СПОСОБ СОВМЕСТНОГО СЖИГАНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1994 года по МПК F23C5/28 

Изобретение относится к способам совместного сжигания различных видов топлива, например метановоздушных смесей и угля, и может быть использовано в области энергетики.

Известен способ сжигания топлива в парных струях, заключающийся в том, что в попарно расположенные горелки подают аэросмесь и воздух, расход которых контролируют и в случае прекращения подачи аэросмеси в одну из горелок в указанную горелку увеличивают подачу воздуха с поддержанием отношения количества движения вытекающих из горелок потоков, равным соответствующему отношению количества движения этих потоков в режиме подачи аэросмеси в обе горелки.

Недостатком данного способа сжигания является то, что несмотря на поддержание на всех режимах аэродинамической стабильности факела устойчивость горения топлива в режиме прекращения подачи аэросмеси в одну из горелок может существенно снижаться из-за падения температуры окружающей газовой среды вблизи горелки, в которую поступает аэросмесь.

Известен способ сжигания топлива, заключающийся в том, что в попарно расположенные горелки подают аэросмесь и воздух, а в случае прекращения подачи аэросмеси в одну из горелок в указанную горелку увеличивают подачу воздуха, при этом одновременно уменьшают подачу воздуха в другую горелку c поддержанием отношения количества движения вытекающих из горелок потоков, равного соответствующему отношению количества движения этих потоков в режиме подачи аэросмеси в обе горелки.

Недостатком указанного способа является то, что он применим только к попарно расположенным горелкам, в которых можно изменять подачу воздуха в каждую из горелок, поддерживая концентрацию топлива, выходящего из объединяющего их выпускного насадка, в приемлемом размере. В одиночной горелке использовать рассматриваемый способ невозможно. Кроме того, регулировать течение потоков по количеству движения не совсем правильно, т. к. этот параметр связывает массу со скоростью, но не определяет массу, выходящую из горелки в единицу времени. Данный способ не приемлем также для газовоздушных смесей с изменяющейся концентрацией горючей составляющей. Это касается, например, метановоздушных смесей, утилизируемых при добыче угля.

Известен способ совместного сжигания метановоздушной (МВС) смеси и твердого топлива путем подачи МВС через горелки, встречно расположенные на боковых стенках камеры сгорания, и подачи твердого топлива в нижнюю часть камеры сгорания.

В известном способе используется преимущество совместного сжигания двух разновидностей топлива, которое позволяет компенсировать уменьшение теплотворной отдачи одного топлива увеличением расхода другого. Одновременно повышается чистота выброса благодаря нейтрализации продуктов сгорания твердого топлива сжиганием их в газовоздушной среде.

Однако в данном способе не предусмотрено регулирование процесса течения газовоздушной смеси в случае изменения концентрации горючего компонента. Поэтому использование известного способа для утилизации МВС при добыче угля затруднительно и неэффективно. При этом в указанном способе не рассматриваются вопросы взрывоопасных концентраций, без решения которых при эксплуатации возможно возникновение аварийных ситуаций.

Целью изобретения является повышение эффективности способа совместного сжигания двух видов топлива путем регулирования течения газовоздушной смеси при изменении концентрации горючей составляющей. Задачей изобретения является также повышение экономичности утилизации метановоздушных смесей при добыче угля при постоянных колебаниях концентрации метана в общем объеме отбираемого газа.

Для достижения указанной цели по способу совместного сжигания МВС и твердого топлива путем подачи МВС через горелки, встречно расположенные на боковых стенках камеры сгорания, и подачи твердого топлива в нижнюю часть камеры сгорания, при изменении объемной концентрации метана в смеси в пределах 25-70% обратно пропорционально изменяют расход МВС.

В предложенном способе сжигания обратно пропорциональным увеличением или уменьшением расхода МВС при уменьшении или увеличении объемной концентрации метана повышают или снижают количество подаваемого в камеру сгорания метана до первичного уровня. В этом случае, как показали экспериментальные исследования, несмотря на уменьшение или увеличение концентрации метана в общем объеме смеси энергия теплообразования МВС и связанная с ней величина теплосъема не изменяются, при этом осуществляется контроль за величиной концентрации метана, которая не должна переходить границу 25% , близкую к взрывоопасности.

Предложенный способ реализуется устройством, представленным на чертеже (общий вид).

Устройство содержит камеру сгорания 1 котла, в которой встречно на боковых сторонах установлены горелки 2. К горелкам 2 подходит трубопровод 3 подачи МВС, в котором расположены регулируемые задвижки 4. К горелкам 2 подходит также трубопровод 5 подачи вторичного воздуха. В нижней части камеры сгорания 1 размещаются горизонтальные решетки 6, на которые из бункера посредством питателя (не показаны) поступает твердое топливо, например уголь, и датчик 7 тепловой нагрузки котла. В трубопроводе 3 подачи МВС установлен датчик 8 концентрации метана в смеси. Устройство включает в себя блок управления 9, электрически связанный с датчиками 7 и 8 и задвижкой 4.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Метановоздушная смесь, попутно извлекаемая из шахты при добыче угля, подается к горелкам 2 по трубопроводу 3. Уголь из бункера по питателю направляют на горизонтальные решетки 6. С учетом номинальной производительности котла расход газовоздушной смеси и угля устанавливают таким образом, чтобы обеспечивалось примерное равенство энергий теплообразования обоих видов топлива. При этом используют данные о концентрации метана в эксплуатируемом угледобывающем районе, полученные за продолжительный период времени. Расход газа регулируется задвижкой 4, количество угля - скоростью движения питателя, двигатель которого также может быть связан с блоком управления 9. Тепловая нагрузка котла отслеживается датчиком 7.

В процессе эксплуатации котла с применением попутно извлекаемого шахтного газа концентрация метана в смеси постоянно меняется. Эти изменения обусловлены спецификой технологических и природных процессов при добыче угля и извлечении попутного газа.

Для сохранения неизменным процесса горения в котле изменение концентрации метана компенсируют обратно пропорциональным увеличением или уменьшением расхода МВС, идущей по трубопроводу 3. Несмотря на изменение объемной концентрации метана в подаваемой через горелки 2 смеси его количество благодаря соответствующему изменению расхода остается неизменным, что и определяет, как показали проведенные многочисленные эксперименты, стабильность теплосъема в котле, например, в виде парообразования. Эти данные справедливы, когда пределы объемной концентрации метана в смеси лежат между 25-70% . Ниже нижнего предела вести процесс горения при нормальном давлении эксплуатации пожароопасно.

Изменение расхода МВС обеспечивается регулированием хода задвижки 4, открытие и закрытие которой связано с показателем датчика 8 и осуществляется блоком управления 9.

Таким образом поддерживается стабильность сжигания МВС, следствием чего является неизменность основных параметров процесса горения в котле, включающего в себя также сжигание твердого топлива. При этом обеспечивается экологически чистый выброс продуктов сгорания благодаря их взаимодействию с встречно направленными газовыми струями и поддерживается экономичное использование обоих видов топлива. (56) Авторское свидетельство СССР N 1270489, кл. F 23 C 5/ 28, опублик. 1984.

Патент США N 2077676, кл. 110-22, опублик. 1933.

Использование: в области энергетики для сжигания различных видов топлива. Сущность изобретения: при изменении концентрации метана в метановоздушной смеси (МВС), подаваемой через встречно расположенные на боковых стенках камеры сгорания горелки, обратно пропорционально изменяют расход МВС при объемной концентрации метана в смеси, находящейся в пределах 25 - 70% . 1 ил.

СПОСОБ СОВМЕСТНОГО СЖИГАНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА путем подачи МВС через горелки, встречно расположенные на боковых стенках камеры сгорания, и подачи твердого топлива в нижнюю часть камеры сгорания, отличающийся тем, что при изменении объемной концентрации метана в смеси в пределах 25 - 70% обратно пропорционально изменяют расход МВС.