Патент на изобретение №2328654
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ТОПКА СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В РАСПЛАВЕ
(57) Реферат:
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания твердого топлива, переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций и государственных районных электростанций в барботируемом кислородосодержащим газом шлаковом расплаве и получения пара энергетических параметров. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности топки сжигания топлива в расплаве за счет совершенствования ее конструкции. Указанный технический результат достигается в топке сжигания твердого топлива в расплаве, содержащей кессонированную шахту, боковые и торцевые дутьевые фурмы с соплами, свод, подину, загрузочные устройства и приспособления для выпуска жидких и газообразных продуктов плавки, согласно изобретению тем, что в горне топки по всему периметру кессонированной шахты установлены подкладные и закладные кессоны на глубину 10-12 калибров дутьевых фурм и с шагом между кладкой, равным 1-3 толщинам закладного кессона. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.шл – удельная производительность топки, т/м2·сут; – максимальная удельная производительность топки, т/м2·сут; а – длина топки, м; а’ – искомая длина топки, м; b – ширина топки, м; qкес – потери тепла с водой охлаждающей кессоны, кВт; qшл – потери тепла со шлаком, кВт. Установка газоуплотняющего устройства в топке на стыке топка-котел по периметру энергетического котла позволяет полностью исключить как подсос из атмосферы, так и выбивание отходящих газов за счет снижения разрежения внутри котла. Выбор оптимальной длины топки позволяет снизить потери с низкопотенциальным теплом и тем самым повысить тепловую мощность энергетического котла. Топка сжигания твердого топлива в расплаве и энергетический котел образуют энерготехнологический комплекс. На фиг.1 схематично представлен энерготехнологический комплекс, включающий топку и котел; на фиг.2 – разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 – узел I на фиг.1; на фиг.4 – узел II на фиг.2; на фиг.5 – разрез Б-Б на фиг.1. Топка состоит из прямоугольной шахты 1, набранной из медных водоохлаждаемых кессонов, загрузочных устройств 2, перегородки 3, разделяющей топку на две зоны: предтопочную камеру 4 – зону загрузки и подготовки твердого топлива к интенсивному сжиганию в зоне полного сжигания твердого топлива, дутьевых (боковых) фурм 5 с соплами, торцевых дутьевых фурм 6 предтопочной камеры 4, горна 7, перегородки 8 с квадратными глиссажными трубами 9, окна 10 для непрерывного выпуска шлака, сифона 11, шпуровых устройств 12 для периодического выпуска металлического расплава, кожуха 13 горна 7, радиационной шахты 14 котла, барабанов-сепараторов 15 и конвективной шахты 16 котла, а горн 7 топки оборудован подкладными 17 и закладными 18 кессонами. Газоуплотняющее устройство топки состоит из огнеупорных блоков 21, установленных по периметру радиационной шахты 14 на стыке топка-котел, обечайки 19 котла и песочной ванны 20. Кожух 13 горна 7 топки состоит из отдельных металлических секций. На фиг.5 показаны сжимающие кожух 13 устройства, состоящие из продольных 23 и поперечных 24 шпилек, оснащенных пружинами 25 (фиг.2 разрез А-А фиг.1) и гайками 22. Кроме того, топка имеет свод 26. Снижение потерь низкопотенциального тепла с водой, охлаждающей кессоны и выбор оптимальной длины топки определяется по формуле, составленной эмпирическим путем: , где – относительная удельная производительность топки, т/м2·сут;
– максимальная удельная производительность топки, т/м2·сут; а – длина топки, м; а’ – искомая длина топки, м; b – ширина топки, м; qкес – потери тепла с водой охлаждающей кессоны, кВт; qшл – потери тепла со шлаком, кВт. Топка работает следующим образом. Твердое топливо совместно с золошлаковыми отходами через загрузочные устройства 2 поступает в предтопочную камеру 4 с торцевыми фурмами 6, попадает в интенсивно барботирумый кислородосодержащим газом силикатный шлаковый расплав, мгновенно им ассимилируется, нагревается и за счет взрывного испарения влаги и летучих газов угля декретирует на мелкие частицы и сгорает в расплаве. Золошлаковые отходы одновременно с углем прогреваются до температуры плавления и под воздействием высоких температур ванны 20 расплава переходят в жидкотекучее состояние. В шахте 1 топки, имеющей переменное поперечное сечение, происходит полное сгорание топлива и формирование шлака заданного состава, а отходящие газы уходят в радиационную 14 и конвективную 16 шахты котла, где вырабатывается пар энергетических параметров. Установка подкладных 17 и закладных 18 кессонов в горне 7 топки (см. фиг.2 и фиг.4 – узел II фиг.2) на глубину h=10-12 калибров дутьевых фурм 5, 6 и установка закладных кессонов 18 с шагом Вся масса кессонированной шахты 1 лежит на подкладных кессонах 17, которые равномерно распределяют эту нагрузку по всей поверхности горна 7, а в период разогрева растущая в длину и ширину огнеупорная кладка плавно скользит по нижней поверхности подкладных кессонов 17, не нарушая целостности кладки и охлаждает ее. Установка подкладных и закладных кессонов 17 и 18 на глубину менее 10 калибров дутьевых фурм 5, 6 приведет к разгару футеровки горна 7, находящейся ниже последнего закладного 18 кессона, что резко сократит срок службы топки. Установка подкладных 17 и закладных 18 кессонов на глубину более 12 калибров дутьевых фурм 5, 6 нежелательно, т.к. последние закладные 18 кессоны будут работать в зоне металлического расплава, что чрезвычайно опасно ввиду взрыва при попадании воды в металлический расплав. Кроме того, нежелателен дополнительный съем тепла в зоне металлического расплава ввиду снижения его жидкотекучести. Установка закладных кессонов 18 с шагом менее одной его толщины приведет к лишнему переохлаждению футеровки и дополнительному расходу дорогостоящей меди на изготовление дополнительного количества закладных кессонов. Установка же закладных кессонов 18 с шагом более трех его толщин приведет к разгару футеровки за счет снижения охлаждения и сокращения срока службы горна 7 и топки. Конструкция газоуплотняющего устройства топки (см. фиг.3 – узел I фиг.1) сделана таким образом, что обечайка 19 котла с огневой стороны защищена огнеупорными блоками 21, установленными по всему периметру котла. Погружение обечайки 19 на глубину Нгид. позволяет исключить как подсосы атмосферного воздуха, так и выбивание отходящих газов из котла. Гидравлическое сопротивление Нгид. песочной ванны 20 должно быть всегда больше возможного давления внутри котла на 20-100 мм вод. ст., т.е. соответствовать неравенству: , где Нгид. – гидравлическое сопротивление слоя песочной ванны на глубину погружения обечайки котла, мм вод. ст.; – разрежение отходящих газов в котле при штатной работе, минус 10-20 мм вод. ст.; – резкое снижение разрежения в котле, переходящее в давление, плюс 10-100 мм вод. ст. Кожух 13 горна 7 (фиг.5 разрез Б-Б фиг.1) набирается из отдельных металлических секций, как с торцевых, так и с продольных сторон горна 7. Секции не связаны между собой, что позволяет снимать с кожуха 13 горна 7 большие нагрузки в период роста кладки с момента разогрева и до окончания ее роста. Каждая секция сжимается с помощью продольных 23 и поперечных 24 шпилек, оснащенных мощными пружинами 25 и гайками 22. Пружины 25 устанавливаются непосредственно на плоскости каждой секции. Оснащение кожуха 13 горна 7 сжимающимися устройствами позволяет технически грамотно и в соответствии с «графиком разогрева» осуществить разогрев огнеупорной кладки, что полностью исключает условия, при которых велика вероятность разрушения кладки (растрескивание кирпичей и даже ее вспучивание) из-за несвоевременно снятых громадных усилий, возникающих при росте кладки. Снятие этих усилий идет путем наблюдения за состоянием пружин 25 и своевременного раскручивании гаек 22 на продольных 23 и поперечных 24 шпильках. Размеры роста кладки как в длину, так и в ширину, измеряются с помощью реперных флажков, установленных возле каждой шпильки 23 и 24. Снижение потерь низкопотенциального тепла с водой, охлаждающей кессоны, способствует увеличению тепловой мощности котла, а выбор оптимальной длины топки определяется по эмпирической формуле: Таким образом, использование топки сжигания твердого топлива в расплаве позволяет за счет установки в ее горне 7 подкладных и закладных кессонов 17 и 18 на глубину 10-12 калибров фурм 5 и 6, считая от верхней поверхности подкладного кессона 17 и с шагом между закладными кессонами 18, равным 1-3 их толщины, увеличить срок службы горна 7 между капитальным ремонтами, а установка газоуплотняющего устройства в топке на стыке топка-котел, оснащенного с огневой стороны огнеупорными блоками 21, а с холодной стороны песочной ванной 20 позволяет с помощью обечайки 19 котла добиться герметичности стыка топка-котел за счет ее погружения в песочную ванну 20 на глубину, обеспечивающую гидравлическое сопротивление всегда больше возможного давления газов внутри котла на 20-100 мм вод. ст., что исключает как подсос воздуха из атмосферы, так и выбивание газов из котла. Монтаж кожуха 13 горна 7 топки из отдельных металлических секций по его периметру и сжимаемых с помощью продольных и поперечных шпилек 23 и 24, оснащенных мощными пружинами 25 и гайками 22, позволяет снимать возникающие при разогреве огнеупорной кладки огромные усилия в период ее активного роста, за счет снятия нагрузки с пружин 25 путем раскручивания гаек 22, установленных на шпильках 23 и 24. Все выше указанное дает возможность технически грамотно ввести в рабочее состояние огнеупорную кладку, не повредив ее. Снижение потерь низкопотенциального тепла с водой, охлаждающей кессоны, и выбор оптимальной длины топки определяется по эмпирической формуле: Формула изобретения
1. Топка сжигания твердого топлива в расплаве, содержащая кессонированную шахту, боковые и торцевые дутьевые фурмы с соплами, свод, подину, загрузочные устройства и приспособления для выпуска жидких и газообразных продуктов плавки, отличающаяся тем, что в горне топки по всему периметру кессонированной шахты установлены подкладные и закладные кессоны на глубину 10-12 калибров дутьевых фурм и с шагом между кладкой, равным 1-3 толщинам закладного кессона. 2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что на стыке топка-котел топка оснащена газоуплотняющим устройством, обечайка котла с огневой стороны защищена огнеупорными блоками, установленными по всему периметру котла, а глубина погружения обечайки в песочную ванну обеспечивает гидравлическое сопротивление, соответствующее неравенству где Нгид – гидравлическое сопротивление слоя песочной ванны на глубине погружения обечайки котла, мм вод. ст.; Р– отх.газ. – разрежение отходящих газов в котле при штатной работе, минус 10-20 мм вод. ст.; Р+ отх.газ. – резкое снижение разрежения в котле, переходящее в давление, плюс 10-100 мм вод. ст. 3. Топка по п.1, отличающаяся тем, что кожух горна собирается из отдельных металлических секций, не связанных между собой, и сжимается по длине и ширине шпильками, оснащенными пружинами и гайками. 4. Топка по п.1, отличающаяся тем, что выбор оптимальной длины топки определяется по эмпирической формуле где – относительная удельная производительность топки, т/м2·сут;
– максимальная удельная производительность топки, т/м2·сут; а – длина топки, м; а’ – искомая длина топки, м; b – ширина топки, м; qкес – потери тепла с водой, охлаждающей кессоны, кВт; qшл – потери тепла со шлаком, кВт.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
шл – удельная производительность топки, т/м2·сут;
, равным 1-3 толщинам закладного кессона 18, обеспечивает долговременную защиту кладки горна 7 от ее разгара в зоне интенсивного движения шлакового расплава в подфурменной зоне, т.к. она защищена слоем гарнисажа, постоянно работающим в тепловом динамическом равновесии Qприх=Qрасх. (приход тепла в этой зоне равен расходу тепла).