УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЖИДКОГО ШЛАКОУДАЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F23J1/00 C21B3/08 

Изобретение относится к устройствам шлакоудаления из топки промышленного парогенератора и может быть использовано на теплоэнергетических станциях.

Известны устройства, при котором удаление шлака, образующегося при сгорании твердого органического топлива (угли сланцы), осуществляется в твердом состоянии [1, 2] .

Недостатком подобных устройств является малая эффективность твердого шлакоудаления из-за больших сил сцепления застывшего шлака со шлакующейся поверхностью. Вибрация поверхности разрушает и сбрасывает лишь верхнюю часть шлака, не затрагивая его глубинные слои. Эти слои упрочняются с течением времени. Если уменьшить интервалы времени между вибрационными воздействиями, то эффективность вибрационной очистки повышается, так как шлак не успевает пристыть к поверхностям. Но в этом случае резко возрастает нагрузка на шлакующиеся поверхности и системы подвода вибрационной энергии, которые быстро выходят из строя. Эти недостатки отсутствуют в системам жидкого шлакоудаления.

Из известных устройств наиболее близким является система жидкого шлакоудаления (прототип), описанный в [3, с. 457] . В этом устройстве минеральная часть пыли твердого топлива разогревается в процессе сжигания до температуры выше температуры плавления и в жидком состоянии оседает на теплоизолированные стенки и стекает на слабонаклонный под топки, образуя шлаковую ванну. Твердые частицы шлака, попадающие в ванну, плавятся в ней, а жидкие растворяются. Из ванны жидкий шлак удаляется через круглую или овальную летку в емкость с водой, в которой вследствие резкого снижения температуры и возникающих термических напряжений затвердевает и раскалывается, образуя частицы неправильной произвольной формы размером до 20 мм. Образующиеся частицы шлака шнеком направляются на дробильное устройство и далее через багерную насосную станцию - на шлакозолоотвал.

Описанное устройство имеет ряд существенных недостатков:
1. В шлаке концентрируются содержащиеся в угле тяжелые (в том числе радиоактивные) металлы. Как показывают исследования [4, 5] , содержание таких элементов, как ванадий, молибден, железо, уран и др. может достигать концентраций, которые при современном развитии техники представляют практический интерес как сырье для металлургии. Повышенное содержание тяжелых металлов (особенно урана и тория) может препятствовать использованию шлаков в строительстве и приводить к повышению радиационного фона [6] .

2. Состав шлаков зависит от сорта исходного топлива, и поэтому образующиеся шлаки различаются по технологическим характеристикам, что также затрудняет их применение в качестве сырья при производстве строительных материалов [7] .

3. Образующиеся твердые частицы шлака имеют неправильную произвольную форму и острые грани. Поскольку материал частиц стеклоподобен и имеет высокую твердость, то это приводит к повышенному износу пульпопроводов, по которым шлак транспортируется на шлакозолоотвалы (грубы пульпопровода в некоторых случаях истираются за полгода).

Целью предлагаемого изобретения является разделение шлака сразу после летки на две составляющие, в одной из которых гранулируются окислы тяжелых металлов, а в другой легкие окиси минеральной части угля. Разделение приведет к снижению радиоактивности основной части шлака, унификации технологических свойств шлака, используемого как сырье для производства строительных материалов, а грануляция шлака приведет к снижению коррозионных свойств шлака.

Сущность изобретения заключается в том, что по центру летки установлен трубопровод, имеющий в верхней части коническую насадку и состоящий из двух каналов, один для перегретой воды, заканчивается распылителями, а канал для сжатого воздуха заканчивается соплами, расположенными над ванной. В нижней части трубопровод проходит через воронку, установленную по центру ванны и не связанную с пульпопроводом ванны. Причем для большего времени воздействия воды на жидкий шлак часть перегретой воды может впрыскиваться вверх под углом. Для подобного впрыска коническая насадка содержит перфорацию для впрыска перегретой воды в верхнюю часть летки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведен эскиз устройства для жидкого шлакоудаления.

Устройство для жидкого шлакоудаления состоит из летки 1, по которой стекает шлак, образующийся в топке 2, и трубопровода 3, установленного по центру летки 1 и имеющего в верхней части коническую насадку 4. Трубопровод 3 содержит два независимых канала, один из них служит для подачи перегретой воды через распылители 5 в верхней части трубопровода 3. Через второй канал подводится сжатый воздух через сопла 6 над ванной 7. В нижней части трубопровод 3 проходит через установленную по центру ванны 7 воронку 8 с трубой 9 для вывода тяжелых окислов, не связанной с пульпопроводом 10 для отвода шлака из ванны 7.

Устройство работает следующим образом. В конце летки 1, когда шлак отрывается от ее стенки, он подвергается воздействию струй перегретой жидкости, которая под напором вырывается через распылители 5. Термическое воздействие на шлак в эвтектическом состоянии приводит к грануляции шлака. Причем из-за разного поверхностного натяжения происходит концентрирование и разделение легкой и тяжелой компонент шлака в разных гранулах. Сопла 6 служат для дальнейшего пространственного разделения легких и тяжелых гранул за счет разного отношения плотностей. В воронке 8 собираются преимущественно тяжелые компоненты, легкие же выносятся струями сжатого воздуха из сопел 6 дальше от центра и попадают в ванну 7 с водой, а затем удаляются через пульпопровод 10. Для увеличения времени воздействия струй перегретой жидкости на жидкий шлак возможен вариант устройства, в котором струи перегретой жидкости направляются вверх с помощью перфорации в конической насадке 4 с расчетом столкновения струй и жидкого шлака наверху летки 1. В результате механического и термического воздействия на расплав образуется полидисперсная смесь сферических частиц, которые падают в ванну 7. Вода в емкости может интенсивно барботироваться воздухом с образованием пены. При необходимости для усиления пенообразования в воду добавляют поверхностно-активные вещества. При этом шлак, содержащий преимущественно легкие окислы (CaO, SiO₂, Аl₂О₃) постоянно стекает вместе с пеной через верхнее спускное устройство (на чертеже не показано). Поскольку возможные (при нарушении технологического режима) большие куски флотироваться не будут, отпадает необходимость в дроблении. Легкий шлак пропускают через сито и по существующему пульпопроводу 10 направляют потребителю или на шлакозолоотвал. При этом поскольку все частицы будут иметь сферическую форму, резко снижается коррозия труб пульпопровода. Окислы тяжелых металлов (FeO, Fе₂О₃, UO₂ и др. ) тонут и удаляются со дна воронки 8 через нижнее спускное отверстие и трубу 9. Для унификации состава легкого шлака, который может применяться при производстве строительных материалов, к расплаву в шлаковой ванне может добавляться зола этого же топлива, которая содержит по отношению к шлаку повышенное содержание CaO [8] и будет играть роль флюса.

Источники информации
1. Волков В. И. Устройство для вибрационной очистки труб котлоагрегатов. А. С. 798473, Бюлл. 3, 1981.

2. Волков В. И. , Сеначин П. К. Устройства для сброса шлаковых отложений с поверхностей нагрева. А. С. 642599, Бюлл. 2, 1979.

3. Хзмалян Д. М. , Каган Я. А. Теория горения и топочные устройства. М. : Энергия, 1976, с. 452-473.

4. Буйновский А. С. , Мартякова З. П. Некоторые экологические аспекты использования твердых топлив в энергетике. // Энергетика: экология, надежность. Тезисы докладов научно-технического семинара. Томск: Изд ТПУ, 1994, с. 47.

5. Левченко Г. И. , Балтян В. Н. , Христич Л. М. Энергетический котел с утилизацией минеральной части твердого топлива. // Теплоэнергетика, 1999, 11, с. 9-13.

6. Давыдов М. Г. , Мадоян. А. А. Радиоактивные выбросы Новочеркасской и Несветай ГРЭС и радиоэкологическая обстановка в районе их размещения. // Материалы научно-практической конференции "Проблемы развития атомной энергетики на Дону". Северо-Кавказский центр высшей школы, ООО ИЦ "Булат", 1998, 232.

7. Гольдштейн П. Я. , Штейерт Н. П. Использование топливных зол и шлаков при производстве цемента. Л. : Стройиздат, 1977, с. 152.

8. Овчаренко Г. И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах. Красноярск: Изд. КрасГУ, 1991, с. 216.

Изобретение относится к устройствам шлакоудаления из топки промышленного парогенератора и может быть использовано на теплоэнергетических станциях. Устройство включает трубопровод с конической насадкой в верхней части, расположенный по центру летки, воронку с трубой для вывода окислов тяжелых металлов, не связанную с пульпопроводом и расположенную по центру ванны, при этом трубопровод проходит в нижней части через воронку и выполнен в виде двух каналов: один канал служит для подачи перегретой воды через распылители, расположенные в верхней его части, а другой - для подачи сжатого воздуха через сопла, установленные над ванной. При использовании изобретения обеспечивается унификация технологических свойств шлака и снижение его радиоактивности. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для жидкого шлакоудаления, содержащее летку, ванну для сбора и охлаждения шлака с пульпопроводом, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводом с конической насадкой в верхней его части, расположенным по центру летки, и установленной по центру ванны воронкой с трубой для вывода окислов тяжелых металлов, не связанной с пульпопроводом, при этом трубопровод проходит в нижней части через воронку и выполнен в виде двух каналов, один из которых служит для подачи перегретой воды через распылители, расположенные в верхней его части, а другой канал - для подачи сжатого воздуха через сопла, установленные над ванной. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коническая насадка трубопровода выполнена с перфорацией и связана с каналом для перегретой воды.