Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКСНЫЙ РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ РОТОРНЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в процессах охлаждения дымовых газов совместно с очисткой их от вредных примесей в регенеративных роторных воздухоподогревателях котельных установок.

Известен регенеративный вращающийся (роторный) воздухоподогреватель, содержащий корпус, с размещенным внутри ротором и набивкой, выполненной из гофрированных листов, в зазорах между которой на горячей стороне, помещен слой катализатора толщиной 80-100 мм, в котором происходит дожигание несгоревших остатков топлива, приносимых дымовыми газами из топки котла. [А.с. СССР №1476253, МКл⁴. F23L 15/02, 1987].

Основным недостатком известного воздухоподогревателя является невозможность очистки дымовых газов от вредных коррозионноактивных примесей (оксидов азота, оксидов серы, оксида углерода, воды (NO_x, SO_x, CO, H₂O), что вызывает ускоренный коррозионный износ (особенно на холодной стороне воздухоподогревателя) металлической набивки и, в конечном счете, снижает его экономическую и экологическую эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является система подогрева воздуха уходящими газами с одновременной очисткой последних, включающая вращающийся роторный воздухоподогреватель, состоящий из короба, снабженного патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, ротора, заполненного насадкой (набивкой) и устройства очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, выполненные в виде дисковых роторов, частично погруженных в ванну с поглотительным раствором и размещенных по ходу движения газа за воздухоподогревателем [А.с. СССР №1041808, МКл. F23L 15/02, 1983].

Основными недостатками известной системы подогрева воздуха является сложность и громоздкость оборудования дополнительных устройств очистки, невозможность утилизации несгоревших остатков топлива и СО, что снижает экономическую и экологическую эффективность работы роторного воздухоподогревателя и котельной установки в целом.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение коррозионного износа металлической набивки путем совмещения процесса нагрева воздуха с очисткой дымовых газов от корозионноактивных примесей (оксидов азота, оксидов серы, оксида углерода, воды (NO_x, SO_x, CO, Н₂О) и остатков несгоревшего топлива в самом аппарате, что увеличивает экономическую и экологическую эффективность работы роторного воздухоподогревателя и котельной установки в целом.

Технический результат достигается тем, что комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель включает короб, снабженный патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха, в который помещен ротор с радиальными ячейками, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции, заполненной набивкой, выполненной из теплоемкого материала (металлических листов, огнеупорного кирпича, колец Рашига и т.д.) и примыкающей к холодной стороне секции очистки, состоящей из контейнера с перфорированным дном, в котором помещены гранулы пемзы, изготовленной из основных металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб соединен с холодной стороны газового отсека с патрубком выхода дымовых газов через расширитель, снабженный коническим днищем и каплеотбойником.

Предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель представлен на фиг.1-4, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2, 3, 4 - разрезы ячейки с набивкой.

Предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель включает короб 1, в котором помещен ротор 2 с радиальными ячейками 3, каждая из которых состоит из расположенной по ходу движения дымовых газов, примыкающей к горячей стороне аккумуляционной секции 4, заполненной набивкой 5, выполненной из теплоемкого материала (металлических листов, огнеупорного кирпича, колец Рашига и т.д.) и примыкающей к холодной стороне секции очистки 6, состоящей из контейнера с перфорированным дном 7, в котором помещены гранулы пемзы 8, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 диаметром от 20 до 40 мм, причем короб 1 соединен с холодной стороны газового отсека с расширителем 9, снабженным коническим днищем 10 и каплеотбойником 11 и снабжен патрубками входа и выхода дымовых газов и воздуха 12, 13, 14, 15, соответственно.

Охлаждение и очистка дымовых газов в комплексном регенеративном роторном воздухоподогревателе осуществляется следующим образом. Горячие дымовые газы из патрубка 12 с горячей стороны в газовом отсеке распределяются по ячейкам 3, вращающимся с ротором 2, проходят через аккумуляционные секции 4, где охлаждаются до температуры близкой к температуре конденсации водяных паров, одновременно нагревая теплоемкий материал набивки 5 и далее поступают в секции очистки 6, заполненные гранулами пемзы 8 диаметром от 20 до 40 мм, изготовленной из основных металлургических шлаков (диаметр гранул 8 назначен из условий обеспечения минимального аэродинамического сопротивления секций очистки 6 и номенклатуры размеров гранул металлургической пемзы). Основная металлургическая пемза представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из окиси кальция, окиси кремния, окиси алюминия и частично из окиси магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) с модулем основности М>1 и высоким значением коэффициента теплоемкости [Строительные материалы.. Справочник. Под ред. Болдырева А. С. и др. - М.: Стройизд., 1989, с.423; Домокеев А. К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с.163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам 8 основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси в охлаждаемых дымовых газах (NO_x, SO_x, CO). Кроме того, исходя из своего состава, металлургические шлаки устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов дымовых газов, широко доступны и относительно дешевы. Дымовые газы, двигаясь сверху вниз через гранулы 8, также аккумулирующие тепло, охлаждаются до температуры конденсации находящихся в них водяных паров с образованием конденсата и проникают в их поры, в которых за счет предыдущего цикла остаются капли кислого конденсата. Адсорбированные оксиды азота и серы в порах гранул 9 обладают повышенной реакционной способностью, обусловленной их взаимодействием с поверхностью адсорбента-гранул шлаковой пемзы [Неницеску К. Общая химия - М.: Мир, 1968, с.298], поэтому окисляются кислородом со скоростью большей, чем в газовой фазе с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SO₃, которые, в свою очередь, взаимодействуют с каплями свежего и кислого конденсата с образованием соответствующих кислот HNO₃ и H₂SO₄, которые за счет сил тяжести и динамического воздействия потока газа выносятся из секции очистки 6 в расширитель 9. В расширителе 9 скорость дымовых газов резко уменьшается, в результате чего капли кислого конденсата под действием силы тяжести опускаются в коническое днище 10, куда также стекают капли конденсата, задержанные каплеотбойником 11, после чего охлажденные и очищенные от вредных веществ выбрасываются в атмосферу, а кислый конденсат направляется на очистку от кислотных компонентов для их дальнейшей утилизации. Ячейки 3 с горячей набивкой 5. в результате вращения ротора 2 поступают в воздушный отсек воздухоподогревателя, в который через патрубок 14 поступает дутьевой воздух. Нагреваемый воздух в секциях очистки 6 ячеек 3, двигаясь снизу вверх, охлаждает гранулы 8, также окисляя оставшиеся адсорбированные оксиды азота и серы в их порах с образованием легко растворимых в воде NO₂ и SO₃, которые взаимодействуют с каплями свежего и кислого конденсата с образованием соответствующих кислот, капли которых остаются на поверхности гранул 8 и в их капиллярах. Из секций очистки 6 воздух поступает в аккумуляционные секции 4, где окончательно нагревается и подается в топку котла. При этом, оставшиеся в секциях очистки 6 оксиды азота и серы, оксид углерода (который окисляется значительно труднее), остатки топлива (CH₄, капли мазута, угольная пыль), частично уносятся потоком дутьевого воздуха, поступая, в конечном счете, в топку котла на сжигание, уменьшая тем самым потери тепла за счет снижения химического и механического недожога. Кроме того, очистка гранул пемзы 8 от осажденных твердых примесей регулярно проводится во время режимных мероприятий очистки всей набивки 5 при промывке ее водой.

Время замены гранул 8 металлургической пемзы определяют по увеличению содержания вредных примесей в дымовых газах на выходе из воздухоподогревателя и увеличению его аэродинамического сопротивления (режимную продолжительность работы секций очистки 6 устанавливают на основании экспериментальных исследований для данного предприятия и вида металлургического шлака).

Замена отработанных гранул 8 металлургической пемзы в секциях очистки 6 проводится по мере необходимости или во время планового ремонта через специальные люки в бортовой стенке короба 1 (на фиг.1-4 не показаны) путем извлечения контейнеров 7 с отработанными гранулами 8 из ячеек 3 и установки на их место аналогичных контейнеров 7, заполненных свежими гранулами 8.

Высота секции очистки 6 предварительно определяется, исходя из основных двух факторов:

1. степени очистки дымовых газов от вредных примесей (NO_x, SO_x, CO);

2. температуры конденсации водяных паров, находящихся в дымовых газах и соответственно, начала коррозии теплоемкого материала гранул 5 аккумуляционной секции 4.

Таким образом, предлагаемый комплексный регенеративный роторный воздухоподогреватель позволяет нагревать дутьевой воздух, одновременно проводить охлаждение и очистку дымовых газов от оксидов азота, серы, паров воды (NO_x, SO_x, Н₂О) и частично утилизировать оксид углерода (CO), несгоревшие остатки топлива (СН₄ и др.) путем подачи их с дутьевым воздухом для сжигания непосредственно в топку котла, уменьшить коррозионный износ металлической набивки и тем самым увеличить срок ее эксплуатации, что позволяет увеличить экологическую и экономическую эффективность процесса нагрева воздуха, а также увеличить коэффициент полезного действия котельной установки.