Циклонная печь — SU 996799 (original) (raw)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоаетскнкСоцналнстнческихРаспубанк К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 0709,81 (21) 3334080/29-33 Рм К з, Г 23 6 7/Об с присоединением заявки МГосударственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий.Опубликовано 15.92,83 Бюллетень И 9 б Дата опубликования описания 150283(54) ЦИКЛОННАЯ ПЕЧЬ Изобретение относится к устройствам, позволяющим осуществлять сжигание пылевидных топлив, в частностиотбросных газов сажевых производств,содержащих неуловленную сажу, и может использоваться в металлургической и химической проьыаленностях.Известны устройства, выполненныев виде камер сгорания, состоящих иэкамер горения и дожигания, разделенных кольцевой перегородкой 1 и Г 23Недостатком известных устройствявляется низкая эффективность сжигания твердых пылевидных горючихвеществ и отбросных газов сажевыхпроизводств, содержащих сажу.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности и достигаемому эффекту яляется циклонная печь,содержащая футерованные камеру горе"ния с аксиальным отверстием для ввода топлива и тангенциальнымн канала"ми для ввода окислителя либо топливас окислителем и камеру дожигания,. разделенные кольцевой перегородкой 3,Недостатком известной циклоннойпечи является наличие застойных зонв области перегородки, что вызываетотложение в этих зонах сажнстых частиц. для удаления этих отложенийнеобходим дополнительный расход вспомогательного топлива и окислителя, 5 что снижает эффективность работы печи. Кроме того, в даниой печи возможен химический недожог частиц сажи.Целью изобретений является повышение эффективности сжигания пылевидных топлив и горючих газов, содержа-;щих сажу. Цель достигается тем, что в циклонной печи, содержащей футерованныекамеру горения с аксиальным отверстием для ввода топлива и твнгенциальными каналами для ввода окислителя либо топлива с окислителем и камеру дожигания, разделенные кольцевой пе О Регородкой, в перегородке с обеихее торцовых сторон выполнены кольцевые полости, а в футеровке камер на расстоянии 0,05-0,4 диаметра соответствующей камеры от торцовых сторон перегородки выполнены тангенциальные отверстия для ввода дополнитель" ного окислителя. Наружный диаметр палостей равен внутреннему диаметру соответствующей камеры,.и внутренний равен 0,3-0,8 диаметра камеры. ПолооЗО ,ти выполнены в виде неполного тора.При циклонной подаче топливных газов, содержащих твердые топливные частицы, например частицы сажи, за счет центробежных сил происходит значительное увеличение концентрации частиц в пристенном слое, зависящее от степени закрутки потока, по сравнению с центральной областью печи. При подаче единым тангенциальным потоком смеси топливных газов, содержащих частицы сажи, и воздуха, необходимого для полного горения горючих составляющих газов и частиц сажи, достигается однородное распределение, окислителя в газах, т,еотношение массы окислителя к массе топливных 15 газов по сечению печи остается практически одинаковым. В этом случае в центральной области печи горючие сос тавляющие топливных газов сгорают с некоторым избытком окислителя. В приО стенном слое, обладающем значительным содержанием частиц сажи, несмотря на недостаток окислителя, его все же достаточно, чтобы происходило полное или практически полное горение 25 горючих составляющих топливных газов, а для горения частиц сажи, обладающих меньшими скоростями горения ввиду фазовых переходов, окислителя становится недостаточно, ЗОПереход окислителя из центральной зоны печи при подаче единым потоком смеси газов и окислителя в пристенную область затруднителен, поэтому для горения частиц сажи в камерах горения 35 и дожигания выполнены дополнительные тангенциальные отверстия для подвода окислителя. Для горения твердой частицы сажи необходимо осуществлять подвод окислителя к частице с одно р временным отводом продуктов полного ,горения от нее. От того, как быстро осуществляется этот процесс, зависит интенсивность горения частицы. Интенсивность горения зависит не толь ко от такого массообмена, но и от теп. лоподвода к частице, т.е. частица должна получать и достаточное количество тепла от продуктов полного горения и от раскаленной футеровки печи путем конвективного и радиационного теплообмена для стабильного ее горения, Для изменения газодинамики потока, при котором осуществляется интенсивный тепломассообмен, способствующий ускорению горения частиц сажи, 55 в перегородке с обеих ее торцовых сторон выполнены полости, Попадая в полость, частица сажи увеличивает тем .самым время пребывания в высокотемпературной зоне. Кроме того, в поО лости частица много раз меняет поступательное направление движения, при этом продукты полного горения с поверхности частицы выходят из полостей; а сама частица эа счет центробежных Я.сил и своей массы вновь и вновь возвращается в полость, где интенсивно контактирует с окислителем и горит. Наружный диаметр полости должен быть равен диаметру соответствующей камеры, При этом наибольшее количество трудносжигаемых частиц сажи большого размера, находящихся в пристенном слое, плавно переходит из камер в полости, где происходит их рециркуляция. Внутренний диаметр полостей должен быть равен 0,3-0,8 диаметра соответствующей камеры. При диаметре, слывем 0,8, происходит забивание час-. ицаья сажи полостей и они в силу этого не функционируют, а при диаметре, меньшем 0,3, сопротивление печи возрастает столь значительно, что исчезает эффект от рециркуляции. Величины застойных зон, в которых отлагаются частицы сажи, возрастают и полости практически так же не работают.Для интенсивного горения в полостях очень важно, где выполнены отверстия для подачи вспомогательного окислителя. Эти отверстия должны быть выполнены на расстоянии 0,05- 0,4 диаметра соответствующей камеры от торцовой стенки перегородки, В этом случае содержание окислителя в рециркуляционных зонах становится достаточным для выгорания частиц сажи.При расположении отверстий для подвода дополнительного окислителя на расстоянии менее 0,05 диаметра соответствующей камеры от торцовых сторон перегородки происходит запирание окислителем полостей и стано-. вится невозможным попадание частиц сажи в полости. При расположении данных отверстий на расстояниях, больших 0,4 диаметра соответствующей камеры, происходит рециркуляция раскаленных частиц сажи в сильно обедненных окислителем газовых потоках внутри полостей и эффект интенсивного массообмена исчезает.Наиболее целесообразным, с точки зрения устранения застойных эон, в которых отлагаются частицы сажи, является выполнение полостей в форме неполного тора,На фиг. 1 схематически представлена предлагаемая циклонная печь, продольный разрез (кольцевые полости в перегодке выполнены прямоугольного профиля), на фиг. 2 - то же (кольцевые полости в перегородке - в виде полутора).Циклонная печь содержит корпус 1, футеровку 2, камеру горения 3 с аксиальным отверстием 4 для ввода вспомогательного топлива, в котором установлено горелочнов устройство 5, тангенциальным отверстием б для ввода окислителя либо топлива с окислиФормула изобретения 1. Циклонная печь, содержащаяфутерованные камеру горения с аксиальным отверстием для ввода топливаи тангенциальными каналами для ввода окислителя либо топлива и окислителя и камеру дожигания, разделенные кольцевой перегородкой, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения эффективности сжиганияпылевидных топлив и горючих газов,содержащих сажу, в перегородке собеих ее торцовых сторон выполненыкольцевые полости, а в футеровкекамер на расстоянии. 0,05-0,4 диаметра соответствующей камеры от торцо-.вых сторон перегородки выполненытангенциальные отверстия для вводадополнительного окислителя.2. Печь по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что наружный диаметр полостей равен внутреннему диаметру соответствующей камеры, а внут.ренний диаметр полостей составляет0,3-0,8 диаметра камеры.3. Печь по и, 1, о т л и ч а ю-.щ а я с я тем, что полости выполне-ны в виде неполного тора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Р 3711238,кл. 110-8, 1972.2Заявка Франции Р 21101 б 9,кл. Е 23 И 1/00, 1974,3. Авторское свидетельство СССРР 575452, кл. Е 23 С 9/00, 1975,прототипР. телем и тангенциальным отверстием 7 для ввода дополнительного окислителя, которое расположено на расстоянии 0,3 диаметра камеры горения от коль.цевой перегородки 8. В кольцевой пе-. регородке 8 выполнены кольцевые полости 9, 10 и канал 11, связывающий камеру горения 3 с камерой дожигания 12, в которой на расстоянии 0,2 диаметра камеры дожигания выполнено.тангенциальное отверстие 13.для подвода дополнительного окислителя.Кольцевые полости 9, 10 выполнены с наружным диаметром, равным диа; метру камер горения 3 и дожигания 12, и внутренним. диаметром, равным15 О,б 5 диаметра соответствующих камер.Циклонная печь работает следующим .образом.В цилиндрическую камеру горения 3 через отверстие 4 посредством горе лочного устройства 5 подают вспомогательное высококалорийное топливо вместе с воздухом. данная смесь сгорает при высокой температуре в камере горения, после чего через отверстие б 25 тангенциально внутренней поверхности камеры горения 3 подают смесь первич= ного воздуха с отходящими газами производства сажи, содержащими ее частицы. Проходя по камере горения 3, З 6 смесь отходящих газов с воздухом нагревается от стенок футеровкн и бт центрального факела до температуры воспламенения, затем происходит воспламенение смеси и ее горение, За счет центробежных сил происходит увеличение концентрации. частиц сажи у поверхности камеры горения 3 и горение частиц происходит, главным образом, в пристенном слое. Частицы сажи частично сгорают в пристенном слое, а затем движутся в бедных . кислородом газах и практически не горят. При подаче дополнительного окислителя через отверстие 7 горение частиц возобновляется и продолжается в кольцевой полости 9, куда они попадают вместе с окислителем. Горение частиц при их сложном движении в полости 9 происходит до тех пор, пока либо частицы полностью 56 не сгорят, либо настолько уменьшат свой вес, что через канал 11 перегородки 8 уносятся потоком продуктов горения в камеру дожигания 12. Непосредственно за перегородкой 8 55 возникают возвратные течения, которые способствуют увеличению тепломассообмена и более длительному прибыванию части продуктов горения, а. также частиц сажи, в печи, приводя щему к болыаей,полноте сгорания горючих компонентов. Объем зоны воэв;ратных течений увеличен эа счеткольцевой полости 10, в которой продолжается процесс рециркуляции частиц сажи, Окислителя в данной ронеуже недостаточно для сгорания частиц. поэтому через отверстие 13 вводят дополнительное количество воздуха.В камере 12 происходит окончательное сжигание горючих составляющихреакционной смеси и продукты полно-го горения удаляются из печи. Использование изобретения в сажевой промюаленности позволяет интенсифицировать процесс сжигания ннэкокалорийных забалластированных отходящих газов производства сажи, значительно сократить химический недожог частиц сажи, содержавшихся в этих газах, уменьшить расход вспомогатель ного топлива на подсветку и улучшить состояние воздушного бассейна.996779 8 11 2 7Риа Ю О 1 г В 1 Р 12 Составитель Т,ЛепахинаТехред А,.ьч Корректор О,Билак Редактор С.Тимохина Филиал ППП,"Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 908/55 Тираж 581 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по деламизобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 М