способ двухступенчатого сжигания топлива и горизонтальная циклонная печь для второй ступени сжигания

Формула изобретения

1. Способ двухступенчатого сжигания топлива, например серы или сероводорода, в технологических целях, включающий сжигание топлива в двух последовательно установленных топочных устройствах с охлаждением продуктов сгорания после каждого из них в теплообменнике (котле-утилизаторе), отличающийся тем, что в топочном устройстве первой ступени сжигают 40 - 60% топлива с подачей в него 80 - 90% воздуха, необходимого для сжигания всего топлива, продукты сгорания охлаждают в теплообменнике до температуры, на 50 - 100^oС выше температуры воспламенения топлива, и направляют в топочное устройство второй ступени сжигания, куда подают оставшиеся топливо и воздух.

2. Топочное устройство преимущественно для второй ступени сжигания (горизонтальная циклонная печь), состоящее из форкамеры, к которой тангенциально подключен патрубок подвода продуктов сгорания первой ступени, и цилиндрической камеры дожигания, разделенных перегородкой с перепускными каналами, отличающееся тем, что форкамера выполнена шаровой и соединена с камерой дожигания выпускными каналами, выполненными в перегородке по винтовым линиям, ориентированным по направлению крутки газов в форкамере.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что патрубок подвода продуктов сгорания первой ступени установлен со сдвигом до 0,5 диаметра шара вдоль продольной оси устройства от центра форкамеры в сторону, противоположную выходным каналам.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что патрубки подвода вторичного воздуха расположены непосредственно за форкамерой в верхней части обшивки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энерготехнологическим агрегатам, преимущественно для установки в линии получения серной кислоты.

Известны способ одноступенчатого сжигания серы и горизонтальная печь для его осуществления, содержащая цилиндрические форкамеру и камеру дожигания [1]. Недостатком известного способа является повышенный температурный уровень в печи, что приводит к повышенному образованию окислов азота.

С целью снижения образования окислов азота и получения высокой концентрации SO₂ при достаточно полном сжигании серы используют двухступенчатый процесс по схеме фирмы ФРГ "Лурги" [2], согласно которому всю серу подают на сжигание в топочное устройство (циклонную печь) первой ступени сжигания при < 1 , продукты сжигания первой ступени охлаждают в теплообменнике и направляют в топочное устройство (циклонная печь) второй ступени сжигания, содержащую форкамеру и камеру дожигания, разделенные пережимом [3], в последнюю из которых сбрасывают остаток воздуха, и продукты сгорания вновь охлаждают в теплообменнике. Недостатком данного способа является слишком высокая (до 2000^oC) температура в печи первой ступени сжигания серы (форпечь), что выдвигает особые требования к обмуровке, так как экранированная водоохлаждаемыми трубами топка нежелательна, поскольку при этом возможно попадание сублимированной серы на трубу и ее возгорание на поверхности трубы, что приводит к изъявлению трубы с последующим ее разрушением.

Недостатком циклонной печи второй ступени сжигания является недостаточно интенсивное перемешивание топливовоздушной смеси в цилиндрической форкамере, что может привести к уменьшению выжига серы. Кроме того, имеют место потери тепла через ограждающие стенки.

Альтернативным решением проблемы предотвращения образования окислов азота при сохранении достаточно высокой концентрации окислов серы SO₂ и снижении требований к обмуровке является ведение двухступенчатого процесса таким образом, чтобы температуры по газовому тракту не превысили 1200^oC.

Согласно предложенному способу двухступенчатого сжигания топлива с промежуточным охлаждением продуктов сгорания на первой степени сжигают 40-60% топлива с подачей в топочное устройство 80-90% воздуха, необходимого для сжигания всего топлива, продукты сгорания охлаждают в теплообменнике до температуры на 50-100^oC выше температуры воспламенения топлива и направляют в топочное устройство второй степени сжигания, куда подают остальную часть топлива и воздуха, после чего продукты сгорания вновь направляют на охлаждение в теплообменник.

При предложенном соотношении сжигаемого на первой ступени количества топлива и подаваемого в эту ступень количества воздуха температура продуктов сгорания не превышает 1200^oC, что недостаточно для образования окислов азота и снижает требования к обмуровке топочного устройства. При сжигании в форкамере топочного устройства второй ступени оставшегося топлива температура продуктов сгорания, направляемых в камеру дожигания, также не превышает 1200^oC за счет разубоживания их продуктами сгорания первой ступени.

В качестве топочного устройства второй ступени сжигания предлагается горизонтальная циклонная печь, в которой внутренняя полость форкамеры, к которой тангенциально подключен патрубок подвода продуктов сгорания первой ступени сжигания, выполнена в виде шара и соединена с цилиндрической камерой дожигания выходными каналами, выполненными в перегородке между форкамерой и камерой дожигания по винтовым линиям, ориентированным по направлению крутки газов в форкамере.

Для того, чтобы увеличить время пребывания топлива в камере сгорания путем изменения траектории движения струй газового потока, в предпочтительном варианте сдвигают патрубок подвода первичных продуктов сгорания вдоль продольной оси печи от центра форкамеры в сторону противоположную выходным каналам на величину до 0,5 Д, где Д - внутренний диаметр форкамеры.

С целью исключения попадания жидкой серы в межобшивочное пространство патрубки подвода вторичного воздуха располагают в верхней части обшивки.

Предложенная совокупность признаков позволяет улучшить процесс выжигания серы путем:

1. Улучшения смесеобразования при сохранении степени крутки, так как шаровой циклон в этом случае предпочтительнее цилиндрического.

2. Снижение потерь тепла из форкамеры, так как ограждающая поверхность шара меньше поверхности цилиндра, а также вследствие утолщения толщины кладки в большей части форкамеры.

3. Увеличения времени пребывания частиц серы в форкамере, что достигается несимметричным подводом продуктов сгорания в шаровую форкамеру.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - топочное устройство (горизонтальная циклонная печь) второй ступени сгорания; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2; на фиг. 4, 5, 6, 7 и 8 соответственно сечения Б-Б, В-В, Г-Г, Д-Д и Е-Е на фиг. 2 (без обшивки); на фиг. 9 - разрез по Г-Г на фиг. 2 и на фиг. 2 и на фиг. 10 - разрез по Ж-Ж на фиг. 2

Установка для двухступенчатого сжигания серы содержит топочное устройство первой ступени сжигания 1 (например, циклонная печь известной конструкции 3) и последовательно установленные теплообменник 2 (например, котел-утилизатор), топочное устройство второй ступени сжигания 3 (горизонтальная циклонная печь) и теплообменник 4 ( например, котел-утилизатор).

Горизонтальная циклонная печь 3 состоит из форкамеры шаровой формы 5 и цилиндрической камеры дожигания 6, которые соединены между собой выходными каналами 7, выполненными в перегородке 8 между форкамерой 5 и камерой дожигания 6 по винтовым линиям, ориентированным по направлению крутки газов в форкамере 5. Последняя снабжена патрубком 9 для тангенциального подвода охлажденных продуктов сгорания первой ступни сжигания серы, форсунками серы 10 и растопочной горелкой 11. Патрубок 9 установлен со сдвигом вдоль продольной оси котла на величину до 0,5 Д шара в противоположную от выходных каналов 7 сторону. Тем самым достигается время пребывания частиц серы в закрученном потоке и улучшение ее выжига. Патрубки 12 подвода вторичного воздуха расположены сразу же за форкамерой 5 и ориентированы по касательной к ранее сформировавшейся крутке струи, выходящей из каналов 7, спутно ей.

Цилиндрическая камера дожигания 6 снабжена кирпичной решеткой 13. Внешние цилиндрические оболочки форкамеры 5 и камеры дожигания 6 выполнены из кирпичной кладки, а сама форкамера 5 и перегородка 8 - из шамотобетона.

Циклонная печь с внешней стороны ограждена металлической обшивкой 14, выполненной из разнесенных листов, внутри которых движется воздух под избыточным давлением.

Патрубки подвода вторичного воздуха 12 расположены в верхней части обшивки 14.

Способ осуществляют следующим образом.

В циклонную печь первой ступени 1 подают на сжигание 40 - 60% топлива ( например, серы) и 80 - 90% воздуха, необходимого для сжигания всего топлива. При этом соотношении топлива и воздуха температура продуктов сгорания не превышает 1200^oC. Продукты сгорания первой ступени направляют в котел-утилизатор 2, где их охлаждают до температуры на 50 - 100^oC выше температуры воспламенения топлива.

Продукты сгорания первой ступени сжигания серы, охлажденные в котле-утилизаторе 2, поступают в форкамеру 5 топочного устройства второй ступени сжигания 3 через патрубок 9 по касательной к шару и закручиваются в последнем. В них через форсунки 10 дополнительно впрыскивают остальную ( 40 - 60%) жидкую серу и сжигают в газах, поскольку последние имеют избыточный кислород и температуру на 50 - 100^oC выше температуры воспламенения серы.

Для предварительного разогрева печи используют растопочную горелку 11.

Из форкамеры 5 продукты сгорания через выходные каналы 7 подают в камеру дожигания 6. Поскольку каналы 7 расположены в шамотобетоне, то на их раскаленной поверхности происходит частичное дожигание серы. На входе в камеру дожигания 6 через патрубки 12 из воздушной рубашки 14 тангенциально вводят вторичный воздух, что также способствует интенсификация крутки газового потока и лучшему перемещению для дожигания серы.

Окончательно сера дожигается на кирпичной решетке 13, и серосодержащие газы покидают печь 3, направляясь на охлаждение в котел-утилизатор 4.