SU1459705A1 - Способ термохимической обработки угольной пыли и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к химической технологии. Цель - снижение расхода высококачественного топлива за счёт рациональной организации воспламенени  низкосортного угл  в два этапа. Камера сгорани  (КС) снабжена патрубком подвода вспомогательной части угольной пьши и воздуха к Изобретение относитс  к химической технологии и может быть использовано при сжигании низкосортных трудновосппамен емых углей в виде пыпеугольных аэросмесей. Цель изобретени  - снижение расхода высококачественного топлива. Часть потока угольной пыли в количестве 20-30% от общего расхода подают в камеру сгорани , при этом высококачественное топпиво подают в камеру сгорани  с коэффициентом топке, расположенным по оси КС, и патрубками подвода реагентов, расположенными тангенциально оси КС. Причем отношение ширины КС к внутреннему диаметру 0,4-0,6, отношение диаметра КС к внутреннему диаметру реакционной камеры (РК) 1,5-2,0, а отношение длины РК к ее диаметру 5-6. При этом на внутренних поверхност х КС выполнено жаростойкое покрытие . В РК подают вспомогательный поток угольной пыли в количестве 20- 30% от его суммарного расхода, высококачественное топливо подают с коэффициентом избытка окислител  I ,6- 2,6. Смешива сь в РК с факелом высококачественного топлива, образугацим- с  в КС, угольна  пыль разогреваетс , частично сгорает, частично газифицируетс . При этом продукты газификации и угольные частицы активируютс  радикалами и углеводородных соединений из факела. 2 с и 1 з.п. ф-лы, 2 т абл., 1 ил. избытка окислител  1,6-2,6 в вихревом потокео Трудновоспламен еьые угли (напри- мер, антрацитовый штыб с тедротвор- ной способностью около 4000 ккал/кг и зольностью до 50%) требуют дл  своего стабильного горени  добавки высококачественного топлива 20-30%а Дл  сокращени  расхода высококачественного топлива часть угольной пыли (20-30% ее общего расхода) подают через камеру сгорани  в реакционер (Л И СП со о ел

Description

ную камеру по ее оси. Смешива сь в реакционной камере с факелом высококачественного топлива, образукщимс  а камере сгорани , угольна  пыль разогреваетс , частично сгорает, час- газифицируетс .

При этом продукты газификации и угольные частицы активируютс  радикалами углеводородных соединений из 4акела, Опыты показывают, что вре-   активации угольной пыли должно гревьЕпать 150 мс, чтобы количество Еыгоревшей при этом угольной пыли г|ревысило 15-20%, а остальна  часть у|гл  сгорала непосредственно на вхо- 4е в топку, обеспечива  надежный подвиг основной части угл , подаваемо- г|о в горелкуо Поддержание необходи- Цой доли выгорающего в реакционной з амере вспомогательного угл  обеспе- ваетс  коэффициентом избытка окис- л|ител  0,4-0,6с Отсутствие кислоро- Л{а в конце реакционной камеры обусгаза ), что составл ет 20% тепла всего топлива в камере, и воздух в количестве 4,10 кг/с при коэффициенте избытка воздуха 2,6, Сжигание природного газа с коэффициентом избытка окислител  2,6 обусловливает темпера туру в камере сгорани . Вспомогательный поток угольной пыли по10 дают по оси камеры в количестве

1 кг/с, что составл ет 25% ее общего расхода. После воспламенени  природного газа у поверхности футеровки камеры сгорани  факел по спирали

15 приближаетс  к выходу в реакционную камеру и смешиваетс  с угольной пылью. В образовавшейс  газоугольной смеси коэффициент избытка окислител  составл ет 0,6, Сжигание мелких

2Q частиц угл  и продуктов.его газификации с ко .ффициентом избытка окисли тел  0,6 приводит к повышению температуры углегазовой смеси в конце реакционной камеры на 50-70%, Несмотл|овливает переход СО в СО, что повы- 25 р  на тепловые потери через ее стенгаза ), что составл ет 20% тепла всего топлива в камере, и воздух в количестве 4,10 кг/с при коэффициенте избытка воздуха 2,6, Сжигание природного газа с коэффициентом избытка окислител  2,6 обусловливает температуру в камере сгорани . Вспомогательный поток угольной пыли подают по оси камеры в количестве

1 кг/с, что составл ет 25% ее общего расхода. После воспламенени  природного газа у поверхности футеровки камеры сгорани  факел по спирали

приближаетс  к выходу в реакционную камеру и смешиваетс  с угольной пылью. В образовавшейс  газоугольной смеси коэффициент избытка окислител  составл ет 0,6, Сжигание мелких

частиц угл  и продуктов.его газификации с ко .ффициентом избытка окислител  0,6 приводит к повышению температуры углегазовой смеси в конце реакционной камеры на 50-70%, Несмотр  на тепловые потери через ее стен

щает надежность воспламенени  основ- фго потока угольной пыли. Дл  сжигани  этой смеси используетс  подог- р етый воздух, охлаждающий стенки камеры сгорани  и реакционной камеры.

Устройство, обеспечивающее указанные временные и температурные .. УСЛОВИЯ протекани  процесса активации вспомогательной части угольной гЛши, содержит, кроме обычных каналов подвода к топке угольной пыли и воздуха, плоскую вихревую камеру сгорани  высококачественного топли- В:а, обеспечивающую его быстрое восп- Л:аменение благодар  тангенциальной подаче вместе .с воздухом вдоль piacKaneHHbix стенок камеры. Разделе-. иие во времени и пространстве воспламенени  высококачественного топли- Bia и его смешени  с угольной пылью обеспечиваетс  соотношением длины и , диаметра камеры сжигани .

Способ активации вспомогательной угольной пыли небольшим количеством высококачественного топлива позвол ет надежно поджигать этим пьше- угольным факелом основную часть угольной пыли, превосход щую вспомогательную в 3-5 раз по весу, уже без добавлени  высококачественного топлива.

Пример 1. В камеру сгорани  подают тангенциально 0,09 кг/с высококачественного топлива (природного

ки и поглощение некоторой части энергии при превращении СО, в СО,

Выход щий из реакционной камеры высокотемпературный поток дожигает- 0 с  в топке воздухом, идущим коакси- ально с ним и подогретым за счет теплообмена с гор чей стенкой реакционной камеры. Гор ща  смесь воспламен ет затем основной поток угольной пыли, поступающий по периферии реакционной камеры. Такое многоступенчатое воспламенение снижает расход высококачественного топлива на подсветку факела в 3-5 раз.

5

40

45

50

55

Пример2, В камеру сгорани  тангенциально подают высококачественное топливо - мазут - в количестве 0,155 кг/с, что составл ет 30% от телла всего топлива в камере, и воздух в количестве 3,77 кг/с при коэффициенте избытка окислител  1,6 По оси камеры подают вспомогательный поток угольной пыли в количестве 1 кг/с, что составл ет 20% от общего расхода, В газоугольной смеси после камеры сгорани  коэффициент избытка окислител  0,4, Температура мазутного факела , При уменьшении коэффициента избытка окислител  в камере сгорани  ниже 1,6 температура мазутного факела поднимаетс  въше 1250°С, что вызывает затруднени  с сохранением стойкости стенок

514

камеры сгорани  и реакционной камеры при длительной работе. Поддержание коэффициента избытка окислител  0,4 в реакционной камере затрудн ет выгорание угольных частиц, поэтому суммарньй эффект экзотермических и эндотермических реакций и тепловых потерь обусловливает снижение температуры газоугольной смеси в конце реакционной камеры с 1250 :

до |.190-1220°С.

Воспламен ющее воздействие газов выход щих из реакционной камеры в данном случае, аналогично описанному в примере 1.

Технологические результаты способа приведены в табл.1.

На чертеже показано устройство, в котором осуществл етс  термохимичес- ка  обработка угольной пыли, продольный разрез.

Устройство содержит камеру 1 сгорани  с тангенциальными патрубками подвода реагентов, патрубками 2 подвода высококачественного топлива и патрубком 3 подвода воздуха, заключенную в воздухоохлаждаемый кожух 4 и соединенную с топкой 5 реакционной камерой 6. Коаксиально с последней расположены канал 7 подвода основного воздуха и канал 8 подвода угольной пыли к топке 5. Камера 1 сгорани  снабжена патрубком 9 подвода части угольной пыли, расположенным по оси камеры 1. На цилиндрическом участке внутренней поверхности камеры 1 сгорани  выполнено огнеупорное специальное покрытие 10 из жаростойкого материала, не взаимодействующего с углем и продуктами его переработки , следуннцего состава, мас.%:

0,5 - 1,0

YjO, ,

Остальное

Покрытие нанесено на ошипованную поверхность стенки. Использование покрыти , не взаимодействующего с продуктами реакции, исключает возможность зашлаковывани  внутренних стенок. Толщина покрыти  поверх шит пов составл ет 10-15 мм.

При содержании СгРО менее 3 мас.% покрытие имеет недостаточную механическую прочность, а при содержании более 6 мас.% увеличиваетс  текучесть материала покрыти , что усложн ет процесс его нанесени 

Содержание , менее 0,5 мас,%

5

0

0

в составе снижает отвердение нане- сен.ного покрыти , а при содержании более 1 мас.% покрытие слишко быстро затвердевает, усложн   формование .

При содержании менее 93 мас.% в составе снижаетс  устойчивость покрыти , а при содержании его более 96,5 мас.% уменьшаетс  механическа  прочность.

Стенки реакционной камеры выполнены из жаропрочной стали, обеспечивающей максимально возможную рабочую температуру, например из стали ЭИ- 747 с рабочей температурой до 1250 С. Во внутреннем объеме реакционной камеры , ограниченном стенками, происходит термохимическа  обработка части угл  продуктами сгорани  высококачественного топлива и этот процесс желательно вести при максимально возможных температур ах. Дл  обеспечеg ни  длительного ресурса работы стенки ее внипн   поверхность омываетс  воздухом, тепло которого используетс  затем в процессе дожигани  термосмеси при ее истечении в топку и Дл  стабилизации воспламенени  основного угл .

Устройство работает следунщим образом.

Воздух и высококачественное топливо подаютс  в камеру сгорани  тан5 генциально через патрубки 2 и 3, где происходит воспламенение и сгорание смеси приог, 1,6-2,4. Высокотемпературные продукты сгорани  в виде закрученной струи ввод тс  в реакционную камеру 6, а по оси потока через патрубок 9 вводитс  угольна  пыль. На начальном участке реакционной камеры потоки смешиваютс , затем в процессе движени  смеси вдоль.

реакционной камеры происходит термохимическа  обработка угл  высокотемпературными продуктами сгорани . Истека  в топку, термосмесь дожигаетс  и воспламен ет основной поток угольной пыли, который подаетс  по коаксиальному к реакционной камере каналу 8,

Пределы, ограничивающие выбор режимов работы вихревой камеры сжигани  и реакционной камеры, определ ютс  следугацими услови ми: температура углегазовой смеси на выходе из реакционной камеры в топку не долж0

0

5

на превышать 1250°С; температура

углегазовой смеси на выходе в топку должна быть не ниже , чтобы запаса тепла вспомогательного угл  хватило дл  надежного поджига основного угл , поскольку в традиционных горелках дл  сжигани  низкосортных углей требуетс  20-30% тепловой энергии подводить в виде высококачественного топлива, стабилизирующего горение, дол  вспомогательного угл  не должна превышать 20-30% от расхода основного угл .

Если вспомогательный поток угольной пыли в реакционную камеру менее 20% от его общего расхода, это не приводит к снижению расхода топлива, так как не обеспечено надежное воспламенение основного угл  в топке. Если дол  вспомогательного угл  превышает 30%, это приводит к соответствующему увеличению расхода высококачественного топлива дл  сохранени  необходимого температурного уровн  в реакционной камере, а значит и к перерасходу высококачественного топлива ,

В экспериментах используют природный газ с теплотворной способностью 11000 ккал/кг и Донецкий антрацитовый штыб с теплотворной способностью 4100 ккал/кг.

Опыты показывают, что надежный поджиг основного угл  обеспечиваетс  указанными количествами вспомогательного угл , обработанного в реакционной камере и поступ.ающего в топку с температурами в пределах 1000- 1250°С, Определение оптимальной доли природного газа производ т из услови , что его расход должен быть сведен к минимуму.

При расходах природного газа более 4% от суммарного расхода теппа топлива в реакционную камеру поджиг угольной пыли в реакционной камере надежный. При расходе газа ниже 4% по вл ютс  пульсации факела, а при 3% и ниже происходит потухание факела природного газа после его смешивани  с угольной пылью в реакционной камере. При полностью холодной футеровке камеры сгорани  дол  газа, обеспечивающа  надежный розжиг устг ройства, повышаетс  до 7%, а в отдельных случа х и до 9%.

Коэффициент избытка окислител  в размере 1,6-2,6 прин т, исход  из

459705 8

последующего смешени  в реакционной камере продуктов сгорани  высококачественного топлива и части угл  и получени  после термохимической обработки суммарного коэффициента избытка окислител  на уровне oi 0,4-0,6, При понижаетс  температура смеси, что ухудшает стабилизацию воспламенени  основного потока угл  при oi 0,6, температура стенки реакционной камеры по10

вышаетс  вьше допустимого предела, равного 1250 С,

Определение оптимальных размеров камеры сгорани  производ т при доле природного газа 6% по теплу, ot, 2,1 и oi 0,5, при этом температура в камере сгорани  на уровне , а температура термосмеси на выходе в реакционную камеру 1100-) 1200°С, Данные экспериментов приведены в табл,2.

5

5 Проведена сери  экспериментов оптимизации длины камеры сгорани  с изменением ее размеров по отношению к диаметру реакционной камеры d от 0,35 до 0,6 и 0,65. Внутренний диа- Q метр камеры сгорани  составл ет 2,08 d; 1,75 d и 1,42 d, а в дополнительной серии экспериментов он составл ет 1,5 d и 2,0 d.

Варьирование длины реакционной камеры осуществл ют за счет съемных обечаек, при этом длина реакционной камеры составл ет 3,5; 5,0.и 6,5 ее диаметра (d), а в дополнительной серии экспериментов 4,0 и 6,0 ее диаметров . Из табл. 1-. следует, что оптимальной следует признать длину реакционной камеры, равную 4-6 диаметрам .

При диаметре камеры сгорани  более 2,0 d происходит увеличение аэродинамического сопротивлени  устройства , при диаметре меньше 1,5 d происходит срыв факела высококачественного топлива,

ItopHfta камеры сгорани  более 0,6 d приводит к захвату угольной пыли вихревым потоком и нарушению горени  высококачественного топлива, при размере менее 0,4 d ухудшаетс  стабилизаци  горени  факела высококачественного топлива.

Длина реакционной камеры менее 5 диаметров снижает врем  термохи- 1 ческой обработки вспомогательного

0

5

0

5

угл  и ухудшает стабилизацию горени  основного топлива в топке, при длине более 6 диаметров увеличиваютс  тепловые потери в реакционной камере , факел горени  основного, топлива раст гиваетс ,

По сравнению с известным высококачественное топливо стабилизирует горение не всей массы угл , а только его части (20-30% от общего количества ) , Это приводит к соответствующему снижению расхода высококачественного топлива. Кроме того, светимость стабилизирующего пылеугольного факела вьше, чем при использовании дл  стабилизации только.высококачественных топлив. В предлагаемом устройстве в отличие от известного предусмотрено длительное (более 150 мс) пребывание угольной пыли в зоне термохимической обработки, что позвол ет повысить степень реагировани  угольного топлива. Весь этот комплекс меропри тий, как показывают эксперименты , обеспечивает снижение расхо: да высококачественного топлива в 3- 5 раз.

Многоступенчатое воспламенение пылеугольного факела помимо снижени  расхода высококачественного топлива позвол ет уменьшить концентрацию окислов азота в продуктах сгорани ,

1)ормула. изобретени 

Claims (1)

1, Способ термохимической обработки угольной пыли, включающий предварительное сжигание в камере сгорани  высококачественного топлива, подачу вторичного воздуха, неохлажденных продуктов сгорани  высококачественного топлива и смещение их с угольной пылью, отличающий0

0

с   тем, что, с целью снижени  расхода высококачественного топлива, часть потока угольной пыли в количестве 20-30% от общего расхода подают в .камеру сгорани , при этом высококачественное топливо подают в камеру сгорани  с .. коэффициентом избытка окислител  1,6-2,6 в вихревом потоке,

2,Устройство дл  термохимической обработки уголь ной пьши, содержащее камеру сгорани  с патрубком подвода высококачественного топлива и вы5 ходным патрубком, расположенным по оси камеры подвода угольной пыли, и коаксиально расположенную камеру подвода вторичного воздуха, отличающеес  тем, что, с целью снижени  расхода высококачественного топлива, камера сгорани  снабжена патрубком дл  подвода части потока угольной пыли, размещенным по оси камеры, патрубки подачи высококачественного топлива и воздуха расположены тангенциально, при этом отношение щирины камеры сгорани  к внутреннему диаметру выходного патрубка составл ет 0,4-0,6, отношение диаметра камеры сгорани  к внутреннему диаметру выходного патрубка составл ет 1,5-2,0, а отношение длины выходного патрубка к его диаметру - 5-6.

3,Устройство по п,2, отличающеес  тем, что на внутренней поверхности камеры сгорани  выполнено покрытие из жаростойкого материала, не взаимодействующего с углем и продуктами его переработки следующего состава, мас.%:

5

0

5

0

3-6 0,5 - 1,0 Остальное

13

1459705

14 Таблица2

газ

аэродинамическое сопротивление тракта (увеличение энергозатрат)

0..5

0,5 0,6

4.0

7,0

5,0 6,0

4.0

/I:v - . ,,

. Ь.

; S

t . . - .v

.ХУЛУЗ;и:л:: .Ы;..IV:/ vvi

. .. - .

1080

ИЗО 170

950

6 15

Мазут

it

Стабильный

Неустойчивое горение факела в топке

7/

7 «