Способ термохимической обработки угольной пыли и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к химической технологии. Цель - снижение расхода высококачественного топлива за счёт рациональной организации воспламенения низкосортного угля в два этапа. Камера сгорания (КС) снабжена патрубком подвода вспомогательной части угольной пьши и воздуха к Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при сжигании низкосортных трудновосппаменяемых углей в виде пыпеугольных аэросмесей. Цель изобретения - снижение расхода высококачественного топлива. Часть потока угольной пыли в количестве 20-30% от общего расхода подают в камеру сгорания, при этом высококачественное топпиво подают в камеру сгорания с коэффициентом топке, расположенным по оси КС, и патрубками подвода реагентов, расположенными тангенциально оси КС. Причем отношение ширины КС к внутреннему диаметру 0,4-0,6, отношение диаметра КС к внутреннему диаметру реакционной камеры (РК) 1,5-2,0, а отношение длины РК к ее диаметру 5-6. При этом на внутренних поверхностях КС выполнено жаростойкое покрытие . В РК подают вспомогательный поток угольной пыли в количестве 20- 30% от его суммарного расхода, высококачественное топливо подают с коэффициентом избытка окислителя I ,6- 2,6. Смешиваясь в РК с факелом высококачественного топлива, образугацимся в КС, угольная пыль разогревается , частично сгорает, частично газифицируется . При этом продукты газификации и угольные частицы активируются радикалами и углеводородных соединений из факела. 2 с и 1 з.п. ф-лы, 2 т абл., 1 ил. избытка окислителя 1,6-2,6 в вихревом потокео Трудновоспламеняеьые угли (например, антрацитовый штыб с тедротворной способностью около 4000 ккал/кг и зольностью до 50%) требуют для своего стабильного горения добавки высококачественного топлива 20-30%а Для сокращения расхода высококачественного топлива часть угольной пыли (20-30% ее общего расхода) подают через камеру сгорания в реакционер (Л И СП со о ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

m4 В 01 3 19/00

Г, Й; 4 О ЛЕ г / .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4265958/31-. 26 (22) 03.07,87 (46) 23.02.89. Бюп. N- 7 (7!) Институт высоких температур

AH СССР (72) И.Я.Толмачев, Э.3.111пильрайн, О. П. Попов, А.Т. Пят енко и В.Д.Гешеле (53) 66.023 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 296796, кл. F 23 D 17/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Р 1191679, кл. F 23 С 11/00, 1985 ° (54) СПОСОБ ТЕРИОХИИИ IFÑÊÎÉ ОБРАБОТКИ УГОЛЬНОЙ IIIIIIH И УСТРОЙСТВО ДПЯ

ЕГО ОСУ1ЦЕСТБ1ЕНИЯ (57) Изобретение относится к химической технологии. Цель — снижение расхода высококачественного топлива за счет рациональной организации воспламенения низкосортного угля в два этапа. Камера сгорания (КС) снабжена патрубком подвода вспомогательной части угольной пыли и воздуха к

Изобретение относится к химической технологии и .может быть использовано при сжигании низкосортных трудновоспламеняемых углей в виде пылеугольных аэросмесей.

Цель изобретения — снижение расхода высококачественного топпива.

Часть потока угольной пыли в количестве 20-30% от общего расхода подают в камеру сгорания, при этом высококачественное топливо подают в камеру сгорания с коэффициентом

„;SU„„1459705 А1 топке, расположенным по оси КС, и патрубками подвода реагентов, расположенными тангенциапьно оси КС, Причем отношение ширины КС к внутреннему диаметру 0,4-0,6, отношение диаметра КС к внутреннему диаметру реакционной камеры (РК} 1,5-2,0, а отношение длины PK к ее диаметру

5-6. При этом на внутренних поверхностях КС выполнено жаростойкое покрытие. В PK подают вспомогательный поток угольной пыли в количестве 2030% от его суммарного расхода, высококачественное топливо подают с коэффициентом избытка окислителя 1,62,6. Смешиваясь в РК с факелом высококачественного топлива, образукицим" ся в КС, угольная пыль разогревается, частично сгорает, частично газифицируется. При этом продукты газификации и угольные частицы активируются радикалами и углеводородных соединений из факела. 2 с и ) з.п ° ф-лы, 2 табл., 1 ил, избытка окислителя 1,6-2,6 в вихре- (;Д вом потоке.

Трудновоспламеняемые угли (например, антрацитовый штыб с теппотворной способностью около 4000 ккал/кг и зольностью до 50%) требуют для свой его стабильного горения добавки высококачественного топлива 20-30%.

Для сокращения расхода высококачественного топлива часть угольной пыли (20-30% ее общего расхода) подают через камеру сгорания в реакционз 145970 ную камеру по ее оси. Смешиваясь в реакционной камере с факелом высококачественного топлива, образукщимся

8 камере сгорания угольная пыль ра"

В

5 зогревается, частично сгорает, частично газифицируется.

При этом продукты газификации и угольные частицы активируется радиКапами углеводородных соединений иэ факела. Опыты показывают, что вре-!

Ия активации угольной пыли должно

Ф евьппать 150 мс, чтобы количество выгоревшей при этом угольной пыли февысило 15-20, а остальная часть

y ãëÿ сгорала непосредственно на входе в топку, обеспечивая надежный поджиг основной части угля, подаваемого в горелку. Поддержание необходиМой доли выгорающего в реакционной

Камере вспомогательного угля обеспечивается коэффициентом избытка окислителя 0,4-0,6. Отсутствие кислороДа в конце реакционной камеры обусловливает. переход СО в СО, что повы- 25 п ает надежность воспламенения основного потока угольной пыли. Для сжигания этой смеси используется подогретый воздух, охлаждающий стенки каМеры сгорания и реакционной камеры.

Устройство, обеспечивающее указанные временные и температурные, условия протекания процесса активации вспомогательной части угольной

Пыли содержит кроме обычных кана1

35 лов подвода к топке угольной пыли и воздуха, плоскую вихревую камеру сгорания высококачественного топлива, обеспечивающую его быстрое воспламенение благодаря тангенциальной п одаче вместе . c воздухом вдоль раскаленных стенок камеры. Разделе-. ние во времени и пространстве воспламенения высококачественного толлива и его смешения с угольной пылью

45 обеспечивается соотношением длины и, диаметра камеры сжигания, Способ активации вспомогательной части угольной пыли небольшим количеством высококачественного топлива

50 позволяет надежно поджигать этим пылеугольным факелом основную часть угольной пыли, превосходящую вспомогательную в 3-5 раз по весу, уже без добавления высококачественного топлива.

Пример 1. В камеру сгорания подают тангенциально 0,09 кг/с высококачественного топлива (природного

5 4 газа), что составляет 20% тепла всего топлива в камере, и воздух в количестве 4,10 кг/с при коэффициенте избытка воздуха 2,6. Сжигание при" родного газа с коэффициентом избытка окислителя 2,6 обусловливает температуру 850 С в камере сгорания, Вспомогательный поток угольной пыли подают по оси камеры в количестве кг/с, что составляет 25 ее общего расхода. После воспламенения природного газа у поверхности футеровки камеры сгорания факел ло спирали приближается к выходу в реакционную камеру и смешивается с угольной пылью. В образовавшейся газоугольной смеси коэффициент избытка окислителя составляет 0,6. Сжигание мелких частиц угля и продуктов.его газификации с коэффициентом избытка окислителя 0,6 приводит к повышению температуры углегазовой смеси в конце реакционной камеры на 50-70 . Несмотря на тепловые потери через ее стенки и поглощение некоторой части энергии при превращении СО в СО.

Выходящий из реакционной камеры высокотемпературный поток дожигается в топке воздухом, идущим коаксиально с ним и подогретым за счет теплаобмена с горячей стенкой реакционной камеры. Горящая смесь воспламеняет затем основной поток угольной пыли, поступающий по периферии реакционной камеры, Такое многоступенчатое воспламенение снижает расход высококачественного топлива на подсветку фак ел а в 3-5 р аз .

Пример 2. В камеру сгорания тангенцнально подают высококачественное топливо — мазут - в количестве 0,155 кг/с, что составляет 30 от тепла всего топлива в камере, и воздух в количестве 3,77 кг/с при коэффициенте избытка окислителя 1,6

По оси камеры подают вспомогательный поток угольной пыли в количестве

1 кг/с, что составляет 20 от общего расхода, В газоугольной смеси после камеры сгорания коэффициент избытка окислителя 0,4. Температура мазутного факела 1250 С. При умень" шении коэффициента избытка окислителя в камере сгорания ниже 1,6 температура мазутного факела поднимается выше 1250 С, что вызывает затруднения с сохранением стойкости стенок

14 камеры сгорания и реакционной каме.ры при длительной работе. Поддержание коэффициента избытка окислителя 0,4 в реакционной камере затрудняет выгорание угольных частиц, поэтому суммарный эффект экзотермических и эндотермических реакций и тепловых потерь обусловливает снижение температуры газоугольной смеси в конце реакционной камеры с 1250 до 1,190-1220 С.

Воспламеняющее воздействие газов, выходящих из реакционной камеры в данном случае, аналогично описанному в примере 1.

Технологические результаты способа приведены в табл.1.

На чертеже показано устройство, в котором осуществляется термохимичес-кая обработка угольной пыли, продольный разрез.

Устройство содержит камеру 1 сгорания с тангенциальными патрубками подвода реагентов, патрубками 2 подвода высококачественного топлива и патрубком 3 подвода воздуха, заключенную s воздухоохлаждаемый кожух 4 и соединенную с топкой 5 реакционной камерой 6, Коаксиально с последней расположены канал 7 подвода основного воздуха и канал 8 подвода угольной пыли к топке 5. Камера 1 сгорания снабжена патрубком 9 подвода части угольной пыли, расположенным по оси камеры 1. На цилиндрическом участке внутренней поверхности камеры 1 сгорания выполнено огнеупорное специальное покрытие 10 из жаростойкого материала, не взаимодействующего с углем и продуктами его переработки, следующего состава, мас. :

CrPOq 3-6

У,О, 0,5 — 1,0

Cr2O3 Ост альное

Покрытие нанесено на ошипованную поверхность стенки. Использование покрытия, не взаимодействующего с продуктами реакции, исключает воэможность зашлаковывания внутренних стенок. Толщина покрытия поверх ши-. пов составляет 10-15 мм.

При содержании CrPO< менее

3 мас, покрытие имеет недостаточную механическую прочность, а при содержании более 6 мас. увеличивается текучесть материала покрытия, чта усложняет процесс его нанесения.

59705

5

35 о

6

Содержание У 0 менее 0,5 мас.Х в составе снижает отвердение нанесенного покрытия, а при содержании

У 0э более мас % покрытие слишко. быстро затвердевает, усложняя формование.

При содержании Cr O> менее

93 мас. в составе снижается устойчивость покрытия„а при содержании его более 96,5 мас. . уменьшается механическая прочность.

Стенки реакционной камеры выполнены иэ жаропрочнай стали, обеспечивающей максимально возможную рабочую температуру, например иэ стали ЭИ747 с рабочей температурой до 1250 С.

Во внутреннем объеме реакционной камеры, ограниченном стенками, происходит термахимическая обработка части угля продуктами сгорания высококачественного тапчива и этот процесс желательно вести при максимальна возможных температурах. Для обеспечения длительного ресурса работы стенки ее внешняя поверхность омывается воздухом, тепло которого используется затем в процессе дожигания термосмеси при ее истечении в топку и для стабилиэ ации воспламенения основного угля.

Устройство работает следующим образам.

Воздух и высококачественное топлива подаются в камеру сгорания тангенциально через патрубки 2 и 3, где происходит воспламенение и сгорание смеси при с, = 1,6-2,4. Высокотемпературные продукты сгорания в виде закрученной струи вводятся и реакционную камеру 6, а по аси потока через патрубак 9 вводится угольная пыль. На начальном участке реакционной камеры потоки смешиваются, затем в р движения смеси вдоль. реакционной камеры происходит термохимическая обработка угля высокотемпературными продуктами сгорания.

Истекая в топку, термасмесь дожигается и воспламеняет основной поток угольной пьши, который подается по коаксиальному к реакционной камере каналу 8, Пределы, ограничивающие выбор режимов работы вихревой камеры сжигания и реакционной камеры, определяются следукщими условиями: темпер атура углегаэовой смеси на выходе из реакционной камеры в топку не долж1459705 8 последующего смешения в реакционной камере продуктов сгорания высококачественного топлива и части угля

5 и получения после термохимической обработки суммарного коэффициента избытка окислителя на уровне М, 0,4-0,6. При о = 0,4 понижается температура смеси, что ухудшает стабилизацию воспламенения основного потока угля при oL = 0,6, температура стенки реакционной камеры повышается вьппе допустимого предела, о равного 1250 С.

Определение оптимальных размее ров камеры сгорания производят при доле природного газа 6 по теплу, о4 = 2,1 и oL = 0 5, при этом температура в камере сгорания на уровне

20 1050 Ñý а температура термосмеси на выходе в реакционную камеру 1100- о

1200 С. Данные экспериментов приведены в т абл . 2 °

7 на превьппать 1250 С; температура углегазовой смеси на выходе в топку должна быть не ниже 1000 С, чтобы запаса тепла вспомогательного угля хватило для надежного поджига ос-новного угля, поскольку в традицион иых горелках для сжигания низкосорт ных углей требуется 20-30 тепловой . энергии подводить в виде высококачественного топлива, стабилизирующего горение, доля вспомогательного угля не до1 жна превьппать 20-30Х от расхода основного угля.

Если вспомогательный поток уголь ной пыли в реакционную камеру мене

20% от его общего расхода, это не приводит к снижению расхода топлива, так как не обеспечено надежное восп ламенение основного угля в топке.

Если доля вспомогательного угля превьппает 30, это приводит к соответст вующему увеличению расхода высококачественного топлива для сохранения необходимого температурного уровня в реакционной камере, а значит и к перерасходу высококачественного топлива.

В экспериментах используют природный газ с теплотворной способностью 11000 ккал/кг и Донецкий антрацитовый штыб с теплотворной спо. собностью 4100 ккал/кг.

Опыты показывают, что надежный поджиг основного угля обеспечивается указанными количествами.вспомогательного угля, обработанного в реакционной камере и поступающего в топку с температурами в пределах 1000о

1 250 С. Определение оптимальной доли природного газа производят из условия, что его расход должен быть сведен к минимуму.

При расходах природного газа более 4 от суммарного расхода тепла топлива в реакционную камеру поджиг угольной пыли в реакционной камере надежный. При расходе газа ниже 4 появляются пульсации факела, а при

3% и ниже происходит потухание факела природного газа после его смешивания с угольной пылью в реакционной камере. При полностью холодной футеровке камеры сгорания доля газа, обеспечивающая надежный розжиг уст-, ройства, повышается до 7, а в отдельных случаях и до 9%.

Коэффициент избытка окислителя в размере 1,6-2,6 принят, исходя из

25 Проведена серия экспериментов оптимизации длины камеры сгорания с изменением ее размеров по отношению к диаметру реакционной камеры d от

0,35 до 0,6 и 0,65. Внутренний диа 0 метр камеры сгорания составляет

2,08 й; 1,75 d и 1,42 d, а в допол" нительной серии экспериментов он составляет 1,5 d и 2,0 Й.

Варьирование длины реакционной

35 камеры осуществляют за счет съемных обечаек, при этом длина реакционной камеры составляет 3 5; 5,0 и 6,5 ее диаметра (d), а в дополнительной серии экспериментов 4,0 и 6,0 ее ди4 аметров. Из табл, l.,следует %To QBтимальной следует признать длину реакционной камеры, равную 4-6 диаметр ам е

При диаметре камеры сгорания более 2,0 d происходит увеличение аэродинамического сопротивления устройства, при диаметре меньше 1,5 d происходит срыв факела высококачественно ro т оппив а.

Иирийа камеры сгорания более

О, 6 d прин одит к з ахв ату у гол ьной пыли вихревым потоком и нарушению горения высококачественного топлива, при размере менее 0,4 d ухудшается стабилизация горения факела высоко55 качественного топпина.

Длин а р е акци о нн ой к амеры мен е е

5 диаметров снижает время термохиI всяческой обработки вспомогательного

9 145 угля и ухудшает стабилизацию горения основного топлива в топке, при длине более 6 диаметров увеличиваются тепловые потери в реакционной камере, факел горения основного. топлива растягивается.

По сравнению с известным высококачественное топливо стабилизирует горение не всей массы угля, а только его части (20-30 от общего количества). Это приводит к соответствулцему снижению расхода высококачественного топлива. Кроме того, светимость стабилизирующего пылеугольного факела выше, чем при использовании для стабилизации только. высококачественных топлив. В предлагаемом устройстве в отличие от известного предусмотрено длительное (более 150 мс) пребывание угольной пыли в зоне термохимической обработки, что позволяет . повысить степень реагирования угольного топлива. Весь этот комплекс мероприятий, как показывают эксперименты, обеспечивает снижение расхо да высококачественного топлива a 35 раз.

Многоступенчатое воспламенение пылеугольного факела помимо снижения расхода высококачественного топлива позволяет уменьшить концентрацию окислов азота в продуктах сгорания. Формула, изобретения

1. Способ термохимической обработки угольной пыли, включающий предварительное сжигание в камере сгорания высококачественного топлива, подачу вторичного воздуха, неохлажденных продуктов сгорания высококачественного топлива и смешение их с угольной выпью, о т л и ч а ю щ и й9705 10 с я тем, что, с целью снижения расхода высококачественного топпива, часть потока угольной пипи в коли5 честве 20-30Х от общего расхода по" дают в .камеру сгорания, при этом высококачественное топливо подают в камеру сгорания с,коэффициентом избытка окислителя 1,6-2,6 в вихревом потоке, 2. Устройство для термохимической обработки угольной пыли, содержащее камеру сгорания с патрубком подвода высококачественного топлива и выходным патрубком, расположенным по о си к амеры подвод а у гол ьной пыли, и коаксиально расположенную камеру подвода вторичного воздуха, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения расхода высококачественного топлива, камера сгорания снабжена патрубком для подвода части потока угольной пыли, размещенным по оси камеры, патрубки подачи высоко25 качественного топлива и воздуха расположены тангенциально, при этом отношение ширины камеры сгорания к внутреннему диаметру выходного патрубка составляет 0,4-0,6, отношение

30 диаметра камеры сгорания к внутреннему диаметру выходного патрубка составляет 1,5-2,0, а отношение длины выходного патрубка к его диаметру — 5-6.

3. Устройство по п.2, о т л и35 ч а ю щ е е с я тем, что на внут-. ренней поверхности камеры сгорания выполнено покрытие из жаростойкого материала, не взаимодействующего с

40 углем и продуктами его переработки следующего состава, мас.Ж:

Cr P04 3-6

У о 0,5 — 1,0

0 03 Остал ьно е

1459705

О,в

МЪ л в

О

Ю Е а 1Ч N

О О в в

ИЪ Ф Ъ

1Ч N

Ф

Ch.

ФЧ, ФЪ в. ФЪ

Ф Ъ в с Ъ

CI в

МЪ

Cd Cd ° д дО

О

О

Ф О О

МЪ в в в

О в

МЪ . °

О

O 4I

О

О

I eа

I И >

X C- V

1 Ф I

Ю Ф л ifl в в в в сЧ N 4Ч <Ч

Щ в в

<Ч

М\ л в

Ф л

РЪ в

СЧ

С Ъ

МЪ в

ФЧ

О в

° ф

ФЪ С Ъ в в

ФЪ РЪ

Ch

О

j3O5>CI

g |4 (Ов ) О в

Cl л

ФЧ

CIl

О в

О

О\

О

Ch Ol

О О

О О

Ch

О в

11 а и а dl! 1

cd l К а.1 а

dl ) L

ы1

Я и

Ф е1 al kg j 1 ) ° )i

2k0c (1М((9 а1 RВ F ad .l 3I ka31

aO . О N Î О в в в

ЧЪ Ю Ю Ю Ф Ф в 4Р

О О g МЪ О А,. О g

8 мъ мъ 00 о л о д

О О О О О О

O ° в ° ° й, л СЧ CO

О МЪ О МЪ МЪ СЮ в в о в 4 в в в

О О О О О О О О

О О Л О Ф О О

N N N N N N N

О О О О О О

О МЪ cCl О МЪ МЪ О МЪ

МЪ N О О О МЪ 0Ъ

Ю л е Ь Ь

4Ч МЪ Ф МЪ 43 Л 09

14

Т аблиц а2

1459705

Расход высоко» качественного венного топлив а топлива вХпо теплу на всю ры топку

Природный газ

0,3

2,2

1060

0,3

1,8

700

1,4

0,3

1190

0,6

5,5

2,0

1 140 и»

6,0

0 5

1,8

1080

6,0

0,5

1,4

1250

4,0

0,7

Мазут

1250

4,0

0,7

1,8

1180

5,0

ОВ7

1,4

1150

5,0

0,5

2,0

Н»

1060

0,4

1,5

0,5

1130

4,0

1,8

Отношение диаметр а камеры сгорания к диаметру реакционной камеры

Отношение ширины камеры сгорания к диаметру реакционной камеОтношение длины реакционной камеры к ее диамет ру

Температура, С, смеси на выходе из реакционной камеры

1120 4

Вид высококачестПримечание

Высокое аэродинамическое сопротивление тракта (увеличение э н ер гоз атр ат) 3 ату хани е факела

Ст абил ьный факел

Снижение светимости факела (увеличение расхода топлива, высокое шлакование камеры сгорания) Шлаковые камеры сго.« рания

Ст абил ьяий факел

Снижение светимости

1459705

16

Продолжение табл.2

5 1 6

0,5

1080

Ст абил ьный

«и»

1,8

4,0

15 Мазут

4,0

3,0

Составитель А.Телесницкий

Техред А.Кравчук

Корректор И.Муска

Редактор Н.Бобкова

Заказ 389/5 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. ул. Проектная, 4

0,5

0,6

6,0

1 130

1170 факела (увеличение энергоз атр ат) Неустойчивое горение факела в топке