Способ сжигания в кипящем слое Российский патент 2003 года по МПК F23C10/18 F23C5/24 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в промышленных и энергетических котлах, сжигающих твердое топливо и горючие отходы.

Известен способ сжигания в кипящем слое [1, гл. 5.5] с подачей первичного дутья и последующим вводом вторичного дутья, улавливанием и дожиганием уносимых частиц кипящего слоя в циклоне и их возвратом в кипящий слой. На сегодня это наиболее эффективный и экологически чистый, так называемый способ сжигания в циркулирующем кипящем слое, имеет несколько модификаций [1], например, по схеме Альстрем [1, рис. 5. 36, стр. 240]. Недостатками этого способа являются дорогостоящая конструкция высокотемпературного циклона, плохое перемешивание и низкая эффективность использования вторичного дутья в надслоевом объеме топки. Процессы горения завершаются лишь в циклоне.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ сжигания в кипящем слое [2], с подачей первичного дутья под слой и последующим вводом вторичного дутья с противоположных сторон тангенциально к условному телу вращения в надслоевом объеме топки. Вихревое течение в виде условного тела вращения создает перемешивание и повышает эффективность использования вторичного дутья в надслоевом объеме топки.

Недостатками прототипа является необходимость подачи в виде вторичного дутья большей части воздуха, так как для изменения характера течения, сильно загруженного выносимыми частицами потока из кипящего слоя, требуется гораздо больший импульс вторичного дутья, чем при обычном слоевом или пылеугольном сжигании. Подача большей части дутья в виде вторичного вызовет нарушение воздушного баланса и соответственно снизит эффективность топочного процесса, в том числе, из-за больших потерь с уходящими газами. С другой стороны, поддержание воздушного баланса (для топок с циркулирующим слоем доля первичного дутья составляет обычно [1] около 50% и более, а для пузырькового кипящего слоя более 70%) из-за увеличения за счет уносимых частиц плотности восходящего потока в 2-10 раза [1] не позволит организовать вихревое движение и эффективное перемешивание в надслоевом объеме. Кроме того, для симметричного расширяющегося канала по схеме, предложенной в прототипе [2], характерно [3, стр. 602, рис. 22.4. ] течение, перебрасывающееся от одной стенки к другой. Соответственно работа такой топки будет характеризоваться наличием пульсаций и пониженной эффективностью.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности сжигания топлива и повышение эффективности использования вторичного дутья.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу сжигания в кипящем слое, заключающемся в подаче первичного дутья и последующим вводом вторичного в надслоевой объем, вторичное дутье подают из участков набегания потока в сторону застойных зон тангенциально к условному телу вращения, а участки набегания потока и застойные зоны, расположенные под ними в профиле надслоевого объема, формируют обмуровкой и/или топочными экранами.

Дополнительно предлагается часть вторичного дутья вводить так же тангенциально к условному телу вращения отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой.

На чертеже показано вертикальное сечение профиля топочного устройства. Внизу на воздухораспределительной решетке 1 расположен кипящий слой 2 с подачей первичного дутья по тракту 3 от вентилятора 4. В надслоевом объеме 5 на участках 6 набегания (участок выделен стрелкой) потока установлены сопла 7 вторичного дутья. Сопла 7 вторичного дутья ориентированы тангенциально к условному телу вращения 8 (выделено пунктиром и заливкой) и направлены в сторону застойных зон 9 (выделены штриховкой).

Профиль надслоевого объема образован обмуровкой 10 и/или топочными экранами 11. При этом в потоке требуемые участки 6 набегания и застойные зоны 9 формируются естественным образом по известным законам аэродинамики [3] в соответствии с геометрией топки (на выступах - участки набегания, за отступами - застойные зоны).

Дымоходы топки имеют золоосадительные бункера 12 с эжекторами 13 возврата уноса, которые, как и система пневмозаброса топлива 14, трактами 15 вторичного дутья подключены к вентилятору 4. Имеются и другие элементы, необходимые для эксплуатации и обслуживания топки кипящего слоя.

Предлагаемый способ сжигания в кипящем слое осуществляется следующим образом.

На воздухораспределительной решетке 1 расположен кипящий слой 2. Частицы золы и горящего угля, разогретые до 800-1000°С, поддерживают в состоянии псевдоожижения и интенсивного перемешивания за счет подачи через слой первичного дутья от вентилятора 4 по тракту 3. Поток горящих газообразных продуктов горения и мелких выносимых частиц золы и кокса выносится в надслоевой объем 5 и далее отсасывается дымососом из установки.

Профиль и геометрию надслоевого объема 5 формируют обмуровкой 10 и/или топочными экранами 11 с образованием, по крайней мере, одного участка 6 набегания потока и одной застойной зоны 9 под ним. Такая форма надслоевого объема 5 в соответствии с геометрией обеспечивает разворот и движение запыленного потока вдоль участка набегания 6 над застойной зоной 9.

При этом, во-первых, по известным законам аэродинамики [3] восходящий поток концентрируется под участком набегания 6, а в застойной зоне 9 формируется отрывное возвратное вихревое течение. Такая аэродинамика способствует хорошему перемешиванию потока, конвективному теплообмену с топочными экранами 11, сепарации и удержанию в топке частиц, вынесенных из кипящего слоя. Соответственно, предлагаемая подача вторичного дутья из участков набегания 6 через сопла 7 тангенциально к условному телу вращения 8 в сторону застойных зон 9 только усиливает вихревое течение, перемешивание, конвективный теплообмен, сепарацию и удержание в надслоевом объеме 5 частиц, вынесенных из кипящего слоя. При этом струи вторичного дутья легко пронизывают восходящий поток, концентрирующийся под участком набегания 6. Таким образом, доля вторичного дутья может быть малой и определяется независимо, прежде всего, из условий организации высокоэффективного топочного процесса. Во-вторых, богатые кислородом струи вторичного дутья легко проникают в объем условного тела вращения 8, застойную зону 9 и в корень восходящего из кипящего слоя 2 потока. Горение и топочные процессы равномерно распространяются во всем объеме топки.

Подача дополнительного вторичного дутья по трактам 15 совместно с уносом из золоосадительных бункеров 12 через эжекторы 13 возврата уноса и совместно с топливом через систему пневмозаброса топлива 14 не только усиливает вихревое течение, но и насыщает надслоевой объем 5 горючими.

В итоге по предлагаемому способу обеспечивается:

высокоэффективное конвективное охлаждение и соответственно низкотемпературный режим топочного процесса;

сепарация, удержание и заполнение надслоевого объема частицами;

двухступенчатая схема сжигания с равномерным заполнением надслоевого объема и минимальной эмиссией вредных выбросов;

повышение эффективности сжигания топлива;

повышение эффективности использования вторичного дутья и соответственно минимумы избытков воздуха в топке и потерь тепла с уходящими газами.

Таким образом, применение предлагаемого способа сжигания в кипящем слое по сравнению с прототипом [2] позволяет повысить эффективность сжигания топлива и увеличить эффективность использования вторичного дутья.

ПРИМЕР. По предлагаемому способу НИЦ ПО “Бийскэнергомаш” проведена реконструкция на сжигания Березовского угля марки Б2 в топке кипящего слоя слоевого котла №1 типа КВ-ТС-20-150 ПВ. Котел установлен в пиковой котельной МУП “ОСП ЖКХ” г. Лесосибирска. С помощью установленного внутри топки экрана образован участок натекания и расположенная под ним застойная зона. В таблице дано сравнение показателей работы котла №1, выполненного по предлагаемому способу, и типового слоевого котла №2.

Представленные данные показывают, что реконструированный котел №1 имеет лучшие, по сравнению с типовым котлом №2, показатели: высокий КПД, пониженные выбросы вредных веществ СО и NО_х и минимальные избытки воздуха. Теплопроизводительность реконструированного котла практически в три раза выше, чем у типового слоевого котла

Литература

1. Баскаков А.П., Мацнев В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящим слоем. М.: Энергоатомиздат, 1996.

2. Авторское свидетельство SU № 1453118, F 23 С 6/04, опубл. 23.01.89, бюл. №3.

3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.

Изобретение может использоваться в промышленных и энергетических котлах для высокоэффективного сжигания измельченных твердых топлив и горючих отходов. Способ сжигания в кипящем слое, заключающийся в подаче первичного дутья и последующем вводе вторичного дутья в надслоевой объём из участков набегания потока в сторону застойных зон, тангенциально к условному телу вращения, причем участки набегания потока и расположенные под ними застойные зоны в профиле надслоевого объема формируют обмуровкой и/или топочными экранами. Часть вторичного дутья вводят отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сжигания топлива и увеличение эффективности использования дутья. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ сжигания в кипящем слое, с подачей первичного дутья и последующим вводом вторичного дутья в надслоевой объём из участков набегания потока в сторону застойных зон, тангенциально к условному телу вращения, причем участки набегания потока и расположенные под ними застойные зоны в профиле надслоевого объема формируют обмуровкой и/или топочными экранами.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть вторичного дутья вводят отдельно и/или совместно с топливом и уносом, уловленным за топкой.