КОТЛОАГРЕГАТ ДЛЯ СЖИГАНИЯ УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к конструкции котлоагрегатов, в которых осуществляется факельное и факельно-слоевое сжигание низкосортных и низкореакционных твердых, и жидких топлив, и отходов по отдельности или совместно, в т.ч. в виде суспензионного угольного топлива из отходов углеобогащения - угольных шламов.
Полезная модель может использоваться при реконструкции существующих и разработке новых котлоагрегатов, печей и топок котлов.
Известна вихревая топка (см. 1 Патент РФ №2158877 от 18.03.1999 г., МПК 7 F23C 5/24), содержащая вихревую камеру сгорания с газовыпускным окном, горелками и расположенную внизу систему удаления шлака. Горелки направлены в топочный объем тангенциально и установлены перед газовыпускным окном. Между горелками и газовыпускным окном расположены сопла вторичного дутья. Стена камеры сгорания, расположенная за газовоздушным окном, т.е. на участке прогрева и воспламенения струй, выполнена из обмуровки или экранами, утепленными обмуровкой.
Недостатками данной вихревой камерной топки являются:
- сложность конструкции и необходимость дополнительного утепления камеры догорания топлива за пределами вихревой камеры;
- недостаточная эффективность вихревой топки за счет несимметричного расположения газов и пускного окна в топке и несовпадения траекторий газовых потоков в топке с внешней конфигурацией топки;
- низкая эффективность вихревых потоков вследствие неравномерности расположения горелок и сопел вторичного дутья в вихревой камере.
п
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству, выбранным в качестве прототипа, является котлоагрегат с вихревой топкой, разработанный ООО СКБ «Промэнергомаш» (см.2. www.. Рис. - Схема реконструкции котла ДКВР-20-13 Щ ВТ на сжигание измельченных углей).
Котлоагрегат оборудован вихревой топкой с вертикальной осью и симметричным пережимом - газовыпускным окном, соплами вторичного дутья и выгружателем шлака, расположенным внизу топки, конвективного пучка с системой возврата уноса, питателя дробленого угля.
Недостатками прототипа являются:
- неприспособленность котлоагрегата для эффективного сжигания суспензионного угольного топлива, полученного на основе отходов углеобогащения - угольных щламов.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются:
- устранение недостатков, присущих аналогу и прототипу;
- обеспечение технической возможности эффективного сжигания суспензионного угольного топлива в котлоагрегатах с вихревой топкой.
Поставленные задачи решаются тем, что в предлагаемом котлоагрегате для сжигания угольного топлива, вихревая топка дополнительно оборудована горелочными устройствами с форсунками для подачи суспензионного угольного топлива, расположенными в один или несколько ярусов на одном уровне с соплами вторичного дутья равномерно между последними и одинаково с ними ориентированными. Оборудование вихревой топки котлоагрегата горелочными устройствами с форсунками позволит осуществить тангенциальную подачу распыленного суспензионного угольного топлива в топку. При этом обеспечивается равномерное распределение распыленного топлива и дутьевого воздуха во всем объеме топки, что способствует его эффективному зажиганию и горению. Кроме того, динамические импульсы вылетающих из сопел форсунок струй суспензионного угольного топлива поддерживают вихревое движение газов и горящих капель топлива в топке. Крупные частицы (капли) топлива, выпадающие вниз, догорают на поверхности (решетке) шлаковыгружателя.
3
Учитывая, что диаметр условной цилиндрической поверхности, касательно к которой в вихревую камеру подаются распыленные струи суспензионного угольного топлива меньше диаметра газовыпускного окна, обеспечивается полное выгорание летучих веществ и коксового остатка капель (частиц) топлива. Распыленные капли (частицы) не могут удалиться из вихревой топки пока их горючая часть полностью не прореагирует с окислителем (воздушным дутьем), подаваемым в топку, а масса частиц не уменьшится. При этом плотность образующихся из минеральной части ксенофер не превышает 0,35 г/см.
Предлагаемая схема подачи суспензионного угольного топлива и вторичного воздушного дутья обеспечивает высокую эффективность топочного процесса и широкий диапазон регулирования нагрузок (от 50 до 120%), даже при сравнительно низких значениях низшей теплоты сгорания суспензионного угольного топлива (1800÷2000 ккал/кг). Шлаковыгружатель, выполненный, как правило, в виде шурующей планки, обеспечивает дожигание выпавших на низ вихревой топки крупных частиц угля и несгоревших капель суспензионного топлива. При этом осуществляется непрерывное ворошение горячего шлака и его разгрузка в систему шлакоудаления. Горячие газы, образующиеся при дожигании частиц угля и капель суспензионного топлива, мощными вихревыми потоками, организованными в топке, вовлекаются в объем топки и поддерживают горение основного топлива в ней. Кроме того, из-под конвективного пучка котлоагрегата организуется возврат уноса, выполняющий одновременно роль острого дутья для выгружаемого шлака.
На фигурах представлены:
Фиг.1 - Продольный разрез котлоагрегата.
Фиг.2 - Горизонтальный разрез котлоагрегата.
Котлоагрегат содержит вихревую топку (1) с вертикальной осью с газовыпускным окном (2), расположенным по оси топки, соплами вторичного воздушного дутья (3) и выгружателем шлака (4), расположенным внизу топки, конвективного пучка (5) с системой возврата уноса (6), питателя дробленого угля (7).
Вихревая топка дополнительно оборудована горелочными устройствами с форсунками для подачи суспензионного угольного топлива (8), расположенными в один или несколько ярусов (на фиг. показано 2 яруса) напротив друг друга. На этих же уровнях расположены сопла вторичного дутья (3). При этом горелочные устройства с форсунками расположены равномерно между соплами вторичного дутья. Направления струй распыленного первичным воздухом суспензионного угольного топлива совпадают с направлением потоков вторичного дутья и сопел (9) системы возврата уноса. Диаметр условной цилиндрической поверхности, тангенциально которой организована подача суспензионного угольного топлива, вторичного воздуха и острого дутья с возвратом уноса в вихревую топку, меньше диаметра пережимного окна последней.
Предлагаемый котлоагрегат работает следующим образом:
Топочный процесс осуществляется в вихревой топке с вертикальной осью. Первоначально производится розжиг топки путем подачи дробленого угля питателем (7) на решетку шурующей планки (4) и его зажигания. После прогрева топки до 500÷700°C осуществляется подача суспензионного угольного топлива через одну одного из горелочных устройств, форсунку.
При устойчивом подъеме температуры в топке включается второе горелочное устройство с форсункой, и затем включаются оставшиеся горелочные устройства с форсунками.
Котел выводится в номинальный режим работы. При этом подача дробленого угля прекращается.
При низких значениях низшей теплоты сгорания суспензионного угольного топлива (<1500÷1800 ккал/кг), вследствие его высокой зольности и влажности подача дробленого угля, может не выключаться.
Благодаря расположению горелочных устройств и форсунок суспензионного угольного топлива по ярусам, равномерному их распределению с соплами вторичного дутья на каждом из ярусов, и одинаковому ориентированию струй распыленного топлива с соплами воздушного дутья и острыми струями системы возврата уноса, обеспечивается быстрое прогревание, надежность воспламенения и устойчивое горение распыленных капель суспензионного угольного топлива. Удержание горящих распыленных капель и частиц угля в вихревом потоке за счет центробежных сил обеспечивает полное выгорание горючих веществ и унос в газовыпускное окно только образующихся вспученных золовых частиц.
Упавшие крупные капли суспензионного топлива и частицы угля, догорают внизу вихревой топки на решетке шурующей планки. Постоянное их ворошение и организация острого дутья системой возврата уноса, обеспечивает полное выжигание горючих в образующемся шлаке и выгрузку последнего в канал шлакоудаления. Равномерное распределение регулируемой подачи первичного (сжатого) воздуха и вторичного дутья в вихревой топке поддерживает низкотемпературный режим работы вихревой топки (не более 1000÷1100°C), что обеспечивает низкий уровень вредных газовых выбросов из дымовой трубы.
Достижение поставленной цели подтверждено при стендовых испытаниях сжигания партий суспензионного угольного топлива, приготовленных из угольных шламов обогатительной фабрики ОФ ОАО «Междуречье» (г.Междуреченск).
В таблице 1 представлены характеристики суспензионного угольного топлива, приготовленного из угольных шламов - кека пресс-фильтров ОФ ОАО «Междуречье».
Таблица 1 - Характеристика суспензионного угольного топлива
Наименование показателя
Обозначение
Единица измерения
Числовое значение.
1
2
3
4
Среднее значение
Крупность
мм
0-0,5
0-0,5
0-0,5
0-0,5
0-0,5
Влажность
<img file="00000002.tif" he="6" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
%
36,6
36,5
41,6
43,2
39,5
Массовая доля твердой фазы
C<sub>m</sub>
%
63,4
63,5
58,4
56,8
60,5
Зольность
A<sup>d</sup>
%
60,0
59,0
50,5
56,5
54,8
Эффективная вязкость при скорости сдвига 81 с<sup>-1</sup>
η
МПа·с
933
601
504
341
595
Низшая теплота сгорания∗
<img file="00000003.tif" he="6" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
ккал/кг
1904
1961
2171
2143
2053
В таблице 2 приведены результаты сжиганий партий суспензионного угольного топлива, проведенными в экспериментальном образце вихревой топки, аналогичном заявленному устройству.
Таблица 2 - Параметры процесса сжигания
Наименование показателя
Единица измерения
Числовое значение
Средний расход товлива
л/ч
70
Давление топлива
атм.
1,7
давление сжатого воздуха
атм.
1,9
Температура в топке
°С
910-970
По результатам испытаний принято решение о переводе угольного котла ДКВР-10-13 в котельной ОАО «Междуречье» на сжигание суспензионного топлива, приготовленного из фильтр-кека ОФ, согласно предлагаемому техническому решению.
В настоящее время указанный проект реализуется.