СПОСОБ И СИСТЕМА СЖИГАНИЯ ПЫЛЕВИДНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1997 года по МПК F23D1/00 

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано в системах сжигания угольной пыли.

Известны способы сжигания твердого пылевидного топлива, включающие операцию термообработки (предварительного подогрева) угольной пыли продуктами сгорания вспомогательного топлива до 600 800^oC с последующим смешением ее с горячим воздухом на выходе из горелки в топочную камеру.

Эта операция является эффективным средством перевода связанного азота топлива в молекулярный азот и соответственно уменьшения выбросов оксидов азота при одновременном улучшении важнейших технико-экономических показателей работы котла, таких как расширение диапазона его устойчивой работы, снижение механического недожога, повышение устойчивости работы при нестабильности качества топлива.

Способы сжигания твердого пылевидного топлива с предварительной его термообработкой (Подготовка и сжигание топлива в топках мощных паровых котлов: Cб. статей /труды ВТИ, М. 1989).

Одним из них является способ сжигания твердого измельченного топлива (авт. св. СССР N 1198315, F 23 С 11/00 1984), предусматривающий термообработку топлива и сжигание его совместно с воздухом в псевдоожиженном слое.

Главным условием эффективности газификации твердого пылевидного топлива (угольной пыли) по снижению выбросов окислов азота в процессе термообработки является отсутствие либо минимальное содержание кислорода в зоне термообработки.

Это обеспечивает двумя путями: либо посредством транспорта топлива в зону термообработки дымовыми газами, отбираемыми из топки или за котлом, либо применением в качестве транспортирующей среды воздуха, при этом в зоне подогрева из смеси топлива, воздуха и дымовых газов удаляют часть воздуха для ограничения концентрации кислорода в этой зоне.

Прототипом изобретения и базовым вариантом для сравнения является патент ФРГ N 3537388. Способ и устройство для снижения образования окислов азота при сжигании пылевидных топлив.

В этом способе в качестве транспортирующей среды для пылевидного твердого топлива используют воздух, при этом из зоны подогрева воздух удаляют до ограничения концентрации кислорода в ней до 8%
Недостатком этого способа является сложность его реализации.

Предлагается более простой и надежный способ сжигания пылевидного твердого топлива с уменьшенным выходом окислов азота, содержащий предварительных подогрев пыли продуктами сгорания вспомогательного топлива до 600-800^oC и последующее сжигание топливо-воздушной смеси высокой концентрации с соотношением транспортирующего воздуха и пылевидного твердого топлива по массе 1: (30-50), отличающийся тем, что пылевидное твердое топливо (угольную пыль) в зону термообработки подают в псевдоожиженном состоянии.

Схематически предлагаемая технология сжигания пылевидного твердого топлива представлена на фиг. 1.

Исходным элементом является блок 1 псевдоожижения пылевидного твердого топлива, куда подают пыль 2 и сжатый воздух 3. С помощью блока псевдоожижения обеспечивают последующее перемещение топлива по технологическому тракту с минимальным содержанием в нем воздуха-носителя.

Псевдоожиженный поток топлива 4 поступает в блок подогрева пыли 5, где обеспечивают его контакт с газовым высокотемпературным теплоносителем 6, образующимся в блоке 7 за счет сжигания смеси вспомогательного топлива 8 и необходимого количества воздуха 9.

Из блока подогрева пыли 5 подогретая пылегазовая смесь 10 поступает в блок газификации 11. После завершения процесса газификации модифицированное топливо 12 (полукоксовая пыль и газообразные продукты газификации в смеси с газовым теплоносителем) поступает в горелку 13 для сжигания в смеси с горячим 14.

Топливо-воздушная смесь 15 воспламеняется на срезе горелки, а процесс горения развивается в топочной камере 16 котла.

Предлагаемый способ сжигания пылевидного твердого топлива по сравнению с прототипом (базовым вариантом) обеспечивает концентрацию кислорода в зоне термообработки от 0-1,5% в начальном участке зоны до 0 на выходном участке (избыток воздуха во вспомогательной горелке для получения теплоносителя α 1,0). Таким образом, основная часть процесса газификации развивается при содержании кислорода в газовой смеси, контактирующей с газифицируемой пылью, практически близком к нулю.

По сравнению с прототипом, предусматривающим ввод пылевидного твердого топлива в зону подогрева и газификации в виде пылевзвеси, перевод его в псевдоожиженное состояние позволяет упростить конструкцию узла термообработки пыли, поскольку из системы исключаются необходимые при подаче пылевзвеси узлы, осуществляющие процесс разделения газовой среды с выводом из зоны термообработки избыточного воздуха.

Для осуществления рассматриваемого способа сжигания пылевидного твердого топлива с уменьшенным выходом окислов азота предлагается система, представляющая собой горелку со встроенным узлом подогрева и газификации пыли.

Система сжигания твердого пылевидного топлива содержит устройство подачи и сжигания топливо-воздушной смеси для получения газа-теплоносителя, устройство для подачи пылевидного топлива, устройство для смешения, прогрева и газификации топливных частиц и канала для подвода термообработанной пыли совместно с продуктами газификации и газом-теплоносителем в топку.

От прототипа (системы по патенту ФРГ N 3537388) эта система отличается тем, что на входе в зону термообработки она оснащена устройством для аэрации (псевдоожижения) потока пыли.

Кроме того, в ней устройство для сжигания вспомогательной топливо-воздушной смеси выполнено в виде изолированной кольцевой полости, расположенной концентрично пылеподающему патрубку, образующему внутреннюю кольцевую стенку камеры сжигания, и связанной с рабочим каналом, суженным коническим патрубком.

На фиг. 2 показан продольный разрез системы, которая содержит корпус горелки 1 с примыкающим к нему патрубком 2 подвода горячего воздуха, центральный рабочий канал 3, связанную с ним камеру сжигания 4 вспомогательного топлива с воздушным лопаточным завихрителем 5 и воздухоподводящим патрубком 6 для подвода воздуха, необходимого для сжигания вспомогательного топлива (газа), вспомогательную горелку 7 с газоподводящим патрубком 8. Корпус горелки 1 примыкает к топке 9.

Вспомогательная горелка 7 установлена концентрично патрубку 10, расположенному по оси корпуса горелки 1.

Для аэрации пылевого потока и придания ему свойств псевдоожиженной среды предусмотрено аэрирующее устройство 11, например, струйного типа, к которому примыкает патрубок 12 для подвода пылевоздушной смеси и в которое по патрубку 13 подается аэрирующий воздух.

Камера сжигания 4 связана с центральным рабочим каналом 3 горелки суженным коническим патрубком 14.

В процессе работы системы смесь вспомогательного топлива (газа), поступающего из патрубка 8, и воздуха, поступающего из патрубка 6, (в соотношении, соответствующем стехиометрическому составу смеси, т.е. a 1,0) выгорает в основном в пределах камеры 4. В дожигании смеси в центральном рабочем канале 3 принимает участие воздух из псевдоожиженного центрального пылеугольного потока, поступающего в горелку по патрубку 10.

В основном участке центрального рабочего канала 3, где осуществляется газификация угольной пыли, содержание кислорода близко к нулю.

В результате высокоскоростного подогрева угольных частиц продуктами сгорания вспомогательного топлива осуществляется термическое разложение азотсодержащих соединений с образованием молекулярного азота. Одновременно идет процесс пиролиза угля.

Длина центрального рабочего канала 3 выбирается из условия обеспечения прогрева и завершения преобразования азотных соединений топлива до выхода в топку: скорость в рабочем канале 3 поддерживается на уровне 20-25 м/с, что исключает отложение в нем пыли и сепарацию полукоксовой пыли из факела в топке. Температура на выходе из канала 600-800^oC.

Таким образом, предлагаемая система сжигания твердого пылевидного топлива отличается от прототипа (базового варианта) наличием центрального патрубка 10 со встроенным аэрирующим устройством 11 для ввода псевдоожиженного потока пыли, с концентрично расположенной и изолированной от этого потока камерой 4 сжигания вспомогательного топлива.

Выполнение горелки с пространственным разделением канала ввода псевдоожиженной пыли в зону подогрева, камеры смещения и сжигания вспомогательного топлива и соответствующего количества воздуха и камеры смещения газового теплоносителя с угольной пылью позволяет практически исключить кислород из зоны газификации пылеугольных частиц, что способствует наиболее полному переводу связанного азота топлива в молекулярный азот.

Использование: в области энергетики и относится к топочной технике и может быть использовано в системах сжигания угольной пыли. Сущность изобретения: исходным элементом технологии сжигания пылевидного твердого топлива является блок 1 псевдоожижения пыли, с помощью которого обеспечивают последующее перемещение топлива по технологическому тракту с минимальным содержанием в нем воздуха-носителя. Псевдоожиженный поток топлива 4 поступает в блок 5 подогрева пыли, где он контактирует с газовым высокотемпературным теплоносителем 6. Далее подогретая пылегазовая смесь 10 поступает в блок газификации 11. После завершения процесса газификации модифицированное топливо 12 поступает в горелку 13 для сжигания смеси с горячим воздухом 14. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сжигания пылевидного твердого толпива с уменьшенным выходом окислов азота, содержащий предварительный подогрев пыли продуктами сгорания вспомогательного топлива и последующее сжигание толпивовоздушной смеси высокой концентрации, отличающийся тем, что пылевидное твердое толпиво подают в зону термообработки в псевдоожиженном состоянии. 2. Система сжигания пылевидного твердого топлива с уменьшенным выходом окислов азота, содержащая устройство для подачи пылевидного топлива, устройство для подачи и сжигания топливовоздушной смеси для получения газа-теплоносителя, устройство для смешения, подогрева и газификации топливных частиц и канал для подвода термообработанной пыли совместно с продуктами газификации и газом-теплоносителем в топку, отличающаяся тем, что на входе в зону термообработки она оснащена устройством для аэрации пыли. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что устройство для сжигания топливовоздушной смеси выполнено в виде изолированной кольцевой полости, расположенной концентрично пылеподающему патрубку, образующему внутреннюю кольцевую стенку камеры сжигания, и связанной с рабочим каналом суженным коническим патрубком.