Способ сжигания отходящих газов сажевого производства

 

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.

СОЮЗ GOBETCHHX

oaNV

РЕСПУБЛИН

09) (!!) pe F 23 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ifO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCKOMV СаиЕтвъствм

1 ,с ййЬЛМОТЕ « (21) 3487345/29-33 (22) 03.09.82 (46) 23.06.84. Бюл. Ф 23 (72) Г.А.Волошин, М.Я.Бобрик, В.Ф.Антоненко, В.Ф.Суровикин, Г.В.Бабич, Н.К.Кореняк и В.Т.Попов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (53) 628.54(088.8) (56) 1. Патент США Ф 4036576, кл. 431-5, 1980.

2. Патент США В 4154567, кл. 431-5, 1981 (прототип) . (54)(57) 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 повышения 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 n. f, о т л и ч а юшийся тем, что потоку смеси отходящих газов и окислителя до подачи дополнительного окислителя придают Я центростремительное ускорение 10001500 м/с .

3 10991 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 интенсивное горение частиц. При уменьшении времени смешения и индукционного периода менее 0 05 с даже при 1300 о С в топочном пространстве частицы сажи 10 не успевают пройти индукционный период и прн подаче дополнительного окислителя необходимо дополнительное время для их воспламенения. Кроме того, при циклонном движении в топочном 15 пространстве происходит проникновение молекул окислителя сквозь слой частиц сажи в продукты полного горения отходящих газов и вновь создается ситуация, при которои окислителя для горе- 20 ния частиц сажи будет недостаточно, в то время как в продуктах горения в центральной области топочного пространства будет избыток окислителя. таким образом, преждевременная пода- 25 ча окислителя приводит к нежелательному охлаждению частиц сажи, снижению их реакционной способности, нежелательному разбавлению продуктов горения окислителем и в результате к не- 30 дожогу частиц сажи.

Увеличение времени поебывания частиц сажи в газовых продуктах, имеющих температуру 900 — 1300 С, более

0,4 с до ввода дополнительного окис35 лителя приводит лишь к нерационально" му увеличению топочного пространства.

Кроме того, что частицы сажи давно готовы к процессу горения с вводом окислителя, с увеличением времени движения в циклонной печи происходит уменьшение, а затем и полное уничтожение, при достаточно большой длине зоны горения, крутящего момента закрученного потока смеси отходящих газов и окислителя либо продуктов их горения, что в свою очередь приводит к постепенному рассредоточению и, в конечном счете, к равномерному рас-. пределению частиц сажи в газовом по-

50 токе, что значительно ухудшит условия 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

88 4 с вьделением тепла, часть тепла образуется при сжигании высококалорийного вспомогательного топлива. На частицы сажи воздействуют радиационными тепловыми потоками от высокотемпературных газов и раскапенной футеровки, конвекцией от продуктов горения и прямоточной теплопередачей эа 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 дополнительный 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 долкно 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 сепариру-"

xn cs и движутся вдоль раскаленной поверхности футеровки, располагаясь на определенном расстоянии друг от друга, причем при горении одной из частиц выделяемое тепло от горения интенсивно передается соседним частицам.

Горение слоя частиц сажи в пред1 лагаемом способе осуществляется в основном по следующему принципу. Ближ-.. ние 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 частицы сажи, отстоящие ближе к центру топочного пространства, движутся навстречу друг другу. Под воздействием центростремительного ускорения частицы саж;, обладающие боль1099188 шой массой, вытесняют продукты полного горения иэ пристенного слоя в центральную область топочного пространства, при этом между ними происходит активный теплообмен. Частицы, 5 ранее находившиеся ближе к центру топочного пространства, движутся к футеровке и процесс возобновляется.

Иэ экспериментов найдено, что при . уменьшении центростремительного уско" о рения 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 1э сопротивление пристенного слоя и поэ-тому полностью не сгорают.

Увеличение же центростремительного ускорения более 1500 м/с неэкономично, так как степень роста энергетических затрат превышает степень роста выгорания частиц, Одним из важных параметров, влияющих на эффективность процесса сжи- гания отходящих газов сажевого произ- >> водства, содержащих частицы сажи, являются полнота сгорания вспомогательного. топлива.

На энергетические показатели процеСса сжигания отходящих газов саже- 30 вого производства большое влияние оказывает степень закрутки смеси этих газов и окислителя. Под степенью закрутки в данном изобретении подразумевается отношение тангенциальной составляющей скорости движения смеси к поступательной составляющей. Степень закрутки для данного процесса должна быть равна 1-5. При уменьшении указанной степени закрутки исчезают 40 приведенные выше эффекты, способствующие полному сгоранию частиц сажи в содержащих их газовых средах, Увеличение степени закрутки более 5 ведет к увеличению энергетических затрат.

Способ осуществляетея следующим образом.

В камеру горения топочного пространства аксиальным потоком подают высокотемпературные продукты полного горения, образующиеся от сжигания высококалорийного топлива. После предварительного разогрева камеры горения в нее 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.

Пример . 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 нмз/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

200 С, воздуха — 20 С, давление о смеси составляет 200 кг/м . Калорийность отходящих газов для данного случая составляет 400 ккал/нм, количество сажи в них — 10 r/íì .

В камере горения именнцей темпео ратуру 1100 С, реагирующие продукты движутея со средней по сечению камеры поступательной скоростью

10,5 м/с и центростремительным ускорением 900-1500 м/с" .

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

Иэ табл. 1 видно, что при прочих равных условиях в сравнении с прототипом по предлагаемому способу разделение общего количества воздуха и подача отдельным потоком через 0,05 с (минимальное возможное время )

1500 нм /ч воздуха приводит к увеличению степени выгорания сажи с 57Х до

60Х. 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 вспомогательного топлива и воздуха на его горение, температуры в топке те же,что и в табл, 1) .

7 1099188 8

Из табл. 2 видно, что при увеличе- реэ 0,2 с после ввода отходящих гании центростремительного ускорения эов и окислителя и при придании этопо сравнению с.прототипом в случае му потоку смеси центростремительноподачи всего воздуха без разделения ro ускорения 1200 м/сз достигается на потоки происходит незначительное наилучший результат — частицы сажи увеличение степени выгорания сажи. выгорают до 97Х при относительно неВ табл. 3 показано влияние центро- больших энергетических затратах. стремительного ускорения при раэдель- Испольэование изобретения в проной подаче окислителя на степень выго- мышпенности позволит сократить выброрания частиц сажи при сохранении ос- 1О сы загрязняющих веществ в атмосферу, тальных количественных значений по уменьшить отложения сажи на теплообтабл. 1. менных поверхностях, например, в

Из табл. 2 видно, что при времени котлах и тем самым поднять КПД котельподачи дополнительного окислителя че- чых установок.

Таблица 1

По прототипу

Предлагаемый способ

Показатели

Расход отходящих газов, нм /ч

14000

14000

14000

14000

Расход воздуха на смешение с отходящими газами, з /ч

8500

7000

7000

7000

Калорийность отх одящих газов, ал/ з

400

400

400

400

Начальная концентрация частиц сажи в отходящих газах, г/нм

10

10

Расход дополнительного воздуха, нм /ч

1500

1500

1500

Расход вспомогательного топлива (дизельное топливо), кг/ч

200

200

200

200

Расход воздуха на горение вспомогательноro топлива, нмз /ч

2800

2800

2800

2800

1099188

Продолжение табл. 1

По прототипу

1150

900

900

900

900

О, Cf l 00

100

100 способ

8500

8500

1200

1000

1500

900

100

100

100

100

5 7

1ч0

100

Показатели температура в топке, C

Центростреми-. тельное ускоренне5 м/с2

Бремя пребывания дополнительного ввода окислителя, с

Степень выгорания горючих газовых состав- ляющих,,%

Степень выгорания частиц сажи, %

Показатели

Ра.сход воздуха на смешивание отхОдящими ганм /B

Центростремительное ускорение 1-/с2

Степень выгорания горючих газовых составляюс7

ЩИХ in

Степень выгорания частиц сажир %

Относительные энергетические затраты, %.

По прототипу

Предлагаемый способ

Предлагаемый

1 Таблица 2

1099188

Таблица 3

Предлагаемый способ

Прототип

Показатели

Расход воздуха на смешение с отходящими газами, нм /ч

7000

7000

8500

7000

Расход дополнительного воздуха, нм /ч

1500

1500

1500

Центр остр емительное ускорение, м/сз

1200

1000

1500

900

Время пребывания до ввода дополнительного окисли0,2

0,2

0,2

0 теля, с

Степень выгорания горючих газовых составляющих, %

100

100

100

100

Степень выгорания частиц сажи, 7

95

5?

Относительные энергетические затраты, Х 100

80

110

Составитель Т,Лепахина

Редактор Л.Лосева Техред А.Бабинец Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4355/33 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,о4