Комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель
Владельцы патента RU 2494313:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах очистки дымовых газов от вредных примесей. Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение коррозионного износа металлической набивки путем совмещения процесса нагрева воздуха с очисткой дымовых газов от коррозионноактивных примесей (оксидов азота, оксидов серы, оксида углерода, воды (NOx, SOx, CO, H2O) и остатков несгоревшего топлива в самом аппарате, что увеличивает экономическую и экологическую эффективность работы роторного воздухоподогревателя. Технический результат достигается тем, что комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель включает короб, в котором помещен ротор с радиальными ячейками, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции, заполненной набивкой, выполненной из теплоемкого материала и примыкающей к холодной стороне секции очистки, состоящей из контейнера с перфорированным дном, в котором помещены гранулы пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб снабжен патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха и соединен с холодной стороны газового отсека с патрубком выхода дымовых газов через расширитель, снабженный коническим днищем и каплеотбойником. 4 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах охлаждения дымовых газов совместно с очисткой их от вредных примесей в регенеративных роторных воздухоподогревателях котельных установок.
Известен регенеративный вращающийся (роторный) воздухоподогреватель, содержащий корпус, с размещенным внутри ротором и набивкой, выполненной из гофрированных листов, в зазорах между которой на горячей стороне, помещен слой катализатора толщиной 80-100 мм, в котором происходит дожигание несгоревших остатков топлива, приносимых дымовыми газами из топки котла. [А.с. СССР №1476253, МКл4. F23L 15/02, 1987].
Основным недостатком известного воздухоподогревателя является невозможность очистки дымовых газов от вредных коррозионноактивных примесей (оксидов азота, оксидов серы, оксида углерода, воды (NOx, SOx, CO, H2O), что вызывает ускоренный коррозионный износ (особенно на холодной стороне воздухоподогревателя) металлической набивки и, в конечном счете, снижает его экономическую и экологическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является система подогрева воздуха уходящими газами с одновременной очисткой последних, включающая вращающийся роторный воздухоподогреватель, состоящий из короба, снабженного патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, ротора, заполненного насадкой (набивкой) и устройства очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, выполненные в виде дисковых роторов, частично погруженных в ванну с поглотительным раствором и размещенных по ходу движения газа за воздухоподогревателем [А.с. СССР №1041808, МКл. F23L 15/02, 1983].
Основными недостатками известной системы подогрева воздуха является сложность и громоздкость оборудования дополнительных устройств очистки, невозможность утилизации несгоревших остатков топлива и СО, что снижает экономическую и экологическую эффективность работы роторного воздухоподогревателя и котельной установки в целом.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение коррозионного износа металлической набивки путем совмещения процесса нагрева воздуха с очисткой дымовых газов от корозионноактивных примесей (оксидов азота, оксидов серы, оксида углерода, воды (NOx, SOx, CO, Н2О) и остатков несгоревшего топлива в самом аппарате, что увеличивает экономическую и экологическую эффективность работы роторного воздухоподогревателя и котельной установки в целом.
Технический результат достигается тем, что комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель включает короб, снабженный патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, в который помещен ротор с радиальными ячейками, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции, заполненной набивкой, выполненной из теплоемкого материала (металлических листов, огнеупорного кирпича, колец Рашига и т.д.) и примыкающей к холодной стороне секции очистки, состоящей из контейнера с перфорированным дном, в котором помещены гранулы пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб соединен с холодной стороны газового отсека с патрубком выхода дымовых газов через расширитель, снабженный коническим днищем и каплеотбойником.
Предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель представлен на фиг.1-4, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2, 3, 4 - разрезы ячейки с набивкой.
Предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель включает короб 1, в котором помещен ротор 2 с радиальными ячейками 3, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции 4, заполненной набивкой 5, выполненной из теплоемкого материала (металлических листов, огнеупорного кирпича, колец Рашига и т.д.) и примыкающей к холодной стороне секции очистки 6, состоящей из контейнера с перфорированным дном 7, в котором помещены гранулы пемзы 8, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб 1 соединен с холодной стороны газового отсека с расширителем 9, снабженным коническим днищем 10 и каплеотбойником 11 и снабжен патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха 12, 13, 14, 15, соответственно.
Охлаждение и очистка дымовых газов в комплексном регенеративном роторном воздухоподогревателе осуществляется следующим образом. Горячие дымовые газы из патрубка 12 с горячей стороны в газовом отсеке распределяются по ячейкам 3, вращающимся с ротором 2, проходят через аккумуляционные секции 4, где охлаждаются до температуры близкой к температуре конденсации водяных паров, одновременно нагревая теплоемкий материал набивки 5 и далее поступают в секции очистки 6, заполненные гранулами пемзы 8 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 8 назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления секций очистки 6 и номенклатуры размеров гранул металлургической пемзы). Основная металлургическая пемза представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из окиси кальция, окиси кремния, окиси алюминия и частично из окиси магния (CaO, SiO2, Al2O3, MnO) с модулем основности М>1 и высоким значением коэффициента теплоемкости [Строительные материалы.. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. - М.: Стройизд., 1989, с.423; Домокеев А. К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с.163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам 8 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси в охлаждаемых дымовых газах (NOx, SOx, CO). Кроме того, исходя из своего состава, металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Дымовые газы, двигаясь сверху вниз через гранулы 8, также аккумулирующие тепло, охлаждаются до температуры конденсации находящихся в них водяных паров с образованием конденсата и проникают в их поры, в которых за счет предыдущего цикла остаются капли кислого конденсата. Адсорбированные оксиды азота и серы в порах гранул 9 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с.298], поэтому окисляются кислородом со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO2 и SO3, которые, в свою очередь, взаимодействуют с каплями свежего и кислого конденсата с образованием соответствующих кислот HNO3 и H2SO4, которые за счет сил тяжести и динамического воздействия потока газа выносятся из секции очистки 6 в расширитель 9. В расширителе 9 скорость дымовых газов резко уменьшается, в результате чего капли кислого конденсата под действием силы тяжести опускаются в коническое днище 10, куда также стекают капли конденсата, задержанные каплеотбойником 11, после чего охлажденные и очищенные от вредных веществ выбрасываются в атмосферу, а кислый конденсат направляется на очистку от кислотных компонентов для их дальнейшей утилизации. Ячейки 3 с горячей набивкой 5. в результате вращения ротора 2 поступают в воздушный отсек воздухоподогревателя, в который через патрубок 14 поступает дутьевой воздух. Нагреваемый воздух в секциях очистки 6 ячеек 3, двигаясь снизу вверх, охлаждает гранулы 8, также окисляя оставшиеся адсорбированные оксиды азота и серы в их порах с образованием легко растворимых в воде NO2 и SO3, которые взаимодействуют с каплями свежего и кислого конденсата с образованием соответствующих кислот, капли которых остаются на поверхности гранул 8 и в их капиллярах. Из секций очистки 6 воздух поступает в аккумуляционные секции 4, где окончательно нагревается и подается в топку котла. При этом, оставшиеся в секциях очистки 6 оксиды азота и серы, оксид углерода (который окисляется значительно труднее), остатки топлива (CH4, капли мазута, угольная пыль), частично уносятся потоком дутьевого воздуха, поступая, в конечном счете, в топку котла на сжигание, уменьшая тем самым потери тепла за счет снижения химического и механического недожога. Кроме того, очистка гранул пемзы 8 от осажденных твердых примесей регулярно проводится во время режимных мероприятий очистки всей набивки 5 при промывке ее водой.
Время замены гранул 8 металлургической пемзы определяют по увеличению содержания вредных примесей в дымовых газах на выходе из воздухоподогревателя и увеличению его аэродинамического сопротивления (режимную продолжительность работы секций очистки 6 устанавливают на основании экспериментальных исследований для данного предприятия и вида металлургического шлака).
Замена отработанных гранул 8 металлургической пемзы в секциях очистки 6 проводится по мере необходимости или во время планового ремонта через специальные люки в бортовой стенке короба 1 (на фиг.1-4 не показаны) путем извлечения контейнеров 7 с отработанными гранулами 8 из ячеек 3 и установки на их место аналогичных контейнеров 7, заполненных свежими гранулами 8.
Высота секции очистки 6 предварительно определяется, исходя из основных двух факторов:
1. степени очистки дымовых газов от вредных примесей (NOx, SOx, CO);
2. температуры конденсации водяных паров, находящихся в дымовых газах и соответственно, начала коррозии теплоемкого материала гранул 5 аккумуляционной секции 4.
Таким образом, предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель позволяет нагревать дутьевой воздух, одновременно проводить охлаждение и очистку дымовых газов от оксидов азота, серы, паров воды (NOx, SOx, Н2О) и частично утилизировать оксид углерода (CO), несгоревшие остатки топлива (СН4 и др.) путем подачи их с дутьевым воздухом для сжигания непосредственно в топку котла, уменьшить коррозионный износ металлической набивки и тем самым увеличить срок ее эксплуатации, что позволяет увеличить экологическую и экономическую эффективность процесса нагрева воздуха, а также увеличить коэффициент полезного действия котельной установки.
Комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель, включающий вращающийся роторный воздухоподогреватель, состоящий из короба, снабженного патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, ротора, заполненного насадкой, и устройства очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, отличающийся тем, что ротор выполнен с радиальными ячейками, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции, заполненной набивкой, выполненной из теплоемкого материала и примыкающей к холодной стороне секции очистки, состоящей из контейнера с перфорированным дном, в котором помещены гранулы пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром от 20 до 40 мм, причем короб соединен с холодной стороны газового отсека с патрубком выхода дымовых газов через расширитель, снабженный коническим днищем и каплеотбойником.
