УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ГОРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ В ТОПОЧНЫХ СИСТЕМАХ СО СЛОЕВЫМ СЖИГАНИЕМ Российский патент 2000 года по МПК F23B1/16 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для улучшения горения любого вида твердого топлива.

В настоящее время в энергетике используется большой арсенал способов, позволяющих интенсифицировать горение твердых топлив. Для этого используются физические, химические и конструктивные способы воздействия на кинетику процесса, позволяющие при горении твердых топлив ускорить выгорание его частиц при любых параметрах его полидисперсности.

Одним из таких аналогов является устройство, используемое в слоевых топках системы Михаловского (см. стр. 172 "Справочник по котельным установкам малой производительности", Энергоатомиздат, Москва, 1989 г. авт. К.Ф.Роддатис, А. Н. Полтарецкий), которое состоит из шурующей планки, электрического (гидравлического) привода, системы охлаждения и системы автоматики.

К недостаткам приведенного аналога можно отнести:
- конструктивную сложность;
- используемый способ физического воздействия на топливо не позволяет уменьшить кинетическое и диффузионное сопротивление поступления кислорода к золовому и топливному слою до уровня реализации эффективного кипящего слоя;
- практическое отсутствие возможности использования устройства на энергетических объектах средней и большой мощности;
- высокую инертность воздействия на топливо.

Наиболее близким устройством по принципу воздействия, с точки зрения кинетики процесса, а также по входящим в него элементам, который можно принять за прототип, является устройство для интенсификации горения твердых топлив в топочных системах со слоевым сжиганием, содержащее вентилятор, воздуховод и сопла /см., например, SU 16661541 A1, 07.07.91, Г 23 B 1/16/.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является:
- в связи с большим объемом пространства под колосниковой решеткой, в которое подается воздух, происходит сильное затухание воздушных импульсов и тем самым резко снижается эффект от импульсной подачи воздушного потока при реализации вибрационного горения.

Целью предлагаемого изобретения является:
- реализация вибрационного горения в кипящем слое;
- реализация сверхадиабатического горения в режиме вибрационной подачи воздуха с мощной амплитудной модуляцией в узкой зоне, перемещаемой по всей поверхности колосниковой решетки;
- резкое уменьшение кинетического и диффузионного сопротивления поступлению кислорода к золовому и топливному слою, конкретно - к поверхности горения любой частицы топлива;
- функциональная и конструктивная возможность работы на энергетических объектах любой мощности, использующих способ слоевого сжигания при различных конструкторских схемах.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство содержит вентилятор, воздуховод и сопла, а воздуховод снабжен встроенным электромеханическим воздушным генератором и системой управления частотой вращения его электродвигателя, а также вращающейся частью, расположенной на конце воздуховода в зоне под колосниковой решеткой и связанной шарнирно с неподвижной частью воздуховода, при этом вращающаяся часть воздуховода сверху по всей длине имеет щелевые сопла, а на концах имеет два сопла, расположенных перпендикулярно боковой поверхности вращающейся части воздуховода и направленных противоположно друг другу, кроме того, двигатель вентилятора снабжен системой управления его частотой вращения.

На фиг. 1 в двух проекциях схематично показана топочная система с устройством для интенсификации горения твердых топлив в топочных системах со слоевым сжиганием, состоящих из дутьевого вентилятора 1, воздухопровода 2 со встроенным в него электромеханическим воздушным генератором и системой управления частотой вращения его электродвигателя 3, вращающейся части воздуховода 4, колосниковой решетки 5, зоны горения топлива 6, щелевых сопел 7 и двух боковых сопел 8, системы управления частотой вращения электродвигателя вентилятора 9.

Интенсификация горения твердых топлив в топочных системах со слоевым сжиганием независимо от способа загрузки и углов наклона колосниковой решетки реализуется следующим образом: дутьевой вентилятор 1, частота вращения электродвигателя которого регулируется системой управления 9, создает непрерывный воздушный поток, который по воздуховоду 2 направляется в электромеханический генератор 3, в котором непрерывный воздушный поток преобразуется в пульсирующий с частотой, которая задается системой управления частотой вращения электродвигателя электромеханического воздушного генератора, пульсирующий воздушный поток по воздуховоду 2 направляется во вращающуюся часть воздуховода 4, в котором пульсирующий воздушный поток разделяется на два потока, один из которых выходит через боковые сопла 8 под колосниковую решетку, а второй выходит практически перпендикулярно поверхности колосниковой решетки через щелевые сопла 7. Выход второго воздушного потока в статике перпендикулярно плоскости колосниковой решетки организуется за счет установки предлагаемого устройства с помощью специального узла крепления таким образом, что плоскость вращения вращающейся части воздуховода 4 становится параллельной плоскости колосниковой решетки 5. Первый воздушный пульсирующий поток, вытекающий из сопел 8, реализует вращающий момент, за счет которого происходит вращение вращающейся части воздуховода 4 и вместе с ним вращение второго воздушного пульсирующего потока, с помощью которого реализуется острое пульсирующее дутье по всей плоскости колосниковой решетки 5. Каждая точка пространства колосниковой решетки обдувается острым пульсирующим дутьем с частотой вращения вращающейся части воздуховода. В каждый момент времени обдув колосниковой решетки острым пульсирующим дутьем производится по линии, соответствующей нелинейному отображению (из-за вращательного движения) линии сопел вращающейся части воздуховода на плоскость колосниковой решетки.

Воздух, организующий первый воздушный пульсирующий поток, в дальнейшем традиционным способом проходит через отверстия колосниковой решетки и взаимодействует с топливом. Частота вращения вращающейся части воздуховода зависит от количества подаваемого воздуха вентилятором, его напора и количества воздуха, проходящего через два боковых сопла вращающейся части воздуховода. Количество подаваемого воздуха вентилятором и величина воздушного напора регулируется системой управления 9, с помощью которой меняется частота вращения его электродвигателя. Частота импульсной подачи воздушного потока регулируется системой управления частотой вращения электродвигателя электромеханического воздушного генератора. Мощность второго воздушного пульсирующего потока, реализующего пульсирующее острое дутье, зависит и от ширины щелевых сопел вращающейся части воздуховода, которая регулируется.

Таким образом, изменяя частоты вращения электродвигателей вентилятора и электромеханического генератора, а также ширину щелевых сопел вращающейся части воздуховода, можно получить необходимое и достаточное поле амплитудно-частотных характеристик обоих воздушных потоков, позволяющее решить задачу по оптимизации их параметров с целью получения максимальной эффективности работы топочной системы.

На фиг. 2 схематично показана амплитудно-частотная характеристика плотности расхода суммарного воздушного потока, который проходит через любую заданную точку колосниковой решетки. Указанная характеристика является функцией следующих параметров:
- частоты работы электромеханического воздушного генератора;
- частоты вращения вращающейся части воздуховода, которая является функцией параметров воздушных потоков, реализуемых вентилятором и электромеханическим воздушным генератором через щелевые и боковые сопла вращающейся части воздуховода;
- удаления заданной точки колосниковой решетки от оси вращения вращающейся части воздуховода.

На фиг. 2 использованы обозначения:
А - величина амплитуды в относительных единицах,
Т - время.

Результаты физического моделирования, а также результаты использования устройства на топочных системах со слоевым сжиганием твердого топлива показали:
- функционально с высокой эффективностью реализуется эффект, получаемый на топочных системах с шурующими планками;
- функционально с высокой эффективностью реализуются процессы горения, получаемые на топочных системах с кипящим слоем;
- универсальность по топливу;
- возможность существенного увеличения теплового напряжения топочной системы, позволяющей уменьшить площадь пода при той же ее производительности;
- достаточно простое и эффективное регулирование процессом сжигания различных типов твердых топлив при любой их монодисперсности;
- резкое уменьшение физического, химического недожогов и коэффициента стехиометрического соотношения за счет заметного уменьшения кинетического и диффузионного сопротивлений поступлений кислорода к золовому и топливному слоям, а также существенного усиления турбулентности в кипящем слое по отношению к любым существующим типам топочных систем;
- возможность конструктивного дополнения без каких-либо особых переделок практически любой существующей топочной системы со слоевым сжиганием независимо от наклона колосниковой решетки.

Изобретение предназначено для интенсификации горения твердых топлив в топочных системах со слоевым сжиганием. Воздуховод дополняется вращающейся частью, которая располагается под колосниковой решеткой топочной системы со слоевым сжиганием твердого топлива. Вращающаяся часть воздуховода имеет щелевые сопла для выхода воздуха, реализующие острое дутье перпендикулярно плоскости колосниковой решетки, и два боковых сопла, противоположно направленных и расположенных на концах вращающейся части воздуховода, выход воздуха из которых реализует момент вращения, заставляющий вращаться вращающуюся часть воздуховода в плоскости, параллельной поверхности колосниковой решетки. Такое выполнение устройства позволяет независимо от типа топлива реализовать управляемый режим вибрационного горения в кипящем слое, существенно уменьшить кинетическое и диффузионное сопротивление поступления кислорода к золовому и топливному слоям и тем самым уменьшить химический, физический недожоги и коэффициент стехиометрического соотношения. Все это вместе в конечном итоге повышает КПД топочной системы и ее тепловое напряжение, позволяющее существенно уменьшить площадь пода при той же ее производительности. 2 ил.

Устройство для интенсификации горения твердых топлив в топочных системах со слоевым сжиганием, содержащее вентилятор, воздуховод и сопла, отличающееся тем, что воздуховод снабжен встроенным электромеханическим воздушным генератором и системой управления частотой вращения его электродвигателя, а также вращающейся частью, расположенной на конце воздуховода в зоне под колосниковой решеткой и связанной шарнирно с неподвижной частью воздуховода, при этом вращающаяся часть воздуховода сверху по всей длине имеет щелевые сопла, а на концах имеет два сопла, расположенных перпендикулярно боковой поверхности вращающейся части воздуховода и направленных противоположно друг другу, кроме того, двигатель вентилятора снабжен системой управления его частотой вращения.