39.2. Установки с печами кипящего слоя

Установки с печами кипящего слоя (КС) хорошо известны в технологии сушки и обжига в различных отраслях промышленности. Печь, представляющая собой вертикальный стальной цилиндр, футерованный изнутри шамотным кирпичом или жаропрочным бетоном, состоит из цилиндрической топочной камеры и нижней конусной части с воздухораспределительной, беспровальной решеткой. Вверху печь заканчивается куполообразным сводом. На решетку насыпается слой толщиной 0,8—1 м термически стойкого кварцевого песка фракции 0,6—2,5 мм.

Кипящий (псевдосжиженный) слой в печи образуется при продувании воздуха через распределительную решетку со скоростью, при которой частицы песка турбулентно перемещаются и как бы кипят в газовом потоке. Воздух нагнетается воздуходувкой в рекуператор, в котором подогревается отходящими из печи дымовыми газами до температуры 600—700° С, и затем поступает под распределительную решетку под давлением 12-—15 кПа.

Расчет печей сводится к определению материального и теплового балансов процесса сжигания осадка, установлению геометрических размеров элементов печи, количества дополнительного топлива, воздуха и дымовых газов. Размеры печи КС определяют исходя из объема сжигаемого осадка и скорости воздуха в распределительной решетке. Эта скорость зависит от гидродинамического режима работы печи и принятой крупности песка, а также свойств обжигаемого осадка (влажности, зольности, дисперсности золы). Количество воздуха, необходимого для полного окисления органического вещества осадка, находят из его элементарного состава.

Методы материального, теплового и гидравлического расчета процессов сжигания осадка в печах с кипящим слоем приведены в РТМ 26-01-53-72 (Ленниихиммы 1972).

На рис. 39.1 показана схема установки с печью кипящего слоя по экспериментальному проекту Союзводоканалпроекта. Обезвоженный осадок с влажностью 60—75% транспортером подается через загрузочный бункер и шнековый питатель в печь. Проходя топочную камеру, температура в которой 900—1000° С, осадок подсушивается и рассредоточивается в кипящем слое, где происходит его интенсивное перемешивание с раскаленным кварцевым песком, а также измельчение агломератов осадка, мгновенное испарение влаги, выделение летучих органических веществ, сгорание коксового остатка и обжиг минеральной части. Весь процесс вследствие интенсивного массо- и теплообмена длится не более 1—2 мин. Летучая часть горючей массы осадка полностью выгорает над кипящим слоем, в результате чего температура газа повышается.

Рис. 39. 1. Схема сжигания осадков в печи кипящего слоя
1 — транспортер ленточный; 2 — бункер загрузки осадка; 3 — питатель шнековый; 4 — печь КС; 5 — рекуператор; 6 — воздуходувка; 7 — пылеуловитель мокрый; 8 — дымосос; 9 — труба дымовая; 10 — золовая емкость; 11 — насос перекачки золовой воды; 12 — вентилятор; 13 — питатель шлюзовый; 14 — бункер для песка; 15 — заслонка; 16 — разгрузитель циклонный; 17 — бункер выгрузки золы; 18 — горелка газовая; 19 — газорегуляторная установка; 20 — бункер-дозатор; 21 — воздуховод; 22 — трубопровод топливного газа; 23 — водопровод; 24 — золопровод; 25 — канализационный трубопровод.

Первоначальная загрузка и последующее поддержание заданного уровня песка на решетке осуществляется через шлюзовый питатель. Песок (при необходимости его замены) может выгружаться снизу решетки через специальный шлюзовый затвор.

Мелкая зола и пыль выносятся из печи с потоком отходящих газов, которые поступают в рекуператор (воздухоподогреватель). Для снижения температуры дымовых газов до 900° С перед входом в рекуператор, предусматривается принудительная подача холодного воздуха, количество которого регулируется системой автоматики. Нагнетаемый под давлением воздух проходит в межтрубном пространстве рекуператора и перемещается по принципу перекрестного противотока, для чего мелсгрубное пространство рекуператора по высоте разделено перегородками.

Нагретый воздух, проходя через решетку печи КС с расчетной скоростью, обеспечивает псевдосжижение слоя и поддержание в нем необходимой температуры горения. В том случае, когда собственной теплоты сгорания органической части осадка недостаточно для поддержания процесса горения, в печь через боковые горелки вводится дополнительное топливо.

Для первоначального розжига печи, а также постоянной подсветки (в целях обеспечения устойчивости процесса сжигания) устанавливаются две-три газовоздушные горелки низкого давления.

Запыленные дымовые газы, охлажденные в рекуператоре, направляются на мокрую пылеочистку, где освобождаются от золы и пыли и выбрасываются в атмосферу. Очистку дымовых газов от загрязнений необходимо проектировать с учетом «Указаний по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (СН 369-74). Наиболее проста и эффективна пылеочистка в пылеуловителях ПВМ конструкции ЦНИИПром зданий. Однако возможно применение пылеуловителей других типов.

К недостаткам печей кипящего слоя относятся большая запыленность уходящих газов и необходимость устройства рекуператоров; к достоинствам — отсутствие движущегося механизма в высокотемпературной зоне, достаточная, интенсивность процесса, компактность установок, сжигание осадков с большим диапазоном влажности, возможность размещения установки на открытом воздухе, быстрые запуск и остановка печи.