CS213576B1 - Předřazené spalovací zařízení kotlů pro dvoustupňové spalování hořlavých vodních suspenzi pevných látek. - Google Patents

Description

Vynález se týká předřazeného spalovacího zařízení kotlů pro dvoustupňové spalování hořlavých vodních suspenzí pevných látek, zejména uhelného prachu a vody anebo odpadových kalů, u něhož předřazené ohniště navazuje na hlavní ohniště kotle a má rozprašovač, jakož i hořák opatřený vířivým lopatkovým věncem.

’ Jak známo, mají uhelná prádla důlních provozů, jakož i závody na zpracováni uhlí, například koksovny, velkou produkci uhelného prachu, který vzniká jako vedlejší produkt v procesu úpravy, zejména jako uhelný kal ve velkých objemových množstvích, vyžaduje velmi náročné zpracování a způsobuje mno-.o problémů v souvislosti s ochranou přírody a pracovního prostředí. V posledních desetiletích se objevilo mnoho postupů a zařízení, které slouží k využití těchto létek jakož i odpadových uhelných kalů spalováním. Tyto kaly způsobují podobné problémy. Jeden způsob likvidace případně zhodnoceni uhelných kalů spočívá v užiti odpovídajícího postupu úpravy a sušení, jehož prostřednictvím lze z kalu získat suchý uhelný prach. Tento suchý uhelný prach se pak spaluje v kotlech, spalujících uhelný prášek. Toto řešení však vyžaduje komplikovaná a drahá zařízení, jakož i mnoho fysické práce, a svým silným prášením neprospívá ochraně prostředí. Proto je snaha hledat možnosti přímého spalování uhelných odpadových kalů.

Jsou známa zařízení k přímému spalováni vodních suspenzi uhelného prachu s velmi jednoduáe provedenými hořáky v jediném spalovacím prostoru, avšak ty lze použit pro uhel2 lis 171 né částice o vysoké výhřevnosti. Avšak ani tato řešeni se neprosadila pro obtížný sápal a ztráty vysokokalorieké hořlaviny. Jako přiklad postupů a zařízeni, které slouží ke spalováni odpadních kalů, lze uvést jedno najpokrokovšjšioh řešeni, podle něhož ae tepelně upravený odpadni kal, případně vodní suspenze uhelného praohu, rozmletá speciálním mlecím čerpadlem, přivádí do ohniště tradičního energetického kotle rozprašovačem, vyvinutým k tomuto fiSelu, a zde je spalována jako v dodatkovém ohništi. Tento postup, případně zařízeni má. vsak nedostatek, že poměry zápalu suspenze, obsahující 75 aě 85 % vody, jsou velmi nepříznivé, a proto může být toto řešeni použito, pouze jako přídavné topeni již provozovaných tradičních kotlů. Postup je také v důsledku tepelné úpravy velmi drahý.

Déle jou rovněž známa dvojstupňová epalovadí zařízení opatřené předřazeným ohništěm, které bylo vyvinuto pro spalováni vodních suspenzi uhelného prachu proto, aby zmenšilo uvedené nedostatky kotlů a jedním spalovacím prostorem. Takové dvojstupňové zařízeni ke spalováni suspenzi uhelného prachu pracuje s výtavným odstruskovánim. Jeho nedostatkem je, že je lze provozovat pouze s uhlím o velké výhřevnosti - například 19050 kJ/kg, případně 21855 kJ/kg. U vodnioh' suspenzí uhelného praohu s nízkou výhřevnosti, nepřicházejí tato technická řešeni v úvahu. Pro výtavné odstruskovéni musi být totiž v ohništi udržována vysoká teplota, ležící pod bodem taveni etrusky. Takovou však nelze u suspenzi s nízkou výhřevnosti dosáhnout. Předřazená ohniště, používaná u těchto zařízeni, jsou takzvaná eyklonová ohniště, majioi zvlášť velké rozměry. Bozněry takových předřazených topenišť jsou určeny prostorem potřebným pro odpařeni vodního obsahu v suspenzi, dále časem potřebným k zápalu a shořeni pevných částic, jakož i obvyklou přívodní rychlosti.

U takových zařízeni bývá například průměr předřazeného spalovacího prostoru vertikálně uspořádaného předřazeného spalovacího zařízeni 900 mm, jeho délka 3 000 mm, jak je vidět z výkresu na obr. 1: na tomto výkrese jsou znázorněny též hlavni směry prouděni v předřazeném topeništi a méně intensivni turbulence. U popsaných zařízeni jsou rozměry, které vlastně způsobují provozní problémy, jež budou popsány později, proto tak velké, protože u věeoh těchto zařízeni musí být úplné vyhořeni převážně ukončeno již v předřazeném topeništi, k tomu je však nutné zařízeni pro vysoké teploty s velkým spalovacím prostorem, jehož velké sálaté plochy umožňuji zápal paliva, dooházl zde k odpařováni vodního obsahu a je zajištěna stabilita spalovacího procesu. Velkým nedostatkem těchto zařízeni, konetruovanýoh pro odvod roztavené etrusky, je skutečnost, že vyžaduji velmi pečlivé ovládáni během provozu. Již nepatrná porucha termické rovnováhy, jako například stoupnuti podílu vody v palivu naho pokles tepelného zatíženi topeniště a podobně, může vést k vážným provozním poruehám. Dalším nedostatkem tšohto kotlů ae známými předřazenými spalovacími zařízeními spočívá v tom, že u nioh může být dosaženo jen poměrně nízké účinnosti a to v rozmezí 68 až 72 % a dála, ža 1 při výtavném odstruskovéni jsou ztráty hořlavého podílu mnohdy i 3,8 %. Pro tyto nedostatky sa tato zařízení neosvědčila a nemohla ss prožadit do všeobecného používání. Spolehlivé apelováni suspenzi složených z hořlavých částic a vody, s dobrou účinnosti, sůstává dosud nevyřešeným problémem.

Vzhledem k tomu je ollam vynálezu takové zdokonaleni známýoh dvojstupňových spalovaoloh zařízeni ke spalovaní vodnioh suspenzi pevných látek, jehož prostřednlatvia by bylo

213 S7« možno uskutečňovat bezpečný zápal a stabilní spalování při dobré účinnosti kotle, nepatrných ztrátách hořlaviny a bez zastruskovéní ohniště. Jelikož lze očekávat větší účinnost předřazeného spalovacího zařízeni jen od dalšího prodlužování předřazeného spalovacího prostoru a další zvětšeni již i tak velkých rozměrů předřazeného prostoru doposud známých zařízení však by vedlo k dalšímu zvětšeni již zmíněných nedostatků, bylo Konstatováno, že pouze zdokonaleni ve zcela novém směru by mohlo vést k vytčenému cíli.

Byly proto poměry proudění ve známých předřazených ohništích podrobeny anylýze, která vedla k poznání, že žádoucí příznivý efekt lze docílit pouze modifikaci poměrů proudění v předřazeném ohništi. Dokonce se zjistilo, že z toho plyne rovněž možnost zmenšeni do posud velkých rozměrů předřazeného ohniště včetně dosaženi všech s tim spojených předností. Poměry proudění v předřazeném ohništi nemohly být vyjádřeny početně. Proto bylo empiricky rozpracováno, kterými aerodynamickými prostředky je účelné prodloužit recirkulaci dobu prodléváni části hořlavých částic, to je nejjemnější frakce uhelného prachu a části spalin v předřazeném spalovacím prostoru a tim dosáhnout intenzifikaci předáváni tepla a hmoty.

Uvedené nevýhody jsou odstaměny u předřazeného spalovacího zařízeni kotlů pro dvoustupňové spalováni hořlavých vodních suspenzí povných látek podle vynálezu, jehož podstatou je, že průměr předřazeného ohniště je menší než trojnásobek průměru hořáku, ale délka předřazeného ohniště je menši než průměr předřazeného ohniště., přičemž předřazené ohniště je opatřeno pláštěm sousedícím alespoň s čésti prostoru přívodu čerstvého spalovacího vzduchu.

Je výhodné, když k hlavnímu ohništi kotle přivrácený konec pláště předřazeného ohniště je zúžen anebo opatřen otvory spojujícími předřazené ohniště s prostorem přívodu čerstvého spalovacího vzduchu.

Přednosti předřazeného spalovacího zařízeni podle vynálezu, které je myšleno jako zdokonaleni tradičních dvoustupňových předřazených ohnišť, lze shrnout tak, že jejich použitím mohou být suspenze z hořlavých pevných částic a vody spalovány za výhodnějších podmínek vysušeni a zápalu a za stabilního hořeni, a to i suspenze o nízké výhřevnosti. Dále za poměrů prouděni, jaké lze nastavit v předřazeném ohništi, sě teploty stěn předřazeného ohniště mohou držet na nízkých teplotách, asi 700 až 800 ^bC, a při tom se jak spalováni, tak i účinnost kotle proti dříve známým podobným zařízením podstatně zlepši a může dosáhnout 80 %.

Příklady provedeni předřazeného spalovacího zařízeni podle vynálezu jsou zobrazeny na výkresech, kde obr. 1 představuje schematicky rozměrové vztahy známých dvoustupňových spalovacích zařízeni se znázorněným prouděním paliva, obr 2 totéž u předřazeného spalovacího zařízeni podle vynálezu obr. 3 jedno provedeni předřazeného ohniště podle vynálezu s rozprašovačem, vířivým lopatkovým věncem a horákem v osovém řezu, obr.4 další příkladné provedeni předřazeného ohniště podle vynálezu rovnáš v osovém řezu a obr.5 a 6 dvě varianty rozprašovače pro směšovací spalováni uhlovodíkových pomocných medií v osovém řezu.

Jak lze vyčíst ze srovnáni obr. 1 a obr. 2, docházelo u doposud známýoh řešeni před4

213 378 řazeného ohniště jen k nepatrnému vířeni paliva £ směřujícímu jen vně. Plamen byl silně protažen do -délky á ohříval hlavně stěny předřazeného ohniště 1. U řešeni podle vynálezu je naproti tomu víření paliva £ velmi intenzivní, vratné a směřuje dovnitř. Zpětně proudící plyny přitom tQlikneohřívají stěny, nýbrž vysuěuji čerstvě vstupující suspenzi. Na obr.3 je schematický znázorněno předřazené spolovací zařízeni podle vynálezu, u kterého je na předřazené ohniště 1 napojeno hlavni ohniště 2. Spalovací vzduch je po svém vstupu do potrubí ve směru osy 4 předřazeného ohniště £ odkloněn a vířivým lopatkovým věncem £ je přiveden do intenzivního rotačního pohybu kolem osy. Suspenze - případně i uhlovodík vstupující v oblasti rozprašovače £, se zde misi se vzduchem, zapaluje se, a tim počíná proces spalováni, který je. pak ukončen v hlavním ohništi 2. Zápal je kromě rozděleni tlaků, daného konstrukci předřazeného ohniště £ podpořen také zpětným prouděním horkých plynů, , vznikajících na ose 4. Čerstvý spalovací vzduch přiváděný potrubím £ ochlazuje plášň 14 předřazeného ohniště £ , je přitom ohřát a slouží pak v hlavním ohništi £ jako spalovací vzduch. Výkres ukazuje tu variantu konstrukce předřazeného ohniště £ , u ketrého je jeho konec, napojený na hlavni ohniště £ za účelem reoirkulace horkých plynů a za účelem zesíleni vířeni paliva £ zúžen. Na obr.3 a obr.4 je zakreslena délka L předřazeného ohniště 1, jeho průměr D , průměr d hořáku 16. přičemž podle vynálezu platí L <D a D= 3d. Na obr. 4 je znázorněn další přiklad provedeni předřazeného ohniště 1 v řezu, u nějž veškeré množství spalovacího vzduchu vstupuje průřezem ve tvaru mezikruží při obvodu předřazeného ohniště 1. je hnáno dopředu a pak probíhá v protiproudu, během čehož ochlazuje plášt 14 předřazeného ohniště 1 a je samo předehřlváno. Bek se obraci do radionálního směru z lopatky vířivého lopatkového věnce £, postavené šikmo k radiálnímu směru, mu uděluji otáčivý pohyb. Konečně vstupuje radiálně do předřazeného ohniště 1. Obr.8 představuje ten přiklad provedeni předřazeného ohniště 1, u kterého otvory 8, vytvořené v plášti 14 předřazeného ohniště 1, který sousedi s prostorem 1£ přívodu čerstvého spalovacího vzduchu, vířeni paliva £ a reoirkulace vzduchu proudícího na konei předřazeného ohniště 1 dovnitř, společně podporuji vířeni paliva £ a reoirkulaoi spalin. Na obr.5 je v částečném podélném řezu vidět rozprašovač £. Suspenze vystupuje tryskovým otvorem £ rozprašovače £. Tryskový otvor £ rozprašovače £ je obklopen alespoň třemi rozprašovači oleje 10. uspořádanými v kruhu. Olejový prostor JI obepíná prstenoovitě tryskový otvor £ rozprašovaše £ a zásobuje rozprašovač 10 oleje olejem. Z plynového otvoru 12 může být účelně veden stlačený. vzduch, pára nebo plyn jako rozprašovací medium k rozprašovačům 10 oleje. Na obr. 6 je v částečném řezu v,podélném směru znázorněn rozpračovač £. U tohoto přikladu provedeni je plynový prostor 1£ propojen také β předřazeným ohništěm £ prostřednictvím prstenoovité štěrbiny ££.

V předřazeném spalovacím zařízeni podle vynálezu ee rozprášená suspenze a případně i olej anebo uhlovodík zapálí vzduchem přivedeným do intenzívni rotace vířivým lopatkovým věncem £, přičemž rozměry a provedením předřazeného ohniště se dosáhne takového rozděleni tlaků a rychlostí částic a plynů v předřazeném ohništi 1, že předáváni tepla a hmoty zesílené horkými spalinami, zpětně proudícími v osovém směru předřazeného ohniště £, které jsou ve stavu intenzivního vířeni - zapbezpečuje rychlé vysušeni suspenze, její zápal a

213 >7· stabilní spalování při tak malém vnitřním povrchu předřazeného ohniště 2· ^ž® tím nevznikají významnější tepelné ztráty sáláním. Proto je. prakticky adiabatický plamen stabilizován velmi malým prostorem a na vzduchem chlazeném plášti 14 předřazeného ohniště 2 ^se při poměrně nízké teplotě netvoří sintrujíel struekové nánosy. Z toho důvodu může být pláál 14 proveden také z kovu. Ještě nevyhořelé hořlavé částice, vystupující z intenzivního jádra plamene, jsou pak zcela spáleny ve druhém, hlavním ohništi 2 kotle. Spalovací vzduch, jenž je k tomu potřebný, je k dispozici v předehřátém stavu potom, co posloužil ke chlazeni předřazeného ohniště 1. Jako účelné řešeni problému rozprašováni lze volit rozprašováni vzduchem nebo plynem, nebol jinak při tlakovém rozprašováni vznikají problémy s čerpadly, vyvíjející potřebný tlak, a rovněž v důsledku nutných menších průtočných průřezů může docházet k jejich ucpáni. Médiem použitým k rozprašováni může být stejně dobře stlačený vzduoh, péra nebo hořlavý plyn. Jeho přívodem rychlosti převyšující rychlost zvuku se zesiluje vířeni a zintenzivňuje výměna tepla a hmoty. U suspenzi o malé výhřevnosti má dodatečné topení uhlovodíkem například tu výhodu, že k rozprášeni dochází pomoci zemního plynu, který je pod tlakem. U olejového topeni mohou Ve smyslu výhodného přídavného řešeni předřazeného spalovacího zařízeni podle vynálezu rozprašovače 6, znázorněné na obr. 4 a obr. 5, vytvořit rozprášeni, popřípadě horký olejový plamen ve tvaru kuželového pláště. Tento plamen, vycházející od vnějšího obvodu nebo od trysek, expanduje s menším uhlem než suspenze, intenzivně se s ni promíchává a tim způsobuje rychlejší sušeni a spalováni.

Claims (2)

1. Předřazené spalovací zařízeni kotlů pro dvoustupňové spalovaní hořlavých vodnich suspenzi pevných látek, zejména směsí uhelného prachu a vody anebo odpadových kalů, u něhož předřazené ohniště navazuje na hlavni ohniště kotle a má rozprašovač, jakož i hořák opatřený vířivým lopatkovým věncem, vyznačující se tim, že průměr (D) předřazeného ohniště (1) je menší než trojnásobek průměru (d) horáku (16), ale délka (L) předřazeného ohniště (1) je menši než průměr (Ď) předřazeného ohniště (1), přičemž předřazeno ohniště (1) je opatřeno pláštěm (14), sousedícím alespoň s části prostoru (1$) přívodu čerstvého spaloscího vzduchu.

2. Předřazené spalovací zařízeni podle bodu 1, vyznačující se tím, že k hlavnímu ohništi (2) kotle přivrácený konec pláště (14) předřazeného ohniště (1) je zúžen anebo opatřen otvory (8) spojujícími předřazené ohniště (1) « prostorem (15) přívodu čerstvého spalovacího vzduchu.