Гибридная система сжигания угля и угольной пыли в псевдоожиженном слое Советский патент 1992 года по МПК F23C11/02 

Изобретение касается гибридной системы сжигания угольной пыли в псевдо- ожиженном слое, которая вследствие комбинации сжигания в псевдоожиженном слое и обычного сжигания угольной пыли, содержит по меньшей мере одну пылеуголь- ную горелку, по меньшей мере одну угле- размольную установку (угольную мельницу), один необходимый для осуществления сжигания в псевдоожиженном слое воздухорас- пределитель, устройство для вдувания вторичного воздуха, устройство для шлако- удаления, а также запальное приспособление, а также касается способа перевода уже существующих пылеугольных котлов на систему сжигания угольной пыли в псевдоожиженном слое.

Известны системы сжигания угольной пыли, в которых размолотая в системе пы- леприготовления до требуемой тонкости и высушенная угольная пыль подается к пыле- угольной грелке, где угольная пыль смешивается с воздухом для сжигания. Смесь воспламеняется в топке и сгорает при высокой температуре. Часть выделившегося количества тепла излучается на охлажденную стенку топки, тогда как оставшаяся часть используется на остальных поверхностях котла (перегреватель, подогреватель питательной воды, воздухонагреватель).

Этот известный вид сжигания и служащая для его осуществления установка имеют следующие недостатки. Для почти полного сгорания горючей части угольной пыли уголь должен размалываться до требуемой тонкости, что связано со значительными затратами энергии и расходами, несмотря на эту меру, могут возникнуть проблемы с воспламенением и гашением огня, если качество угля ниже запланированного. Возможная еще частичная нагрузка (без вспомогательного сжигания с газом или нефтью) составляет по меньшей мере около 60-70% номинальной нагрузки. Вследствие возникающей в топке высокой температуры выброс вредных для окружающей среды веществ, в частности NOx имеет очень большое значение, а используемая

для связывания S02 основная добавка недостаточно эффективна, поэтому нужно проводить последующую дорогую очистку отходящих газов.

Известны системы сжигания в псевдоожиженном слое, в которых неразмолотый уголь, вводимый, например, через обеспечивающий равномерное распределение воздухораспределитель, сжигается

частично или полностью при 750-9506С с помощью воздуха, подаваемого через воздухораспределитель.

В этом случае отпадает процесс измельчения, во время которого получается

угольная пыль, вследствие чего экономятся затраты на измельчение. Раскаленный псевдоожиженный слой большой массы обеспечивает нечувствительность к изменениям качества угля и одновременно ограниченная диапазоном 750-950°С

температура сгорания также ограничивает

загрязнение окружающей среды NOx и S02.

Однако известный способ применения

сжигания в псевдоожиженном слое также

связан с определенными недостатками.

При одном из вариантов сжигания в псевдоожиженном слое достигается полное сжигание угля и большая часть выделившегося тепла извлекается с помощью

погруженных в псевдоожиженный слой охлаждающих поверхностей. При другом варианте уголь в псевдоожиженном слое сжигается только частично, после чего выходящие из псевдоожиженного слоя газы сжигаются с помощью направляемого через псевдоожиженный слой воздуха. При этом в большинстве случаев отпадают погружаемые в псевдоожиженный слой охлаждающие поверхности.

В обоих случаях скорость потока воздуха, подаваемого для поддержания состояния турбулентности, а также улучшения процесса горения, относительно низка (в среднем ниже 4 м/с), в связи с чем необходимо рассчитывать вертикальное относительно направления потока воздуха поперечное сечение псевдоожиженного слоя большим по сравнению с размерами

систем сжигания угольной пыли, у которых скорость подачи угольной пыли в среднем не ниже 15 м/с, т.е. на одной единице поверхности воздухораспределителя может выделяться только относительно неболь- шое количество тепла, что вызывает значительное увеличение габаритов.

Для того, чтобы по меньшей мере частично устранить недостатки и неудобства сжигания в псевдоожиженном слое или обычного сжигания угольной пыли были разработаны гибридные системы сжигания, объединяющие две системы.

Однако известные устройства для осуществления этого гибридного сжигания не дают возможности бывающего часто необходимым сильного регулирования мощности, кроме того, остается такая же чувствительность к качеству угля, поскольку обе системы сжигания обслуживаются од- ной и той же системой размола и подачи угля, даже если она и содержит отдельные узлы.

У этого устройства разделенная в воздушном сепараторе, подключенном к уголь- ной мельнице, имеющая определенную, например 1-3 мм величину зерна, относительно гомогенная и предварительно высушенная в угольной мельнице угольная мелочь не направляется назад в угольную мельницу для дальнейшего измельчения, а с помощью механического транспортирующего устройства подается к образованному на дне топки котла псевдоожиженному слою, в то время как проходящая через воз- душный сепаратор тонко измельченная угольная пыль из воздушного сепаратора через трубопровод угольной пыли направляется в выходящую в топку пылеугольную горелку. При таком решении используется такая угольная мельница или такой воздушный сепаратор, через которые проходит все необходимое для обеих систем количество угля.

Недостаток этого решения состоит в том, что сжигаемая в псевдоожиженном слое доля угля и сжигаемая в пылеугольной горелке доля угля определены постоянно и обе системы не могут работать раздельно одна от другой.

Наиболее близкой к предлагаемой является гибридная система сжигания угля и угольной пыли в псевдоожиженном слое, содержащая топку котла с псевдоожижен- ным слоем, размещенным на решетке воз- духораспределительного короба, подключенным распределителем угля через линию подачи последнего к системе топливоприготовления и соединенным через упомянутый короб с трубопроводом подачи

ожижающего воздуха, снабженным регулятором расхода, пылеугольную горелку, установленную выходным участком над слоем для образования над последним зоны дожигания уноса из слоя и сжигания угольной пыли, причем горелка соединена своим пы- лепроводом с системой топливоприготовле- ния, включающей питатель, мельницу с воздушным сепаратором, соединенную с трубопроводом рециркуляции дымовых газов из топки.

Целью изобретения является обеспечение возможности работы на различных видах топлива и расширение пределов регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что гибридная система сжигания угля и угольной пыли в псевдоожиженном слое содержит дополнительную систему топливоприготовления псевдоожиженного слоя, выполненную автономной от системы топливоприготовления -пылеугольной горелки, снабженную своими питателем и мельницей без воздушного сепаратора, подключенной своими линиями рециркуляции дымовых газов и подачи угля соответственно к зоне дожигания и слою, при этом воздухораспределительный короб может быть выполнен в виде отдельных регулируемых по воздуху секций.

При гибридном сжигании в предлагаемой системе, осуществляемом частично обычным сжиганием угольной пыли и частично сжиганием в псевдоожиженном слое, сжигаемое .в топке количество угля может во много раз превышать то количество угля, которое поддерживается над решеткой воздухораспределительного короба в турбулентном состоянии и там сжигается.

При низком качестве угля не возникают проблемы ни при воспламенении, ни при непреднамеренном гашении огня, так как эти проблемы устраняются посредством стабильного сжигания в псевдоожиженном слое, Установка с гибридным сжиганием может работать также без дополнительного сжигания газа или нефти с частичной нагрузкой 30-40%. Температура в топке поддерживается в пределах обычных значений для сжигания угольной пыли или сжигания в псевдоожиженном слое, поэтому по сравнению со сжиганием только угольной пыли может достигаться более высокий результат. При работе пламя пылеугольной горелки ни в коем случае не должно соприкасаться с противоположной стенкой, поскольку это может привести к образованию шлака. Поэтому целесообразно выбирать высокую, превышающую 4 м/с, скорость псевдоожижения и разбавлять

пламя угольной пыли. Избыточный воздух при сжигании в псевдоожиженном слое, осуществляемом с большим избытком воздуха, может потребляться угольной пылью, вдуваемой через пылеугольные у горелки со скоростью 15-25 м/с, при этом ее вторичный воздух подается в меньшем количестве и с более низкой скоростью или совсем не подается, гомогенное распределение температуры в топке комбинируется с обеспе- чивающими внутреннюю циркуляцию газа или пыли известными элементами.

Относительно добавления базовых добавок для снижения вредных для окру- жающей среды выбросов SOa могут приме- няться обычные решения.

В отличие от угля, используемого для части, служащей для сжигания угольной пыли, подаваемый для сжигания в псевдоожиженном слое уголь может быть различным как по качеству, так и по происхождению, что повышает возможность адаптации установки для сжигания к соответствующим условиям.

При низких нагрузках, преимуществен- но, работает часть установки для сжигания в псевдоожиженном слое. Производительность сжигания части установки для сжигания угольной пыли в горелке должна рассчитываться больше, чем части для ежи- гания в псевдоожиженном слое. Соответственно ширина псевдоожиженного слоя в большинстве случаев меньше, чем полная ширина топочного пространства.

Преимущество данной гибридной сие- темы сжигания заключается в том, что служащая для сжигания в псевдоожиженном слое часть установки также может работать самостоятельно, т.е. без работы горелки, расположенной над псевдоожиженным ело- ем, служащей для сжигания угольной пыли. Часть установки для сжигания угольной пыли с помощью горелки может работать также самостоятельно, тогда как сжигание в псевдоожиженном слое полностью отклю- чено. Возможность такой независимой одна от другой работы повышает гибко сть всей установки, благодаря чему она может быть приспособлена к требуемой в данный момент мощности и меняющемуся качеству уг- ля.

На фиг.1 приведена схема вертикальной установки для сжигания; на фиг.2 - угольная мельница с воздушным сепарато- ром, разрез; на фиг.З -угольная мельница без воздушного сепаратора, разрез; на фиг.4 - воздухораспределительный короб топки с псевдоожиженным слоем; на фиг.5 - распылительное загрузочное устройство, разрез;

на фиг.6 - воздухораспределительный короб топки в виде секций.

Установка (фиг,1) содержит топку 2 котла, угольную мельницу 1, соединеную через трубопровод 3 рециркуляции для всасывания отходящих газов для сушки и транспортировки подаваемого через питатель 4 угля. Угольная мельница 1 предназначена для размалывания угля до требуемой для сжигания угольной пыли тонкости и снабжена для этой цели воздушным сепаратором 25 (фиг.2). Последний предназначен для отделения из содержащего угольную пыль потока частиц угля, которые не размолоты до нужной тонкости. Отделенная часть угля возвращается для повторного процесса размола в угольную мельницу 1.

Смесь воздуха с отходящими газами и рядовой уголь через трубопровод 22 направляется в угольную мельницу (фиг.2). Сама угольная мельница 1 имеет ударную головку 23 и приводной двигатель 24. Над ударной головкой 23 находится воздушный сепаратор 25, нижняя часть которого через трубопровод 26 для возврата отделенного в воздушном сепараторе угля грубого помола в угольную мельницу соединена с трубопроводом 22.

Подаваемая к пылеугольным горелкам 6 угольная пыль может также получаться без промежуточного включения угольной мельницы 1 от работающего независимо от котла источника угольной пыли. После угольной мельницы 1 состоящая из угольной пыли и газа смесь через пылепровод 5 транспортируется по меньшей мере к одной пыле- угольной горелке 6. Последняя может быть установлена любым способом, например в виде потолочной горелки, боковой горелки или угловой горелки.

В пылеугольную горелку 6 через трубопровод 7 также подается воздух.

В нижней части топки 2 установлен воздухораспределительный короб 8 для сжигания в псевдоожиженном слое. Воздух для псевдоожижения через трубопровод 9 направляется в короб 8, который может быть разделен на секции 28 (фиг.6), что дает возможность секторного регулиривания скорости сжижающего воздуха. Вследствие этого в топке 2 может достигаться благоприятное распределение потока отходящих газов.

Уголь в псевдоожиженный слой 11 подается по линии 18 или при питании снизу через линию 19 из угольной мельницы 10 или угледробилки. Угольная мельница 10 или угледробилка измельчает уголь в обычные для сжигания в псевдоожиженном слое грубые частицы, которые для слоя 11 не должны отделяться и возвращаться назад в угольную мельницу 10, поэтому в последней не устанавливается воздушный сепаратор. Угольная мельница 10 (фиг.З) имеет ударную головку 29, приводной двигатель 30, а также трубопровод для отвода грубого помола и смеси воздуха и отходящих газов.

Угольная мельница 10 также отсасывает отходящий газ из топки 2 через линию 12 рециркуляции, в которую с помощью питателя 13 подается неразмолотый уголь. Смесь угольной пыли и газа может после угольной мельницы 10 из трубопровода 14 подаваться или по линии 18 над слоем 11 в топку 2, или при питании псевдоожиженно- го слоя 11 снизу по линии 19 через короб 8 под псевдоожиженный слой 11. Подача воздуха происходит по линии 18 или по трубопроводу 27 (фиг 4 и 6).

Загрузка псевдоожиженного слоя 11 может происходить также с помощью распылительного загрузочного устройства 15 (фиг.5). Уголь в этом случае с требуемой величиной частиц распыляется на псевдоожиженный слой 11. Неразбитый рядовой уголь по трубопроводу 32 попадает на быстро вращающийся диск 31, который распыляет уголь на псевдоожиженный слой 11. Линия 18, подающая грубый помол из угольной мельницы 10 без воздушного сепаратора на псевдоожиженный слой 11, при работе распылительного загрузочного устройства 15 не работает. В случае работы линии 18 останавливается распылительное загрузочное устройство 15,

У всех этих вариантов выполнения воздух по трубопроводу 16 подается в таком количестве, которое вместе с подачей воздуха по трубопроводу 7 необходимо для полного сгорания выходящей из топочного пространства с псевдоожиженным слоем смеси газа и отходящих газов и подаваемой по пылепроводу 5 угольной пыли, Содержание кислорода в выходящей из псевдоожиженного слоя 11 смеси газа и отходящих газов устанавливается до обычной величины (2-10%), Температура псевдоожиженного слоя 11 устанавливается регулированием количества псевдоожижающего воздуха.

Добавка, связывающая загрязненную S02, подается по трубопроводу 20 и/или трубопроводу 21.

Остающееся в топке 2 после сжигания негорючее твердое вещество удаляется из нее по проходящему через короб 8 трубопроводу 17 для удаления шлака.

Если требуется эксплуатировать часть для сжигания в псевдоожиженном слое гибридной системы сжигания отдельно, т.е. без работы, служащей для сжигания угольной

пыли части, то питатель 4 угля и угольная мельница 1 не работают. По пылепроводу 5 угольная пыль не вдувается, тогда как питатель 13, мельница 10 и/или распылительное

загрузочное устройство 15 питают часть, предназначенную для сжигания в псевдоожиженном слое. Однако если требуется поддерживать в работе часть, служащую для сжигания угольной пыли, без ввода в дейст0 вне части для сжигания в псевдоожиженном слое, то угольная мельница 1 и пылепровод 5 работают, а питатель 13. угольная мельница 10 и/или распылительное загрузочное устройство 15, а также трубопровод 9 оста5 навливаются.

Предлагаемая установка позволяет объединить сжигание угольной пыли и сжигание в псевдоожиженном слое при одновременном устранении недостатков

0 этих методов сжигания.

Преимущество предлагаемой гибридной системы состоит в том, что даже при плохом качестве угля может обеспечиваться стабильное сжигание, а также и при частич5 ной нагрузке 30-40%, при этом выделяющееся в топке количество тепла вообще не ограничивается воздухораспылительным коробом. Кроме того, обеспечиваются хорошие показатели по защите окружающей

0 среды.

Эти преимущества также достигаются ори переводе существующих пылеугольнь,х котлов на гибридную систему сжигания. Перевод первоначально выполненных для

5 сжигания угольной пыли котлов на гибридное сжигание может производиться таким образом, что из части, служащей для получения тонкой угольной пыли, уже известных угольных мельниц удаляется воздушный се0 паратор, вследствие чего угольная мельница 1 преобразуется в угольную мельницу 10 без воздушного сепаратора. Выполненное на месте нижней воронки котла основание для псевдоожиженного слоя загружается

5 грубым помолом этих модифицированных угольных мельниц 10. Под псевдоожиженным слоем 11 устанавливается служащий для снабжения воздухом слоя 11 воздухораспределительный короб 8. Другие, служа0 щие для получения тонкой угольной пыли угольные мельницы котла, а также пылеу- гольные горелки могут оставаться без изменения.

Такая модификация котла особенно

5 предпочтительна, если качество сжигаемого в котле угля меняется, ухудшается и нельзя обеспечивать стабильную работу рассчитанного для сжигания лучшего угля котла с первоначально смонтированной системой для сжигания угольной пыли.

Формула изобретения

1. Гибридная система сжигания угля и угольной пыли в псевдоожиженном слое, содержащая топку котла с псевдоожи- женным слоем, размещенным на решетке воздухораспределительного короба, подключенным распределителем угля через линию подачи последнего к системе топли- воприготовления и соединенным через упомянутый короб с трубопроводом подачи сжижающего воздуха, снабженным регулятором расхода, пылеугольную горелку, установленную выходным участком над слоем

для образования непосредственно над последним зоны дожигания уноса из слоя и сжигания угольной пыли, причем горелка соединена своим пылепроводом с системой

, топливоприготовления, включающей питатель, мельницу с воздушным сепаратором, соединенную с трубопроводом рециркуляции дымовых газов из топки, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения

возможности работы на различных видах топлива и расширения пределов регулирования, она содержит дополнительную систему топливоприготовления псевдоожи- женного слоя, выполненную автономной от

системы топливоприготовления пылеуголь- ной горелки, снабженную своими питателем и мельницей без воздушного сепаратора, подключенной своими линиями рециркуляции дымовых газов и подачи угля соответственно к зоне дожигания и к слою.

2. Система по п.1,отличающаяся тем, что воздухораспределительный короб выполнен в виде отдельных регулируемых по воздуху секций.

7/////////77777//////

25

Щи г. I

|

«4

Ч

}

18

15

33

Фиг.5