Способ сжигания отходящих газов сажевого производства Советский патент 1984 года по МПК F23G7/06 

;О

00

оо i Изобретение относится к способам сзйигания отходящих газов сажевого пр изводства. содержаагих частицы сажи. Образующийся в результате сжигания теплоноситель может быть использован для сзтики влажных грйнул сажи Б суши.пьньпс барабанахS ;адя подогрева сыро.ч„ тахнологического воздуха, воды S процессе производства сажи, для получения техкологического пара в котельньк установка. Известен способ сжигания отходящих газовр включающий подачу в печь топлива и необходимого для его горенкя воздз. подачу отходящих газов и требуемого для их дожигания воздзпса lj , Недостатком данного способа является недостаточная полнота выгорания частиц сажн„ нахсдящргкся в газах, Наиболее близким по технической сущности и достигаемого эффекту является способ сжигания отходящих газов caJseBoro производства включающи сжигание аксиального потока топлива аксиальньм потоком воздуха5 тангенциальную подачу смеси отбросных га::;ОЕ К воздуха смвтение аксиального .1.{о-7С;а продуктов горения вспомогэ,ельного топлива к тангенциального погока смеск отбросных .газов и возп-уха, зосш-зменение и горение горю - ,„ чмк составляющих отходящих газов . Heдocтaткo i известного способа является недостаточная полнота выгор НИИ частиц сажи, содержащихся в от:;. газах. Целью изобретения является повы И1.екие эффективности сжигания частиц csjSK,, содержащихся в отходящих газах сшкевого производства. Поставленная цель достигается тем что соглс сно способу сжигания; отходя шшс газов сакевого производства, ВКЛ чающему сжигание аксиалъного потока вспомогательного топлива с получением высокоте шературных rasoBj подачу а нгендиа.л:ьнь.5 потоком смеси огходящик газов и окислителяJ. смешение данньк потоков с получением реакцион ной смеси5 реакционнзю смесь выдерживают при 900-1300° С в течение 0,05 - О,,4 Са после чего в нее подают дополнительно окиспитель в виде одного нли нескольких потоков, Потоку смеси отходяищх газов и окислителя до подачи дополнительного 882 окислителя придают центростремительное ускорение 1000 - 1500 м/с. При тангенциальной подаче смеси отходящих газов сажевого производства, содержаЕ1их частицы сажи, происходит увеличение концентрации частиц сажи в пристенном слое, зависящее от величины центростремительного ускорения по сравнению с центральной областью топочного устройства При подаче единьм тангенциальным потоком смеси отходящих газов сажевого производства и окислителя, необходимого для полного горения горючих газовых составляющих отходящих газов и частиц cajKHj достигается однородное распределением окислителя в реакционной смеси по сечению печи. В центральной области печи горючие газовые составляющие .сгорают с некоторым избытком окислителя, В пристенном слое, обладающем значительным содержанием частиц сажи, окислителя достаточно только для полного или практически полного горения горючих газовых составляющих отходящих газов, а для горения частиц сажи, обладающих мень|шш4Н скоростями горения, окислителя становится недостаточно, Переход окислителя из центральной зоны топочного пространстваJ при подаче единым потоком смеси отходящих газов сажевого производства и окислителя j в пристенную область затруднителен, поэтому для организации эффективного горения частиц сажи, концентрирутощихся в пристенной зонва в реакционную смесь вводят дополнительно окислитель Изобретение предназначено для сжигания отходящих газов сажевого производства с калорийностью 350 550 ккал/нм . Газы данной калорийности устойчиво горят при температуре не менее 900° С, в то же время их теоретическая тё mepaтypa горения не правьшзает 1300 С. Из энергетических соображений целесообразно сжигать отходящие газы именно в этом диапазоне температур, так как уже при минимальной подаче вспомогательного топлива в отходящих газах осуществляется полное горение горючих составлянмцих. Экспериментально устаноБлено, что в диапазоне температур 900 - 1300 С зремя пребывания частиц сажи, содерж&ущхся Б ОТХОДЯЩИХ газах, до момента гюдачи дополнительного окислителя должно составлять 0,05 - 0,4 с. За этот период времени происходит полное смешение продуктов горения с отходящими газами и окислителем и с подводом дополнительного окислителя происходит воспламенение и интенсив ное горение частиц. При уменьшении времени смешения и индукционного периода менее 0,05 с даже при 1300 С в топочном пространстве частицы сажи не успевают пройти индукционный пери од и при подаче дополнительного окис лителя необходимо дополнительное вре мя для их воспламенения. Кроме того, при циклонном движении в топочном пространстве происходит проникновени молекул окислителя сквозь слой части сажи в продукты полного горения отхо дящих газов и вновь создается ситуация, при которой окислителя для горе ния частиц сажи будет недостаточно, в то время как в продуктах горения в центральной области топочного пространства будет избыток окислителя. Таким образом, преждевременная подача окислителя приводит к нежелательному охлаждению частиц сажи, снижени их реакционной способности, нежелательному разбавлению продуктов горения окислителем и в результате к недржогу частиц сажи. Увеличение времени пребывания час тиц сажи в газовых продуктах, имеющи температуру 900 - , более 0,4 с до ввода дополнительного окислителя приводит лишь к нерационально му увеличению топочного пространства Кроме того, что частицы сажи давно . готовы к процессу горения с вводом окислителя, с увеличением времени Дв жения в циклонной печи происходит уменьшение, а затем и полное уничтожение, при достаточно большой длине зоны горения, крутящего комента закpj ieHHoro потока смеси отходящих газов и okиcлитeля либо продуктов их горения, что в свою очередь приводит к постепенному рассредоточению и, в конечном счете, к равномерному рас пределению частиц сажи в газовом потоке, что значительно ухУдшит услови выгорания частиц сажи. При тангенциальной подаче смеси отходящих газов сажевого производства, содержащих частицы сажи и окисли теля, частицы сажи сепарируются в пристенной области. Горючие газовые составляющие отходящих газов сгорают с вьщелением тепла, часть тепла образуется при сжигании высококалорийного вспомогательного топлива. На частицы Ъажи воздействуют радиационными тепловыми потоками от высокотемпературных газов и раскаленной футеровки, конвекцией от продуктов горения и прямоточной теплопередачей за счет соударения с футеровкой. Частицы сажи прогревают воздействием этих тепловых потоков при 900 - 1300° С в течение 0,05 - 0,4 с, после чего подают дополнительньй окислитель. При движении и взаимодействии с раскаленной огнеупорной футеровкой воспламенение и горение частиц сажи происходит намного интенсивнее, нежели просто при движении в газовом потоке. Однако активное воздействие огнеупорной футеровки на процесс выгорания частиц сажи проявляется при определенных условиях. Одним из главных условий является центростремительное ускорение, с которым движутся частицы сажи. Оно должно составлять 10001500 м/с. При таком значении центростремительного ускорения футеровка печи активно воздействует на процесс горения частиц, при этом не требуется значительных энергетических затрат. Данное центростремительное ускорение 1000 - 1500 м/с действует на частицы сажи таким образом, что они сепарируются и движутся вдоль раскаленной поверхности футеровки, располагаясь на определенном расстоянии друг от друга, причем при горении одной из частиц вьщеляемое тепло от горения интенсивно передается соседним частицам. Горение слоя частиц сажи в предлагаемом способе осуществляется в ос-, новном по следующему принципу. Ближние к раскаленной огнеупорной футеровке частицы сажи путем радиационного и конвективного теплообмена с продуктами горения, а также радиационного теплообмена с футеровкой и путем прямого взаимодействия с ней довольно быстро получают достаточное количество тепла для их воспламенения и с подачей дополнительного окислителя воспламеняются. Образующиеся продукты полного горения от горения этих частиц сажи и сажи, отстоящие ближе к центру топочного пространства, движутся навстречу друг другу. Под воздействием центростремительного ускорения частицы сажл, обладающие больтой массой, вытесняют продукты полного горения из пристенного слоя в центральную область топочного пространства, при этом между ними происходит активный теплообмен. Частицы, ранее находившиеся ближе к центру топочного пространства, движутся к футеровке и процесс возобновляется. Из экспериментов найдено, что при

т уменьшении центростремительного ускорения менее 1000 м/с часть частиц сажи из центральной области топочного пространства не попадает в периферийную область наиболее интенсивного горения, так как им трудно преодолеть сопротивление пристенного слоя и поэ тому полностью не сгорают.

Увеличение же центростремительного ускорения более 1500 м/с неэкономично, так как степень роста знергетических затрат превышает степень роста выгорания частиц.

Одним из важных параметров, влияющих на эффективность процесса сжигания отходящих газов сажевого производства, содержащих частицы сажи, являются полнота сгорания вспомогательного топлива.

На энергетические показатели процесса сжигания отходящих газов сажевого производства большое влияние оказывает стегмнь закрутки смеси этих газов и окислителя. Под степенью закрутки в данном изобретении подразумевается отношение тангенциальной сЪставлякицей скорости движения смеси к поступательной составляющей. Степень закрутки для данного процесса должна быть равна 1-5. При уменьшении указанной степени закрутки исчезают приведенные вьш1е эффекты, способст- вуимцие полному сгоранию частиц сажи в содержащих их газовых средах. Увеличение степени закрутки более 5 ведет к увеличению энергетических затрат.

Способ осуществляется следующим обраэом.

В камеру горения топочного пространства аксиальным потоком подают высокотемпературные продукты полного горения, образующиеся от сжигания высококалорийного топлива. После предварительного разогрева камеры горения в неё тангенциальным потоком подают смесь отходящих газов, содержащих частицы сажи, и воздуха. По прошествии определенного времени в

камеру горения тангенциальным потоком подают дополнительно окислитель в виде одного или нескольких потоков Продукты полного горения выводятся из топочного устройства.

О р и м е р . В камеру горения аксиальным потоком вводят поток продуктов полного горения топлива, образующихся при сжигании 200 кг/ч дизельного топлива. Количество воздуха, используемого для сжигания данного количества дизельного топлива, составляет 2800 нм/ч. Одновременно с подачей аксиального потока продуктов полного горения дизельного топлива в камеру горения тангенциальным потоком со скоростью 30 м/с вводят смесь 14000 нм/ч отходящих газов сажевого производства и 7000 нм/ч воздуха. Температура отходящих газов

I О / «. - OrV t ;

200 С, воздуха - 20 С, давление

смеси составляет 200 кг/м. Калорийность отходящих газов для данного случая составляет 400 ккал/нм, количество сажи в них - 10 г/нм.

В камере горения, имеющей температуру 1100 С, реагирующие продукты движутся со средней по сечению камеры поступательной скоростью 10,5 м/с и центростремительным ускорением 900-1500 н/с .

В табл. 1 представлены сравнительные данные по влиянию разделения количества воздуха, необходимого для сжигания отходящих газов, содержащих частицы сажи, на несколько потоков на степень выгорания частиц сажи.

Из табл. 1 видно, что при прочих равньрс условиях в сравнении с прототипом по предлагаемому способу разделение общего количества воздуха и подача отдельньм потоком через 0,05 с (минимальное возможное время ) 1500 нм/ч воздуха приводит к увеличению степени выгбрания сажи с 57% до 60%. В табл. 1 также представлены данные по влиянию времени ввода дополнительного потока на степень выгорания сажи.

В табл. 2 показано влияние центростремительного ускорения на степень выгорания частиц сажи (количественные значения расхода отходящих газов, калорийности отходящих газов, начальной концентрации частиц сажи в отходящих газах, расхода вспомогательн го топлива и воздуха на его горение температуры в топке те же, ч то и в табл. 1

Из табл. 2 видно, что при увеличении центростремительного ускорения по сравнению с прототипом в случае подачи всего воздуха без разделения на потоки происходит незначительное увеличение степени выгорания сажи.

В табл; 3 показано влияние центростремительного ускорения при раздельной подаче окислителя на степень выгорания частиц сажи при сохранении остальных количественных значений по табл. 1.

Из табл. 2 видно, что при времени подачи дополнительного окислителя через 0,2 с после ввода отходящих газов и окислителя и при придании этому потоку смеси центростремительного ускорения 1200 м/с достигается наилучший результат - частицы сажи выгорают до 97% при относительно небольших энергетических затратах.

Использование изобретения в промышленности позволит сократить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, уменьшить отложения сажи на теплообменных поверхностях, например, в котлах и тем самым поднять КПД котелных установок. -

Таблица 1

1. СПОСОБ СЖИГАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ САЖЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающий сжигание аксиального потока вспомогательного топлива с йолучением высокотемпературных газов, подачу тангенциальным потоком смеси отходящих газов и окислителя, смешение данных потоков с получением реакционной смеси, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности сжигания частиц сажи, реакционную смесь выдерживают при 900-1300 С в течение 0,05 - 0,4 с, после чего в нее подают дополнительно окислитель в виде одного или нескольких потоков. 2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что потоку смеси отходящих газов и окислителя до подачи дополнительного окислителя придают § центростремительное ускорение 1000«Л 1500 м/с.

Расход отходящих газов,

Расход воздуха на смешение с отходящими газами, им/ч

Калорийность

отходящих

газов,

ккап/нм

Начальная концентрациячастиц сажи в отходящих газах, г/нм

Расход дополнительноговоздуха, нм/ч

Расход вспомогательноготоплива (дизельное топливо), кг/ч

Расход воздуха на горение вспомогательного топлива, нм /ч

14000

14000

14000

7000

7000

7000

400

400

10

10

1500

1500

1500

200

200

2800

2800

2800

в

1150

1150

Центростреми-, тельное ускорение м/с

Время пребывания дополнительного ввода окислителЯ), с

Степень выгорания горючих газовьпк составЛЯ10ЩИХ 5 %

Степень выгорания частиц сажи, %

Раекод воздуха на смешивание с отходяш -н да газами, нм /ч

Центростремительное ускорение, м/с

900

Степень выгорания горючих газовых составляю100щих S %

Степень выгорания частиц са57 , жи 5 %

Относительные энергетические

100 saTpaTbij %

Продолжение табл. 1

1150

1150

8500

8500

8500

1000

1500

1200

100 100

100

63

70

62

140

103

115

11

Расход воздуха на смешение с отходящими газами,

Расход дополнительного воздуха, нм /чЦентростремительное ускорение,

Время пребывания до ввода дополнительного окислителя, с

Степень выгорания горючих газовьк составляющих, %

Степень выгорания частиц сажи, %

Относительные

энергетические

затраты, %

12

1099188

Таблица 3

7000

7000

7000

1500

1500

1500

1200

1000

1500

0,2

0,2

100

100 95

97

90

110