ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОТЕЛ СЖИГАНИЯ СЕРОВОДОРОДА (ВАРИАНТЫ)
ENERGO-TECHNOLOGICAL BOILER FOR COMBUSTION OF HYDROGEN SULPHIDE (VERSIONS)

Изобретение может быть использовано в энерготехнологических агрегатах, преимущественно, для установки в линии получения серной кислоты из серосодержащего сырья, состоящего из смеси сероводорода, газов блока очистки кислых вод (БОКВ) и подтопочного газа, и служит для получения оксида серы и насыщенного пара при сжигании технологического газа.
Известна установка для получения серной кислоты, в которой происходит двухступенчатое сжигание серы или сероводорода, включающая два последовательно установленных топочных устройства, для второй ступени сжигания применена горизонтальная циклонная печь, состоящая из форкамеры шаровой формы и цилиндрической камеры дожигания, соединенными между собой выходными каналами, выполненными в перегородке между форкамерой и камерой дожигания по винтовым линиям, ориентированным по направлению крутки газов в форкамере. Форкамера снабжена патрубком для тангенциального подвода продуктов сгорания первой ступени сжигания, форсунками серы и растопочной горелкой. Патрубок установлен со сдвигом вдоль продольной оси печи на величину до 0,5 D шара от центра форкамеры в противоположную от выходных каналов сторону. Патрубки подвода вторичного воздуха расположены сразу же за перегородкой и ориентированы по касательной к ранее сформировавшейся крутке струи газов, выходящих из каналов, попутно ей. Камера дожигания снабжена кирпичной решеткой. Оболочка камеры и форкамеры выполнена из кирпичной кладки. Форкамера и перегородка выполнены из шамотобетона. Печь с внешней стороны ограждена металлической обшивкой из разнесенных листов. Патент РФ №2116564, МПК F23C 6/04, опубликован 27.07.1998.
Известен котел, содержащий верхний и нижний барабаны, соединенные между собой трубами, образующими конвективную поверхность. К верхнему барабану подключены верхние боковые коллекторы, а к нижнему - нижние боковые коллекторы, расположенные с наклоном к фронту котла и соединенные между собой теплообменными трубами, образующими боковые экраны. Патент РФ №2151949 МПК F22B 21/04, опубликован 20.07.1997 Недостатком известных котлов является малый теплосъем в топочной камере котла и, как следствие, низкий КПД котла.
Известны энерготехнологические котлы ПКС-1,6/7, ПКС-4/14 паровые, однобарабанные, башенной компоновки, с естественной циркуляцией, которые устанавливаются в технологической линии производства серной кислоты и предназначены для сжигания сероводородного газа. Котлы-утилизаторы и котлы энерготехнологические. Часть 1. Каталог. Группа предприятий «Энергомаш», ЗАО «Энергомаш (Белгород)», стр.48.
Данный котел имеет большие габариты и металлоемкость.
Известен энерготехнологический котел ПКС-10/40 для сжигания сероводорода, установленный на опоры, водотрубный, двухбарабанный, с естественной циркуляцией, с поворотом газов в горизонтальной плоскости, имеющий двухслойную обшивку, взрывной клапан, пароперегреватель, смотровое окно, горелки (А.В.Чечеткин. Теплотехника, Москва, «Высшая школа» 1986 г., стр.295-297).
Котлы этой серии надежны в работе, имеют тридцатилетний опыт эксплуатации. Однако у них есть и отрицательные черты - увеличенная масса металла, сверхтяжелая обмуровка, сложные высоконапорные вентиляторы.
Впоследствии Белгородским заводом была разработана модификация котлов БЭМ-25 и БЭМ-35 для сжигания сероводорода. В этих котлах изготовитель полностью отказался от циклонов и обмуровки в топке. Журнал «Тяжелое машиностроение», сентябрь 1999 г. Статья «Моноблочные газомазутные котлы типа БЭМ-16, БЭМ-25». Ивицкий С.Н., Масловский Г.В.
Недостатком данных котлов является диссоциация несгоревшего сероводорода в топочных экранах, что ведет к насыщению серой сварных соединений и металла труб. К тому же в котлах данной модели нижний барабан обогревается дымовыми газами с температурой 800-1200°C и на его «верхней» части начинается интенсивное кипение, паровые пузыри слипаются в пленку в верхней части барабана, что приводит к термодинамическому нарушению.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении КПД котла вследствие более эффективного сжигания сероводорода и повышении эксплуатационной надежности энерготехнологического котла.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение надежности циркуляции, уменьшение потери тепла в окружающую среду, снижение ремонтных простоев
Технический результат достигается за счет того, что в энерготехнологическом котле сжигания сероводорода, водотрубном, с естественной циркуляцией, включающем барабан с двухступенчатой сепарацией и предохранительными клапанами, установленный на отдельном каркасе, с лестницами и площадками обслуживания, и котельный блок с топкой и конвективными пакетами, закрепленный на раме и имеющий двухслойную обшивку, установленные на котельном блоке горелку, взрывной клапан и смотровые окна для осмотра и ремонта поверхностей нагрева во время остановок котельного блока, топка котельного блока выполнена в форме равнобокой трапеции, основания которой расположены вертикально, и образована двумя мембранными экранами, каждый из которых состоит из труб, объединенных в единый блок с помощью мембранных проставок, при этом для обеспечения полного сжигания сероводорода и предотвращения сероводородного растрескивания материала топки, хорошего воспламенения горючей смеси входная часть топки выполнена в виде зажигательного пояса, под топки закрыт шамотным кирпичом, а для обеспечения надежной циркуляции трубы, образующие под и потолок топки, расположены под углом наклона 15° к горизонтали. Дополнительно зажигательный пояс образован натрубной обмуровкой из огнеупорной хромитовой обмазки, а его длина не менее 1 м.
Дополнительно между топкой, первым конвективным пакетом и вторым конвективным пакетом установлены ремонтные проемы - промежуточные секции газохода с изоляцией из шамотомулитовых плит.
Дополнительно на боковых поверхностях промежуточных секций газохода расположены смотровые окна.
Дополнительно топка, конвективные пакеты и ремонтные проемы - промежуточные секции - образуют общий газоход с газоплотной мембранной обшивкой, а трубы, образующие под и потолок газохода, расположены под углом наклона 15° к горизонтали.
Технический результат также достигается за счет того, что в энерготехнологическом котле сжигания сероводорода, водотрубном, с естественной циркуляцией, включающем барабан с двухступенчатой сепарацией и предохранительными клапанами, установленный на отдельном каркасе, с лестницами и площадками обслуживания, и котельный блок с топкой и конвективными пакетами, закрепленный на раме и имеющий двухслойную обшивку, установленные на котельном блоке горелку, взрывной клапан и смотровые окна для осмотра и ремонта поверхностей нагрева во время остановок котельного блока, общая гидравлическая циркуляционная система котельного блока состоит из четырех циркуляционных контуров: циркуляционного контура топки и трех циркуляционных контуров конвективных пакетов, циркуляционный контур каждого конвективного пакета образован водоподводящим нижним коллектором, пароотводящим верхним коллектором, расположенными вдоль боковой поверхности конвективного пакета, соединенными наклонными трубами - верхними и нижними с дополнительными коллекторами.
Кроме того, водоподводящие нижние коллекторы циркуляционных контуров топки и каждого конвективного пакета соединены трубами рециркуляции с пароотводящими верхними коллекторами.
Кроме того, дополнительные коллекторы соединены трубами рециркуляции.
Кроме того, в верхнюю часть рециркуляционных труб предусмотрена подача питательной воды через штуцер.
Кроме того, энерготехнологический котел сжигания сероводорода входит в состав модуля, состоящего из двух энерготехнологических котлов на отдельных рамах, объединенных в едином каркасе.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг.1 - общий вид энерготехнологического котла;
Фиг.2 - вид с фронта котла;
Фиг.3 - продольный разрез блока котельного;
Фиг.4 - поперечный разрез топки;
Фиг.5 - поперечный разрез конвективной части газохода.
Энерготехнологический котел сжигания сероводорода является котлом пролетного типа с естественной циркуляцией и включает котельный блок 1, для удобства сборки, монтажа и транспортировки закрепленный на наклонной стойке 2 рамы 3 и зафиксированный на ней с помощью упоров, барабан 4 с двухступенчатой сепарацией, установленный на отдельном каркасе 5 с лестницами и площадками обслуживания (не показаны). Для обеспечения надежности работы котла на барабане 4 установлены предохранительные клапаны 6. Барабан 4 расположен в любом месте выше котла, но на таком расстоянии от него, чтобы обеспечить надежную циркуляцию.
Котельный блок 1 включает топку 7 в форме равнобокой трапеции, основания которой расположены вертикально, образованную двумя мембранными экранами 8 и 9, каждый из которых состоит из 73 труб 10, например, диаметром ⌀57×5 сталь 20, расположенных с шагом 75 мм, объединенных в единый блок с помощью мембранных проставок 11. Циркуляционный контур топки 7 образован трубами 10 мембранных экранов 8 и 9, и водоподводящим нижним коллектором 12, и пароотводящим верхним коллектором 13. Под 14 топки 7 закрыт шамотным кирпичом, для обеспечения надежной циркуляции трубы, образующие под и потолок топки, расположены под углом наклона 15° к горизонтали.
На входе в топку 7 установлена горелка 15, присоединенная к фурме 16 из огнеупорного кирпича.
Для обеспечения полного сжигания сероводорода и предотвращения сероводородного растрескивания материала топки, хорошего воспламенения горючей смеси входная часть топки 7 выполнена в виде зажигательного пояса 17, образованного натрубной обмуровкой из огнеупорной хромитовой обмазки, при этом длина зажигательного пояса не менее 1 м.
На выходе из топки 7 установлен взрывной клапан 18.
Котельный блок 1 содержит конвективную часть, выполненную из трех конвективных пакетов 19, 20 и 21.
Конвективные пакеты 19, 20 и 21 состоят из конвективных ширм 22, по шесть ширм в каждом конвективном пакете, выполненных из вертикально расположенных труб 23 диаметром ⌀57х5 сталь 20, боковые поверхности 24 конвективных пакетов выполнены с изоляцией из шамотомулитовых плит.
Циркуляционный контур каждого конвективного пакета представляет собой единый водяной тракт и образован водоподводящим нижним коллектором 25, пароотводящим верхним коллектором 26, расположенными вдоль боковой поверхности конвективного пакета, соединенными наклонными трубами - верхними 27 и нижними 28 с дополнительными коллекторами - нижним 29 и верхним 30, при этом концы труб 23 присоединены к наклонным трубам 27 и 28.
Общая гидравлическая циркуляционная система котельного блока 1 состоит из четырех циркуляционных контуров: циркуляционного контура топки 7 и трех циркуляционных контуров конвективных пакетов 19, 20 и 21.
Для повышения надежности циркуляции водоподводящий нижний коллектор 12 и пароотводящий верхний коллектор 13 соединены в зоне расположения топки 7 трубами рециркуляции 31, например двумя. А в зоне расположения конвективных пакетов - водоподводящим нижним коллектором 25, пароотводящим верхним коллектором 26, соединены трубами рециркуляции 32 дополнительные коллекторы - нижний 29 и верхний 30, соединены трубами рециркуляции 33.
Между топкой 7 и первым конвективным пакетом 19, первым конвективным пакетом 19 и вторым конвективным пакетом 20 установлены ремонтные проемы - промежуточные секции 34 с изоляцией из шамотомулитовых плит, на боковых поверхностях секций 34 расположены смотровые окна 35 для осмотра и ремонта поверхностей нагрева во время остановок котельного блока.
Топка 7, конвективные пакеты 19, 20 и 21 и ремонтные проемы - промежуточные секции 34 образуют общий газоход с газоплотной мембранной обшивкой.
Для обеспечения надежной циркуляции трубы, образующие под и потолок газохода, расположены под углом наклона 15° к горизонтали. Продольные шаги ширм - топочных и конвективных - позволяют производить, при необходимости, замену ширм. Сварные швы открыты и доступны для осмотра.
Так как сероводород - токсичный газ, то котельный блок 1 выполнен с двухслойной обшивкой: первая внутренняя обшивка - это газоплотная мембранная обшивка всего газохода, вторая обшивка - наружная внешняя рубашка 36, пространство между ними предназначено для подачи воздуха на горение и охлаждения обшивки газохода.
2
На выходе из котельного блока 1 расположен патрубок 37 для выхода SO.
Для обеспечения естественной циркуляции в зоне топки и каждого конвективного пакета и отвода пароводяной смеси из верхнего пароотводящего коллектора 13 и верхних пароотводящих коллекторов 26 в барабан 4 установлены пароотводящие трубы 38, для возвращения воды из барабана 4 в нижние водоподводящие коллекторы 12, 25 установлены опускные трубы 39. Для уменьшения сноса пара и поддержания надежной циркуляции в верхнюю часть рециркуляционных труб 31, 32 и 33 предусмотрена подача питательной воды через штуцер 40.
Энерготехнологический котел сжигания сероводорода входит в состав модуля, состоящего из двух энерготехнологических котлов на отдельных рамах, объединенных в едином каркасе, предназначенного для установки барабанов, лестниц и площадок обслуживания
Для обслуживания оборудования предусмотрены металлические площадки с настилом из просеченно-вытяжной стали, с ограждением высотой 1 м со сплошной отбортовкой по низу шириной 100 мм, при этом ширина проходов между оборудованием обеспечивает удобство эксплуатации, а тепловая изоляция всего нагретого оборудования: обмуровка паропроводов, сетевых, питательных и подпиточных трубопроводов выполнена таким образом, чтобы температура на наружной поверхности теплоизоляции не превышала 45°C.
Энерготехнологический котел работает следующим образом.
Сероводород и воздух поступают в горелку 15, при этом подача воздуха на горение и охлаждение обшивки газохода осуществляется в пространство между газоплотной мембранной обшивкой всего газохода и наружной внешней рубашкой 36.
2
2
2
2
Затем в топке 7 происходит реакция окисления с большим выделением тепла HS+1,5O=HO+SO+Q
Длина зажигательного пояса 17, выполненного с обмуровкой из огнеупорной хромитовой обмазки, выбрана таким образом, что при прохождении газа в данной зоне обеспечивается полное сжигание сероводорода, при этом предотвращается сероводородное растрескивание материала топки. Температура газов, выходящих из топки 7, не превышает 1200°C. Проходя по газоходу, эти газы охлаждаются до 440°C.
При этом из нижних водоподводящих коллекторов 12 и 25 вода по трубам 10 мембранных экранов 8 и 9 и трубам 23 конвективных ширм 22 поднимается в пароотводящие верхние коллекторы 13 и 26, преобразуясь в пароводяную смесь за счет выделенного при горении тепла, одновременно из нижних коллекторов 25 по наклонной трубе 28 вода подается в дополнительный нижний коллектор 29 и по рециркуляционным трубам 33 поступает в дополнительный верхний коллектор 30. Пароводяная смесь поступает по пароотводящим трубам 37 в барабан 4. В барабане 4 происходит сепарация (отделение) воды от пара. Пар поступает потребителю, вода возвращается по опускным трубам 38 в нижние водоподводящие коллекторы 12 и 26 и снова включается в процесс циркуляции.
2
2
Параллельно осуществляется подпитка барабана питательной водой. Такое решение позволяет гарантированно сжигать HS и избежать насыщения металла H и S, что часто происходит на топочных экранах мембранных газоплотных котлов. Гидравлическая схема энерготехнологического котла позволяет повысить надежность циркуляции. Все это позволяет повысить эксплуатационную надежность, уменьшить потери тепла в окружающую среду, повысить КПД энерготехнологического котла.