PL180995B1 - Sposób spalania pyłu węglowego i urządzenie do spalania pyłu węglowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób spalania pyłu węglowego w cyklonowej komorze spalania, z doprowadzaniem powietrza i sorbentu wiążącego związki siarki, znamienny tym, że pył węglowy odgazowuje się, prowadząc proces odgazowania z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 0,6-0,8, a proces spalania w komorze cyklonowej prowadzi się z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 1,05-1,07, przy czym do komory odgazowania doprowadza się 2/3 całkowitego zapotrzebowania pyłu węglowego, a do komory spalania pozostałą ilość pyłu, zaś po oddzieleniu powstałego w procesie spalania ciekłego żużla, gazy spalinowe odprowadza się do urządzenia wykorzystującego ich energię cieplną a 1%- 20%o schłodzonych spalin doprowadza się do komory odgazowania.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania pyłu węglowego i urządzenie do spalania pyłu węglowego, znajdujące zastosowanie zwłaszcza w energetyce zawodowej i przemysłowej.

Z polskiego opisu patentowego nr 165 548 znany jest sposób spalania pyłu węglowego z wstępnym zgazowaniem paliwa przed cyklonową komorą spalania i z dodawaniem powietrza nadmiarowego i sorbentów do komory kotła. W sposobie tym do komory zgazowania doprowadza się pył węglowy z powietrzem nośnym w ilości 3%-5% całkowitej stechiometrycznej ilości powietrza potrzebnej do spalania, a następnie doprowadza się powietrze inicjujące zapłon w ilości 5% całkowitej ilości stechiometrycznej powietrza, po czym 30%-55% ilości stechiometrycznej powietrza doprowadza się sukcesywnie wzdłuż drogi strumienia spalinowo-pyłowego, zaś pozostałą ilość powietrza doprowadza się do cyklonowej komory spalania. Do komory kotła doprowadza się powietrze nadmiarowe, a sorbent podaje się do komory zgazowania i/lub cyklonowej komory spalania, w ilości 20-40% ilości stechiometrycznej, a resztę do komory kotła.

180 995

Znane z polskiego opisu patentowego nr 165 548 urządzenie do spalania pyłu węglowego składa się z komory zgazowania połączonej z cyklonowy komorą, spalania. Cyklonowa komora spalania ma dwie komory dopalania, których wyloty są połączone z komorą kotła. Komora zgazowania ma kształt prostopadłościanu o zmniejszającym się ku dołowi prostokątnym przekroju poprzecznym i jest wyposażona w palniki pyłowe i dysze doprowadzające powietrze inicjujące zapłon. Komora zgazowania ma ponadto żaluzjowy ruszt służący do sterowania ilością powietrza doprowadzanego do komory zgazowania. Cyklonowa komora spalania jest połączona z kanałem doprowadzającym powietrze oraz jest wyposażona w doprowadzenie sorbentu. Doprowadzenie sorbentu ma ponadto komora zgazowania i komora kotła, która ma także doprowadzenie powietrza nadmiarowego. Komory dopalania mają otwór spustowy, którym żużel spływa do komory granulacji.

Gazy spalinowe uzyskiwane w wyniku spalania pyłu węglowego znanym sposobem zawierają znaczne ilości zanieczyszczeń w postaci związków siarki i azotu, co wiąże się z koniecznością stosowania dodatkowych urządzeń ograniczających ilość zanieczyszczeń w spalinach. Znane urządzenie do spalania pyłu węglowego ulega częstym awariom, powodowanym krzepnięciem żużla na dolnych powierzchniach ścian komór dopalania oraz w otworach spustu żużla, gdzie panuje zbyt niska temperatura uniemożliwiająca ciągły spływ żużla.

Wynalazek dotyczy sposobu spalania pyłu węglowego w cyklonowej komorze spalania, z doprowadzaniem powietrza i sorbentu wiążącego związki siarki. Istota wynalazku polega na tym, że pył węglowy odgazowuje się, prowadząc proces odgazowania z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 0,6-0,8, a następnie prowadzi się proces spalania w komorze cyklonowej, z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 1,05-1,07, przy czym do komory odgazowania doprowadza się 2/3 całkowitego zapotrzebowania pyłu węglowego, a do komory spalania pozostałą ilość pyłu. Po oddzieleniu powstałego w procesie spalania ciekłego żużla, gazy spalinowe odprowadza się do urządzenia wykorzystującego energię cieplną spalin, a l%-20% schłodzonych spalin zawraca się do komory odgazowania. Korzystny jest następujący podział strumieni powietrza w procesie odgazowania: 40%-60% ilości powietrza doprowadza się jako powietrze wtórne o temperaturze 320°C-450°C,15%-25% jako powietrze strefowe o temperaturze 320°C-450°C, 5%-15% jako powietrze transportujące pył o temperaturze 110°C -150°C, a pozostałą ilość jako powietrze transportujące sorbent i spaliny o temperaturze 10°C-50°C.

Wynalazek dotyczy także urządzenia do spalania pyłu węglowego, zawierającego komorę odgazowania połączoną z cyklonową komorą spalania, wyposażoną w komory dopalania, które połączone są z komorami granulacji żużla, oraz mającego palniki pyłowe, dysze powietrzne i dysze doprowadzające sorbent. Istota wynalazku polega na tym, że pyłowe palniki, korzystnie wirowe, są umieszczone na dwóch przeciwległych ścianach komory odgazowania, w co najmniej dwóch rzędach usytuowanych jeden nad drugim, a na jednej z pozostałych ścian komory odgazowania są umieszczone sekcje powietrznych dysz przyporządkowane poszczególnym palnikom. Wylotowe kanały, odprowadzające spaliny do urządzenia wykorzystującego ich energię cieplną, są zamontowane w ścianach komór granulacji żużla: W górnej części komory odgazowania znajduje się wlot spalin oraz powietrzna instalacja do eżekcji spalin, które są zasysane po wykorzystaniu ich energii cieplnej w urządzeniu współpracującym z urządzeniem według wynalazku. Komora odgazowania ma wylot o przekroju prostokątnym, usytuowany stycznie do tylnej ściany cyklonowej komory spalania.

W sposobie spalania pyłu węglowego według wynalazku, dzięki zawracaniu ochłodzonych spalin do procesu odgazowania oraz celowemu doborowi ilości pyłu, powietrza i temperatur w poszczególnych etapach procesu spalania, uzyskuje się eliminowanie związków siarki i azotu ze spalin. Proces odgazowania i proces spalania zachodzą przy znacznie niższych temperaturach niż w znanym sposobie, gwarantując efektywny proces wiązania siarki z sorbentem oraz usuwania związków azotu. Ponadto stosowanie w początkowej fazie spalania pyłu niedomiaru utleniacza wpływa korzystnie na obniżenie zawartości tlenków azotu. Sposób usytuowania palników i dysz powietrznych w komorze odgazowania urządzenia według wynalazku zapewnia wewnętrzna recyrkulację spalin w komorze odgazowania, co powoduje wydłużenie czasu odgazowania paliwa. W wyniku tego proces odgazowania w całości zachodzi w komorze

180 995 odgazowania, w odróżnieniu od znanego urządzenia, w którym w komorze odgazowanie zachodzi częściowo ze zgazowaniem paliwa, a reszta tego procesu jest przenoszona do komory spalania. Usytuowanie wylotów spalin w komorach granulacji żużla powoduje, że gorące spaliny opuszczające komory dopalania są oddzielane od żużla w komorach granulacji, w wyniku czego zachowana jest ciągłość spływu żużla.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy urządzenia do spalania pyłu węglowego, w przekroju pionowym płaszczyzną prostopadłą do przedniej ściany urządzenia, fig. 2 - schemat ideowy urządzenia, w przekroju pionowym płaszczyzną równoległą do przedniej ściany urządzenia, fig. 3 - schemat ideowy urządzenia wraz z komorą kotła współpracującego z urządzeniem, w przekroju poziomym płaszczyzną przechodzącą przez komorę odgazowania, a fig. 4 - schemat ideowy urządzenia wraz z komorą kotła współpracującego z urządzeniem, w przekroju poziomym płaszczyzną przechodzącą przez cyklonową komorę spalania.

Przykładowe urządzenie do spalania pyłu węglowego według wynalazku zawiera prostopadłościenną komorę 1 odgazowania, zakończoną od dołu kanałem wylotowym, którego prostokątny wylot ma pole powierzchni równe 30%-50% pola przekroju poprzecznego komory 1 odgazowania. Kanał wylotowy komory 1 odgazowania łączy ją z wnętrzem cyklonowej komory 2 spalania, na całej jej długości, i jest usytuowany stycznie do tylnej ściany cyklonowej komory 2. W górnej części komory 1 odgazowania, na dwóch przeciwległych ścianach, zamontowane są cztery pyłowe, wirowe palniki 3, wyposażone w zawirowywacz powietrza i pyłu oraz w palniki rozpałowe. Wirowe palniki 3 są umieszczone po dwa na każdej ze ścian, jeden nad drugim. Na jednej z pozostałych ścian komory 1 odgazowania są zamocowane cztery sekcje szczelinowych, powietrznych dysz 4, po dwie sekcje na każdym z poziomów usytuowania wirowych palników 3. Jedna sekcja dysz 4 odpowiada jednemu wirowemu palnikowi

3. Cyklonowa komora 2 spalania jest wyposażona w strumieniowe, pyłowe palniki 5 umieszczone w górnej części jej przedniej ściany, oraz w szczelinowe, powietrzne dysze 6 umieszczone nad strumieniowymi palnikami 5. W bocznych ścianach komory 2 wykonane są otwory, łączące komorę 2 z komorami 7 dopalania, oraz szczelinowe przepusty, łączące komory 7 dopalania z komorami 8 granulacji żużla. Komory 2 dopalania mają wbudowane płaskie ściany membranowe, usytuowane stycznie do cylindrycznych powierzchni komór 2, kierujące przepływ spalin i ciekłego żużla do komór 8 granulacji żużla. Do tylnych ścian komór 8 granulacji żużla są przymocowane wylotowe kanały 9 połączone z komorą 10 kotła, współ pracującego z urządzeniem do spalania pyłu węglowego. Wylotowe kanały 9 są odchylone ku górze pod kątem co najmniej 60°. Urządzenie jest wyposażone w pionowy kolektor 11, który wraz ze swoimi odgałęzieniami łączy źródło powietrza ze szczelinowymi dyszami 4, 6, z dyszami 12,13, 14 doprowadzającymi sorbent do komory 1 odgazowania, do cyklonowej komory 2 spalania, do komory 10 kotła, oraz z instalacją 15 do eżekcji spalin z komory 10 kotła do komory 1 odgazowania poprzez wlot 16 usytuowany w górnej części tylnej ściany komory 1 odgazowania. Na wlocie do cyklonowej komory 2 zamontowane są przesuwne klapy 17 służące do regulacji ilości powietrza doprowadzanego do wnętrza cyklonowej komory 2. Komory 8 granulacji żużla są wykonane w kształcie prostopadłościennych zbiorników, które są zakończone od dołu lejami z syfonowymi, wodnymi zamknięciami, stanowiącymi część odżużlaczy 18 współpracujących z transporterem 19 żużla. Wszystkie komory 1, 2, 7, 8 urządzenia i kanały, którymi przepływają spaliny mają ściany membranowe, wykonane ze szczelnie pospawanych rur kotłowych, ze zgrzanymi do nich prętami ze stali żaroodpornej na powierzchniach o wysokiej temperaturze. Powierzchnie te są dodatkowo pokryte warstwą masy ogniotrwałej. Wnętrza membranowych ścian urządzenia stykających się ze spalinami są włączone w wodny obieg kotła współpracującego z urządzeniem, co zapewnia chłodzenie urządzenia.

Sposób spalania pyłu węglowego w przykładowym urządzeniu według wynalazku jest realizowany następująco. Urządzenie współpracuje z kotłem energetycznym zgodnie z jego obciążeniem cieplnym po uruchomieniu palników rozpałowych. Natomiast proces spalania pyłu węglowego uruchamia się przy obciążeniu cieplnym kotła wynoszącym około 20% obciążenia nominalnego. Do komory 1 odgazowania transportuje się pył węglowy w ilości 2/3

180 995 całkowitego zapotrzebowania wynikającego z chwilowego obciążenia cieplnego kotła, a pozostałą 1/3 ilość pyłu węglowego, wraz z produktami z odgazowania pyłu w komorze 1, podaje się do cyklonowej komory 2 spalania. Do komory 1 odgazowania doprowadza się powietrze, w ilości odpowiadającej współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 0,6-0,8, przy czym 25%-35% z tej ilości powietrza doprowadza się jako powietrze wtórne do wirowego palnika 3 usytuowanego na wyższym poziomie, 15-25% jako powietrze wtórne do wirowego palnika 3 usytuowanego na niższym poziomie, 15%-25% do szczelinowych dysz 4, 5%-15% do dysz instalacji 15 eżekcji spalin, 5%-15% do transportu pyłu węglowego do palników 3 i 5%-15% do dysz 12 doprowadzających sorbent do komory 1 odgazowania. Ponadto do komory 1 odgazowania doprowadza się 1%-20% całkowitej ilości spalin opuszczających urządzenie, po ich przejściu przez komorę 10 kotła współpracującego z urządzeniem. Do cyklonowej komory 2 spalania doprowadza się powietrze w ilości odpowiadającej współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 1,05-1,07. Powietrze to jest doprowadzane przez szczelinowe dysze 6, przez przesuwne klapy 17 oraz z powietrzem transportującym sorbent za pośrednictwem dysz 13. Proces odgazowania w komorze 1 odbywa się w zakresie temperatur 600°C -1000°C, przy czym temperatura powietrza wtórnego wirowych palników 3 wynosi 320°C - 450°C, temperatura powietrza transportującego pył wynosi 110°C - 150°C, a temperatura powietrza do eżekcji spalin i transportu sorbentu wynosi 10°C - 50°C. W komorze 1 odgazowania następuje wewnętrzna recyrkulacja spalin, wydzielenie części lotnych i zapoczątkowanie procesu zgazowania cząstek pozostałości koksowej. Temperatura mieszaniny produktów odgazowania i częściowego spalania na wylocie z komory 1 odgazowania wynosi 850°C -1080°C. Wartość współczynnika nadmiaru powietrza na wlocie do cyklonowej komory 2 jest utrzymywana w granicach 0,85-0,9. W cyklonowej komorze 2 zachodzi krótkotrwały, wysokotemperaturowy proces spalania, a temperatura spalin wynosi 1600°C -1800°C, czyli o 100°C-200°C powyżej temperatury płynności popiołu. Stopiony popiół w postaci ciekłego żużla oraz gazy spalinowe spływają poprzez komory 7 dopalania do komór 8 granulacji żużla. Gorące gazy zapobiegają procesowi krzepnięcia żużla i po jego odseparowaniu są kierowane do komory 10 kotła, gdzie ulegają ochłodzeniu, po czym część ochłodzonych spalin, od 1% do 20%, ponownie wraca do komory 1 odgazowania.

180 995

Fig. 4

180 995

A-A

Fig. 2

Γβ“

180 995

[a

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spalania pyłu węglowego w cyklonowej komorze spalania, z doprowadzaniem powietrza i sorbentu wiążącego związki siarki, znamienny tym, że pył węglowy odgazowuje się, prowadząc proces odgazowania z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 0,6-0,8, a proces spalania w komorze cyklonowej prowadzi się z ilością powietrza odpowiadającą współczynnikowi nadmiaru powietrza równemu 1,05-1,07, przy czym do komory odgazowania doprowadza się 2/3 całkowitego zapotrzebowania pyłu węglowego, a do komory spalania pozostałą ilość pyłu, zaś po oddzieleniu powstałego w procesie spalania ciekłego żużla, gazy spalinowe odprowadza się do urządzenia wykorzystującego ich energię cieplną a 1%-20% schłodzonych spalin doprowadza się do komory odgazowania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że 40%-60% ilości powietrza dostarczanego w procesie odgazowania doprowadza się jako powietrze wtórne o temperaturze 320°C450°C,15%-25% jako powietrze strefowe o temperaturze 320°C-450°C, 5%-15% jako powietrze transportujące pył o temperaturze 110°C-150°C, a pozostałą ilość jako powietrze transportujące sorbent i spaliny o temperaturze 10°C-50°C.
3. 3. Urządzenie do spalania pyłu węglowego, zawierające komorę odgazowania połączoną z cyklonową komorą spalania, wyposażoną w komory dopalania, które są połączone z komorami granulacji żużla, oraz mające palniki pyłowe, dysze powietrzne i dysze doprowadzające sorbent, znamienne tym, że pyłowe palniki (3), korzystnie wirowe, są umieszczone na dwóch przeciwległych ścianach komory (1) odgazowania, w co najmniej dwóch rzędach usytuowanych jeden nad drugim, a na jednej z pozostałych ścian komory (1) odgazowania są umieszczone sekcje powietrznych dysz (4) przyporządkowane poszczególnym palnikom (3), natomiast komory (7) dopalania cyklonowej komory (2) są połączone z komorami (8) granulacji żużla, które wyposażone są w wylotowe kanały (9) spalin, zaś w górnej części komory (1) odgazowania znajduje się wlot (16) spalin oraz powietrzna instalacja (15) do eżekcji spalin.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że komora (1) odgazowania ma wylot o przekroju prostokątnym, usytuowany stycznie do tylnej ściany cyklonowej komory (2) spalania.