Устройство для переработки расплава шлака

1 136Изобретение относится к котельной технике, к области использования физического тепла шлаков котельных агрегатов, работающих на твердом топливе с жидким шлакоудалением, и к обработке расплавленного шлака в произ- водстве металлов.Цель изобретения - интенсификация процесса сгорания топлива, повышение экономичности и уменьшение габаритов,На чертеже приведена схема.Устройство содержит приемную камеру 1, желоб 2 подачи жидкого шлака, сопла 3 с расширяющейся частью 4, воздуховод 5, циклон-осадитель 6, шахтную мигалку ВТИ 7, мигалку ВТИ 8 циклон-осадителя, патрубок 9 подвода холодного воздуха, патрубок 10 отвода подогретого воздуха, диффузор 11, цилиндрический канал 12, шлакопровод 13 и шнековый транспортер 14, теплоиэоляцию 15, форсунки 16, шлаководяные теплообменники (показаны условно) 17, трубопроводы 18 и 19 выхода воды из напорной системы водоснабжения, трубопроводы 20 и 21 выхода подогретой воды, запорную арматуру 22-29, трубопровод 30 выхода подогретой воды из шлаководяных теплообменников, трубопровод 31 подачи воды к форсункам, трубопровод 33 подачи воды из напорной системы водоснабжения.Приемная камера 1 представляет собой металлическую конструкцию, выполненную в виде усеченного конуса, вертикально посаженного на свое широкоеснование и переходящего в своем узом основании в диффузор 11. Размеры камеры 1 определяют условиями размещения в нем расширяющихся частей 4 сопл 3, желоба 2 и необходимыми расходами воздуха, воды и жидкого шлака. Приемная камера 1 в своей нижней части снабжена мигалкой ВТИ 7. Желоб 2 выполнен также из металла и выложен изнутри огнеупорным материалом, на-пример шамотным кирпичом. Ее консольная часть размещена радиально внутри камеры 1 в верхней узкой части с наклоном к горизонту, достаточным для обеспечения самотека жидкого шлака таким образом, что его кромка не доходит до воображаемой оси камеры 1 на величину, необходимую для размещения потока жидкого шлака в районе этой оси. Площадь сечения са- мой узкой части камеры выбирается такой, чтобы обеспечить расчетньгй рас 4610 2ход воздуховодяной смеси через негос дозвуковой скоростью, равной 150200 м/с.Сопла 3 изготовлены из металла исостоят из суживающихся и расширяющихся частей 4 и являются комбиниро"ванными (соплами Лаваля)Расширяющиеся части 4 сопл 3 устроены в нижней части камеры 1 заподлицо с ее внутренними стенками иориентированы так, что осевые воображаемые линии сопл 3 и желоба 2 пересекаются в центре узкого сечения ка меры 1Характерные размеры сопл 3обусловлены перепадом давления наних, расчетными расходами воздуха ираспыливаемой форсунками 16 водой через них., а их количество и скоростьводовоздушной смеси на выходе из нихопределяется перечисленными параметрами с учетом первоначально необходимого охлаждения потока жидкого шлакадо температуры затвердевания и его 25 одновременного дробления,Воздуховод, 5 выполнен .в виде полого тора из металла, размещен снаруживокруг камеры 1 и примыкает к нему.Диффузор 11 и канал 12 выполненыв виде металлической теплоизолированной снаружи и бронированной изнутриконструкции,и соединяют внутренниеобъемы камеры 1 и циклона-осадителяб. Размеры какала 12 определяются из 35условия выравнивания температур воздуха, водяного пара и гранулированного плака, движущихся по нему соскоростью 30-35 м/с.40 форсунки 16 представляют собойустройства для разбрызгивания водымеханического типа и выполнены, наФпример, в виде эвольвентных сопл.Их количество выбирают по числусопл 3.Ялаководяные теплообменники 17 (вустройстве их два) расположены в нижних частях камеры 1 и циклона-осадителя 6 и представляют собой обычныеконструкции теплообменников рекуперативного типа, например трубчатые(внутри циркулирует вода, а снаружитрубки окружены гранулированным шлаком, перемещающимся по мере его накопления вниз) или в виде кольцевогозамкнутого объема, устроенного междудвойными стенками камеры 1 и осадителя 6 (в этом случае вода циркулирует10 4смеси в потоке). В циклоне-осадителе6 поток разделяется, при этом гранулированный шпак оседает в нижнейчасти, а очищенная паровоздушнаясмесь направляется через патрубок 1 Она сжигание твердого топлива в качестве первичного воздуха при камерном сжигании, Наличие водяного параускоряет процесс низкотемпературнойотгонки металла, концентрация которого в газообразных продуктах увеличивается в 1 О раз по сравнению с таким же процессом при нагреве сухогоугля.-Поскольку метан воспламеняетсяпри более высоких температурах, тоэто тоже активирует поверхность углерода. Таким образом, водяной пар снижает энергию активации, необходимуюдля начала реакции топлива с кислородом воздуха, из-за чего температуравоспламенения оказывается значительно ниже и колеблется в зависимостиот марки угля от 400 до 500 вместо500-1000 С.Осевший в нижней части циклонаосадителя 6 гранулированный шлакохлаждается далее в его шлаководяномтеплообменнике 17 и через мигалку 8стекает к транспортеру 14, туда жепо шлакопроводу 13 через мигалку 7сбрасывается шлак, скопившийся в нижней части камеры 1 в результате возможного провала его отдельных фракций и отдавший часть тепла воде в еешлаководяном теплообменнике 7. Шнековым транспортером 14 гранулированный шлак подается в золовый отвал,Наличие запорной арматуры 22-29позволяет производить необходимые переключения по воде в зависимости отрежима работы устройства и подаватьна форсунки 16 и в трубопровод 30(потребителям горячей воды) воду заданной температуры и в необходимомколичестве.Расход воды через форсунки 16 зависит от количества перерабатываемого шлака и оптимального содержанияводы в подаваемом на горение топливавоздуха. Предварительный расчет показывает, что на 1 кг перерабатываемого шлака (4-6 кг сжигаемого угля,4-7 кг подаваемого воздуха) можноподавать до 0,1 кг воды через всефорсунки 16,55 Технико-экономический эффект предлагаемого технического решения заклю 3 13646стенка камеры 1 или осадителя 6 соприкасается со шлаком).Трубопроводы 18-32 совместно с запорной арматурой 22-29 являются стан 5дартными изделиями. Их проходные сечения и другие параметры выбираютсяисходя из конкретных условий работы,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.10Поток расплавленного шлака по желобу 2 самотеком поступает в приемнуюкамеру 1 в месте пересечения ее осевой линии с осевыми линиями желоба2 и сопл 3. Одновременно с этим подвоздействием напора, создаваемого тягодутьевой машиной (не показана),холодный воздух через патрубок 9 поступает в воздуховод 5 и сопла 3, где,расширяясь и смешиваясь с распыленной форсунками 16 водой, подаваемойпо трубопроводу 31, приобретает расчетную сверхзвуковую скорость (около400 м/с).После расширяющихся частей 4 сопл 253 водовоздушная смесь попадает в камеру 1, где ее скорость снижается исоставляет в самом узком его сечении150-200 м/с. В этом сечении взаимодействуют потоки водовоздушной смесии жидкого шлака с температурой, равдной температуре плавления 1400-1600 Св зависимости от марки сжигаемоготоплива.При этом распыленная в потоке во 35да испаряется, а воздух нагревается,интенсивно охлаждая жидкий шлак, который дробится на мелкие фракции(гранулируется), охлаждается до темопературы отвердевания (около 1000 С)и, перемешиваясь с водовоэдушнойсмесью, образует единый поток, состоящий из гранулированного шлака ипаровоздушной смеси,Этот поток попадает в диффузор 1 445где его скорость снижается до 3035 м/с. Наличие диффузора 11 способствует предотвращению налипания неуспевших отвердеть гранул шлака наначальном участке стенок канала 12.50Транспортируясь затем по каналу 12к циклону-осадителю 6, общий потокпаровоздушной смеси и гранулированного шлака выравнивает свою температуру, при этом шлак остывает, а паровоздушная смесь еще более подогревается (до температуры 400-500"С в зависимости от концентрации шлака иколичества подаваемой водовоздушнойСоставитель Л.БулгаковаТехредИ.Ходанич Корректор В.Гири Редактор Н.Бобкова Тираж 594 осударственног елам изобретени Москва, Ж, ПодписиСССРийаб д 4 з 652 ВНИИП и 1130/5 ственно-пол ческое предприятие, г. Ужгород, ул ктная,о 5 13646 чается в уменьшении габаритов устройства, как показывают предварительные расчеты, на 25-30% эа счет повышения интенсивности отвода тепла шла 5 ка вследствие парообразования разбрызгивания воды в потоке подаваемого воздуха (путем использования скрытой теплоты парообразования), в интенсификации процесса сгорания топли ва вследствие снижения температуры воспламенения твердого топлива до 400-500 С, из-за наличия подогретых водяных паров в воздухе, поступаемого на горение топлива, а также в до полнительном полезном использовании бросового шлака с помощью шлаководяных теплообменников за счет более глубокого охлаждения шлака, что повышает экономичность установки в 20 целом. 10 6формула изобретенияУстройство для переработки расплава шлака, содержащее приемную камеру с желобом,.комбинированные сопла, сообщающиеся с воздуховодом, соединенным с тягодутьевым механизмом и выполненным в виде полого тора, циклон-осадитель гранулированного шлака, шлакоудалитель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью интенсификации процесса сгорания топлива, повышения экономичности и уменьшения габаритов, оно снабжено установленными на выходе из сопл форсунками, а нижние части приемной камеры и циклона-осадителя снабжены шлаководяными теплообменниками, при этом форсунки гидравлически связаны через теплообменники с напорной системой водоснабжения.