Камера для сжигания твердого топлива Советский патент 1993 года по МПК F23C3/00 F27B3/00 

I/ зобретение относится к теплоэнергетике и может применяться при сжигании топл1 ва в расплаве для получения тепла, используемого для выработки пара.

В условиях постоянно ухудшающегося качества добываемых углей эффективное их испо/ ьзование с соблюдением всех техно- логичгских решений, обеспечивающих минимальное воздействие на окружающую среду, является актуальным требованием врем ни. Одной из перспективных технологий, направленных на решение вышеуказанной задачи, является разрабатываемый в настоящее время способ сжигания твердого топлива в расплаве шлака, барботируемом кислородсодержащим газом. Способ

осуществляют в устройствах, выполненных по типу пирометаллургических агрегатов.

Известна печь для плавки сульфидных материалов в жидкой ванне (авт.ев, 813102), представляющая собой прямоугольную шахту, которая включает камеры плавления и восстановления материалов, снабженные узлами испарительного охлаждения, загрузочными устройствами, газоходами, фурмами для подачи воздуха и газа и сифонами для отвода продуктов плавки. Материалы через загрузочные устройства непрерывно подают в шахту печи на поверхность барбо- тируемого расплава. В расплаве в зоне плавления над фурмами происходит интенсивное плавление материалов, а в подфур- менной зоне печи его разделение на шлак и

VJ

ЧЭ

СО

СП

штейн. Последний выводится через сифон, а богатые сернистым ангидридом газы - через газоход для улавливания и использования. Шлак проходит зону восстановления, где происходит отгонка из него летучих материалов за счет вдувания через фурмы восстановителя и отводится через сифон. Газы из восстановительной камеры выводятся через другой газоход для улавливания и использования. Тепло отходящих газов используется для выработки пара.

Недостатками известной печи при сжигании в ней твердого топлива являются: плохие экологические характеристики, т.к. окислительная атмосфера, образующаяся в зоне плавления, способствует образованию в отходящих газах значительного количества МОХ; несоответствие между распределен нием топлива и окислителя по объему печи в процессе ее работы, что приводит к образованию обогащенных и обедненных кислородом зон и может вызвать увеличение вредных выбросов или недожог топлива.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является камера для сжигания топлива в расплаве, выполненная в. виде прямоугольной шахты с расположенным в торце устройством для загрузки топлива, фурмами на боковых и торцевой стенках, сливными окнами для отвода продуктов плавки и расположенным в центре газоходом. (Отчет ЮжВТИ Экспериментальные исследования технологии сжигания АШ в расплаве, барботируемом обогащенным кислородом воздухом, № госрег. 01850044927, Горловка, 1989, с. 11-15).

Топливо без дополнительной переработки подается в камеру на поверхность расплава. За счет обогащенного кислородом воздуха, подаваемого через фурмы под уровень расплава, идет интенсивное сгорание топлива. Процесс происходит при температуре около 1500°С. Продукты сгорания, включающие около 30% (по объему) СО, поступают в камеру дожигания горючих газовых компонентов. Интенсивный тепло- и массообмен в барботируемом расплаве, наличие высоких температур внутри расплава, хороший контакт топлива с окислителем позволяют обеспечить практически полное сжигание топлива при высоких скоростях горения.

Недостатком известного устройства являются плохие экологические характеристики процесса (значительное содержание МОх в уходящих газах). На начальном участке камеры в месте загрузки топлива, где со держание углерода максимальное, поддерживается восстановительная среда. Далее, по мере движения расплава к сливу происходит выгорание углерода. Количество сгоревшего топлива определяется константой скорости горения и коэффициентом диффузии окислителя в расплаве. При избытке окислителя количество выгоревшего данном сечении камеры топлива будет определяться вышеуказанными параметрами.

- С/Сисх. - относительная масса топлива, сгораемого в данном сечении камеры; 0 G - расход дутья в данном сечении;

Go - теоретически необходимый расход дутья в том же сечении;

а-коэффициент избытка дутья,

В начальной зоне камеры расход дутья 5 ниже теоретически необходимого (G/Go 1; а 1). В этой зоне поддерживается восстановительная газовая среда с высоким содержанием продуктов химического недожога (СО, Н2, СЩ и др.). В средней зоне

0

камеры расход дутья соответствует его теоретически необходимому расходу (, ). Здесь происходит сгорание топлива без продуктов хим. недожога и избыточного кислорода в продуктах сгорания. В выход5 ной зоне камеры расход дутья превышает теоретически необходимый расход для сгораемой массы топлива (сгораемая масса определяется кинематическими и диффузионными характеристиками процесса

0 горения). Поэтому в этой зоне устанавливается окислительная среда, характеризующаяся наличием избыточного кислорода в продуктах горения и активным образованием МОх. Уменьшение расхода дутья в этой

5 области в соответствии со сгораемой массой топлива в ней при прочих неизменных условиях может вызвать уменьшение газосодержания расплава, нарушение режима его барботирования и увеличение его вязко0 сти. Постоянное газосодержание расплава по в.сему объему камеры, оптимальное для процесса горения, является необходимым условием обеспечения высокой скорости всех физико-химических превращений в

5 расплаве при взаимодействии его с окислителем.

Целью изобретения является снижение вредных выбросов при сохранении эффективности процесса сжигания.

0 Указанная цель достигается тем, что в камере для сжигания твердого топлива в расплаве, содержащей кессонированный пояс с фурмами, установленными в боковых стенках камеры, загрузочное устройство.

5

расположенное у одной торцевой стенки, сифон с выпускным окном, расположенный у противоположной торцевой стенки и газо- отводящий тракт, согласно изобретению, камера выполнена с уменьшающимся в стоpo iy выпускного окна сечением между боко

5ыми стенками, при этом отношение расстояния между этими стенками у сифона к

ра

хтоянию между ними у загрузочного устройства составляет 0,5 - 0,6, а площадь сечения камеры между осями рядом распо- ло кенных фурм по всей длине камеры оста- ет

Уменьшение поперечного размера камеры по ходу движения расплава при сохранении постоянной площади сечения камеры между осями соседних фурм позволяет:

- поддерживать постоянное газосодер- ние расплава (каждой паре встречных

ж ФУ

рм соответствует одинаковый объем рас-

плава) и, следовательно, по всей длине Каме ры сохранять одинаковый режим барботажа;

- поддерживать недостаток дутья (а 1)

по по

во

отношению к выгораемой массе топлива всему объему камеры, т.е. поддерживать

;становительную среду; - уменьшать подачу обогащенного кислородом дутья по мере выгорания топлива. В заявленном диапазоне соотношения

S2

/Si создается оптимальная геометрическэя конструкция для поддержания наилучших условий по барботажу расплава, стзпени выжига горючих и экологическим ха зактеристикам процесса. Величина Si вы- б рается, исходя из качества сжигаемого топлива и проектной мощности. Изюнение соотношения S2/Si за счет изменения Si, неприемлемо, т.к. приведет или к образованно застойных зон в объеме расплава с отсутствием бэрботажа в случае увеличения Si, или к снижению мощности агрегата в случае уменьшения SL Поэтому изменение указанного соотношения возможно лишь за счзт изменения $2.

При S2/Si 0,6 потребуется увеличенный расход дутья для поддержания необхо- Д1/МОГО барботажа расплава, что не только не экономично, но и приводит к увеличению вь хода NOX и, кроме того, может сопровождаться захолаживанием расплава в области слива.

При S2/Si 0,5 возможно соударение стэуй, истекающих из ближних и выходной, зоны фурм и выброс расплава, что сопровождается ухудшением тепл омассообмен- HbW процессов в расплаве и увеличением недожога из-за выноса из объема расплава несгоревшего топлива. Кроме того, может происходить значительное шлакование поверхностей нагрева, расположенных в газо- хо|дё над камерой.

j При поиске по патентной и технической литературе не было обнаружено техниче5

0

ских решений с вышеуказанными отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию Существенные отли5 чия.

На фиг.1 представлена камера для сжигания топлива в расплаве. Она содержит загрузочное устройство 1. кессонирован- ный пояс 2 с фурмами 3 для подачи кисло0 родсодержащего газа, газоотводящий тракт А, выпускное окно 5 для удаления шлака и окно 6 для удаления тяжелых компонентов, а также шлаковый сифон 7. На фиг.2 - разрез камеры по А-А на фиг,2.

Камера работает следующим образом. Уголь, не проходя стадии размола, непрерывно подается через загрузочное устройство 1 на поверхность расплава, барботируемого кислородсодержащим дутьем, поступающим подуровень расплава через фурмы 3. Содержание кислорода в дутье и давление дутья одинаково во всех фурмах. Продукты плавки непрерывно выводятся через выпускное окно 5 и окно 6.

5 Крупные частицы угля сгорают не сразу, а постепенно, циркулируя в объеме шлакового расплава. Благодаря тому, что расстояние между фурмами увеличивается, и, следовательно, расход дутья уменьшается по мере

0 выгорания топлива и область () находится в области выхода расплава из камеры. Окислительная зона ( а 1) отсутствует на всем протяжении камеры. Таким образом обеспечивается восстановительный режим

5 горения.

Процесс характеризуют табл.1 и 2, где С - остаточное содержание углерода в расплаве в области l-ой пары фур м; 02 - содержание кислорода в уходящих газах в той же

0 области; СО - содержание окиси, углерода; NOx - содержание окислов азота.

Из табл.1 видно, что при тех же показателях выжига ( % в области слива) содержание. NOx в уходящих газах значительно

5 меньше в предложенной конструкции камеры, чем в прототипе.

Из табл.2 видно, что при изменении соотношения S2/Si в сторону меньше 0,5 увеличивается недожог топлива, а при

0 увеличении Sa/Si больше 0,6 возрастают вредные выбросы и увеличивается расход дутья.

Таким образом предложенная конст- 5 рукция камеры позволяет добиться оптимальных показателей процесса сжигания топлива в расплаве по эффективности теп- ломассообмена, экологическим характеристикам и экономии расхода дутья.

Формула изобретения Камера для сжигания твердого топлива, содержащая кессонированный пояс с фурманами, установленными в боковых стенках камеры, загрузочное устройство, расположенное у одной торцовой стенки, сифон с выпускным окном, расположенный у противоположной торцовой стенки и газоотводя- щий тракт, отличающаяся тем, что, с целью сокращения вредных выбросов при

сохранении эффективности процесса сжигания, камера выполнена с уменьшающимся в сторону выпускного окна сечением между боковыми стенками, при этом отношение расстояния между этими стенками у сифона к расстоянию между ними и загрузочного устройства составляет 0,5-0,6, а площадь сечения камеры между осями рядом расположенных фурм по всей длине камеры остается величиной постоянной.

тике 1зобретение.относится к теплоэнерге- и служит для получения тепла при сжигании топлива в расплаве шлака. Камера содержит кессонированный пояс с фурмами, установленными в боковых стенках камеры, торцовое загрузочное устройство, выпускное окно в противоположном торце камеры и газоотводящий тракт. Камера выполнена с уменьшающимся по ходу движения расплава расстоянием между боковыми стенками, а фурмы установлены с увеличивающимся в том же направлении шагом. Такое выполнение позволяет поддерживать баланс между топливом и окислителем по всей длине камеры и слабую восстановительную атмосферу в объеме камеры, что уменьшает содержание в дымовых газах. 2 табл., 2 ил.

Таблица 1

Таблица 2

Фи2.1