УЗЕЛ ВЫПУСКА ЖИДКОГО ШЛАКА ИЗ РЕАКТОРА ГОРНОВОГО ТИПА ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Область техники
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при разработке энергетических парогазовых установок (ПТУ) с внутрицикловой газификацией твердого топлива, обеспечивающей возможность использования твердых топлив в газотурбинной части парогазового цикла, требующей для подачи в газовую турбину в качестве рабочего тела газообразной среды, не содержащей твердых включений.
Уровень техники
2
2
2
Одним из применяющихся для газификации кускового твердого топлива газификационных реакторов (газогенераторов) являются реакторы горнового типа (RU 45390, C10J 3/20, 2005 [1]) с противоточным движением сверху вниз газифицируемого топлива и снизу вверх - газовой среды. Эти потоки находятся в состоянии постоянного термохимического взаимодействия, в результате которого из газифицируемого топлива выделяются газообразные горючие компоненты и обогащают горючими компонентами газовую среду. Происходит также взаимодействие HO и СО газовой среды с углеродом газифицируемого топлива, образующиеся при этом НСО также обогащают газовую среду. В результате из газовой среды формируется горючая смесь (генераторный газ), покидающая реактор сверху. Газифицируемое же топливо в виде обедненного кокса достигает нижней (горновой) части реактора и сжигается здесь при подаче в зону горения через дутьевые фурмы горячей паровоздушной смеси. В горновом процессе можно использовать также определенное количество угольной пыли, подавая ее в составе дутья.
Одной из проблем, связанных с эксплуатацией таких газификационных реакторов, является удаление из реактора негорючих минеральных остатков сожженного кокса. Средством для этого служит образующийся на выходе дутья из фурм в горновой зоне концентрированный высокотемпературный очаг горения с температурой порядка 2000 К, обеспечивающий возможность удаления из реактора минеральных остатков топлива через проточную летку в виде жидкого (расплавленного шлака).
Известен принятый в качестве ближайшего аналога патентуемой полезной модели узел выпуска жидкого шлака из реактора горнового типа для газификации твердого топлива, содержащий:
расположенную в нижней части указанного реактора разгрузочную горловину с круглым поперечным сечением;
организованную на выходе из указанной горловины проточную шлаковыпускную лётку с меньшим проходным сечением, по сравнению с проходным сечением указанной горловины и
расположенный под указанной горловиной резервуар с водой для охлаждения вытекающего из нее расплавленного шлака (RU 2495913, C10J 3/52, 2013 [2]).
Согласно [2] шлаковыпускная летка на выходе из указанной горловины организована в виде щелевидного сужения, предупреждающего выпадение топлива из реактора, но обеспечивающего истечение жидкого шлака, который должен быть для этого перегрет до состояния низкой вязкости.
Недостатками такого технического решения являются возможность забивания лётки из-за более высокой, по сравнению с ожидаемой вязкостью расплавленного шлака, а также трудность эвакуации топлива из реактора в аварийных условиях.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является обеспечение надежного удаления из газификационного реактора в процессе его работы минеральных остатков газифицированного топлива с возможностью при необходимости оперативной аварийной эвакуации всего загруженного в реактор топлива.
Техническими результатами полезной модели являются:
увеличение проходного сечения летки при сохранении ее ширины;
возможность регулирования в процессе эксплуатации реактора ширины летки вплоть до полного открытия при необходимости разгрузочной горловины реактора
и предотвращение застывания шлака в летке при работе реактора.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что
в узле выпуска жидкого шлака из реактора горнового типа для газификации твердого топлива, содержащем:
расположенную в нижней части указанного реактора разгрузочную горловину с круглым поперечным сечением;
организованную на выходе из указанной горловины проточную шлаковыпускную лётку с меньшим проходным сечением, по сравнению с проходным сечением указанной горловины и
расположенный под указанной горловиной резервуар с водой для охлаждения вытекающего из нее расплавленного шлака,
согласно полезной модели:
под указанной разгрузочной горловиной осесимметрично с ней расположена выполненная из прочного огнеупорного материла подовая головка круглого сечения с диаметром, меньшим диаметра выходного сечения указанной горловины, и с организацией между ними указанной шлаковыпускной летки кольцевой формы;
нижний участок указанного резервуара смещен по горизонтали относительно его верхнего участка и соединен с последним промежуточным наклонным участком;
к нижней части указанной подовой головки прикреплена вертикальная водоохлаждаемая несущая штанга, имеющая свободу передаваемого указанной подовой головке поступательного и вращательного движения,
причем нижняя часть указанной несущей штанги пропущена с помощью сальникового соединения вовне через стенку указанного наклонного участка указанного резервуара ниже отметки допустимого минимального уровня охлаждающей расплавленный шлак воды и соединена с приводом, обеспечивающим поступательное перемещение указанной подовой головки для регулирования проходного сечения указанной кольцевой летки и вращательное движение для предотвращения застывания шлака в летке.
Предпочтительно выходная часть разгрузочной горловины реактора выполнена в виде расширяющегося сверху вниз усеченного конуса, а регулировочный диапазон поступательного перемещения несущей штанги выбран из условия перемещения подовой головки внутри пространства указанного усеченного конуса.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков полезной модели и указанным техническим результатом заключается в следующем:
Расположение под разгрузочной горловиной реактора осесимметрично с ней выполненной из огнеупорного материла подовой головки круглого сечения с диаметром, меньшим диаметра выходного сечения указанной горловины, и с организацией между ними указанной шлаковыпускной лётки кольцевой формы позволяет увеличить проходное сечение последней при сохранении ширины лётки за счет перехода с диаметрально линейной на окружную форму профиля лётки.
Смещение нижнего участка упомянутого резервуара по горизонтали относительно его верхнего участка и соединение его с последним промежуточным наклонным участком позволяет расположить вне реактора важную часть средств для привода указанной подовой головки.
Связь между отмеченными выше техническими результатами и признаками формулы, относящимися к средствам поступательного перемещения и вращения подовой головки, раскрыта в самой формуле и дополнительных пояснений не требует.
Поступательное перемещение подовой головки внутри пространства усеченного конуса позволяет более плавно осуществлять регулирование проходного сечения (ширины) шлаковыпускной лётки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически изображен в продольном разрезе узел выпуска жидкого шлака согласно полезной модели с разгрузочной горловиной, выходная часть которой имеет цилиндрическую форму; на фиг. 2 - то же с разгрузочной горловиной, выходная часть которой выполнена в виде расширяющегося сверху вниз усеченного конуса.
Условные обозначения
МС - муфта сцепления ходовой гайки с несущей штангой;
НШ - несущая штанга;
ПГ - подовая головка;
РГ - разгрузочная горловина;
ХГ - ходовая гайка;
ШЛ - шлаковыпускная летка.
Перечень позиций чертежа
10 - РГ реактора; 11 - кольцевая шлаковыпускная летка; 12 - выходная часть РГ, выполненная в виде усеченного конуса; 20 - резервуар с водой для охлаждения жидкого шлака; 21 - нижний участок резервуара; 22 - верхний участок резервуара; 23 - промежуточный наклонный участок резервуара; 30 - подовая головка; 40 - НШ подовой головки; 41 - сальниковое соединение в месте прохода НШ через стенку резервуара с водой; 42 - участок НШ с винтовой нарезкой; 50 - опорная станина для ходовой гайки привода несущей штанги; 51 - направляющий канал в станине для прохода штанги; 60 - ходовая гайка привода штанги; 61 - МС ходовой гайки; 70 - электродвигатель привода ПГ; 71 - выходная шестерня редуктора электродвигателя.
Осуществление полезной модели
Узел выпуска жидкого шлака из реактора (не показан) горнового типа для газификации твердого топлива содержит расположенную в нижней части указанного реактора разгрузочную горловину (РГ) 10 с круглым поперечным сечением, под которой расположен резервуар 20 с водой для охлаждения вытекающего из РГ 10 расплавленного шлака.
Под РГ 10 реактора осесимметрично с ней расположена выполненная из прочного огнеупорного материала, например, из прочных сортов огнеупорной керамики, подовая головка (ПГ) 30 круглого сечения с диаметром, меньшим диаметра выходного сечения РГ 10 на (10…30) мм, и с организацией между ними шлаковыпускной летки(ШЛ) 11 кольцевой формы.
Нижний участок 21 резервуара 20 смещен по горизонтали относительно его верхнего участка 22 и соединен с последним промежуточным наклонным участком 23.
К нижней части ПГ 30 прикреплена вертикальная водоохлаждаемая несущая штанга (НШ) 40, имеющая свободу передаваемого подовой головке ПГ 30 поступательного и вращательного движения. Нижняя часть НШ 40 пропущена с помощью сальникового соединения 41 вовне через стенку наклонного участка 23 резервуара 20 ниже отметки допустимого минимального уровня охлаждающей расплавленный шлак воды.
НШ 40 в выпущенной вовне нижней части имеет участок 42 с винтовой нарезкой, контактирующей с лежащей на неподвижной станине 50 ответной ходовой гайкой (ХГ) 60, причем в указанной станине 50 предусмотрен сквозной вертикальный направляющий канал 51 для прохода указанной НШ 40. На той же станине 50 установлен электродвигатель 70 с понижающим скорость вращения вала редуктором, выходная шестерня 71 которого взаимодействует с указанной ХГ 60 привода НШ 40.
Верхняя часть ХГ 60 выполнена в виде муфты сцепления (МС) 61, например, типа поворотного зажимного патрона сверла электродрели. При включении МС 61 вращение ХГ 60 не сопровождается поступательным перемещением НШ 40, а лишь приводит к ее вращению вместе с ПГ 30.
Выходная часть РГ 10 может иметь цилиндрическую форму (фиг. 1) или, предпочтительно, быть выполненной в виде расширяющегося сверху вниз усеченного конуса (фиг. 2). В этом случае регулировочный диапазон поступательного перемещения несущей штанги 40 должен быть выбран из условия перемещения подовой головки 30 внутри пространства указанного усеченного конуса 12. При этом обеспечивается более плавное регулирование проходного сечения ШЛ 11.
Работа узла выпуска шлака
Перед пуском реактора подовую головку ПГ 30 при выключенной МС 61 перемещают с помощью электродвигателя 70 в положение, соответствующее принятому минимальному значению ширины кольцевой ШЛ 11. После запуска реактора положение ПГ корректируют, добиваясь максимального выхода шлака при отсутствии проскока через ШЛ 11 несгоревшего топлива.
Найденное оптимальное положение ПГ 30 фиксируется включением МС 61 с переходом на вращательное движение ПГ 30 со скоростью порядка одного оборота в минуту. Как показали эксперименты, такой скорости вращения ПГ 30 вполне достаточно для обеспечения устойчивого выхода из ШЛ 11 жидкого шлака. После охлаждения его водой в резервуаре 20 водошлаковая смесь удаляется вовне из нижнего его участка 21.
В случае необходимости при аварийной ситуации МС 61 выключается, и ПГ 30 может быть опущена до предела вниз, полностью освобождая проходное сечение РГ 10 для выгрузки из реактора всего оставшегося топлива.
Промышленная применимость
Узел выпуска жидкого шлака из горнового газогенератора согласно полезной модели отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области теплоэнергетики.