СПОСОБ СЖИГАНИЯ НЕДРОБЛЕНОГО УГЛЯ В ПОЛУКИПЯЩЕМ СЛОЕ Российский патент 1995 года по МПК F24H1/20 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топках котлов, сжигающих низкосортные угли в котельных сельскохозяйственного, промышленного и коммунального назначения.

Известен способ сжигания угля во взвешенном слое инертного материала, образованном продуванием через слой воздуха со скоростью, превышающей минимальную скорость псевдоожижения, с отводом тепла из слоя погруженными в последний теплообменными элементами и при коэффициенте избытка воздуха в слое 1,05-1,25 [1].

Недостатком способа являются высокие затраты на измельчение и механизацию подачи и дозирования угля, которые для малых котлов (до 1 МВт мощности) до 5 раз превышают затраты на сам котел. Кроме того, охлаждение слоя до температуры, исключающей (по расчету) шлакование топки, на самом деле не гарантирует полное отсутствие шлакования, так как из-за отклонения фактического химического состава золы от нормативного, введения в слой активной окиси кальция (для связывания серы) фактическая температура размягчения золы может оказаться ниже расчетной.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сжигания угля во взвешенном слое, образованном продуванием через слой воздуха со скоростью, превышающей минимальную скорость псевдоожижения при коэффициенте избытка воздуха в слое 0,5 и подаче остальных 50% воздуха, необходимого для полного выгорания в надслоевое пространство [2].

Недостатком способа является значительный механический недожог топлива, так как при расплавлении золы в шлак попадают кусочки угля, которые из-за низкой температуры шлака не выгорают. В таком слое возможно сжигание только углей с относительно низким содержанием золы при высокой ее тугоплавкости. Тощие, тощие окисленные угли, угли с легкоплавкой золой сжигать в таком слое нельзя из-за больших потерь топлива с механическим недожогом. Кроме того, для ожижения слоя требуется подача в него дробленого угля, т.е. необходима предварительная подготовка топлива.

Целью изобретения является снижение потерь топлива от механического недожога при сжигании тощих, тощих окисленных углей и углей с легкоплавкой золой без их предварительного измельчения.

Цель достигается сжиганием угля в полукипящем слое при скорости продувания воздуха, равной 0,5-0,8 от минимальной скорости псевдоожижения и коэффициенте избытка воздуха в слое 1,0-1,2.

На чертеже представлена топка для сжигания угля по предлагаемому способу.

Топка состоит из ограждающих стенок 1, воздухораспределительной решетки 2, на которой размещается слой топлива 3. При розжиге на воздухораспределительной решетке 2 раскладываются дрова, после разгорания которых в топку забрасывается уголь, который образует слой топлива 3.

При сжигании угля в таком полукипящем слое в зоне кипения развиваются высокие температуры порядка 3,0-3,5 тыс. град. из-за постоянного обновления поверхности циркулирующих частиц и разрушения на их поверхности шлаковой корочки. Образующиеся в зоне кипения частицы шлака имеют температуру около 2,0-2,5 тыс. град., что обуславливает газификацию попавших в него кусочков угля. Кроме того, из-за контактирования шлака с горячей газовоздушной смесью шлак получается пористым и воздухопроницаемым. Поэтому попавшие в шлак угольные частицы полностью выгорают.

Находящийся над зоной кипения слой угля за счет тепла проходящих через него газов высушивается и газифицируется, т.е. подготавливается к сжиганию. Образовавшиеся в зоне кипения окислы азота восстанавливаются углеродом находящегося над ней топлива до атомарного азота.

Загрузка угля и удаление золы и шлака могут производиться вручную.

При сжигании угля в полукипящем слое необходимо поддерживать скорость дутьевого воздуха в пределах 0,5-0,8 от минимальной скорости псевдоожижения. Уменьшение этого соотношения приводит к сокращению зоны кипения слоя, между зонами кипения образуются зоны неподвижного топлива, которое полностью не выгорает, что при удалении золы и шлака приводит к потерям топлива (и в случае ручного, и в случае механического удаления золы и шлака). Увеличение соотношения приводит к возрастанию высоты зоны кипения и уменьшению высоты неподвижного слоя над ней. Из-за высокой температуры в зоне кипения резко возрастает объемная скорость газов, что может привести к струйному пробою неподвижного слоя и увеличению уноса топлива. Коэффициент избытка воздуха в слое следует поддерживать в пределах 1,0-1,2. Уменьшение этого соотношения приводит к повышению химического недожога из-за восстановления продуктов горения углеродом неподвижного слоя, а увеличение - к значительным потерям тепла с уходящими газами.

П р и м е р. В полукипящем слое сжигали уголь марки полуантрацит класса "Р" с низшей теплотворной способностью 25266 кДж/кг, зольностью 30%, содержанием летучих веществ 8,8% и следующего фракционного состава, %: частиц менее 1 мм - 8,3; от 1 до 2 мм - 14,5; от 2 до 3 м - 29,0; от 3 до 7 мм - 8,9; от 7 до 13 мм - 24,4; от 13 до 25 мм - 12,4; от 25 до 50 мм - 2,5. Уголь в топку подавался вручную, выгрузка золы и шлака производилась также вручную. Расчетная минимальная скорость псевдоожижения такого слоя составила 4,14 м/с. Сжигание проводилось при скоростях дутьевого воздуха 1,5 м/с; 2,1 м/с; 3 м/с; 3,3 м/с; 4,2 м/с и коэффициенте избытка воздуха 0,8; 1,0; 1,1; 1,2 и 1,3.

В ходе опытов определяли КПД топки, равный
η_т = 100 - q₃ - q₄, где q₃ - потери тепла от химического недожога; q₄ - потери тепла от механического недожога, и потери тепла с уходящими газами.

Результаты опытов приведены в табл.1 и 2.

Результаты опытов подтверждают правильность выбора диапазона скорости дутьевого воздуха и коэффициентов избытка воздуха в слое. Кроме того, было установлено, что содержание окислов азота в уходящих газах не превышало 1,3˙10^-3 кг/кВт, что соответствует требованиям мировых стандартов. Установлено также, что содержание окислов азота практически не зависит от коэффициента избытка воздуха за котлом, что подтверждает вывод о восстановлении окислов азота, образующихся в кипящем слое, в неподвижном слое до атомарного азота.

Использование: в топках котлов, сжигающих низкосортные угли в котельных сельскохозяйственного, промышленного и коммунального назначения. Сущность изобретения: недробленый уголь сжигают в полукипящем слое при скорости воздуха 0,5 - 0,8 от минимальной скорости псевдоожижения и при коэффициенте избытка воздуха в слое 1,0 - 1,2. 1 ил., 2 табл.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ НЕДРОБЛЕНОГО УГЛЯ В ПОЛУКИПЯЩЕМ СЛОЕ, заключающийся в подаче в последний угля и воздуха с заданными величинами скорости и коэффициента избытка воздуха, отличающийся тем, что заданные величины скорости и избытка воздуха в слое поддерживают в диапазонах 0,5 ... 0,8 от минимальной скорости псевдоожижения и 1,0 ... 1,2 соответственно.