Аэрофонтанная топка Советский патент 1980 года по МПК F23C11/00 

I

Изобретение относится к аэрофонтанным аппаратам, например топкам, и может быть использовано в теплоэнергетике и в топливно-перерабатывающей промышленности.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в качестве энергетической топки, а также в качестве технологической топки-нагревателя в установках термической переработки твердых топлив, в особенности для дожига полидисперсных, высокозольных остатков термического разложения.

Например, остаток полукоксования даже одного из видов высококачественного сланца содержит всего 2-4% горючих веществ и не может быть использован как топливо вследствие большого озоления.

В этом случае целесообразно дожигать твердый остаток в аэрофонтанной топке перерабатывающего агрегата для обеспечения теплом процесс термического разложения.

Известна аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания и разгонную камеру, соединенную с камерой сгорания верхней частью и снабженную в нижней части щтуцером для ввода топлива, размещенным над штуцером для подачи воздуха. В верхней части камеры сгорания может быть размещен стабилизатор горения 1.

Известная топка имеет ряд недостатков; неполнота механического горения, относительно большие энергетические затраты на

5 дутье и относительно больщой объем аппарата вследствие того, что горение происходит только лишь в камере сгорания. Цель изобретения состоит в повышении эффективности сгорания, а именно в снижении механической неполноты сгорания

10 топлива, уменьшении энергетических затрат на дутье и в уменьщении объема топки Это достигается тем, что расстояние между щтуцерами для подачи топлива и воздуха составляет (2-4)D, а диаметр штуцера для подачи воздуха равен (0,58-0,82)D, где D - диаметр разгонной камеры. Штуцер для подвода воздуха может быть выполнен в виде конфузора.

На чертеже изображена аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания 1, верхняя часть которой снабжена выходным штуцером 2 и стабилизатором горения 3. Нижняя часть камеры сгорания соединена с разгонной камерой 4, нижняя часть которой может быть выполнена в виде конфузора 5,

и.-ргходящим в штуцер b для подачи во.,;,yx;ri. Выше штуцера длп подачи возд ха )ia разгонной камере расположен штуцер 7 для подачи TOiiJiiiBa.

Работа аэрофоптанной топки происходит следующим образом. Частицы топлива, поступающие через штуцер 7 в разгонную камеру, вначале опускаются, а затем, встречаясь с потоком восходящего воздуха, подаваемого через штуцер 6, поднимаются вдоль разгонной камеры и к моменту достижения камеры сгорания разгоняются до скоростей, достаточных для обеспечения режима фонтанирования в разгонной камере. При этом часть поднимающихся частиц в начале пути, встречаясь в нисходящем потоке топлива, захватываются им и вновь опускаются в нижнюю часть разгонной камеры. В результате чего в нижней части разгонной камеры создается внутренняя циркуляция топлива. Частицы топлива, попадая в камеру сгорания 1, подпи.маются в приосевой ее части и, достигнув стабилизатор горения, частично отклоняются в пристеночную область камеры сгорания, по которой они затем опускаются в нижнюю часть камеры. Опускаясь, указанные частицы встречаются с восходящим из разгонной камеры потоком аэровзвеси из топлива и газа и увлекаются им вверх, создавая таким образом фонтанообразную циркуляцию материала. Частицы топлива, прошедшие стабилизатор, покидают камеру через выходной штуцер 2.

Раснг ложепие штуцера 7 для ввода топлива выше штуцера 6 на расстоянии, равном (24)D, и принятие диаметра штуцера

для подачи воздуха равным (0,58-0,82) D, где D - диаметр разгонной камеры, позволяет провести сжигание топлива не только в верхней части топки, но и осуществить его в значительной мере в разгонной камере 4.

Полное использование объема топки достигается благодаря тому, что после подачи материала, в процессе опускания частиц в начале движения их в разгонной камере, они сначала разгоняются под действием сил гравитации, а затем тормозятся встречным потоком воздуха. При этом имеют место высокие относительные скорости движения частиц топлива и воздуха, в результате чего резко интенсифицируется процесс горения.

Наличие внутренней циркуляции горящих частиц топлива в нижней части разгонной камеры обеспечивает подвод тепла к вновь поступающему топливу, его подогрев и устойчивое воспламенение. В результате процесс горения осуществляется интенсивно по всему объему топки, включая и ее нижнюю часть, что видно по данным расходования кислорода воздуха в разгонной камере.

В таблице приведены данные о содержании кислорода в воздухе на входе в разгонпую камеру и в дымовых газах на выходе.

Содержание кислорода, об.°/о

Устройство

на входена выходе

21

20 9 21

Эти данные свидетельствуют о том, что в описываемом устройстве в нижней части топки расходуется примерно половина кислорода воздуха и, следовательно, в ней в значительной мере осуществляется процесс сжигания.

В известной топке на этом участке горение практически не осуществляется. Эти данные показывают, что благодаря начавшемуся горению в нижней части топки топливо, поступающее в разгонную камеру, хорошо подготовлено, вследствие чего уменьшается механическая неполнота горения его. По данным видно, что объем верхней части топки может быть значительно уменьшен, что приводит к уменьщению ее габаритов в целом. Кроме того, энергетические затраты в настоящей топке уменьшаются в 1,5- 2 раза вследствие нагрева воздуха в нижней ее части и увеличении объема газов в три раза. Увеличение объема газа позволяет уменьшить долю воздуходувных средств для создания необходимого гидрав: лического режима процесса горения.

Уменьшение выбранных соотношений размеров ниже указанных ведет к ухудшению внутренней циркуляции горячих частиц топлива в нижней части разгонной камеры, ухудшению теплообмена с вновь поступающим топливом и как следствие к отсутствию устойчивого воспламенения. Увеличение заданных размеров выще указанных приводит к неоправдано высоким энергетическим затратам на поддержание слоя циркулирующего материала в нижней части разгонной 1 амеры, что экономически не выгодно.

Пример. В аэрофонтанную топку, которую используют в качестве топки-нагревателя в установке термической переработки сланца непрерывно подают сланцевый кокосзольный остаток, образующийся в результате термической переработки сланца с твердым теплоносителем, имеющим температуру 500°С, и содержащий, %: горючих компонетов - 2,2, в том числе углерода - 1,7, водорода - 0,1, серы колчеданной - 0,4, золы - 7,3, СО 2 карбонатов - 25,5.

Теплота сгорания (низшая) 175 ккал/кг.

Одновременно в топку подают дутьевой воздух, имеющий температуру 50°С, в количестве, необходимом для нагрева до температуры 850°С, образующихся при сжигании золы и дымовых газов.

Часть нагретой в топке золы, ее более крупную фракцию, используют в качестве