АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВО ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ Российский патент 1998 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, конкретно к аппарату для проведения процессов во взвешенном слое и может быть использовано в теплоэнергетики, преимущественно при сжигании низкосортных твердых топлив в топках котлов, теплогенераторов и технологических печей.

Известен аппарат с взвешенным слоем для сжигания угля, содержащий камеру сгорания, подсоединенную к питателю и бункеру золы и снабженную провальной газораспределительной решеткой, образованной параллельными трубами и установленной с зазорами для слива избытков материала слоя [1].

Недостатком известного аппарата является низкая надежность, обусловленная образованием застойных зон и спеканием материала в центральной и периферийных (по ходу воздуха) частях решетки из-за потери давления и неравномерного распределения воздуха по длине труб, а также повышенный выброс оксидов серы из-за попадания и диссоциации в подрешеточном бункере частиц серного колчедана.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является аппарат с кипящим слоем, содержащий рабочую камеру с патрубками загрузки, газораспределительную решетку, выполненную с односторонним наклоном и соединенную с воздушным коробом, и разгрузочную трубу, примыкающую к полотну решетки в ее центральной части [2].

Недостатком известного аппарата является низкая надежность, обусловленная образованием застойных зон и спеканием материала в нижних углах решетки из-за задержки и скопления в них наиболее крупных частиц угля, породы и серного колчедана, имеющего более высокую плотность (- 5,5 т/м³) по сравнению с углем (- 1,4 т/м³), а также повышенное образование оксидов серы в этих частях и связанную с этим необходимость подавать в слой дополнительное количестве сорбента (известняка, доломита и т.п.) для нейтрализации SO₂.

Целью изобретения является устранение застойных зон в газораспределительной решетке, что существенно улучшит работу аппарата: позволит своевременно вывести из камеры частицы породы, серного колчедана, посторонние частицы и крупные частицы угля, что повысит надежность работы аппарата.

Для достижения указанного технического результата в описываемом аппарате для проведения процессов во взвешенном слое, содержащем рабочую камеру с патрубками загрузки, наклонную газораспределительную решетку, подключенную к воздушному коробу, и разгрузочную трубу, последняя расположена в углу рабочей камеры и примыкает к углу газораспределительной решетки, наклоненной относительно плоскости среза трубы двумя образующими указанный угол гранями на угол 5...15^o.

Целесообразно газораспределительную решетку выполнять составной, из взаимозаменяемых колосников.

Отличием от прототипа является то, что разгрузочная труба расположена в углу рабочей камеры и примыкает к углу газораспределительной решетки, наклоненной относительно плоскости среза трубы двумя образующими указанный угол гранями на угол 5...15^o.

Указанные отличия в конструкции аппарата способствуют быстрой транспортировке попадающих на нее частиц к разгрузочной трубе и ликвидации застойных зон. Углы поворота наклона полотна газораспределительной решетки 5...15^o подобраны экспериментально и являются оптимальными.

В случае выполнения газораспределительной решетки из взаимозаменяемых колосников упрощается технология изготовления аппарата и его ремонт. Кроме того, можно изготовить колосники с различным живым сечением и собирать полотно решетки по различным схемам (ступенчатое повышение живого сечения, или чередующаяся величина живого сечения и др.), что может способствовать улучшению перемешивания, интенсификации процесса горения.

Разгрузочная труба примыкает к полотну газораспределительной решетки в нижнем углу, а газораспределительная решетка наклонена (приподнята) относительно плоскости среза трубы за две грани: за грань, примыкающую к разгрузочной трубе, и за противоположную, напротив среза трубы, что позволяет своевременно выводить из камеры частицы породы, серного колчедана, другие посторонние примеси, которые присутствуют в низкосортном топливе. Такая выгрузка улучшает работу газораспределительной решетки в тепловом отношении (предотвращает перегрев, исключает спекание материала слоя) и улучшает работу газового тракта аппарата (стабилизирует аэродинамическое сопротивление всех узлов).

На чертеже представлена схема аппарата для проведения процесса во взвешенном слое.

Аппарат содержит расширяющуюся вверх реакционную камеру 1, соединенную с загрузочным узлом, включающим питатель топлива 2 и бункер 3, и с газораспределительной решеткой 4 (может быть выполнена из целикового полотна или из отдельных перфорированных колосников 5), под которой, в нижней части камеры 1, установлено разгрузочное приспособление, выполненное в виде вертикальной разгрузочной трубы 6 и снабженное воздушным затвором 7. В нижней части камеры 1 расположены воздушный короб 8 и патрубок 9 для ввода окислителя (воздуха) под решетку. В средней части камеры 1 расположены поверхности нагрева 10, а ниже расположены узел перелива - переточный патрубок 11 для разгрузки взвешенного слоя от избытков золы и стабилизации высоты взвешенного слоя. Верхняя часть камеры сообщается с очистным сооружением 12. Газораспределительная решетка 4 наклонена (приподнята) относительно плоскости среза трубы за две грани: за грань, примыкающую к разгрузочной трубе, и противоположную, напротив среза трубы и углы наклона составляют 5...15^o. Вентиляторы для подачи окислителя в камеру, растопочное устройство и линия подвода охладителя слоя на схеме не показаны.

Устройство работает следующим образом.

В камеру 1 через узел 2 из бункера 3 подают твердое топливо. Снизу аппарата через газораспределительную решетку 4 подают окислитель -воздух. При этом частицы золы выгружают через переточный патрубок 11, провал удаляют через разгрузочную трубу 6, а продукты сгорания омывают поверхность нагрева 10 и выбрасываются через очистное сооружение 12 в атмосферу.

Для предотвращения выгрузки частиц топлива из кипящего слоя в разгрузочную трубу 6 подают повышенное количество воздуха. Для стабилизации температуры кипящего слоя на уровне, предотвращающем его шлакование в слой вводят струей техническую воду, водную суспензию известняка или флотоотходы.

При стабильном процессе горения наиболее крупные (сырые) частицы топлива сначала спускаются в нижнюю часть слоя и там циркулируют до подсушки и воспламенения. Частицы породы, серного колчедана, крупные частицы угля, превышающие по размеру класс используемого топлива, падают на решетку 4, имеющую двухсторонний наклон и скатываются по полотну решетки 4 в разгрузочную трубу 6. Подача под решетку 4 воздуха, имеющего температуру окружающей среды, способствует быстрой транспортировке таких частиц к разгрузочной трубе 6, при этом частицы серного колчедана быстро выводятся из слоя и не успевают окислиться. Основная масса частиц угля сгорает во взвешенном слое. Если уголь высокозольный, то по мере выгорания горючих веществ плотность частиц уменьшается, они поднимаются вверх и на конечной стадии (при заданном озолении частиц) происходит их самовыгрузка через переточный патрубок 11.

Оптимальным является наклон газораспределительной решетки относительно плоскости среза трубы, на угол 5...15^o (наклон осуществляют за грань, расположенную напротив среза трубы и за противоположную, примыкающую к разгрузочной трубе). При углах, меньших 5^o, наблюдается задержка отдельных тяжелых частиц на полотне решетки. При углах, больших 15^o, ухудшается процесс горения за счет резкого увеличения порозности слоя в нижней части, влияния пристенных эффектов (истирания стен камеры, изменения сопротивления, увеличения перепадов давления).

Работу аппарата иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1. Высокозольное топливо (промпродукт угля марки "Т" ЦОФ "Чумаковская") с теплотой сгорания 3500 ккал/кг класса 0-25 мм забрасывают на поверхность разогретого до 930-950^oC кипящего слоя высотой 1000 мм. Порозность слоя по оценке в стандартном режиме 0,5-0,6. Избыточное тепло отводится за счет охлаждения слоя струей водно-известковой суспензии с концентрацией твердого вещества 300-400 т/л. В зоне свода поддерживают разрежение, близкое к нулю. Скорость газа в разгрузочной трубе поддерживают в пределах 15-18 м/с, что позволяет выгружать тяжелые частицы через разгрузочную трубу, а более легкую часть золы - через переточный патрубок. Некоторую часть золы отводят вместе с дымовыми газами, выполняющими роль газа-теплоносителя. Теплонапряжение газораспределительной решетки составляет 6-10 МВт/м² и изменяется в зависимости от доли мелочи (фракция 0-1 мм) в топливе.

Наклон газораспределительной решетки устанавливали поворотом газораспределительной решетки вокруг осей Y и X в прямоугольной декартовой системе координат: - вокруг оси Y на 8^o, а вокруг оси X - на 9^o.

Содержание серы в материале, выгружаемом через разгрузочную трубу, 32,5%. Общий КПД топочного устройства при коэффициенте избытка воздуха 1,3 составляет 85%.

Пример 2. В том же топочном устройстве сжигают подмосковный уголь (шахта "Бельковская") с теплотой сгорания 2130-2380 Ккал/кг, класс 0-25 мм.

Расположение полотна решетки и других основных узлов такое же, как и в примере 1. Слой охлаждают потоком воды, направленным встречно псевдосжижающему воздуху. Сжигание осуществляют с коэффициентом избытка воздуха 1,3. Теплонапряжение газораспределительной решетки 4,65 МВт/м². Потери тепла с механическим недожогом составляют: в уносе - 5,4%, в переливе (перетоке) - 0,8%.

Использование: топливосжигающие установки различного назначения. Сущность изобретения: аппарат содержит реакционную камеру 1 с питателем 2 топлива, газораспределительную решетку 4, полотно которой повернуто по отношению к прямоугольной декартовой системе координат вокруг оси y на угол Эйлера 5.. . 15^o, вокруг оси X на угол Эйлера 5...15^o (предпочтительно), и в ее нижнем углу расположена разгрузочная труба 6, примыкающая к полотну решетки 4. Для облегчения монтажа и ремонта газораспределительная решетка 4 может быть выполнена из взаимозаменяемых колосников 5. Выполнение газораспределительной решетки 4 с двухсторонним наклоном способствует быстрой транспортировке попадающих на нее частиц к разгрузочной трубе 6, что улучшает работу газораспределительной решетки 4 и аппарата в целом и повышает его надежность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат для проведения процессов во взвешенном слое, содержащий рабочую камеру с патрубками загрузки, наклонную газораспределительную решетку, подключенную к воздушному коробу, и разгрузочную трубу, отличающийся тем, что разгрузочная труба расположена в углу рабочей камеры и примыкает к углу газораспределительной решетки, наклоненной относительно плоскости среза трубы двумя образующими указанный угол гранями на угол 5 15^o. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что газораспределительная решетка выполнена составной из взаимозаменяемых колосников.