СПОСОБ СКОРОСТНОГО СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В НИСХОДЯЩЕМ СЛОЕ Российский патент 2002 года по МПК F23B1/00 

Изобретение относится к различным областям промышленности, производящим и использующим топки и высокотемпературные дымовые газы для их преобразования в электрическую или механическую энергию, либо для технологических или других целей.

Известен способ получения высокотемпературных дымовых газов путем сжигания твердого топлива в принудительно транспортируемом фильтрующем слое с перекрестноточной подачей воздуха. Твердое топливо перед подачей в слой дробят.

Конструкция слоевой топки с механическим шлакоудалением для реализации данного способа содержит камеру, в которой установлена колосниковая решетка с приводом, забрасыватель горючего, нижнее зажигание, бункера угля и шлака, подачу воздуха на горение и отвод высокотемпературных дымовых газов. Живое сечение колосниковой решетки составляет 5-7%. (К.Ф.Роддатис, А.Н.Полтарецкий. Справочник по кательным установкам малой производительности, Энергоиздат, М., 1989, с.172-181).

Недостатками данного способа слоевого сжигания твердого топлива являются принудительный транспорт и загрузка слоя, требующие энергозатрат, низкое живое сечение колосниковой решетки и повышенные энергозатраты с дутьем и низкая единичная производительность, обусловленная низкой площадью зеркала горения твердого топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ скоростного сжигания измельченных древесных отходов в нисходящем фильтрующем слое с получением высокотемпературных газов. Способ включает сушку и зажигание древесины и слоевое ее сжигание в перекрестном токе горючего и окислителя (воздуха). Топка скоростного горения работает с высоким энерговыделением зеркала горения (от 2900 до 15200 кВт/м²). (В.Г.Александров. Паровые котлы средней и малой мощности. Изд-во Энергия, М., Л., 1966, с. 74-76).

Недостатками способа являются низкая производительность, непригодность для сжигания углей и применение ручного труда.

В основу изобретения положена задача усовершенствования способа скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое с повышением производительности и использования всех видов углей, включая отходы угледобычи.

Эта задача решается посредством способа скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое, включающем подачу кускового горючего в слой, сушку, зажигание и сжигание топлива в фильтрующем слое с перекрестной подачей воздуха, выгрузку золы и выдачу высокотемпературных дымовых газов, согласно изобретению твердое топливо и газы разделяют на параллельные вертикально ориентированные потоки и производят встречное сжигание горючих в смежных потоках по всей высоте слоя.

Возможен вариант когда производят двухступенчатую фильтрацию в слое газов, причем на нижней ступени производят дожигание коксового остатка и охлаждение золы при подаче в слой окружающего воздуха, а на верхней ступени производят сушку, зажигание и сжигание горючих газами, отходящими из нижней ступени фильтрации газов.

Целесообразно на верхней ступени производить фильтрацию газов в слое твердого топлива дополнительно в прямоточном и противоточном направлениях.

Рационально потоки горючего и золы в верхней ступени фильтрации газов формировать параллельно потокам горючего и золы в нижней ступени фильтрации газов.

Целесообразно ширину потоков горючего и золы в верхней ступени фильтрации в слое газов создавать равными ширине потоков горючего и золы в нижней ступени фильтрации в слое газов.

Желательно дымовые газы на выходе из верхней ступени фильтрации в слое газов разделять по высоте на два потока, из которых верхний поток с температурой ниже 150^oС сбрасывать в атмосферу.

Рационально розжиг производить путем подачи дымовых газов при температуре 500-1200^oС в слой нижней ступени фильтрации газов.

Сущность способа скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое заключается в разделении твердого горючего и газов на многочисленные параллельные и вертикально ориентированные потоки с дальнейшим встречным (в смежных слоях) сжиганием топлива и при фильтрации газов одновременно в прямотоке, противотоке и перекрестном токе с горючим при скорости газов, близкой к пневмотранспорту твердого горючего. Такой режим обеспечивает скоростную сушку твердого топлива, его газификацию и зажигание во всем объеме каждого слоя, а подача нагретого воздуха в слой к каждому зерну топлива и одновременный вывод продуктов сжигания обеспечивают высокую скорость окисления горючих.

Двухступенчатая фильтрация в слое газов обеспечивает организованное скоростное сжигание нисходящего горючего, при котором из нижней ступени фильтрации газов в верхнюю ее ступень поступает высокотемпературный газовый поток с избытком воздуха, обеспечивающий скоростную сушку, зажигание и сжигание летучих компонентов твердого топлива за счет интенсивного перемешивания потоков горючего и газов при перекрестноточном или одновременной их фильтрации в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях. Такой способ обеспечивает наряду с интенсификацией процесса слоевого сжигания горючего увеличение производительности, снижение химического недожога и автоматический поджог твердого горючего без применения специального зажигательного устройства.

Подача в нижнюю ступень воздуха в перекрестный ток горящему горючему во встречном направлении наиболее рациональна, поскольку повышается температура газов, что интенсифицирует процесс скоростного сжигания топлива и повышается производительность. Кроме того, перекрестный ток наиболее рационален при охлаждении золы.

Формирование потоков горючего и золы в верхней ступени фильтрации газов в слое параллельно потокам горючего и золы в нижней ступени фильтрации в слое газов обеспечивает равномерность потоков по всей высоте, что необходимо для предотвращения застойных зон и создания высокой газопроницаемости и производительности.

Обеспечение ширины потоков горючего и золы в верхней ступени фильтрации в слое газов, равной ширине потоков горючего и золы в нижней ступени фильтрации в слое газов, не нарушает проходимости горючего по всей высоте потоков, что положительно для стабилизации газодинамики и обеспечения высокой производительности.

Выделение из общего потока дымовых газов низкотемпературных газов с температурой ниже 150^oС и их сброс в атмосферу позволяет повысить температуру высокотемпературных дымовых газов, следующих на дальнейшее теплоиспользование.

Подача дымовых газов при температуре 500-1200^oС в нижнюю ступень фильтрации газов в период розжига обеспечивает скоростной вывод топки на регламентный режим без потери горючего. Принятый интервал температуры дымовых газов обеспечивает скоростной поджог всех видов твердого топлива и быстрый подъем температуры в слое за счет содержания в дымовых газах большого избытка воздуха.

На фиг. 1-3 схематически показана динамика материальных потоков при подаче в слой воздуха и газов на высоте АВ по каналам со знаком (+) и отвода из слоя продуктов сжигания твердого топлива по каналам со знаком (-) при одноступенчатой (фиг. 1) и двухступенчатой (фиг. 2 и 3) фильтрации в слое газов. Градиент давления газов в каналах создает дутьевой вентилятор (на фиг. 1-3 дутьевой вентилятор не показан). Твердое топливо распределяется по стрелкам 1 на потоки между вертикально расположенными рядами каналов и движется вниз под действием гравитации и после выгорания горючих и охлаждения золы выгружается по стрелкам 2. Воздух и дымовые газы в слой твердого топлива поступают по каналам (+) и в верхней ступени на высоте АР фильтруются в каждом слое в перекрестном токе (фиг.2) или одновременно по стрелкам С, F и Е соответственно в перекрестноточном, прямоточном и противоточном направлениях (фиг.3). Благодаря интенсивной фильтраций в слое газов ускорятся процессы сушки, зажигания и сжигания горючих в слое и повышается производительность. Этому также способствует возможность расширения зоны слоевого сжигания твердого топлива за счет увеличения количества потоков (количества рядов каналов) и площади зеркала горения по горизонтали и вертикали.

Ввод в слой воздуха и дымовых газов и чередующийся по горизонтали и вертикали вывод из слоя высокотемпературных дымовых газов позволяет, не изменяя скорости в слое газов, в 2-3 раза повысить подачу газов и увеличить производительность процесса. Возможность уменьшения толщины каждого фильтрующего слоя за счет повышения плотности (количества) потоков подачи в слой и вывода из слоя газов позволяет снизить гидравлическое сопротивление, что обуславливает возможность уменьшения размеров зерен твердого топлива и увеличение реакционной поверхности, интенсифицирующей процесс окисления горючих и обеспечивающей рост производительности.

Применение перекрестноточного режима фильтрации воздуха в слое золы в нижней ступени фильтрации газов наиболее эффективно при охлаждении и создает компактность при высоком термическом КПД процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Угольный щебень или коксовую мелочь подают на сжигание по стрелкам 1 в камеру, в золу выгружают по стрелкам 2. Горючее в камере распределяется между вертикальными рядами каналов подачи (+) воздуха в слой и отвода (-) высокотемпературных дымовых газов. В зонах с перекрестноточной фильтрацией газов каналы (+) и (-) расположены при чередовании их только по горизонтали, а в зонах с фильтрацией газов одновременно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлениях с опускающимся вниз горючим с золой каналы (+) и (-) расположены при чередовании их по горизонтали и вертикали.

При одноступенчатой фильтрации газов в потоках горючего (фиг.1) поджог твердого топлива производят непрерывно смесью дымовых газов и воздуха. Эту смесь газов нагнетают по каналам (+) и фильтруют в горючем по стрелкам С в перекрестном токе и по каналам (-) выводят высокотемпературные дымовые газы, которые используют по назначению.

При двухступенчатой фильтрации газов в потоках горючего (фиг.2 и 3) окружающий воздух по стрелке 3 подают на высоте РВ в нижнюю ступень и фильтруют в слое по стрелкам С в перекрестноточном направлении от рядов каналов со знаком (+) к рядам каналов со знаком (-). Нагретая от золы и части сжигания топлива газовоздушная смесь поднимается вверх по стрелке 6 и на высоте АР поступает в каналы (+) и движется в каждом слое к каналам со знаком (-), при этом газы фильтруются в каждом слое горючего по стрелкам С в перекрестноточном направлении, (фиг.2) или по стрелкам F, Е и С соответственно в прямоточном, противоточном и перекрестноточном направлении по отношению к опускающемуся вниз твердому топливу (фиг.3). На верхней ступени производят сушку, поджог и полное сжигание летучих компонентов и частично сжигают коксовую часть твердого горючего. Выходящие из слоя газы по каналам (-) на высоте МР направляют по стрелке 5 к потребителю, а верхний поток газов на выходе АМ с температурой ниже 150^oС по стрелке 4 сбрасывают в атмосферу.

Розжиг производят дымовыми газами, которые подают в слой горючего по стрелке 3 в нижнюю ступень фильтрации в слое газов. Подачу дымовых газов прекращают после поджога горючего и в слой подают окружающий воздух.

Примеры выполнения способа.

В шахту, изготовленную по схеме фиг.3, подают каменноугольный штыб и поджигают его в нижней ступени фильтрации газов газовой горелкой и затем включают подачу воздуха. В таблице приводятся основные показатели скоростного сжигания угольного штыба в сравнении с базовым способом (прототипом)
Достоинствами способа скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое является высокая производительность, компактность, экологическая безопасность, возможность использования всех видов твердого топлива, включая отходы угледобычи, непригодные для сжигания в традиционных слоевых топках скоростного горения и факельных топках.

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике, в частности слоевым топкам для сжигания твердого топлива, и обеспечивает при своем использовании повышение производительности и возможность использования для сжигания в качестве топлива всех видов углей, включая отходы угледобычи. Указанный технический результат достигается тем, что в способе скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое, включающем подачу кускового горючего в слой, сушку, зажигание и сжигание топлива в фильтрующем слое с перекрестной подачей воздуха, выгрузку золы и выдачу высокотемпературных дымовых газов, согласно изобретению топливо и воздух разделяют на параллельные вертикально ориентированные потоки и производят встречное сжигание горючих в смежных потоках по всей высоте слоя. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ скоростного сжигания твердого топлива в нисходящем слое, включающий подачу кускового горючего в слой, сушку, зажигание и сжигание топлива в фильтрующем слое с перекрестной подачей воздуха, выгрузку золы и выдачу высокотемпературных дымовых газов, отличающийся тем, что топливо и воздух разделяют на параллельные вертикально ориентированные потоки и производят встречное сжигание горючих в смежных потоках по всей высоте слоя. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в слое производят двухступенчатую фильтрацию газов, причем на нижней ступени производят дожигание коксового остатка и охлаждение золы, а на верхней ступени производят сушку, зажигание и сжигание горючих газами, отходящими из нижней ступени фильтрации газов. 3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на верхней ступени производят фильтрацию газов в слое твердого топлива дополнительно в прямоточном и противоточном направлениях. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что потоки горючего и золы в верхней ступени фильтрации газов формируют параллельно потокам горючего и золы в нижней ступени фильтрации в слое газов. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что ширину потоков горючего и золы в верхней ступени фильтрации в слое газов создают равной ширине потоков горючего и золы в нижней ступени фильтрации в слое газов. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что дымовые газы на выходе из верхней ступени фильтрации в слое газов разделяют по высоте на два потока, из которых верхний поток с температурой ниже 150^oС сбрасывают в атмосферу. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что розжиг производят путем подачи дымовых газов при температуре 500-1200^oС в слой нижней ступени фильтрации газов.