котельная установка

Формула изобретения

Котельная установка, сжигающая твердое малозольное топливо, включающая циклонную топочную камеру, соединенную с газоходом, поверхности нагрева которого включены в циркуляционный контур котельного агрегата, отличающаяся тем, что газоход выполнен в виде двух вертикальных цилиндрических шахт, соединенных между собой в верхней части горизонтальным газоходом, причем отношение высоты вертикальной шахты к ее внутреннему диаметру составляет 6-8, кроме того, в каждой вертикальной шахте установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения связанные с системой подачи воздуха трубчатые штоки, снабженные тороидальными коллекторами, наружный диаметр которых составляет 0,8-0,9 внутреннего диаметра шахты, при этом по наружной окружности коллектора выполнены щелевидные отверстия, общая длина которых составляет 0,6-0,7 длины окружности тороидального коллектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к тепловым котельным установкам, сжигающим твердое малозольное топливо.

При сжигании твердого малозольного топлива - макулатуры, древесных отходов, другого растительного топлива (например, гречневой, рисовой лузги и соломы) - образуется зола, являющаяся ценным сырьем. Так, к примеру, зола рисовой лузги и соломы является сырьем для производства металлического кремния высокой чистоты, зола гречневой лузги представляет собой комплексное удобрение, содержащее фосфор и калий, весьма ценные компоненты содержат также золу от сжигания макулатуры и т.д.

Зола от твердых малозольных топлив представляет собой тугоплавкий, пористый, мягкий конгломерат отдельных частиц (типа войлока), слабо адгезируемый поверхностями нагрева. Прочность адгезии низкая, отложения имеют вид пылевидных покрытий, которые при отсутствии эффектной очистки могут отрицательно сказаться на возможности достижения расчетных показателей котельной установки.

Известна котельная установка, включающая топочную камеру, соединенную с газоходом, поверхности нагрева которого включены в циркуляционный контур котельного агрегата. Данная установка предусматривает возможность жидкого шлакоудаления [Г.Ф. Кнорре. "Топочные процессы", Госэнергоиздат, М-Л., 1959 г., стр.275].

Существенным недостатком рассматриваемой установки являются ее низкая экономичность и эффективность в случае использования твердого малозольного топлива. Прямой поток высокотемпературных продуктов сгорания не обеспечивает равномерного слоя золы на стенках газохода. Приемы жидкого шлакоудаления вследствие тугоплавкости образующейся золы не дают желаемого результата. Практически вся зола уносится потоком газов в дымовую трубу, что отрицательно сказывается на окружающей среде. Потеря ценного продукта (золы) резко снижает экономичность установки. Для избежания этих потерь и соответствия экологическим требованиям требуется установка дорогостоящих фильтров, что в конечном итоге значительно снизило бы рентабельность котельной установки в целом.

Наиболее близкой к заявляемой установке является котельная установка, сжигающая твердое малозольное топливо, включающая циклонную топочную камеру, соединенную с газоходом, поверхности нагрева которого включены в циркуляционный контур котельного агрегата [Г.Ф. Кнорре. "Топочные процессы", Госэнергоиздат, М-Л., 1959 г., стр.270].

Недостатком известной установки является ее низкая эффективность и экономичность, вызванная следующими факторами:

во-первых, не решена проблема удаления налипшей на поверхностях теплообмена золы, что существенно снижает расчетные показатели котельной установки;

во-вторых, большая часть высокоценной золы уносится потоком продуктов сгорания в дымовую трубу, загрязняя атмосферу. Для улавливания золы и соответствия экологическим требованиям требуется установка системы дорогостоящих фильтров.

Заявляемое изобретение направлено на создание экономичной котельной установки, позволяющей получать высокие тепловые показатели и обеспечивающей к тому же повышение комплексности использования сжигаемого в ней твердого малозольного топлива с получением дополнительного товарного продукта в виде высокоценной золы, пригодной для дальнейшего коммерческого использования.

Технический результат, который может быть достигнут заявляемым изобретением, состоит в повышении степени осаждения золы, уносимой потоком дымовых газов из топки котельной установки, на стенках газохода и обеспечении эффективной очистки этих поверхностей от налипшей золы.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в известной котельной установке, сжигающей твердое малозольное топливо, включающей циклонную топочную камеру, соединенную с газоходом, поверхности нагрева которого включены в циркуляционный контур котельного агрегата, согласно заявляемому изобретению газоход выполнен в виде двух вертикальных цилиндрических шахт, соединенных между собой в верхней части горизонтальным газоходом, причем отношение высоты вертикальной шахты к ее внутреннему диаметру составляет (6-8), кроме того, в каждой вертикальной шахте установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения связанные с системой подачи воздуха трубчатые штоки, снабженные тороидальными коллекторами, наружный диаметр которых составляет (0,8-0,9) внутреннего диаметра шахты, при этом по наружной окружности коллектора равномерно выполнены щелевидные отверстия, общая длина которых составляет (0,6-0,7) длины окружности тороидального коллектора.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.

Проведенные исследования позволили установить, что выполнение газохода в виде двух вертикальных цилиндрических шахт заявленных параметров, соединенных между собой в верхней части горизонтальным газоходом, позволяют обеспечить закрутку движущегося потока отходящих дымовых газов, тангенциально подаваемых из циклонной топочной камеры в газоход. Движение газов в завихренном потоке, с одной стороны, увеличивает теплоотдачу от высокотемпературных отходящих газов к теплопередающей поверхности газохода, включенной в циркуляционный контур котельного агрегата и тем самым способствует достижению расчетных параметров котельной установки. С другой стороны, закрутка потока интенсифицирует процесс отложения частиц на поверхностях газохода.

Исследования показали, что существенным условием, обеспечивающим достижение оптимальных тепловых показателей котельной установки и обеспечение максимального осаждения частиц золы на стенках шахт, является соблюдение экспериментально установленного соотношения высоты вертикальной цилиндрической шахты газохода к ее внутреннему диаметру, которое составило величину (6-8).

Эксперименты показали, что при величине указанного соотношения больше 8 не обеспечивается крутка потока по всей длине газохода. При величине этого соотношения менее 6 увеличивается пылевынос, что снижает эффективность и экономичность работы установки.

Еще одним, крайне важным условием экономичности заявляемой котельной установки является обеспечение эффективной очистки поверхностей газохода от налипшей золы, пригодной для дальнейшего использования. Для этого в каждой вертикальной шахте установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения связанные с системой подачи воздуха трубчатые штоки, снабженные тороидальными коллекторами, по наружной окружности которых выполнены щелевидные отверстия.

Помимо отмеченной выше функции очистки, снабжение газоходов заявляемой котельной установки трубчатыми штоками с тороидальными коллекторами для подачи воздуха позволят также осуществить процесс дополнительного дожигания в потоке высокотемпературных отходящих газов. Это обеспечивает:

1) Во-первых, интенсификацию тепловых процессов котельной установки и получение более высоких показателей.

2) Во-вторых, получение золы более высокого качества с содержанием углерода ~1,5% (в прототипе ~2,5% С).

Заявляемые конструктивные параметры штоков с коллекторами установлены экспериментально, исходя из обеспечения оптимальных результатов процессов очистки и дожигания.

При этом при величине отношения наружного диаметра тороидального коллектора к внутреннему диаметру шахты менее 0,8 не достигается полного снятия золы со стенок газохода.

Превышение данного соотношения значения 0,9 нецелесообразно из эксплутационных соображений.

При величине соотношения длины щелевидных отверстий к длине окружности тороидального коллектора, превышающего 0,7, наблюдается значительное увеличение пылевыноса.

При величине указанного соотношения менее 0,6 не достигается полного снятия золы.

На фиг.1 схематично изображена заявляемая котельная установка. Котельная установка, сжигающая твердое малозольное топливо, включает циклонную топочную камеру 1, соединенную с газоходом, выполненным в виде двух вертикальных цилиндрических шахт 2, соединенных между собой горизонтальным газоходом 3. Поверхности нагрева цилиндрических шахт 2 выполнены в виде полутруб 4. В каждой из цилиндрических шахт 2 смонтированы с возможностью возвратно-поступательного перемещения связанные с системой подачи воздуха (на чертеже не показана) трубчатые штоки 5, снабженные тороидальными коллекторами 6 с выполненными в них щелевидными отверстиями 7. Внизу каждой из шахт 2 размещены люки 8, через которые удаленная зола собирается в кюбели 9. Отходящие газы удаляются через газоход в дымовую трубу.

Заявляемая котельная установка работает следующим образом. Продукты сгорания от сжигания в циклонной топочной камере 1 твердого малозольного топлива, например макулатуры, тангенциально поступают в газоход, заявляемые конструктивные особенности которого обеспечивают закрутку потока и способствуют максимальному отложению частиц золы на внутренних поверхностях газохода. Горячие дымовые газы передают свое тепло воде, циркулирующей в полутрубах 4.

Налипшая на внутренней поверхности цилиндрических шахт 2 зола удаляется следующим образом. При движении вниз трубчатых штоков 5 сжатый воздух, выходя из щелевидных отверстий 7 в тороидальных коллекторах 6, сдувает всю золу со стенок газохода и увлекает ее вниз. После этого шток 5 перемещается в исходное положение. Удаленная зола собирается в кюбелях 9 через предварительно открытые люки 8.

Возвратно-поступательное перемещение штоков 5 осуществляется, например, с помощью электродвигателя (на чертеже не показан).

Воздух для работы нагнетается, например, компрессором (на чертеже не показан) и затем через коллектор (на чертеже не показан) распределяется по обоим трубчатым штокам 5.

Периодичность снятия зольных отложений со стенок газохода заявляемой котельной установки составляет 2-3 раза за смену.

В результате экспериментальной проверки заявляемой котельной установки были получены следующие показатели эффективности ее работы.

В качестве твердого малозольного топлива была использована специальная макулатура бумажная (отходы ценных бумаг).

Котельная установка вырабатывала 3,5 т перегретого пара в час с температурой 180^oC и давлением 4 ати. Запыленность отходящих газов на выходе из установки составила ~ 0,1-0,2 г/м³. Золу со стенок газохода снимали с периодичностью 3 раза за смену. Всего за 1,5 месяца работы количество собранной золы составило 960 кг. Указанная зола, содержащая калия (К)=9-11% и фосфора (Р)= 9%, представляла из себя ценный товарный продукт, пригодный для использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения.

Таким образом, заявляемая котельная установка, сжигающая твердое малозольное топливо, обладает большой экономичностью и рентабельностью, позволяет получать высокие тепловые показатели и обеспечивает комплексность использования сжигаемого топлива, а также отвечает современным экологическим требованиям.