Способ улучшения использования тепла продуктов сгорания топлива и устройство для его осуществления

 

Использование: в различных теплотехнических установках. Сущность изобретения: способ улучшения использования тепла продуктов сгорания, содержащих пыль или золу, и устройство для его осуществления, согласно которым по меньшей мере одно соединение, содержащее активный компонент пыли, нагревают за короткий промежуток времени до температуры, превышающей по меньшей мере на 10^oC равновесную температуру разложения, которая, однако, ниже той температуры, при которой активные компоненты плавятся или становятся не активными. После этого происходит в течение короткого промежутка времени охлаждение до температуры менее, чем на 30^oC превышающей первоначальную температуру точки росы. Благодаря такому приему находящиеся в топливе количество воды, перешедшее в отходящие при горении газы, а также корродирующие вредные вещества химически связываются в кристаллы, образующиеся из долей пыли или золы. Также и после недостижения первоначальной точки росы воды образовавшаяся таким образом пыль остается сухой и порошкообразной, а теплопередающие поверхности больше не корродируют. Они остаются сухими, потому что больше не происходит конденсации жидкости, причем отсутствуют явления заливания или отложений на теплопередающих поверхностях. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу улучшения использования тепла отходящих газов горения, содержащих пыль, в частности золу, при сжигании угольной пыли и устройство для осуществления способа.

Известен способ улучшения использования тепла продуктов сгорания топлива, включающих частицы пыли и золы, путем нагрева активного компонента пыли, например Ca(OH)₂, CaCO₃ или MgCO₃, до заданной температуры, обеспечивающей разложение активного компонента в присутствии воды [1] Известно также устройство улучшения использования тепла продуктов сгорания топлива, содержащее котел с последовательно подключенным к нему трубчатым охладителем [2] Указанный способ и устройство являются наиболее близкими к описываемой группе изобретений из предшествующего уровня техники по техническому существу.

Использование теплосодержания таких отходящих газов, например, в котлах, ограничено известным образом явлениями конденсации продуктов горения. Известны коррозионные процессы, вызываемые ниже точки росы HCl, SO₃, а также другими корродирующими веществами. Но в случае таких отходящих газов границу создает также и недостижение точки росы воды, потому что вода горения при конденсации связывает пылевидные вещества, что приводит к образованию шлама, отложению накипи и так далее.

При наличии свободных от пыли отходящих газов улучшение использования тепла осуществляется, как известно, недостижением, в частности, точки росы воды. Конденсированную в большинстве случаев кислую воду горения можно отводить в жидком виде. Это можно было достигать использованием тепла ниже первоначальной точки росы.

В случае содержащих пыль отходящих газов, например отходящих газов при сжигании угольной пыли, это было невозможным по вышеназванным причинам образования шлама, отложений и часто связанной с этим коррозией, вызываемой названными вредными веществами.

Задачей изобретения является создание способа улучшения использования тепла содержащих пыль или золу отходящих при сгорании газов, при котором исключается опасность возникновения зашламовывания, образования отложений или тому подобного в камере сгорания или же ее вытяжных каналах, в которой осуществляют процесс сжигания и охлаждения отходящих газов.

Задача изобретения решается реализацией признаков, содержащихся в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения и устройство для осуществления способа являются объектом дополнительных пунктов формулы изобретения.

Благодаря способу изобретения содержащиеся в отходящих газах пылевидные вещества подвергают тепловой обработке и после этого охлаждают до сравнительно низкой температуры, причем время между тепловой обработкой и охлаждением должно быть максимально коротким, как этому дано определение в пунктах формулы изобретения.

Способ согласно изобретению позволяет химически связывать образующуюся при горении воду, а также названные корродирующие вредные вещества в кристаллы, которые образуются из вышеназванной пыли или золы. Также и после недостижения первоначальной точки росы кислоты или воды образующаяся таким образом пыль остается сухой и порошкообразной и не корродирует больше (а если все же корродирует, то только в незначительной степени) теплопередающие поверхности. Такие поверхности остаются, в частности, сухими, потому что больше не происходит никакой конденсации жидкости. Вследствие этого больше не образуется шлама и не происходит никаких отложений, что делает возможным использование тепла, содержащегося в отходящих при горении газов при точке росы кислоты и воды ниже, чем прежние значения точки росы кислоты и воды.

Экономическая выгода способа согласно изобретению очень существенна. Снижение температуры отходящего газа, например, при нагреве котлов от 130^oC до 45^oC улучшает использование тепла отходящих газов приблизительно на 4% Образующиеся в этой температурной зоне тепло можно использовать, например, для подогрева воздуха или для нагревания воды.

При осуществлении предложенного способа играют существенную для изобретения роль отдельные химические составные части содержащейся в отходящих газах пыли, потому что такие компоненты, в частности с CO₂, образуют карбонаты, которые известным образом связывают кристаллическую воду. Если в отходящих при горении газах содержатся другие газообразные вещества, которые имеют к отдельным компонентам пыли большее сродство по сравнению с CO₂, например HCl, SO₂ или SO₃, то образуются соответственно кристаллы хлоридов, сульфитов, сульфатов и т. д. которые могут химически связать сравнительно большие количества кристаллической воды так, что образующиеся кристаллы исключительно сухие и больше не вызывают коррозию.

Особенно эффективны в смысле изобретения следующие химические компоненты содержащейся в отходящих газах пыли: Ca, Mg, щелочи, Fe и т.д. Все эти вещества могут образовывать карбонаты, сульфаты, хлориды и т.д. с высокими содержаниями кристаллической воды. Менее эффективными в смысле изобретения являются такие элементы как, например, кремний, который образует в конце сгорания SiO₂ или силикаты, которые в основном инертны в отношении названных выше реакций.

Особенно частым случаем применения способа согласно изобретению является сжигание угля, в частности в форме сжигания угольной пыли. Почти во всех сортах угля содержатся вышеназванные химические компоненты в различных количествах.

Способ согласно изобретению применим также к сначала свободным от зольного компонента топливам, к которым во время или вскоре после сжигания примешивается один или несколько из вышеназванных эффективных компонентов.

Способ согласно изобретению для достижения описанного результата состоит в основном из двух стадий: перевод достаточного количества вышеназванных химических элементов пыли в такую форму, при которой во время последующего охлаждения они могут поглотить кристаллическую воду и корродирующие компоненты; после этого непрерывное охлаждение вместе с достаточным количеством пыли до температуры ниже 100^oC, предпочтительно до температуры ниже, чем 30^oC над первоначальной точкой росы воды.

Под понятием ниже первоначальной точки росы воды следует понимать при этом ту точку росы, которую имеют в виду при учете содержания водяного пара в отходящих при горении газах без связывания по предмету изобретения кристаллической воды.

Под достаточным количеством в смысле этого изобретения следует понимать такое количество, которое получается при известных реакциях для связывания корродирующих веществ и желаемого количества кристаллической воды, например, из реакций CaCL₂+2H₂O или FeSO₄+7H₂O.

Чтобы вышеназванные химические компоненты пыли перевести в форму, при которой корродирующие вещества и кристаллическая вода приобретают способность быть поглощенными, необходимо проведение следующих двух приемов способа: выделение (растворением) этих компонентов из равновесных соединений, в которых они, как правило, находятся; активирование этих пылей с целью получения достаточно быстрой связи корродирующих компонентов и воды.

Особо активные в смысле изобретения химические элементы пыли, например Ca, Mg или щелочи, наличествуют преимущественно в форме карбонатов, хлоридов и т.д. Они разлагаются при нагревании известным образом в оксидные и газообразные компоненты. Температуры разложения известны. Они составляют при атмосферном давлении, например, для CaCO₃ 880^oC, а для NaCl 800^oC.

Чтобы обеспечить достаточно быстрое разложение, эти температуры должны быть превышены по меньшей мере на 30^oC, преимущественно 50-100^oC.

Верхняя граница поэтому такова, что при ее превышении начинают плавиться или спекаться отдельные компоненты или также и примеси, благодаря чему соответствующие частицы при последующем охлаждении теряют свою активность. Эти явления известны. Например, при обжиге извести говорят тогда об "обжиге извести до полного выгорания". В зависимости от загрязнения наступает тогда превышение 1100-1150^oC.

Поскольку в охлаждаемых больше нет достаточных количеств активных химических компонентов, последние можно согласно изобретению до или вскоре после сжигания примешивать к топливу или к пламенным газам. По соображениям рентабельности для этой цели часто используют соединения кальция, например CaCO₃, CaO или Ca(OH)₂. В случае последнего соединения вышеназванная температура разложения составляет только 510^oC, каковой достаточно для появления первого эффекта согласно изобретению. Особенно активным становится образующаяся при этом CaO, однако только тогда, когда она кратковременно нагрета до температуры свыше, чем 880^oC.

В случае сульфатов температуры разложения выше, например, для CaSO₄ они составляют 1170^oC. Здесь не всегда возможно обеспечить значительного разложения без опасности обжига до полного выгорания.

Для активирования пыли необходимо, кроме того, чтобы нагрев происходил менее, чем за 0,5 с, предпочтительно менее, чем за 0,3 с. Время нагрева считают при этом с того момента, когда испарилась поверхностная влага, что часто происходит при температурах от 90 до 130^oC, и с которого происходит собственный процесс нагрева до температуры разложения.

Время нагрева играет определенную роль и при возможном превышении вышеназванной температуры обжига до полного выгорания. Наблюдалось, что химической активности полученных таким путем химических компонентов пыли не наносится существенного вреда в том случае, когда температура обжига до полного выгорания превышается не более, чем на 0,2 с. Точную границу получить еще не удалось. Однако наблюдалось, что при времени обработки, превышающей 1 с свыше температуры обжига до полного выгорания серы, наступает заметное снижение активности соответствующего компонента пыли.

После высвобождения и активирования соответствующего химического компонента пыли частицы пыли необходимо как можно скорее охладить до вышеназванной температуры ниже 100^oC. При этом использование названного активного химического компонента пыли особенно благоприятно тогда, когда вышеназванная температура разложения каждого компонента превышается на время менее, чем 1 с, предпочтительно менее, чем на 0,6 с и когда область ниже определенных температур связывания (ниже 100^oC) достигается за время менее, чем 5 с. Чем значительнее время с момента недостижения температуры разложения до недостижения температуры связывания, тем сильнее снижается активность соответствующего химического компонента пыли. Если, например, выделить пыль из отходящих при горении газов при температуре свыше 100^oC, выдержать в бункере, дать остыть и после этого вновь ввести в горячие газы горения, то в таком случае проявляется только еще доля активности, также и когда частицы пыли охлаждены ниже точки росы кислоты или точки росы воды и смешиванием с ними образуют на своей поверхности эффекты конденсации.

Особенно активными являются названные химические компоненты пыли тогда, когда отходящие газы тут же после покидания топочной камеры, например, обычным образом, проходят через дымоходы котла, а также прочие каналы теплообмена без замедления и по максимально коротким промежуточно включенным трубопроводам.

Кроме того, благоприятным является также и то, что во время процесса охлаждения имеется полностью сформировавшийся турбулентный поток, способствующий интенсивному теплообмену и обмену веществ. Связанные с этим значительные падения давления потока отходящих при горении газов и обусловленное этим короткое время обработки благоприятны для способа согласно изобретению. Неблагоприятны для заявленного способа большие поперечные сечения с незначительными скоростями, в которых могут существовать явления вязкости.

Приближение к названной границе около 100^oC можно распознать чисто визуальным путем, поскольку при этом приближение начинает изменяться цвет пыли. В особенности это имеет место в том случае, когда активные компоненты содержат Ca, Mg и Fe. Так, например, наблюдалось имеющая первоначально цвет охры зола при сжигании буроугольной пыли при приближении к температуре 100^oC приобретает сначала оливковый, а затем зеленый цвет. Это представляет собой внешний признак начинающегося протекания процесса связывания.

При приближении к температуре 100^oC начинается связывание воды и коррозионных компонентов в пыль. Коррозионные компоненты связываются при этом тем скорее, чем выше их химическая активность по отношению к соответствующим химическим компонентам пыли. Компоненты высокого сродства, как, например, HCl, SO₂ или SO₃, связываются быстрее всех и практически полностью. Компоненты, имеющие меньшее сродство, как, например, CO₂, реагируют медленнее и позже. Тем самым, наряду со связыванием H₂O, имеет место также и активное и полное связывание названных корродирующих компонентов, что имеет существенное значение для практического осуществления способа согласно изобретению.

Точно так же проявляется еще один эффект, который облегчает практическое использование способа. В большинстве сортов угольной пыли имеется небольшой процент надрешетного угольного продукта, время горения которого выше по сравнению с названным временем обработки и охлаждения. В большинстве случаев время сгорания такой крупнозернистой угольной пыли составляет от 2 до 4 с. Такого времени обработки в котельных установках или средних промышленных паровых котельных установках недостаточно. Такие крупные зерна угольной пыли попадают поэтому в горящем состоянии в последовательно включенный пылеулавливающий фильтр, где они могут вызвать пожар. Способ согласно изобретению гасит такие крупнозернистые компоненты угольной пыли и благодаря этому предотвращает нанесение вреда последовательно включенному фильтру для газообразных отходов.

Кроме того, для эффективности способа существенным является охлаждение вместе с отходящим газом максимально большой части пыли и отделение пыли от отходящих газов только тогда, когда достигнута нижеописанная температура связывания.

При этом температуру связывания следует рассматривать в ее отношении к первоначальной температуре точки росы, которая вытекает из водяного пара горения, а также влажности топлива и воздуха. Она составляет, например, для западно- и восточногерманской буроугольной пыли в зависимости от избытка воздуха от 35 до 42^oC и может подняться выше при обычных добавках, как, например, Ca(OH)₂, еще на 4-6^oC.

Когда при охлаждении дымовых газов вместе с содержащейся в них пылью температура не достигает 100^oC, то зола, например, вышеназванных обоих сортов угля уже связала 1% H₂O, а также небольшие количества коррозионных компонентов отходящего газа. При отстоянии точки росы от этих 100^oC до первоначальной температуры точки росы, например 35^oC, составляет тем самым 65^oC.

Если приближаться при дальнейшем охлаждении к первоначальной точке росы до приблизительно 15-17^oC, то коррозионные компоненты отходящего газа (HCl, SO₃, SO₂ и т.д.) уже связаны в рамках точности измерения. Для дальнейшего охлаждения дымовых газов теперь больше не существует каких-либо помех.

При продолжении охлаждения отходящих газов все больше связывается воды и тем ниже становится действительная точка росы отходящих при горении газов. При температуре отходящих газов, равной 45^oC, точка росы понижается приблизительно до 26^oC, а при температуре отходящих газов 40^oC температура точки росы достигает 19^oC.

Связывание H₂O протекает так, что действительная температура точки росы всегда остается ниже соответствующей температуры отходящего газа на величину точки росы, равную приблизительно 20^oC. Также и при охлаждении отходящих газов до температуры ниже температуры точки росы отходящие газы и омываемые ими стенки всегда остаются сухими и свободными от конденсации. Точно так же и содержащаяся в отходящих газах пыль нигде не приводит к спеканию влажной пыли на стенках или теплопередающих поверхностях.

Температуру теплопередающих поверхностей, при помощи которых производят охлаждение отходящих газов, поддерживают при этом между температурой отходящих газов и действительной температурой точки росы. Вышеназванный интервал точки росы, равный около 20^oC, всегда предоставляет для этого достаточную возможность.

Связанные при этом охлаждении количества H₂O значительны. При понижении точки росы, например, от 40 до 20^oC, связываются 70% содержащейся в отходящих газах воды.

Более низкие температуры, чем 35-40^oC отходящих газов интересны с точки зрения экономии, потому что разница температур между отходящим газом и охлаждающей средой или окружающей средой становится тогда все меньше, а потребность в поверхности нагрева все больше, что обусловливает экономические границы.

Поскольку благодаря способу согласно изобретению отходящий газ, теплопередающие поверхности и образующая пыль всегда остаются сухими, а коррозионные компоненты отходящих газов полностью связаны в пыль до того, как температура отходящих газов приближается к температуре точки росы, применение способа согласно изобретению не представляет проблем, если соблюдаются вышеназванные условия способа согласно изобретению.

Вышеназванные отклонения точки росы и температуры имеют силу также и в том случае, когда Ca или другие щелочи обеспечивают существенную часть связывания H₂O и коррозионных компонентов. Если содержания Ca и щелочей не хватает для связывания, то реагируют соответственно следующие активные химические компоненты, причем могут возникать меньшие интервалы точек росы, которые являются тогда характеристическими для соответственно химических компонентов пыли. ///2 Существенное значение для предлагаемого способа имеет достижение названных температур, а также скорости нагрева частиц пыли во время сжигания. Соответствующие учебные материалы по технике сжигания топлива дают правила по достижению желаемых скоростей нагрева или времени обработки. В большинстве случаев в этих учебных пособиях речь идет, однако, не о времени обработки, а о нагрузке топочных камер. Они, как известно, обратно пропорциональны времени обработки. Особенно пригодными являются комбинации горелок высокой мощности и соответствующей им камеры сгорания, часто называемые комбусторами, потому что такие приборы отвечают практически требованиям, которые предъявляются к сжиганию угольной пыли.

На фиг. 1 показана горелка, продольный разрез; на фиг. 2 нагреваемый горелкой водогрейный котел.

На чертежах позициями обозначено следующее: 1 воздух горения (топочный воздух), 2 угольная пыль, 3 горелка лопаток (направляющие лопатки), 17 - муфель горелки, 18 охлаждаемая водой часть горелки, 19 пламяускорительное сопло, 20 трубки для угольной пыли, 21 поворотный колпак, 22 струя пламени, 30 корпус котла, 31 жаровая труба, 32 впуск, 33 выпуск, 34 - выпуск, 35 дутьевое сопло, 36 выпуски, 37 трубный ход, 38 дутьевое сопло, 39 дополнительное количество воздуха, 40 поворотная камера, 41 - трубы второго трубного хода, 42 труба для отходящего газа.

Согласно фиг. 1 в горелку 3 обычным образом подают воздух горения 1, а также захватываемую воздухом-носителем угольную пыль 2. Поток воздуха горения 1 в сборной камере 12 становится равномерным и затем в радиальной решетке 13 лопаток приводится в завихрение. С ним воздух горения 1 входит в расходящийся муфель горелки 17, который переходит затем в охлаждаемую водой часть 18. К этой части присоединяется пламяускорительное сопло 19.

В муфеле горелки расположена трубка 20 для угольной пыли, которая на своем конце несет поворотный колпак 21 и благодаря которому угольную пыль вводят в обратный поток, устанавливающийся в муфеле горелки.

Для мощности топки, равной 3,9 МВ, используют согласно изобретению следующие показанные на фиг. 1 размеры: L₁=197 мм; L₂=1470 мм;
L₃=850 мм.

Решетка лопаток 13 выполнена выгодным образом по логарифмической спирали с углом спирали по отношению к окружному направлению, равным между 6 и 12^oC, преимущественно между 8-10^oC.

При выборе этих размеров в муфеле горелки устанавливается целевой поток, причем на фиг. 1 показаны только пропускные компоненты. Эти компоненты окружены периферийным компонентом так, что на наружном периметре образуется угол потока, равный около 45^o по отношению к образующей.

При выборе вышеназванных размеров достигаются две группы результатов:
I. Стабильность пламени.

Образуется вблизи стенки пропускной поток с диаметром от D₁ к D₂. Здесь приблизительно половина количества потока радиально возвращается внутрь и течет вдоль 20 через поперечное сечение диаметра D₁ до зоны направляющих лопаток 13.

Здесь этот поток вновь идет радиально наружу и направляется вместе со свежим воздухом к диаметру D₂. Между проходящим и возвратным потоками образуется зона очень интенсивной турбуленции, в которой стабилизируется пламя.

Угольная пыль 2 вводится с преимущественно постоянным количеством воздуха-носителя и вдувается при помощи поворотного колпака 21 в обратный поток.

Летучие компоненты угольной пыли под излучающим действием окружающего их пламени испаряются и образуют вместе с воздухом горения 1 газообразное пламя, которое горит вместе с остаточной угольной пылью в струе пламени 22. В указанных условиях эта струя достигает скорости около 100 м/с, которая имеет существенное значение для сохранности в чистоте последующего топочного пространства.

II. Выпуск.

Указанные размеры и эксплуатационные данные обеспечивают выпуски отходящих газов при явно ниже предельных значениях ТА-воздуха.

На фиг. 3 показан водогрейный котел, особенно пригодный для осуществления способа согласно изобретению.

Корпус котла с диаметром D₄ и длиной L₄ содержит жаровую трубу 31 с диаметром D₅, а также впуск 32 для холодной циркуляционной воды и по одному выпуску 33 и 34 для нагретой подаваемой воды. Таким образом обеспечено водяное охлаждение изображенного на фиг. 1 муфеля горелки. Он расположен в верхней области торцевой стороны жаровой трубы 31 и дует свою струю пламени косо вниз на другой конец жаровой трубы, где в нижней зоне расположены входы в первый трубный ход 37.

Ниже горелки расположено, по меньшей мере, одно дутьевое сопло 35, через которое можно вдувать в жаровую трубу до 15% расхода воздуха горения, чтобы поддерживать горение, а также сдувать отложения золы. Дутьевые сопла 35 можно комбинировать с устройствами, предназначенными для вдувания сжатого воздуха или пара, если примеси в угольной пыли ведут к отложениям в жаровой трубе.

При помощи вышеописанных приемов удается всегда содержать в чистом состоянии жаровую трубу, что является выгодным для способа согласно изобретению, потому что благодаря этому существуют контролируемые температурные условия, ибо в противном случае отложения золы и шлака в жаровой трубе препятствовали бы теплопередаче и изменяли бы температуру.

Поскольку сжигание угольной пыли продолжается вплоть до первого (с заходом в него) трубного хода 37, то выгодно оснастить каждую отдельную трубу этого трубного хода дутьевым соплом 38, через которое можно вдувать в трубы трубного хода 37 до 15% количества воздуха для горения. Эти воздушные струи точно так же способствуют содержанию в чистоте входной зоны в первый трубный ход 37.

Для указанной производительности котла 3,5 МВ соответственно мощности топки 3,9 МВ для способа согласно изобретению далее выгодно предусмотреть для первого трубного хода 37 использование 25 труб с диаметром 88,9х5 мм. Это обеспечивает достижение достаточных скоростей, при которых можно избежать отложений золы в трубах первого трубного хода 37 также и в случае снижения мощности. С другой стороны, скорости еще не настолько высоки, чтобы в верхней зоне нагрузки установились динамические эффекты вследствие взаимодействия массы газа с упругостью газового объема в жаровой трубе 31. При достижении транспортировочной скорости отходящих газов в трубах первого трубного хода 37 в трубах произошло бы образование зольных отложений, которые, подобно дюнам, перемещались бы по трубам и каждый раз при достижении конца трубы приводили бы к аэродинамическому удару, что создало бы затруднения для точного установления количества воздуха для горения.

Благодаря вышеназванным размерам труб первого трубного хода производится только ограниченное охлаждение отходящих газов до 500^oC, вследствие чего протекающие еще в этом трубном ходе реакции горения имеют достаточно времени и температурный уровень для своего завершения. Приобретаемые при этом золой свойства являются выгодными для способа согласно изобретению.

В передней поворотной камере 40 охлажденные до 500^oC отходящие газы направляют в трубы 41 второго трубного хода, в которых эти газы в зависимости от нагрузки котла и температуры воды в его нижней зоне охлаждают до температуры от 110 до 150^oC.

Принимая во внимание вышеописанные условия, а именно: с одной стороны, транспортировку золы и исключение возможности динамических эффектов, с другой стороны, для способа согласно изобретению выгодно предусматривать во втором трубном ходе использование 288 труб с диаметром 30х3,5 мм.

Охлажденные отходящие газы, выходящие из труб 41, направляют в трубу 42 для отходящего газа. Эта труба расположена выгодным образом поперек оси котла, причем отходящие газы подводят к ней тангенциально. Благодаря этому достигается то, что нигде по всей длине трубы для отходящего газа 42 не возникает застойных зон в водном пространстве, которые могли бы привести к образованию зольных отложений.

Все устройство, изображенное на фиг. 2, включающее горелку, жаровую трубу, отдельные трубчатые ходы и трубу для отходящего газа, является тем самым самоочищающимся и содержится в процессе эксплуатации в полной чистоте. Это имеет для способа согласно изобретению большую выгоду, потому что таким образом вся зола находится в отходящем газе и обладает свойством воспроизводимости.

Устройство, показанное на фиг. 2, пригодно при той же производительности и практически имеет тот же самый коэффициент полезного действия также и при сжигании других пылеобразных топлив, как, например, каменного угля, древесного угля и т.д. а также в случае жидких или газообразных топлив.

Для применения способа согласно изобретению с целью обессеривания отходящих газов, например, при сжигании жидких топлив вдувают известным образом в муфель горелки абсорбенты, например измельченный известняк, количество которого и обработка соответствуют известным правилам техники.

Преимущество изображенного на фиг. 2 устройства, в частности муфеля горелки и жаровой трубы, заключается в том, что условие потока в них не зависит от числа Рейнольдса в первом приближении. Это значит, что в случае перерасчета на другие мощности топки размеры муфеля и жаровой трубы следует делать перерасчет с корнем из относительной мощности. При этом необходимо учитывать, что системы горелок согласно фиг. 1 не имеют верхней границы мощности. Она скорее дается подготовкой и реакционноспособностью соответствующего топлива. Поэтому с повышающейся мощностью можно выбирать известным образом более высокие скорости пламени, вследствие чего при перерасчете на более высокую мощность аппаратуры становится немного меньше, чем это соответствует правилу перерасчета с корнем из относительной мощности. Этот учет отвечает уровню техники.

Первый трубный ход 37 и второй трубный ход 41 работают в области чисел Рейнольдса, где снижение температуры в основном является только функцией отношения длины к внутреннему диаметру соответствующих труб. Если хотят достичь при перерасчете на другие мощности одинаковых температур отходящих газов на выходе из котла, то известным образом перерасчитывают суммы поперечных сечений труб соответственно относительной мощности, причем отношение длины труб к их внутреннему диаметру остается постоянным. Таким образом, однозначно определяют как размер, так и количество труб соответствующего трубного хода согласно правилам аэродинамики. Другие данные, касающиеся размеров, для этого не являются необходимыми.

Если описанное с помощью фиг. 2 устройство одновременно должно соблюдать также и другие граничные значения ТА-воздуха, касающиеся в особенности NO_x и CO, то выгодно для диаметра D₅ жаровой трубы 31, а также ее длины L₅ выбирать следующие величины: D₅=1400 мм, а L₅=3850 мм.

Из этого следует, что в этом случае диаметр котла 30, то есть D₄, равен 2600 мм, а длина котла L₄ равна 4100 мм.

К котлу последовательно подключен охладитель для дальнейшего охлаждения отходящих газов до желаемой для связывания температуры. Для этой цели можно использовать теплообменники любой конструкции при условии, что они отвечают вышеназванным параметрам способа. Особенно пригодным для этого является трубчатый радиатор с прямыми трубами. Отходящие газы проходят по трубам, в то время как охлаждающая среда (например, вода) находится вне труб. Для этой цели применяют 225 труб с внутренним диаметром, равным 23 мм, при длине труб 2800 мм, причем температуру охлаждающей среды устанавливают согласно вышеназванным условиям способа, благодаря чему температура внутренней поверхности труб всегда находится в интервале между соответствующей местной температурой отходящего газа и вытекающей из этого истинной температуры точки росы.

Поскольку образующиеся кристаллы имеют очень активную поверхность и склонность к образованию отложений на охлаждающих поверхностях, то по предмету изобретения предусмотрено автоматическое их очищение, например, при помощи аэродинамических ударов или использованием для этой цели механических очистных приспособлений, которые на чертеже не показаны.

После этого известным образом производится отделение друг от друга пыли и отходящих газов, например, посредством матерчатого фильтра. Также и здесь все соприкасающиеся с пылью поверхности вплоть до отделения пыли от отходящих газов имеют температуру выше истинной температуры точки росы. После отделения пыли от отходящих газов дальнейший характер температуры отходящих газов перестает быть критическим, потому что уже произошло связывание коррозионных компонентов отходящих газов.

Если, например, уже имеющиеся камины нужно нагрузить отходящими по способу согласно изобретению газами, то скорости отходящих газов в каминах становится недостаточно, потому что теперь температуры отходящих газов ниже прежних. Этому можно помочь тем, что, например, теплую воду из последовательно подключенного к котлу охладителя отходящих газов направляют в теплообменники, причем часть образующегося при этом теплового воздуха примешивают к отходящим газам способа согласно изобретению. Таким приемом достигают не только достаточной скорости в имеющемся камине, но также и исключают возможность образования осадков влаги в них, например, при пуске из холодного состояния.

Для достижения результатов связывания кристаллической воды и коррозионных компонентов отходящих газов согласно изобретению необходимо, чтобы обработка и активация активных компонентов пыли, следовательно, например, расщепление Ca(OH)₂ или CaCO₃ в CaO, происходило в том же самом процессе сжигания, при котором образуются вышеназванные отходящие при горении газы. Расщепление и обработка активных компонентов пыли может происходить также и в другом месте, например, в пригодном для этого устройстве для обжига извести, в котором осуществляют описанный выше способ нагрева. Полученную в случае этого примера еще активную окись кальция нужно примешивать согласно изобретению к отходящим при горении газам при более высокой температуре по сравнению с той, при которой начинается связывание кристаллической воды и компонентов средних веществ. Для этого может быть предварительно подогрета окись кальция или быть соответственно горячими отходящие при горении газы, чтобы соответственно быстро нагреть CaO после проведенного примешивания. Решающим фактором здесь является то, что приведенную в виде примера CaO вместе с отходящими газами охлаждают до температуры ниже температуры связывания. Если названную окись кальция примешивать к отходящим газам только при более низкой температуре, чем при той температуре, при которой начинается связывание, то эффект согласно изобретению проявляется в уменьшенном объеме. В частности, при этом происходит замедление процесса связывания, то есть замедляется связывание. CaO использовать в этом случае хуже, а H₂O и коррозионные компоненты газа связываются только частично (см. в связи с этим охранные документы DE N 32 40 373 A1 и N 33 32 828 C2). Тот факт, что здесь происходит только частичное связывание H₂O и коррозионных компонентов газов, существенным образом обосновывается тем, что здесь еще не была известна имеющая существенное значение для изобретения обработка CaO. Если, однако, в отходящем газе еще имеются остатки коррозионных компонентов, хотя бы в уменьшенном объеме, то все же сохраняется связанная с этим коррозия холодных элементов установки, которая лишь медленнее продвигается по сравнению с полным первоначальным содержанием вредных веществ. Только осуществляемое благодаря способу согласно изобретению полное и безостаточное связывание коррозионных элементов позволяет проведение безопасного охлаждения отходящих при горении газов до температуры ниже названной температуры связывания, в частности до температурного интервала ниже 50^oC.

Формула изобретения

1. Способ улучшения использования тепла продуктов сгорания топлива, содержащих частицы пыли и золы, включающий нагрев активного компонента пыли, например, Ca(OH)₂, CaCO₃ или MgCO₃ до заданной температуры, обеспечивающей разложение активного компонента с последующим охлаждением продуктов разложения активного компонента в присутствии воды, отличающийся тем, что нагрев активного компонента пыли производят в течение менее 0,5 с, начиная с конца испарения возможно имеющейся поверхностной влаги до температуры, по меньшей мере на 10^oС превышающей температуру разложения, но ниже температуры плавления активного компонента или потери его активности, последующее охлаждение производят менее 10 с, считая от начала нагрева частиц пыли, до температуры, превышающей менее чем на 30^oС точку росы продуктов сгорания до начала химических реакций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что активный компонент пыли нагревают до температуры, превышающей на 50^oС температуру разложения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что охлаждение производят до температуры, превышающей температуру точки росы менее чем на 10^oС.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что охлаждение производят менее чем за 5 с.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что пыль в продуктах сгорания образуют при сжигании содержащего золу топлива.

6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что к топливу перед сжиганием добавляют активные пылеобразные компоненты, например Ca(OH)₂, CaCO₃, MgCO₃.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что активные компоненты пыли подмешивают к продуктам сгорания перед охлаждением при температуре, превышающей температуру, при которой происходит реакция между водой и коррозионными компонентами.

8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что процесс охлаждения продуктов сгорания происходит при постоянном турбулентном перемешивании.

9. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что после окончания процесса охлаждения производят отделение пыли от продуктов сгорания.

10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что охлаждение продуктов сгорания осуществляют охлаждающими поверхностями, температура которых лежит в интервале между соответствующими местными температурами отходящих газов и точки росы.

11. Способ по пп.1 10, отличающийся тем, что активные компоненты подают в камеру сгорания или муфель горелки.

12. Способ по пп.1 11, отличающийся тем, что охлаждение продуктов сгорания осуществляют при их прохождении через топочное пространство и ходы котла.

13. Способ по пп.1 12, отличающийся тем, что перед выпуском продуктов сгорания в атмосферу их охлаждают в охладителе до окончательной температуры охлаждения.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что тепловоспринимающие поверхности охладителя очищают от отложений пыли.

15. Устройство для улучшения использования тепла продуктов сгорания топлива, содержащее котел с последовательно подключенным к нему трубчатым охладителем, отличающийся тем, что оно содержит регулятор, обеспечивающий заданную температуру труб охладителя, причем с учетом мощности котла в 3,5 МВ охладитель содержит 225 труб с внутренним диаметром 23 мм и длиной 2800 м, при этом при мощности котла, отличной от 3,5 МВ, сумма поперечных сечений труб изменяется пропорционально мощности котла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3