печь для котла-утилизатора и установка для подачи вторичного воздуха

Формула изобретения

1. Печь для котла-утилизатора с установкой для подачи вторичного воздуха в форме струй воздуха в упомянутую печь, где печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки, устройства распыления черного щелока, расположенные на упомянутых стенках на уровне, и множество воздушных каналов, расположенных на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках, для введения воздуха в печь от подвода воздуха, причем упомянутая установка содержит два горизонтальных уровня воздуха на различных высотах, расположенные над самым нижним уровнем или уровнями воздуха и ниже уровня или уровней распыления черного щелока, при этом вторичный воздух подается от двух противолежащих стен на упомянутых двух уровнях, а воздушные каналы на каждом уровне расположены так, что струи вторичного воздуха вводятся в чередующейся конфигурации, и воздушные струи упомянутых двух уровней воздуха расположены по существу друг над другом по существу в вертикальных рядах, каждый из которых образован двумя воздушными струями.

2. Печь по п.1, в которой воздушные струи двух уровней воздуха расположены на передней и задней стенках печи.

3. Печь по п.1, в которой расстояние V между уровнями воздуха в вертикальном направлении при измерении от поперечных осевых линий воздушных каналов уровней воздуха определяется в соответствии с формулой: V/L 0,5, где L - расстояние между двумя соседними воздушными каналами на одном и том же уровне воздуха, при измерении от продольных осевых линий соседних воздушных каналов.

4. Печь по п.3, в которой V/L составляет 0,25-0,5.

5. Печь по п.3, в которой вертикальное расстояние V составляет 1-2 м.

6. Печь по п.1, в которой по существу отсутствует введение вторичного воздуха с двух остальных стенок.

7. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне упомянутых двух уровней воздуха равно трем, одна из этих струй расположена на одной из противолежащих стенок, а две струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора составляет менее 500 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

8. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равно трем, одна из этих струй расположена на одной из противолежащих стенок, а две струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 500 и 1500 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

9. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне из упомянутых по меньшей мере двух уровней воздуха равно пяти, две из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а три струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

10. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равно семи, три из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а четыре струи на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 1500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

11. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равняется девяти, четыре из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а пять струй расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 2500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

12. Печь по п.1, в которой количество воздушных струй на каждом уровне из упомянутых двух уровней воздуха равно семи, девяти, одиннадцати или тринадцати, и три, четыре, пять или шесть из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а четыре, пять, шесть или семь струй - на другой из противолежащих стенок, соответственно, причем рабочая вместимость котла-утилизатора составляет более 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 ч.

13. Печь по п.1, в которой количество самых нижних уровней (первичного) воздуха составляет один.

14. Печь по п.1, в которой количество самых нижних уровней (первичного) воздуха ниже упомянутых двух уровней вторичного воздуха составляет два, а воздушные струи уровня воздуха, который расположен выше в вертикальном направлении под упомянутыми двумя уровнями вторичного воздуха, расположены в чередующейся конфигурации на двух противолежащих стенках так, что количество воздушных струй больше на одну, чем количество воздушных струй двух уровней вторичного воздуха на той же стенке, и меньше воздушных струй, расположенных на остальных противолежащих стенках.

15. Печь по п.1, в которой скорость воздуха через воздушные каналы на упомянутых двух уровнях вторичного воздуха составляет, по меньшей мере, 40 м/с.

16. Печь по п.1, в которой печь имеет уровень третичного воздуха или уровни третичного воздуха над уровнем или уровнями распыления черного щелока, и в которой количество воздушных струй на каждом уровне третичного воздуха больше, чем количество воздушных струй на уровнях вторичного воздуха.

17. Печь по п.16, в которой вертикальное расстояние между самым нижним уровнем третичного воздуха и уровнем распыления черного щелока больше 2 м.

18. Печь по п.1, в которой воздушные каналы образуют вертикальные линии так, что продольные осевые линии каналов вертикального ряда по существу проходят через одну отдельную вертикальную линию.

19. Печь по п.1, в которой каналы для вторичного воздуха, образующие вертикальный ряд, в поперечном направлении отклонены так, что поперечное расстояние между воздушными каналами, размещенными друг над другом, составляет D, и это поперечное расстояние является расстоянием между продольными осевыми линиями каналов, размещенных друг над другом, и менее 1,5×Н или менее 1,5×W, в зависимости от того, какое число больше, где Н является высотой самого высокого воздушного канала, а W - шириной самого широкого воздушного канала.

20. Печь по п.19, в которой поперечное расстояние составляет 0,075-0,16 м.

21. Печь по п.1, в которой подвод воздуха связан со средствами для передачи дымового газа от котла-утилизатора для рециркуляции части дымового газа в печь.

22. Печь по п.1, в которой подвод воздуха связан с линией для пахучих газов для введения газов в печь.

23. Установка для подачи вторичного воздуха в форме воздушных струй в печь котла-утилизатора, где упомянутая печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки, устройства распыления черного щелока, расположенные на упомянутых стенках на уровне, и множество воздушных каналов, расположенных на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках, для введения воздуха в печь от подвода воздуха, причем упомянутая установка содержит один горизонтальный уровень воздуха, расположенный выше самого нижнего уровня или уровней воздуха и ниже уровня или уровней распыления черного щелока, при этом вторичный воздух подается от двух противолежащих стенок на упомянутом уровне, а воздушные каналы на каждом уровне расположены так, чтобы струи вторичного воздуха вводились с чередующейся конфигурацией, имеющей четное количество струй на одной противолежащей стенке и нечетное количество струй на другой противолежащей стенке, и воздушные каналы имеют площадь А и ширину W, а отношение площади к ширине с показателем степени, равным 2, (A/W²) составляет более 4.

24. Установка по п.23, в которой указанное отношение составляет более 10.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается установки для подачи воздуха в форме воздушных струй для печи котла-утилизатора. Печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки. Устройства распыления черного щелока расположены на этих стенках на одном или нескольких уровнях. На нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках расположено множество воздушных каналов для введения воздуха в печь от подвода воздуха. Более конкретно изобретение касается установки для образования вторичных потоков воздуха ниже устройств распыления черного щелока.

Оптимальный подвод воздуха для горения в нижней части печи котла-утилизатора черного щелока играет значительную роль в управлении процессом горения в котле.

Поскольку химические реакции в котле-утилизаторе крафт-бумаги очень быстрые, скорость процесса существенно зависит от смешивания воздуха для горения и черного щелока. Этот этап смешивания определяет скорость горения, а также оказывает влияние на эффективность процесса. Воздух и черный щелок обычно вводят в котел через отдельные каналы, и особенно важно, чтобы быстрое смешивание в котле производилось посредством подвода воздуха, без образования больших различий в профиле восходящего потока. Интенсивный "подъем" скорости в центре печи особенно вреден, поскольку он приводит к выбросу распыляемых капелек щелока. Симметрия горения должна быть управляемой повсюду, по всей площади поперечного сечения котла, и подача воздуха должна регулироваться, когда это требуется.

Черный щелок обычно вводят в форме сравнительно больших капелек в котел-утилизатор крафт-бумаги, чтобы способствовать нисходящему потоку капелек и препятствовать его протеканию, не вступая в реакцию (в виде мелкодисперсного пара), вверх вместе с восходящими потоками газов к верхней части котла. Большой размер капелек, который происходит от дополнительного разделения капелек друг от друга, в отличие от мелких брызг черного щелока, означает, что надлежащее смешивание в котле-утилизаторе еще более важно. В результате пиролиза твердых частиц черного щелока образуется уголь, а также горючие газы. Уголь падает на дно печи и образует пласт угля, который должен быть сожжен.

В котел-утилизатор вводят теоретически необходимое количество воздуха относительно количества черного щелока и дополнительно для обеспечения полного сгорания подают добавочное количество воздуха. Однако слишком большое количество избыточного воздуха послужит причиной потери эффективности котла и увеличения затрат. Воздух обычно вводят в котел на трех различных уровнях: первичный воздух в нижней части печи, вторичный воздух выше уровня первичного воздуха, но ниже насадок для щелока и третичный воздух выше насадок для щелока, для обеспечения полного сгорания. Воздух обычно вводят через несколько воздушных каналов, расположенных на всех четырех стенках печи или только на двух противолежащих стенках печи.

Первичный воздух обычно составляет 20-35% от общего количества воздуха, подаваемого в печь, в зависимости от щелока и содержания твердых веществ в растворе щелока. Задача первичного воздуха состоит в том, чтобы препятствовать подъему слоя угля в воздушные каналы печи. Вторичный воздух обычно составляет 35-60% от общего количества воздуха, а третичный воздух, который может быть распределен по нескольким уровням в вертикальном направлении, обычно составляет 10-40% от общего количества воздуха. В котле для введения воздуха в печь может быть устроено более трех воздушных уровней.

Смешивание черного щелока и воздуха является трудным из-за восходящего потока газа, образующегося в центральной части котла, через который слабому вторичному потоку воздуха трудно проникнуть. Более конкретно потоки первичного воздуха, подаваемые от боковых сторон в нижней части котла, сталкиваются друг с другом в центральной части котла и образуют, с конфигурацией вторичного воздушного потока, в центральной части котла поток газа, текущий очень быстро вверх, захватывая дымовой газ и другие не полностью сожженные газообразные или пылеобразные вещества из нижней части печи. Этот поток газа, также называемый "подъемом капелек", также захватывает частицы черного щелока, текущие против потока вниз, и переносит их в верхнюю часть котла, где они приклеиваются к горячим поверхностям котла, таким образом вызывая загрязнение и закупорку. В центральной части котла скорость восходящего потока газа может стать даже в четыре раза больше, чем средняя скорость газов, в результате неполного или слабого смешивания. Таким образом, в центральной части котла формируется зона быстрого потока, и это приводит к тому, что смешивания дымовых газов со стороны потока очень трудно достигнуть.

Упомянутый выше "подъем капелек" приводит к такой ситуации, где третичный воздух должен сжигать не только несгоревшие газы от горения (СО, H₂S, NH ₃ и т.д.), но также и несгоревший уголь от капелек. Поскольку интенсивность горения для угля намного меньше, чем для несожженных газов, для обеспечения полного сгорания должно быть использовано повышенное количество дополнительного кислорода. Тогда дымовой газ, выходящий из печи, содержит более высокие количества остаточных СО и H₂S, и использование печи становится менее эффективным, чем было бы возможно.

Современные установки подачи вторичного воздуха также отличаются по меньшей мере одним уровнем вторичного воздуха, где каналы вторичного воздуха размещены близко друг к другу в горизонтальном направлении. Это приводит к смешиванию конфигураций, где газы печи циркулируют в вертикальном направлении, с вышеупомянутым "подъемом", то есть они текут по направлению к стенкам, а затем вверх (или вниз) и следуют в основном направлении дымового газа.

Другая разновидность конструирования вторичного воздушного потока заключается в использовании частично чередующихся струй (например, в патентах США №5121700, 5305698), в соответствии с чем большая струя располагается напротив маленькой струи. Большие и маленькие струи чередуются между двумя используемыми противолежащими стенками.

Патент США №5724895 раскрывает установку для подачи воздуха горения. В этой системе, более подходящей конфигурации потока в печах, можно достигнуть с помощью замены вертикального смешивания горизонтальным смешиванием, посредством чего можно предотвратить сильный центральный проток, то есть "подъем" вверх. Это горизонтальное смешивание применяют для всей печи. Горизонтальное смешивание улучшают, располагая дополнительные впускные каналы для воздуха, например, на более чем шести различных высотах в конфигурации разнесенных в вертикальном направлении рядов выше самых нижних уровней воздуха.

В описанном в патенте США №5454908 способе часть воздуха для горения вводят в котел-утилизатор на расстоянии над впускным отверстием для черного щелока с целью обеспечения восстановительной атмосферы с временем пребывания, составляющим по меньшей мере три секунды, между впуском черного щелока и введением упомянутой части воздуха для горения. Недостаток описанного расположения заключается в высокой вертикальной области горения, достигающей в чрезвычайных случаях заглушки печи. Поскольку эта область горения имеет восстановительную атмосферу, по меньшей мере локально, в печи должны быть использованы более дорогостоящие материалы для верхней части, чем было бы необходимо, если бы горение имело место ниже в печи. Другие недостатки систем подачи воздуха, где горение происходит в высокой части печи, включают в себя высокую температуру в выпускном отверстии печи, приводящую к большим поверхностями конвективного теплообмена позднее в котле, понижению температуры внизу печи и более дорогостоящему оборудованию. Более низкая температура внизу печи не позволяет обеспечивать такую же высокую сульфидность без эмиссии SO ₂, как в системе горения, имеющей более высокую температуру внизу печи.

Настоящее изобретение обеспечивает улучшенную систему подачи воздуха для горения в котел-утилизатор. В частности, обеспечена подача вторичного воздуха для горения, в которой эффективно избегают или локальный, и(или) центральный восходящие потоки газа, имеющие высокую скорость по сравнению со средней скоростью восходящего газа. Другая особенность изобретения состоит в том, чтобы обеспечить возможность постоянного проникновения воздуха для горения в котел на различных уровнях загрузки. Дополнительная особенность изобретения состоит в том, чтобы производить лучшее смешивание черного щелока и воздуха для горения в печи. Улучшенная установка подачи воздуха по этому изобретению также предназначена для уменьшения количества вредной эмиссии из печи котла.

Согласно одному объекту настоящего изобретения создана печь для котла-утилизатора с установкой для подачи вторичного воздуха в форме струй воздуха в упомянутую печь, где печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки, устройства распыления черного щелока, расположенные на упомянутых стенках на уровне, и множество воздушных каналов, расположенных на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках, для введения воздуха в печь от подвода воздуха, причем упомянутая установка содержит два горизонтальных уровня воздуха на различных высотах, расположенные над самым нижним уровнем или уровнями воздуха и ниже уровня или уровней распыления черного щелока, при этом вторичный воздух подается от двух противолежащих стен на упомянутых двух уровнях, а воздушные каналы на каждом уровне расположены так, что струи вторичного воздуха вводятся в чередующейся конфигурации, и воздушные струи упомянутых двух уровней воздуха расположены по существу друг над другом по существу в вертикальных рядах, каждый из которых образован двумя воздушными струями.

Предпочтительно воздушные струи двух уровней воздуха расположены на передней и задней стенках печи.

Как вариант расстояние V между уровнями воздуха в вертикальном направлении при измерении от поперечных осевых линий воздушных каналов уровней воздуха, определяется в соответствии с формулой: V/L<0,5, где L - расстояние между двумя соседними воздушными каналами на одном и том же уровне воздуха, при измерении от продольных осевых линий соседних воздушных каналов. При этом V/L может составлять 0,25-0,5, а вертикальное расстояние V может составлять 1-2 метра.

Преимущественно по существу отсутствует введение вторичного воздуха с двух остальных стенок.

Предпочтительно количество воздушных струй на каждом уровне упомянутых двух уровней воздуха равно трем, одна из этих струй расположена на одной из противолежащих стенок, а две струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора составляет менее 500 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Как вариант количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равно трем, одна из этих струй расположена на одной из противолежащих стенок, а две струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 500 и 1500 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Предпочтительно количество воздушных струй на каждом уровне из упомянутых по меньшей мере двух уровней воздуха равно пяти, две из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а три струи расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Преимущественно количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равно семи, три из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а четыре струи на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 1500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Как вариант количество воздушных струй на каждом уровне из двух уровней воздуха равняется девяти, четыре из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а пять струй расположены на другой из противолежащих стенок, причем рабочая вместимость котла-утилизатора находится между 2500 и 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Кроме того, количество воздушных струй на каждом уровне из упомянутых двух уровней воздуха равно семи, девяти, одиннадцати или тринадцати, и три, четыре, пять или шесть из этих струй расположены на одной из противолежащих стенок, а четыре, пять, шесть или семь струй - на другой из противолежащих стенок, соответственно, причем рабочая вместимость котла-утилизатора составляет более 4000 метрических тонн твердого вещества за 24 часа.

Количество самых нижних уровней (первичного) воздуха может составлять один.

Предпочтительно количество самых нижних уровней (первичного) воздуха ниже упомянутых двух уровней вторичного воздуха составляет два, а воздушные струи уровня воздуха, который расположен выше в вертикальном направлении под упомянутыми двумя уровнями вторичного воздуха, расположены в чередующейся конфигурации на двух противолежащих стенках так, что количество воздушных струй больше на одну, чем количество воздушных струй двух уровней вторичного воздуха на той же стенке, и меньше воздушных струй, расположенных на остальных противолежащих стенках.

Преимущественно скорость воздуха через воздушные каналы на упомянутых двух уровнях вторичного воздуха составляет, по меньшей мере, 40 м/с.

Как вариант, печь имеет уровень третичного воздуха или уровни третичного воздуха над уровнем или уровнями распыления черного щелока, и в которой количество воздушных струй на каждом уровне третичного воздуха больше, чем количество воздушных струй на уровнях вторичного воздуха. При этом вертикальное расстояние между самым нижним уровнем третичного воздуха и уровнем распыления черного щелока больше 2 метров.

Предпочтительно воздушные каналы образуют вертикальные линии так, что продольные осевые линии каналов вертикального ряда по существу проходят через одну отдельную вертикальную линию.

Преимущественно каналы для вторичного воздуха, образующие вертикальный ряд, в поперечном направлении отклонены так, что поперечное расстояние между воздушными каналами, размещенными друг над другом, составляет D, и это поперечное расстояние является расстоянием между продольными осевыми линиями каналов, размещенных друг над другом, и менее 1,5×Н или менее 1,5×W в зависимости от того, какое число больше, где Н является высотой самого высокого воздушного канала, а W - шириной самого широкого воздушного канала. При этом поперечное расстояние составляет 0,075-0,16 м.

Предпочтительно подвод воздуха связан со средствами для передачи дымового газа от котла-утилизатора для рециркуляции части дымового газа в печь. Как вариант подвод воздуха связан с линией для пахучих газов для введения газов в печь.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создана установка для подачи вторичного воздуха в форме воздушных струй в печь котла-утилизатора, где упомянутая печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки, устройства распыления черного щелока, расположенные на упомянутых стенках на уровне, и множество воздушных каналов, расположенных на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках, для введения воздуха в печь от подвода воздуха, причем упомянутая установка содержит один горизонтальный уровень воздуха, расположенный выше самого нижнего уровня или уровней воздуха и ниже уровня или уровней распыления черного щелока, при этом вторичный воздух подается от двух противолежащих стенок на упомянутом уровне, а воздушные каналы на каждом уровне расположены так, чтобы струи вторичного воздуха вводились с чередующейся конфигурацией, имеющей четное количество струй на одной противолежащей стенке и нечетное количество струй на другой противолежащей стенке, и воздушные каналы имеют площадь А и ширину W, а отношение площади к ширине с показателем степени, равным 2, (A/W²) составляет более 4.

Предпочтительно указанное отношение составляет более 10.

Согласно изобретению вторичный воздух на двух уровнях подачи воздуха вводят только с двух противолежащих стенок, предпочтительно с передней и задней стенок. По существу никакой вторичный воздух не подают с двух оставшихся стенок, то есть боковых стенок. В чередующейся конфигурации поток воздуха, поступающий из воздушного канала, расположенного на стенке, имеющей четное количество воздушных струй, направляется между двумя соседними воздушными каналами противолежащей стенки, имеющей нечетное количество воздушных струй. Соответственно, струи воздуха, выходящие из стенки, имеющей нечетное количество воздушных струй, направлены по существу непосредственно в горизонтальной плоскости к противолежащей стенке. Струи воздуха, выходящие из противолежащих стенок, минуют друг друга, фактически не сталкиваясь друг с другом.

Таким образом, на двух вторичных уровнях поперечное расположение струй на одном уровне в поперечном направлении является симметричным. На стенке, имеющей нечетное количество струй вторичного воздуха, например три, средняя воздушная струя расположена по существу на осевой линии стенки, а другие струи расположены внутри промежутков на равных расстояниях с обеих сторон от средней струи. На противолежащей стенке, имеющей четное количество струй, две в этом примере, струи расположены поперечно на половине расстояния между струями на противолежащей стенке. Таким образом, расположение струй является симметричным относительно вертикальной плоскости, параллельной оставшимся стенкам (то есть стенкам, не имеющим струй вторичного воздуха) и проходящей через осевые линии стенок, имеющих струи вторичного воздуха.

Настоящее изобретение основано на следующих принципах, чтобы избежать сильных вертикальных потоков газа, но по-прежнему получать эффективное смешивание в печи между воздухом для горения и несгоревшими/горящими капельками щелока:

- сильные струи вторичного воздуха (сильные струи воздуха ниже устройств распыления черного щелока),

- расположение этих струй такое, чтобы они не соударялись друг с другом, что легко порождает сильные струи восходящих потоков и нежелательный профиль восходящего потока для газов в печах. Вместо этого должны быть выработаны сильные срезанные потоки для получения хорошего смешивания,

- свести к минимуму всасывание газов в вертикальном направлении в эти струи над устройствами распыления щелока, поскольку это увеличивает восходящий поток газа,

- свести к минимуму всасывание капелек щелока из брызг щелока в струи третичного воздуха,

- перекрыть каскад (каскады) третичного воздуха несколькими струями, которые перекрывают поперечное сечение печи равномерно и хорошо для предотвращения образования вертикальных струй, которые могут пробить область заключительного горения, где не может иметь место заключительное горение несгоревших газов. Также здесь струи не должны перекрывать друг друга, но должны вырабатывать сильные срезанные потоки и хорошее смешивание.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения есть расстояние V в вертикальном направлении между горизонтальными уровнями вторичного воздуха, и это расстояние измеряют от поперечных осевых линий воздушных каналов уровней воздуха. Это расстояние V удовлетворяет следующей формуле: V/L 0,5, где L - расстояние между двумя соседними каналами для вторичного воздуха на одном и том же уровне воздуха, измеренное от продольных осевых линий соседних воздушных каналов. Предпочтительно V/L составляет 0,25-0,5. Обычно вертикальное расстояние V составляет 1-2 метра.

Каналы для вторичного воздуха, расположенные один над другим, предпочтительно помещают в вертикальный ряд так, чтобы расположить их на одной и той же прямой вертикальной линии. Изобретение охватывает также вариант осуществления, в котором каналы для вторичного воздуха в поперечном направлении отклонены так, что их поперечное расстояние составляет D между воздушными каналами, расположенными друг над другом. Поперечное расстояние представляет собой расстояние между продольными осевыми линиями каналов, расположенных один над другим. D составляет менее 1,5×Н или менее 1,5×W в зависимости от того, какое число больше. Н - высота самого высокого воздушного канала, а W - ширина самого широкого воздушного канала.

Согласно варианту осуществления изобретения имеется только один (первичный) уровень воздуха ниже двух уровней вторичного воздуха. Согласно другому варианту осуществления количество самых нижних уровней воздуха ниже двух уровней вторичного воздуха составляет два. Воздушные струи уровня воздуха, который расположен выше в вертикальном направлении под двумя уровнями вторичного воздуха, расположены в связанных конфигурациях на двух противолежащих стенках, предпочтительно на передней и задней стенках, так что количество воздушных струй больше на одну, чем количество воздушных струй двух уровней вторичного воздуха на такой же стенке. Например, если уровень вторичного воздуха имеет одну воздушную струю на передней стенке и две струи на задней стенке, вышеупомянутый нижний уровень воздуха имеет две воздушные струи на передней стенке и три струи на задней стенке. Однако скорость воздуха на этом нижнем уровне воздуха меньше. На этом уровне воздуха, который, таким образом, расположен над самым нижним уровнем воздуха и под двумя уровнями вторичного воздуха и который можно назвать нижним уровнем вторичного воздуха, воздушные струи расположены также на остальных противолежащих стенках, то есть предпочтительно на боковых стенках. Струи воздуха на боковых стенках меньше, чем струи воздуха на передней и задней стенках.

Изобретение направлено также на установку для подачи вторичного воздуха в форме воздушных струй в печь котла-утилизатора, где упомянутая печь имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки, устройства распыления черного щелока, расположенные на упомянутых стенках на уровне, и множество воздушных каналов, расположенных на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках, для введения воздуха в печь от подвода воздуха, причем упомянутая установка содержит один горизонтальный уровень вторичного воздуха, расположенный выше самого нижнего уровня или уровней воздуха и ниже уровня или уровней распыления черного щелока, и вторичный воздух подается от двух противолежащих стенок на упомянутом уровне, а каналы для вторичного воздуха расположены так, чтобы струи воздуха вводить с чередующейся конфигурацией, имеющей четное количество струй на одной противолежащей стенке и нечетное количество струй на другой противолежащей стенке. Воздушный канал имеет площадь А и ширину W, а отношение площади к ширине с показателем степени, равным 2, (A/W²) составляет более 4, предпочтительно более 10.

Изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид в поперечном разрезе котла-утилизатора;

фиг.2 - вид сбоку нижней части печи котла-утилизатора с установкой каналов для вторичного воздуха согласно варианту осуществления изобретения;

фиг.3 - вид сверху нижней части печи котла-утилизатора с установкой струй вторичного воздуха согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.1 изображает обычный котел-утилизатор. Котел 1 содержит печь 2, обеспеченную днищем, стенками 4 котла и суперподогревателем 5. В процессе горения у днища печи образуется пласт высушенного и частично сожженного черного щелока. Расплавленные химические продукты протекают через пористый пласт к днищу печи, откуда они перемещаются, переливаясь через край по желобу для расплава в резервуар 7 для растворения. Черный щелок вводят в печь через отверстия в зоне 8. Воздух вводят с трех различных уровней: каналы 9 первичного воздуха, каналы 10 вторичного воздуха и каналы 11 третичного воздуха.

Как известно, печь котла-утилизатора имеет переднюю стенку, заднюю стенку и боковые стенки. Устройства распыления черного щелока расположены на этих стенках на одном или нескольких уровнях. Множество воздушных каналов расположен на нескольких горизонтальных уровнях на упомянутых стенках для введения воздуха в печь от подвода воздуха.

Согласно данному изобретению воздушные каналы печи для подачи вторичного воздуха расположены определенным образом. В связи с данным изобретением термин "вторичный воздух" используется для обозначения воздуха, который вводится между самым нижним воздушным уровнем, то есть уровнем первичного воздуха, и уровнем или уровнями распыления черного щелока. В установке по изобретению вторичный воздух подают в виде чередующихся струй от двух противолежащих стенок, по меньшей мере, на двух уровнях, предпочтительно на двух уровнях.

Каждый уровень вторичного воздуха имеет четное количество струй на одной противолежащей стенке и нечетное количество струй на другой противолежащей стенке, как показано на фиг.3. Первый набор струй вторичного воздуха показан на фиг.3. В этой чередующейся конфигурации поток вторичного воздуха, поступающий из воздушного канала, расположенного на стенке, имеющей четное количество воздушных каналов, направлен между двумя соседними воздушными каналами противолежащей стенки, имеющей нечетное количество воздушных каналов. Потоки воздуха, поступающие от противолежащих стенок, минуют друг друга, фактически не сталкиваясь друг с другом. Каналы для вторичного воздуха различных уровней воздуха расположены на тех же стенках, например, на передней и задней стенках.

Согласно варианту осуществления изобретения, как показано на фиг.2, размещенные один над другим каналы для вторичного воздуха двух уровней воздуха расположены в вертикальных рядах так, что составляют поперечное расстояние D в горизонтальном направлении. Расстояние D измеряют так, что оно составляет расстояние между продольными осевыми линиями двух воздушных каналов, одного над другим. На фиг.1 D₁ представляет расстояние между продольными осевыми линиями а и b. D составляет меньше 1,5×Н или меньше 1,5×W в зависимости от того, которое число больше. Н - высота самого высокого воздушного канала, а W - ширина самого широкого канала для вторичного воздуха из двух уровней воздуха. Из-за циркуляции воды в трубах, образующих стенки печи, может быть выгодно иметь такое поперечное расстояние между воздушными каналами, одного над другим.

Поперечное расстояние (D) предпочтительно составляет менее 1,0×Н или менее 1,0×W. Обычно это поперечное расстояние между двумя воздушными каналами, одного над другим, составляет 0,075-0,16 м.

Два уровня вторичного воздуха расположены так, что между уровнями воздуха имеется вертикальное расстояние V. Расстояние V измеряется как расстояние в вертикальном направлении между поперечными осевыми линиями воздушных каналов, одного над другим, на фиг.2 это линии d и е. Это расстояние V удовлетворяет следующей формуле: V/L 0,5, где L - расстояние между двумя соседними каналами для вторичного воздуха на одинаковом уровне воздуха при измерении от продольных осевых линий соседних воздушных каналов. На фиг.2 расстояние L представляет собой расстояние между линиями b и с. Значение расстояния L зависит, например, от количества воздушных каналов стенки. Когда оно составляет четное количество каналов на одной стенке и нечетное количество каналов на противолежащей стенке, значение L, используемое в вышеупомянутой формуле, представляет минимум этих значений L.

Обычно V/L составляет 0,05-0,5, предпочтительно 0,25-0,5. Обычно вертикальное расстояние V составляет 1-2 метра.

Форма вторичных воздушных каналов предпочтительно близка к форме шестигранника, чтобы свести к минимуму площадь неохлажденных областей ребер, каналы для вторичного воздуха имеют площадь А и ширину W. Отношение между площадью и шириной в квадрате, A/W², предпочтительно составляет более 4, но оно также может быть меньше. Например, отношение может изменяться от 5 до 10. Существенная особенность изобретения состоит в том, что каждый канал для вторичного воздуха ближе к воздушному каналу, расположенному выше него, чем к соседнему воздушному каналу на том же уровне. В крайнем случае вертикальное расстояние V близко к 0, благодаря чему два канала для вторичного воздуха, расположенные друг над другом, будут заменены одним каналом для вторичного воздуха, который является очень высоким и узким.

Как правило, самый низкий первичный уровень расположен приблизительно на расстоянии 0,7-1,0 м от основания печи (от уровня расплава). Расстояние между первичным уровнем и самым нижним вторичным уровнем, имеющим воздушные струи только на двух стенках, составляет приблизительно 0,8-1,5 м, и в этом случае самый нижний вторичный уровень находится приблизительно на расстоянии 1,5-2,5 м от основания печи (от уровня расплава). Нижний вторичный уровень, имеющий воздушные струи на четырех стенках, расположен приблизительно на расстоянии 1-1,4 м от уровня расплава.

Воздушные каналы того же уровня вторичного воздуха не должны быть расположены точно на той же высоте на противолежащих стенках. Это означает, что струи вторичного воздуха на противолежащих стенках на том же уровне воздуха не располагаются в той же горизонтальной плоскости. Однако различие между высотами воздушных каналов одного и того же уровня на противолежащих стенках составляет менее 10% от глубины печи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления воздушные струи уровней вторичного воздуха располагаются на передней и задней стенках печи, но установку по изобретению можно применять также и к боковым стенкам печи.

Количество струй на уровнях вторичного воздуха отличается следующими величинами в зависимости от рабочей вместимости горения используемых сухих твердых веществ в растворе щелока котла-утилизатора:

рабочая вместимость: менее 500 метрических тонн твердых веществ отработанной жидкости за 24 часа: 1+2 струи на уровень (6 струй вместе в случае двух уровней воздуха)

500-1500: 1+2 или 2+3 струи на уровень

1500-2500: 2+3 или 3+4 струи на уровень

2500-4000: 2+3, 3+4 или 4+5 струй на уровень

>4000: 3+4, 4+5, 5+6 или 6+7 струй на уровень.

Где выражение "1+2 струи на уровень" означает, что одна струя расположена на одной из противолежащих стенок, а две струи расположены на другой противолежащей стенке. Фиг.2 и 3 изображают расположение 2+3 на двух уровнях.

Согласно изобретению скорость вторичного воздуха, подаваемого через воздушные каналы в печь, составляет предпочтительно, по меньшей мере, 40 м/с.

Чтобы предотвратить образование вертикальных струй, которые могут пробить область заключительного горения, где может иметь место заключительное горение несгоревших газов, количество воздушных струй на каждом уровне третичного воздуха в заявляемой установке больше количества воздушных струй на уровнях вторичного воздуха. Предпочтительно вертикальное расстояние между самым нижним уровнем третичного воздуха и уровнем распыления черного щелока более чем в два раза превышает вертикальное расстояние между каждым вторичным уровнем воздуха.

В установке согласно изобретению подача воздуха для горения может быть связана со средствами для передачи дымового газа от котла-утилизатора для рециркуляции части дымового газа в печь. Подача воздуха также может быть связана с линией для пахучих газов для введения газов в печь.

В то время как изобретение было описано по отношению к тому, что в настоящее время полагают самым практическим и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, а напротив, предназначено, чтобы охватить различные модификации и эквивалентные установки, не выходя при этом за рамки объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение также охватывает вариант осуществления, согласно которому описанные выше струи вторичного воздуха образуют первый набор струй вторичного воздуха. В дополнение к первым воздушным струим второй набор струй вторичного воздуха расположен на противолежащих стенках на горизонтальных уровнях воздуха так, чтобы первая и вторая воздушные струи образовывают противостоящие пары, и поток воздуха через каждую вторую струю составляет менее 25% от потока воздуха противостоящей первой струи. Основная часть, то есть более 75% воздуха, вводится через первые струи. Воздушные каналы для вторых воздушных струй расположены один над другим таким же образом, что и первые воздушные каналы, описанные выше. Согласно другому варианту осуществления изобретения второй набор каналов для вторичного воздуха расположен близко к углам печи или в углах, из-за чего поток воздуха вторых струй составляет менее 25% от потока воздуха первых струй. Один канал вторичного воздуха предпочтительно расположен в каждом углу. Потоками газов в областях углов печи можно управлять посредством этих более слабых струй воздуха. Однако полный поток вторичного воздуха предпочтительно вводят в печь через первый набор струй, когда печь не имеет вторых воздушных струй.