Призматическая осадительная камера

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котлах, сжигающих твердое топливо, котлах-утилизаторах промышленных установок для вывода золы и пыли перед сбросом продуктов сгорания в атмосферу через дымовые трубы.

Известен пылезолоуловитель, содержащий вертикальную циклонную камеру с настенным окном для ввода запыленного потока, потолочным окном для выпуска очищенного газа и подовым окном для вывода уловленной пыли (Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод. Издание третье. Под ред. С.И. Мочана. Л.: Энергия, 1977. - с. 89).

Недостаток пылеуловителя - низкая эффективность вывода пыли из потоков запыленного газа перед дымовыми трубами.

Известен пылезолоуловитель, содержащий циклонную камеру с настенным окном для ввода запыленного потока, окном для вывода очищенного газа, подовым окном для вывода пыли, систем водоорошения запыленного потока и смыва твердых отложений со стен скруббера (патент РФ №2306485; F23J 3/04 от 05.06.2006 г.; опубл. в БИ №26 20.09.2007 г.).

Недостаток золоуловителя - большой расход воды и электроэнергии для очистки газов от пыли и золы при недостаточно высокой степени их очистки.

Известна призматическая осадительная камера, содержащая вертикальные переднюю, заднюю и боковые стены, горизонтальные потолочное перекрытие и подовое пылевыводящее окно, размещенные на передней и задней стенах с примыканием к потолочному перекрытию окна для ввода и вывода запыленного и очищенного газового потока, установленная с примыканием к потолочному перекрытию четырехгранная вертикальная пылеловушка, имеющая рабочую полость, заднюю и боковые вертикальные стены, переднюю стену с вертикально-щелевым окном, подовое горизонтальное пылевыводящее окно, размещенное в общей горизонтальной плоскости с подовым горизонтальным пылевыводящим окном осадительной камеры, подключенный к подовому окну осадительной камеры бункер для сбора и вывода пыли (патент РФ №2462663; F23J 3/04 от 24.02.2011 г.; опубл. в БИ №27 27.09.2012 г.).

Недостаток осадительной камеры - коробление пылеловушек и снижение эффективности очистки при подаче высокотемпературных газов.

Известен пылезолоуловитель, оснащенный системой охлаждения из настенных вертикальных водонагревательных труб (патент РФ №2380616; F23J 11/00 от 11.09.2008 г.; опубл. в БИ №3 27.01.2010 г.).

Недостаток пылезолоуловителя - низкая эффективность общего суммарного золоулавливания и охлаждения газового потока, повышенные затраты электроэнергии и воды.

Известна наиболее близкая предлагаемому устройству призматическая осадительная камера, содержащая вертикальные переднюю, заднюю и боковые стены, горизонтальные потолочное перекрытие и подовое пылевыводящее окно, размещенные на передней и задней стенах с примыканием к потолочному перекрытию окна для ввода и вывода запыленного и очищенного газовых потоков, установленные с примыканием к потолочному перекрытию и скомпонованные в продольные и поперечные ряды с постоянными шагами в шахматном порядке четырехгранные вертикальные пылеловушки, имеющие рабочие полости, задние и боковые вертикальные стены, передние вертикальные стены с вертикально-щелевыми окнами, подовые горизонтальные пылевыводящие окна, размещенные в общей горизонтальной плоскости с подовым горизонтальным пылевыводящим окном осадительной камеры, а также вертикальные водонагревательные трубы (патент РФ №2373460, F23J 3/04 от 19.05.2008 г., опубл. в БИ №32 20.11.2009 г.). Устройство имеет недостаток - снижение надежности и эффективности при подаче высокотемпературных запыленных газов.

Задача изобретения - повышение надежности и эффективности при подаче высокотемпературных газов.

Для этого в предлагаемой призматической камере, содержащей вертикальные переднюю, заднюю и боковые стены, горизонтальные потолочное перекрытие и подовое пылевыводящее окно, размещенные на передней и задней стенах с примыканием к потолочному перекрытию окна для ввода и вывода запыленного и очищенного газовых потоков, установленные с примыканием к потолочному перекрытию и скомпонованные в продольные и поперечные ряды с постоянными шагами в шахматном порядке четырехгранные вертикальные пылеловушки, имеющие рабочие полости, задние и боковые вертикальные стены, передние вертикальные стены с вертикально-щелевыми окнами, подовые горизонтальные пылевыводящие окна, размещенные в общей горизонтальной плоскости с подовым горизонтальным пылевыводящим окном осадительной камеры, а также вертикальные водонагревательные трубы, согласно изобретению вертикальные водонагревательные трубы объединены в группы с условными поперечными центральными плоскостями, в каждой группе трубы установлены в продольных и поперечных рядах, трубные группы и продольные ряды пылеловушек размещены в камере поочередно с постоянным шагом между центральными условными плоскостями групп s_гр, равным шагу продольных рядов пылеловушек s_пл и составляющим s_гр=s_пл=(1,5-2,5)В, где В - ширина боковых стен пылеловушек, м.

При объединении водонагревательных труб в группы и чередовании групп с продольными рядами пылеловушек достигается достаточная активность теплообмена и охлаждения газовых потоков для обеспечения надежной работы внутренних элементов осадительной камеры - пылеловушек; при шаге s_гр между центральными условными продольными плоскостями трубных групп, равном шагу s_пл продольных рядов пылеловушек, минимизируются последствия газодинамического воздействия установки труб в камере, обеспечивается максимальное пылеулавливание М_вн≈М, где М_вн, М - количество улавливаемой пыли (золы) при наличии и отсутствии водонагревательных труб, а также при фиксированных характеристиках поперечного размещения внутренних элементов камеры: шаге труб С₃ и ловушек С₂, ширине С и высоте Н_пл ловушек, ширине вертикально-щелевых окон С₁.

Характеристики продольного размещения в предлагаемом изобретении не рассматриваются, они имеют оптимальные диапазоны и являются предметом иного изобретения. Для продольного размещения труб и ловушек должно выполняться дополнительное условие: s_гр=s_пл=(1,5-2,5)B, где В - ширина боковых стен пылеловушек, м. Как только s_гр<s_пл или s_гр>s_пл, a s_гр<1,5B или s_гр>2,5B параметр М_вн резко скачкообразно снижается, что говорит об оптимальности соотношений s_гр=s_пл=(1,5-2,5)B, обеспечивающих достижение поставленной задачи.

Предлагаемое изобретение представлено на чертежах, где на фиг. 1 показана схема его продольного разреза; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пример размещения предлагаемого устройства в промышленной технологии охлаждения и вывода пыли при сбросе газообразных продуктов в атмосферу.

Призматическая осадительная камера 1 на фиг. 1, 2 содержит вертикальные переднюю, заднюю и боковые стены 2, 3 и 4, 5 соответственно, горизонтальные потолочное перекрытие 6 и подовое пылевыводящее окно 7, размещенные на передней и задней стенах 2, 3 с примыканием к потолочному перекрытию 6 окна 8, 9 соответственно для ввода и вывода запыленного и очищенного газовых потоков 10, 11, установленные с примыканием к потолочному перекрытию и скомпонованные в продольные k₁ и поперечные k₂ ряды с постоянными шагами s_пл и С₂ в шахматном порядке четырехгранные вертикальные пылеловушки 12, имеющие рабочие полости 13, задние и боковые стены 14 и 15, 16 соответственно, передние вертикальные стены 17 с вертикально-щелевыми окнами 18, подовые горизонтальные пылевыводящие окна 19, размещенные в общей горизонтальной плоскости m с подовым горизонтальным пылевыводящим окном 7 осадительной камеры 1, а также вертикальные водонагревательные трубы 20, объединенные в группы 21 с условными поперечными центральными плоскостями n, в каждой группе 21 трубы 20 установлены в поперечных и продольных рядах k₃ и k₄ соответственно, трубные группы 21 и продольные ряды пылеловушек 12 размещены в камере 1 поочередно с постоянным шагом между центральными условными плоскостями групп s_гр, равным шагу продольных k₁ рядов s_пл пылеловушек 12 и составляющим s_гр=s_пл=(1,5-2,5)В, где В - ширина боковых стен 15, 16 пылеловушек 12, м. К подовому окну 7 камеры 1 подключен бункер 22 для сбора и вывода частиц 23 пыли или золы. Трубы 20 подключены к коллекторам 24 на входе и 25 на выходе.

Работа призматической осадительной камеры 1 по фиг. 1, 2 осуществляется путем подачи через окно 8 запыленного потока 10 газа. Скорость потока 10 на входе в камеру 1 w_г≈10-20 м/c в камере 1 падает до значений w_г<1,0 м/с, это обеспечивает гравитационное выпадение частиц 23 пыли в направлении подового окна 7. В ловушках 12 на поверхности стен 14, 15, 16, 17 параметр w_г≈0 м/с, частицы 23 пыли (золы) ссыпаются вниз к окнам 19 и далее в бункер 22, где накапливаются; потоки 26 пыли или золы в дальнейшем удаляются транспортером, автотранспортом, гидроспособом (на фиг. 1, 2 не показано). Имеющие высокие значения температуры потоки 10 охлаждают водой 27, направляя ее в коллекторы 24; в трубах 20 вода воспринимает теплоту газового потока 10, охлаждает последний до безопасных по условиям необходимой надежности материала ловушек температуры. Это обеспечивает длительную работу пылеловушек без ремонтов. При охлаждении потока 10 происходит увеличение плотности и снижение скорости w_г, что дополнительно усиливает гравитационный эффект осаждения. Последовательное осаждение частиц в рядах k₁ пылеловушек 12 приводит к высокому эффекту очистки выводимых в атмосферу газов от частиц пыли и золы.

При объединении водонагревательных труб в группы и чередовании групп с продольными рядами пылеловушек достигается достаточная активность теплообмена и охлаждения газовых потоков для обеспечения надежной работы внутренних элементов осадительной камеры - пылеловушек; при шаге s_гр между центральными условными продольными плоскостями трубных групп, равном шагу s_пл продольных рядов пылеловушек, минимизируются последствия газодинамического воздействия установки труб в камере, обеспечивается максимальное пылеулавливание М_вн≈М, где М_вн, М - количество улавливаемой пыли (золы) при наличии и отсутствии водонагревательных труб, а также при фиксированных характеристиках поперечного размещения внутренних элементов камеры: шаге труб С₃ и ловушек С₂, ширине С и высоте Н_пл ловушек, ширине вертикально-щелевых окон С₁. Характеристики продольного размещения в предлагаемом изобретении не рассматриваются, они имеют оптимальные диапазоны и являются предметом иного изобретения. Для продольного размещения труб и ловушек должно выполняться дополнительное условие: s_гр=s_пл=(1,5-2,5)B, где В - ширина боковых стен пылеловушек, м. Как только s_гр<s_пл или s_гр>s_пл, a s_гр<1,5B или s_гр>2,5B параметр М_вн резко скачкообразно снижается, что говорит об оптимальности соотношений s_гр=s_пл=(1,5-2,5)В, обеспечивающих достижение поставленной задачи. При фиксированной геометрии и конструкции камеры в поперечном направлении значение параметра М_вн регулируют количеством рядов k₁ пылеловушек 12.

Практическое использование призматической осадительной камеры 1 связано с пылеугольными технологиями выработки пара в котлах при их установке в газовых трактах. В качестве примера на фиг. 3 показан паровой котел 29, имеющий топку 30 с горелками 31 и трубными экранами 32, а также соединительный газоход 33 с теплообменниками 34 и газоход 35 с воздухоподогревателем 36. Котел 29 оснащен мельницами 37 для приготовления угольной пыли 38 и ее подачи в горелки 31, вентиляторами 39 для подачи воздуха 40 в воздухоподогреватель 36, в мельницы 37 и горелки 31. Кроме того, котел 29 имеет дымососы 41, подключенные к дымовой трубе 42. Между соединительным газоходом 33 и газоходом 35 с воздухоподогревателем 36 установлена призматическая осадительная камера 1. Система водонагрева 20, 24, 25 камеры 1 подключена к теплообменной системе котла 29 с экранами 32 и водопаронагревателями 34. При работе котла в топке 30 формируется высокотемпературный пылеугольный факел 43, для поддержания которого через горелки 31 подают угольную пыль 38 и подогретый воздух 40, последний окисляет топливные частицы, они горят с выделением теплоты и образованием газообразных продуктов сгорания 44, загрязненных золовыми частицами 23.

Зола 23 - это частицы угольной породы; небольшое количество (до 15%) породных частиц в факеле 43 конгломерирует, оплавляется и в виде шлака 45 выводится из подовой части топки 30; основная масса породы (до 85%) в виде частиц золы 23 выносится из топки 30 с потоком продуктов сгорания 44. При движении факела 43 в топке 30 и газов 44 в соединительном газоходе 33, происходящем за счет тяги, создаваемой дымососами 41, часть теплоты факела 43 и газов 44 передается трубам экранов 32 и теплообменников 34. Поток частично охлажденных продуктов сгорания 10 поступает в окно 8 осадительной камеры 1. В камере 1 происходит очистка газов 10 от золы 23. Очищенный поток газов 11 поступает в воздухоподогреватель 36, из него с помощью дымососов 41 - в дымовую трубу 42 и в атмосферу. На фиг. 3 стрелками дополнительно обозначены потоки угля 46, насыщенного и перегретого пара 47, 48, выводимых в атмосферу газов 49.

При использовании призматической осадительной камеры в технологии выработки пара пылеугольным котлом на фиг. 3 помимо решения задачи изобретения снижения выбросов золы 23 в атмосферу и повышения надежности и снижения количества ремонтов пылеосадительных ловушек 12, достигается дополнительный эффект повышения надежности и срока эксплуатации труб воздухоподогревателя 36 при уменьшении их абразивного поверхностного износа из-за снижения количества зольных частиц 23 в потоке газов 11.

Осадительная камера может быть установлена в газовых трактах котлов, сжигающих уголь в слоевых топках и топках с кипящим слоем с достижением поставленной задачи и обеспечением эффектов снижения абразивного износа.

Кроме того, практическое использование осадительной призматической камеры связано с высокотемпературными промышленными технологиями на базе нагревательных и обжиговых печей. На фиг. 4 условно показан промышленный агрегат 50, подключенный к камере 1 через окно 8; окно 9 камеры 1 подключено к газоходу 51 с водонагревателем второй ступени 52 для получения горячей воды 53. При использовании камеры 1 в технологии на фиг. 4 решается также поставленная задача изобретения - снижение выбросов золы 23 в атмосферу и повышение надежности пылеловушек 12, а также минимизируется абразивный износ водонагревателя 52.

Во всех случаях практического использования камеры 1 поддерживаются соотношения s_гр=s_пл=(1,5-2,5)B. Отклонения от этого соотношения влекут снижение эффекта пылезолоулавливания.