при такой сушке для принятого в пылеприготовительных установках соотношения топливо - воздух определяется соответствующим категории взрывоопасности конкретного топлива уровнем температуры пылевоздушной смеси за установкой. Эта температура косвенно отражает уровень температуры сушильно-вентилирующего агента (горячего воздуха) при его контакте с топливом в процессе размола. Повышение температуры пылевоздушной смеси за приготовительной установкой (соответственно и температуры сушильно-вентилирующего агента) допустимого предела для пыли данного топлива приводит к увеличению скорости выхода летучих и образованию взрывоопасных концентраций последних с воздухом, что повышает вероятность возникновения взрыва.

Известен принимаемый в качестве прототипа способ пылеприготовления при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола с ограничением температуры пылевоздушной смеси на выходе из пылеприготовительной установки ее предельным взрывобезопасным значением. Приведенные в рекомендации по выбору предельных значений температуры пылевоздушной смеси за пылеприготовительной установкой (мельницей) для 20 основных известных марок топлива основаны на практическом опыте эксплуатации. Для новых видов топлива (как правило, даже топливо одного месторождения имеет значительный разброс физико-химических характеристик) предельно допустимое значение температуры пылевоздушной смеси обычно устанавливают по прецеденту ближайшей по отношению к нему по категории взрывобезопасности известной марки топлива с уточнением этой температуры в процессе наладочных работ. Если при выбранном значении температуры пылевоздушной смеси в пылеприготовительной установке имеют место "хлопки", температуру постепенно понижают, добиваясь необходимого результата. К недостаткам данного способа следует отнести необходимость подбора оптимальной величины температуры на выходе пылеприготовительной установки в условиях взрывоопасной ситуации с определенным риском выбора даже начальной (наименьшей) температуры выше допустимого значения, в особенности для новых топлив, физико-химические характеристики которых трудно сопоставимы с характеристиками топлив зарегистрированных марок.

Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является повышение взрывобезопасности процесса пылеприготовления путем более достоверной оценки величины предельной взрывобезопасной температуры пылевоздушной смеси на выходе пылеприготовительной установки.

Для достижения этого результата при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола с ограничением температуры пылевоздушной смеси на выходе из пылеприготовительной установки ее предельным взрывобезопасным значением согласно изобретению определяют выход летучих на сухую массу топлива, нижний конденсированный предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка и рабочую влажность исходного топлива, вычисляют, исходя из полученных данных, минимальное взрывобезопасное значение влажности топливной пыли по формуле

где K_т = V^d/μнгб

критерий взрываемости топлива, отражающий меру химической активности его летучих;
W^r рабочая влажность исходного топлива;
V^d выход летучих на сухую массу топлива;
μyгб нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии негорючего остатка,
а предельную взрывобезопасную температуру на выходе из пылеприготовительной установки определяют по ее функциональной зависимости от минимального взрывобезопасного значения влажности топливной пыли.

Повышение достоверности оценки величины предельной взрывобезопасной температуры пылевоздушной смеси на выходе пылеприготовительной установки обеспечивается тем, что эта оценка предусматривает учет физико-химических характеристик топлива, активно связанных с потенциальной возможностью взрыва и его интенсивностью.

Предлагаемый способ пылеприготовления при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола с ограничением температуры пылевоздушной смеси на выходе из пылеприготовительной установки ее предельным взрывобезопасным значением основан на последующих предпосылках. Известна оценка взрываемости пыли твердых топлив по критерию взрываемости K_т, представляющему собой отношение выхода летучих на сухую массу топлива к нижнему концентрационному пределу распространения пламени летучих при наличии негорючего остатка в виде золы и кокса [2] Топлива, для которых K_т <1, не взрывоопасны. Если K_т ≥ 1, топливо взрывоопасно тем в большей степени, чем выше значение K_т. Указанное значение K_т относится к сухой массе топлива. С увеличением влагосодержания (W) K_т для каждого топлива уменьшается в определенной зависимости и при некотором значении W^вб становится равным Kd,т

= 1. При W W^r K_т 0. Отсюда можно вывести соотношение

Зная минимальное взрывобезопасное значение влажности пылевоздушной смеси, можно оценить требуемое для его обеспечения максимальное предельное значение температуры за пылеприготовительной установкой при заданном соотношении топливо-воздух по известной эмпирической зависимости [3]
В случае если полученное из условий взрывобезопасности значениеW^вб окажется слишком высоким по условиям технологических требований к воздушной транспортировке пыли, для снижения W^вб до приемлемой величины можно рекомендовать присадку к горячему воздуху инертных (топочных) газов вплоть до полного его вытеснения в сушильно-вентилирующем агенте для особо взрывоопасных топлив.

Способ осуществляют следующим образом. Предварительно для топлива с неизвестными физико-химическими и теплофизическими свойствами определяют рабочую влажность (W^r), зольность (A^d,) топливной пыли на сухую массу, выход (V^daf,) и теплоту сгорания Qdafлет

ккаал/кг) летучих на горючую массу топливной пыли. Применительно к топливу известного месторождения для получения этих величин могут быть использованы соответствующие табличные данные из опубликованных источников. На основании полученных исходных данных рассчитывают соответствующее значение критерия взрываемости
K_т = V^d/μнгб, (2)
где
V^d V^daf (100 A^d)/100 выход летучих на сухую массу топлива,
нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии негорючего остатка в виде золы и кокса,
μyг = 450/Qdafлет нижний концентрационный предел распространения пламени летучих.

Подставляя в (1) величины K_т из (2) и W^r, получают соответствующее значение W^вб а по последнему с использованием графической зависимости [3] искомое расчетное предельное значение температуры на выходе пылеприготовительной установки для данного вида топлива.

Пример. Были рассчитаны и сравнены с рекомендуемыми действующими нормами [1] беспредельные взрывобезопасные температуры пылевоздушной смеси на выходе пылеприготовительной установки для трех различающихся по своим физико-химическим характеристикам топливам известных марок.

Результаты расчета для этих топлив представлены ниже в таблице.

Из данных таблицы видно, что для выбранных топлив полученные расчетные значения предельной взрывобезопасной температуры пылевоздушной смеси за пылеприготовительной установкой существенно ниже нормативных. С одной стороны, это можно объяснить тем, что экспериментальные данные для определения критерия взрываемости K_т для указанных в таблице топлив были получены в соответствии с международными стандартами для пыли более тонкой (характеризуемой остатком на сите 63 мкм) по сравнению с пылью, получаемой из пылеприготовительных установок отечественных электростанций (остатком на сите 90 мкм). С увеличением крупности пыли величина критерия взрываемости и взрывобезопасное значение влажности пыли вследствие уменьшения выхода летучих соответственно уменьшаются. С другой стороны, приведенные в последней строке таблицы нормативные значения взрывоопасной температуры даже для пыли с крупностью, реально используемой на электростанциях, несколько завышены, так как не учитывают неравномерности фракционного состава пыли.

Источники информации
1. Правила взрывобезопасности топливоподач и установок для приготовления и сжигания твердого топлива. Минэнерго СССР. Минтяжмаш СССР. Издание шестое, пер, 1990, с. 13, 14.

2. Заявка ВТИ N 95110149/20 с приоритетом 14.06.95 на получение патента РФ.

3. Г. Т.Левит. Пылеприготовление на тепловых электростанциях. (М. Энергоатомиздат, 1991 г. с. 150, рис. 8.4).

Использование: на электростанциях и промышленных котельных для обеспечения взрывобезопасной эксплуатации систем пылеприготовления при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола. Сущность изобретения: при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола с ограничением температуры пылевоздушной смеси на выходе из пылеприготовительной установки ее предельным взрывобезопасным значением определяют выход летучих на сухую массу топлива, нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка и рабочую влажность исходного топлива, вычисляют, исходя из полученных данных, минимальное врывобезопасное значение влажности топливной пыли по формуле
,
где K_т - критерий взрываемости топлива, отражающий меру химической активности его летучих, W^r - рабочая влажность исходного топлива, V^d - выход летучих на сухую массу топлива, μнгб

- нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии негорючего остатка, а предельную взрывобезопасную температуру на выходе их пылеприготовительной установки определяют по ее функциональной зависимости от минимального взрывобезопасного значения влажности топливной пыли. 1 табл.

Способ пылеприготовления при сушке топлива горячим воздухом в процессе размола с ограничением температуры пылевоздушной смеси на выходе из пылеприготовительной установки ее предельным взрывобезопасным значением, отличающийся тем, что определяют выход летучих на сухую массу топлива, нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии нелетучего остатка и рабочую влажность исходного топлива, вычисляют, исходя из полученных данных, минимальное взрывобезопасное значение влажности топливной пыли по формуле

где K_т = V^d/μнгσ

- критерий взрываемости топлива, отражающий меру химической активности его летучих;
W^г рабочая влажность исходного топлива;
V^d выход летучих на сухую массу топлива;
μнгσ - нижний концентрационный предел распространения пламени летучих при наличии негорючего остатка,
а предельную взрывобезопасную температуру на выходе из пылеприготовительной установки определяют по ее функциональной зависимости от минимального взрывобезопасного значения влажности топливной пыли.