Уловитель частиц

 

Использование: в твердотопливных котлах. Сущность изобретения: уловитель, содержащий ряды улавливающих элементов 1, имеющих форму желобов, в створе направляющих ребер 2 которых расположены ловушки 3, состоящие из наклоненных к улавливающим элементам 1 отбойных перегородок 4 и пропускных каналов 5. Отбойные перегородки 4 установлены под углом, большим угла естественного откоса улавливаемых частиц, а пропускные каналы 5 выполнены длиной не менее их эквивалентного диаметра. Кроме того, направляющие ребра 2 могут быть выполнены в виде жалюзи, причем направляющие ребра 2 соседних улавливающих элементов 1 соединены между собой или установлены с перекрытием. Улавливающие элементы 1 могут быть установлены в выходном окне 10 и закреплены на охлаждаемых трубах 11 фестонированной части топочного экрана 12. При этом улавливающие элементы 1 выполнены в виде охватывающих охлаждаемые трубы 11 и перекрывающих друг друга по длине секций 14, закрепленных на них в одном сечении 15, что предотвращает возникновение разрушающих термических направлений в улавливающих элементах 1 и повышает надежность уловителя в целом. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к очистке газов от твердых частиц и может использоваться в твердотопливных котлах для защиты их поверхностей нагрева от износа золой, снижения механического недожога топлива с уносом или для заполнения топки циркулирующими частицами.

Известна топка котла с циркулирующим слоем (1), верхняя часть которой перекрыта уловителем частиц, содержащим ряды улавливающих элементов имеющих форму желобов, расположенных в шахматном порядке.

Недостатком этого уловителя частиц является низкая эффективность, так как уловленные частицы не удерживаются в улавливающих элементах, вылетают после соударений со стенками в поток газов и уносятся.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа, является уловитель частиц (2), содержащий расположенные в шахматном порядке ряды труб, на которых установлены улавливающие элементы, имеющие форму V-образных желобов. В створе направляющих ребер желобов установлены отбойные элементы различной конструкции и ловушки. Ловушки выполнены в виде наклоненных к улавливающим элементам отбойных перегородок и подключенных к ним пропускных каналов. Уловитель частиц может располагаться в горизонтальном или опускном газоходе над сборным бункером и используется в твердотопливных котлах.

Недостатками этого уловителя являются сложность конструкции и значительная металлоемкость, так как каждый улавливающий элемент содержит охлаждаемый отбойный элемент; неоптимальная конструкция ловушек, что приводит к появлению вторичного уноса; не предусмотрена компенсация температурных удлинений улавливающих элементов при их закреплении на охлаждаемых трубах.

Целью изобретения является упрощение и оптимизация конструкции уловителя частиц.

Цель достигается тем, что в уловителе частиц, содержащем ряды улавливающих элементов, имеющих форму желобов, в створе направляющих ребер которых расположены ловушки, состоящие из наклоненных к улавливающим элементам отбойных перегородок и пропускных каналов, по предлагаемому изобретению, отбойные перегородки установлены под углом большим угла естественного откоса улавливаемых частиц, а пропускные каналы выполнены длиной не менее их эквивалентного диаметра.

Направляющие ребра могут выполняться также в виде жалюзи. При этом направляющие ребра соседних улавливающих элементов соединены между собой или установлены с перекрытием.

Кроме того, улавливающие элементы могут располагаться в выходном окне и закрепляться на трубах фестонированной части топочного экрана. Тогда при установке на охлаждаемых трубах они выполнены в виде охватывающих трубы и перекрывающих друг друга по длине секций, закрепленных на трубах в одном сечении.

Упрощение конструкции уловителя достигается исключением охлаждаемых отбойных элементов благодаря оптимизации конструкции ловушек. Число улавливающих элементов снижается также за счет выполнения направляющих ребер в виде жалюзи. Если они соединены между собой или установлены с перекрытием, то достаточно одного ряда улавливающих элементов.

Кроме того, предлагаемая конструкция уловителя позволяет его установку на фестонированной части топочного экрана, что упрощает и конструкцию самого уловителя и снижает габариты котла в целом, так как одновременно достигается образование выходного окна и наличие улавливающего частицы пучка, защищающего также от износа последующие конвективные поверхности, причем в этом случае отпадает необходимость установки под уловителем сборного бункера, поскольку уловленные частицы ссыпаются непосредственно в топку.

На фиг. 1 показан продольный, на фиг. 2 поперечный разрез улавливающих элементов уловителя частиц при их расположении в два ряда; на фиг. 3 сечение однорядного уловителя частиц с улавливающими элементами, направляющие ребра которых выполнены в виде жалюзи; на фиг. 4 компоновка уловителя частиц на фестоне топочного экрана.

Уловитель частиц содержит ряды (фиг. 1 и 2) улавливающих элементов 1, выполненных в форме желобов. Улавливающие элементы 1 имеют направляющие ребра 2, между которыми расположены ловушки 3, состоящие из наклонных к улавливающим элементам 1 отбойных перегородок 4 и установленных под ними пропускных каналов 5. При этом пропускные каналы 5 могут быть выполнены, например, в виде патрубков 7 или выделены перегородками 6.

Ловушки 3 служат для сбора падающих частиц и формирования движущегося по дну улавливающих элементов 1 компактного потока частиц, что исключает их вторичный унос.

Уловитель (фиг. 1, 2) выполнен в виде двух рядов улавливающих элементов 1, расположенных в шахматном порядке. Направляющие ребра 2 могут быть выполнены в виде жалюзи с одним (фиг. 3) или несколькими продольными щелевыми отверстиями 8. При этом увеличивается "ширина захвата" улавливающих элементов 1. Если же направляющие ребра 2 соседних улавливающих элементов 1 соединены между собой или установлены с перекрытием (фиг. 3), то количество улавливающих элементов 1 сокращается в два и более раз по сравнению с вариантом на фиг. 2.

При использовании предлагаемого уловителя частиц в котлах улавливающие элементы 1 могут устанавливаться непосредственно за топкой 9 в выходном окне 10 на охлаждаемых трубах 11 фестонированной части топочного экрана 12 перед конвективными поверхностями нагрева 13. Топочный экран 12 (фиг. 1 и 2) при формировании выходного окна 10 фестонируется в двухрядный шахматный пучок охлаждаемых труб 11. Это существенно упрощает конструкцию котла: отпадает необходимость установки сборного бункера частиц, так как они ссыпаются обратно в топку по топочному экрану 12; фестон одновременно образует выходное окно 10 и охлаждаемую опорную конструкцию уловителя.

Направляющие ребра 2 могут крепиться непосредственно на передних образующих охлаждаемых труб 11. Однако при этом из-за сильного перегрева направляющих ребер 2 в них возникают большие термические напряжения, которые могут разрушить уловитель.

Для устранения термических напряжений улавливающие элементы 1 выполнены в виде охватывающих охлаждаемые трубы 11 и перекрывающих друг друга по длине секций 14. Секции 14 для обеспечения возможности свободного расширения закрепляются только в одном сечении 15. Это повышает надежность уловителя.

Предлагаемый уловитель частиц имеет инерционный принцип улавливания и работает следующим образом.

Набегающий поток газов обтекает ряды улавливающих элементов 1. Частицы по инерции влетают между направляющих ребер 2 улавливающих элементов 1. Здесь они увлекаются потоком падающих частиц, который формируется расположенными по длине улавливающих элементов 1 ловушками 3.

Конструкция ловушек 3 играет важную роль и должна быть оптимальной. Чем больше угол наклона Θ их отбойных перегородок 4, тем они длиннее и тем больше налетающих из потока частиц отражается ими обратно из улавливающего элемента 1. Поэтому для минимизации металлоемкости и снижения рикошета улавливаемых частиц угол q нужно брать минимальным. Однако угол q не должен быть меньше угла естественного откоса q_o для улавливаемых частиц, иначе они будут залегать на отбойных перегородках 4 и высыпаться обратно в набегающий поток. Например, углы естественного откоса равны (3, таблица ХII.I): известняк измельченный 47^o, кокс пылевидный 34^o, летучая зола 42^o, шлак топочный 25^o.

В твердотопливных котлах улавливаемые частицы представлены пылевидным коксом, летучей золой и измельченным известняком, который используется как серопоглотитель в топках с кипящим слоем и циркулирующим слоем. Таким образом, угол установки отбойных перегородок 4 должен быть не меньше Θ_o~ 34-47°. С другой стороны, уже уловленные падающие частицы, отражаясь от верхней плоскости отбойной перегородки 4 или скатываясь по ней, будут рикошетировать от дна улавливающих элементов 1. Для удержания и фокусировки частиц в поток, движущийся по дну улавливающих элементов 1 под отбойными перегородками 4 с помощью перегородки 6 или патрубков 7 образуются пропускные каналы 5. Принимается, что длина их должна быть не менее эквивалентного диаметра пропускного канала.

По определению эквивалентный диаметр равен отношению площади сечения канала к четвертой части его периметра. Например, для круглого канала, выделенного патрубком 7 (фиг. 1), он равен его диаметру, а для канала в виде узкой щели, выделенной перегородкой 6, эквивалентный диаметр равен удвоенной ее ширине.

Из геометрического построения следует, что частицы, скатывающиеся по отбойной перегородке 4, установленной под углом Θ=45°, и испытывающие зеркальное отражение от дна улавливающего элемента 1, отразятся перегородкой 6, если ее высота не меньше эквивалентного диаметра пропускного канала (удвоенной ширины щелевидного канала).

Таким образом, в соответствии с особенностями движения частиц в ловушках 3 предлагается с целью оптимизации их конструкции устанавливать отбойные перегородки 4 под углом большим угла естественного откоса улавливаемых частиц, а пропускные каналы 5 выполнять длиной не менее их эквивалентного диаметра.

Ловушки 3 исключают вторичный унос уже уловленных части. Их отбойные перегородки 4 собирают падающие частицы, а пропускные каналы 5, образованные перегородками 6 или патрубками 7 гасят поперечные перемещения частиц. При этом за счет пропускных каналов 5 формируются компактные, слабо расширяющиеся потоки падающих частиц. Для очистки газового потока от частиц улавливающие элементы 1 располагают в два и более перекрывающих друг друга шахматных ряда (фиг. 1, 2). Если направляющие ребра 2 выполнены в виде жалюзи, то очищенный газ проходит через щелевые отверстия 8 и между установленными с перекрытием направляющими ребрами 2. При этом улавливающие элементы 1 полностью перерывают поток газа при их установке в один ряд (фиг. 3).

В твердотопливных котлах уловитель частиц может устанавливаться в выходном окне 10 сразу за топкой 9 на охлаждаемых трубах 11. Уловленные в нем частицы ссыпаются по топочному экрану 12 в топку. При этом конвективные поверхности нагрева защищаются от износа частицами, а топочный процесс существенно улучшается, так как топка 9 заполняется горячими частицами золы, причем уносимые частицы недогоревшего кокса возвращаются и догорают в топке. Улавливающие элементы 1 при работе свободно расширяются, так как закрепляются на охлаждаемых трубах 11 в одном сечении и в них не возникает разрушающих термических напряжений.

Формула изобретения

1. Уловитель частиц, содержащий ряды улавливающих элементов, имеющих форму желобов, в створе направляющих ребер которых расположены ловушки, состоящие из наклонных к улавливающим элементам отбойных перегородок и пропускных каналов, отличающийся тем, что отбойные перегородки установлены под углом, большим угла естественного откоса улавливаемых частиц, а пропускные каналы выполнены с длиной не менее их эквивалентного диаметра.

2. Уловитель по п.1, отличающийся тем, что направляющие ребра уловителя выполнены в виде жалюзи, причем направляющие ребра соседних улавливающих элементов соединены между собой или установлены с перекрытием.

3. Уловитель по п.1, отличающийся тем, что улавливающие элементы установлены в выходном окне и закреплены на трубах фестонированной части топочного экрана.

4. Уловитель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что при установке на охлаждаемых трубах улавливающие элементы выполнены в виде охватывающих охлаждаемые трубы и перекрывающих друг друга по длине секций, закрепленных на них в одном сечении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4