СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЖИГАНИЯ ВО ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ Российский патент 1995 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, конкретно к способу низкотемпературного сжигания топлива во взвешенном слое, и может быть использовано для сжигания низкосортных твердых топлив в топках котлов, сушильных установок или технологических печей.

Известен способ низкотемпературного сжигания топлива в кипящем слое, включающий непрерывный ввод топлива в слой, непрерывную подачу воздуха под решетку для псевдоожижения и горения и подачу вторичного воздуха, выгрузку избытков материала снизу через золоотводящую течку (разгрузочную трубу). При реализации указанного способа, с целью предотвращения шлакования топки, подают инертный газ (воздух, пар или их смесь) в слой через сопло, размещенное в устье золоотводящей течки. Поток газа, направляющийся в кипящий слой с большой скоростью, разрушает конус из спекшихся частиц над устьем течки и перемешивает их с частицами кипящего слоя.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, связанная с повышенным механическим недожогом топлива и низким теплонапряжением поперечного сечения слоя из-за охлаждения частиц материала и топлива в устье золоотводящей точки и в прилегающей зоне кипящего слоя потоком инертного газа и удлинения времени сгорания частиц топлива.

Стабилизация температуры слоя в известном способе осуществляется путем снижения количества воздуха на горение (сжиганием при пониженном избытке воздуха α < 1), что требует для снижения потерь с механическим недожогом необходимости подачи вторичного воздуха, а это удлиняет процесс горения частиц угля и требует увеличения размеров установки и приводит к увеличению потерь тепла в окружающую среду, увеличению расхода материалов и, в конечном итоге, к снижению экономичности процесса.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ низкотемпературного сжигания топлива во взвешенном слое, включающий непрерывный ввод топлива полидисперсного состава в слой, непрерывную подачу воздуха под воздухораспределительную решетку для псевдоожижения и горения и подачу воздуха в разгрузочную трубу, выгрузку избытков материала снизу через разгрузочную трубу и стабилизацию температуры слоя путем подачи воды и водной суспензии материала (присадки) в слой.

Недостатком известного способа является снижение экономичности и надежности при увеличении в топливе доли частиц крупных классов, увеличении влажности, зольности или плотности частиц из-за ухудшения перемешивания материала слоя.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности работы (при подаче в слой топлива с увеличенной долей частиц крупных классов, увеличении влажности, зольности или их плотности).

Цель достигается за счет того, что при осуществлении способа низкотемпературного сжигания топлива во взвешенном слое, включающего непрерывный ввод топлива полидисперсного состава в слой, непрерывную подачу воздуха под воздухораспределительную решетку для псевдоожижения и горения и подачу воздуха в разгрузочную трубу, выгрузку избытков материала снизу через разгрузочную трубу и стабилизацию температуры слоя путем подачи воды и водной суспензии материала (присадки) в слой, количество воздуха, подаваемого в разгрузочную трубу, периодически изменяется от минимального значения, обеспечивающего скорость псевдоожижения наиболее крупных частиц класса сжигаемого топлива до максимального значения, ограниченного скоростью витания частиц с частотой 0,1-0,5 Гц и скважностью 2-2,5.

Отличием предложенного способа является то, что количество воздуха, подаваемого в разгрузочную трубу, периодически изменяют с частотой 0,1-0,5 Гц и скважностью 2-2,5 от минимального значения, обеспечивающего скорость псевдоожижения наиболее крупных частиц класса сжигаемого топлива до максимального значения, ограниченного скоростью витания частиц. Такой аэродинамический режим при реализации способа способствует улучшению качества перемешивания материала слоя, равномерному распределению окислителя по объему слоя, что в свою очередь способствует повышению скорости выгорания угля. Пульсации воздуха, подаваемого в разгрузочную трубу, способствуют также увеличению времени пребывания частиц в реакционном объеме, разрушению коксовых образований и предотвращают сжигание слоя. В результате повышаются полнота выгорания топлива и экономичность теплогенерирующей установки и ее надежность.

Увеличение частоты пульсаций подачи воздуха свыше 0,5 Гц (частота 1 Гц означает, что за секунду совершается одно колебание) приводит к резкому увеличению сопротивления воздушного тракта (период колебания составляет Т 1/f 1/0,5 2 Гц) при значительных затратах энергии и невозможности работы из-за уменьшения его пропускной способности. Уменьшение частоты пульсаций подачи воздуха ниже 0,1 Гц приводит к снижению эффекта пульсаций и увеличивает вероятность спекания материала слоя в зоне разгрузочной трубы в момент уменьшения скорости воздуха в ней.

Известны способы с применением импульсной подачи воздуха в топках с кипящим слоем, но во всех известных способах осуществляют пульсирующую подачу ожижающего воздуха под колосниковую решетку, что требует громоздкого оборудования, а также наблюдается спекание материала слоя при его опускании и уплотнении на решетке. Например, с целью повышения надежности путем интенсификации горения, в известном способе осуществляют пульсирующую подачу ожижающего воздуха с частотой пульсации 2-4 Гц при скважности его потока τ_o/T 0,25-0,4, где τ_o время одной пульсации; Т период пульсации. Такой режим способствует равномерному ожижению слоя, отсутствию застойных зон, улучшает взаимодействие топлива с окислителем и интенсифицирует процесс. Согласно указанному известному способу, воздух от воздуходувки через демпфирующую емкость поступает в пульсатор и далее через воздушный короб и газораспределительную решетку в слой инертного материала, приводя его в состояние импульсного псевдоожижения.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная значительными затратами энергии на перекрытие и открывание воздуховода, подводящего воздух под решетку, и увеличением размеров воздухоподводящей системы за счет необходимости использования демпфирующей емкости и пульсатора, а также низкая надежность из-за использования дополнительных узлов, спекание материала слоя при его опускании и уплотнении на решетке, т. е. в момент уменьшения теплоотдачи от частиц к теплообменнику.

Изобретение соответствует критерию "новизны", поскольку анализ патентной и научно-технической литературы показал, что не найдено техническое решение, тождественное предложенному.

Кроме того, выявленная совокупность признаков, отличающих предложенное техническое решение от прототипа, позволяет получить положительный эффект, и при изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков не найдена, причем каждый из признаков, взятый в отдельности, недостаточен для получения положительного эффекта. Все это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит узел 1 подачи топлива и камеру 2 сгорания с газораспределительной решеткой 3, узлом 4 перелива для удаления избытков золы и легких частиц материала слоя, разгрузочной трубой 5 для непрерывной выгрузки крупных или тяжелых частиц, снабженной шибером 6, воздуховодом 7 с измерительной диафрагмой 8 и вентилятором 9 с направляющим аппаратом 10 для подачи воздуха. Для ввода окислителя под решетку служит другой вентилятор (на чертеже не показан). Для подачи суспензии или воды во взвешенный слой 11 установлен узел, включающий наклонную трубу 12 и дозатор 13.

При работе устройства через узел 1 в камеру 2 подается твердое топливо. Снизу через воздухораспределительную решетку 3 подается окислитель воздух (в период розжига через решетку продуваются продукты сгорания от растопочного узла). В стационарном режиме зола выгружается через перелив 4, провал удаляется через разгрузочную трубу 5, а продукты сгорания поступают к теплоиспользующему аппарату (котлу и т.п.).

Для непрерывной выгрузки из слоя посторонних тяжелых частиц или предметов, например частиц, превышающих по размеру используемый класс, используется разгрузочная труба 5 при открытом шибере 6. Одновременно с тем, чтобы предотвратить выгрузку из слоя штатных частиц топлива и инертного материала через разгрузочную трубу, в эту трубу подается расчетное количество воздуха. При этом с помощью, например, направляющего аппарата вентилятора 9 и измерительной диафрагмы расход воздуха в разгрузочную трубу периодически изменяют по системе автоматического регулирования (не показана) с частотой 0,1-0,5 Гц и скважностью потока 2-2,5 от минимального значения, обеспечивающего скорость псевдоожижения наиболее крупных частиц класса сжигаемого топлива, до максимального значения, ограниченного скоростью витания частиц. Скорость витания максимальной частицы из класса сжигаемого угля может быть рассчитана, например, с помощью известных формул
W_вит R_e ˙/d; (1)
Re (2)
Ar (3) где Re критерий Рейнольдса; ν коэффициент кинематической вязкости газа; d эквивалентный диаметр частицы; Ar критерий Архимеда; g ускорение свободного падения; γ, γ_o плотности частицы и газа. Скорость псевдоожижения рассчитывается по формулам аналогичного вида.

При максимально (по заданию) открытом направляющем аппарате воздух подбрасывает материал слоя до максимальной высоты. При этом кислород воздуха полностью не успевает расходоваться, нагревается и проникает в верхние уровни кипящего слоя. При снижении расхода воздуха материал, находящийся над разгрузочной трубой, приопускается. Этот процесс повторяется с частотой f 1/T Гц, которая формируется задатчиком, где Т период колебаний (наименьший промежуток времени, через который колеблющаяся система возвращается к исходному состоянию). Поддержание скважности (отношения периода повторения импульсов к их длительности) в пределах 2-2,5 позволяет получить максимальный эффект от пульсаций при минимальных затратах энергии (расход воздуха в разгрузочную трубу составляет не более 10% общего расхода воздуха в топку), приводит к интенсификации теплообмена в кипящем слое.

Готовая суспензия, например жидкие флотоотходы, или техническая вода с сероулавливающими присадками подается во взвешенный слой по наклонной трубе.

П р и м е р. В топочном устройстве с низкотемпературным взвешенным слоем котла ДКВР-4/13, обеспечивающем регулируемый расход топлива класса 0-25 мм (3500 ккал/кг), непрерывную выгрузку частиц золы сверху через перелив, а частиц породы снизу, через разгрузочную трубу изменяли расход воздуха в разгрузочную трубу в пределах от W_рабоч до W_вит с частотой 0,1-0,5 Гц (Т 2-10 с) при скважности 2-2,5. Расход технической воды в слой составил 1050 кг/м² ч при расходе топлива 3800 кг/м² ч. Коэффициент избытка воздуха составил 1,2.

При частоте пульсаций воздуха в разгрузочную трубу f 0,5 Гц и скважности 2 КПД котла составил 86% что на 20-26% выше показателя, полученного при сжигании углей известными методами. Результаты сжигания представлены в таблице.

Таким образом, положительный эффект получен в заявленных пределах изменения частоты и скважности.

Использование: в топливосжигающих установках различного назначения: Сущность изобретения: осуществляют непрерывный ввод топлива в слой, непрерывную подачу воздуха под решетку и подачу воздуха в разгрузочную трубу, выгрузку избытков материала через перелив и снизу - через разгрузочную трубу, количество воздуха, подаваемого в разгрузочную трубу, периодически изменяют от минимального значения, обеспечивающего скорость псевдосжижения наиболее крупных частиц класса сжигаемого топлива, до максимального значения, ограниченного скоростью витания частиц, с частотой 0,1 - 0,5 Гц и сважностью 2,5. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЖИГАНИЯ ВО ВЗВЕШЕННОМ СЛОЕ путем непрерывной подачи в последний топлива полидисперсного состава под слой воздуха, отвода с поверхности слоя и из нижней его части провала с одновременной продувкой его воздухом, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, продувку воздухом провала осуществляют в пульсирующем режиме с частотой пульсаций 0,1 0,5 Гц при скважности 2,0 2,5, а его количество периодически изменяют от минимального до максимального значений, ограниченных скоростями соответственно ожижения наиболее крупных частиц и витания частиц.