Различают три способа сжигания топлива: слоевой, при котором топливо в слое продувается воздухом и сжигается; факельный, когда топливно-воздушная смесь сгорает в факеле во взвешенном состоянии при перемещении по топочной камере, и вихревой (циклонный), при котором топливно-воздушная смесь циркулирует по обтекаемому контуру за счет центробежных сил. Факельный и вихревой способы могут быть объединены в камерный.

Процесс слоевого сжигания твердого топлива происходит в неподвижном или кипящем слое (псевдосжиженном). В неподвижном слое (рис. 2.6, а ) куски топлива не перемещаются относительно решетки, под которую подается необходимый для горения воздух. В кипящем слое (рис. 2.6, б )частицы твердого топлива под действием скоростного напора воздуха интенсивно перемещаются одна относительно другой. Скорость потока, при которой нарушается устойчивость слоя и начинается возвратно-поступательное движение частиц над решеткой, называется критической . Кипящий слой существует в границах скоростей от начала псевдосжижения до режима пневмотранспорта.

Рис. 2.6. Схемы сжигания топлива: а – в неподвижном слое; б – в кипящем слое; в – факельный прямоточный процесс; г – вихревой процесс; д – структура неподвижного слоя при горении топлива и изменение a, О 2 , СО , СО 2 и t по толщине слоя: 1 – решетка; 2 – шлак; 3 – горящий кокс;
4– топливо; 5 – надслойное пламя

На рис. 2.6, д показана структура неподвижного слоя. Топливо 4, ссыпаемое на горящий кокс, прогревается. Выделяющиеся летучие сгорают, образуя надслойное пламя 5. Максимальная температура (1300 – 1500 °С) наблюдается в области горения коксовых частиц 3.В слое можно выделить две зоны: окислительную, a > 1; восстановительную, a < 1.
В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как СО 2 , так и СО . По мере использования воздуха скорость образования СО 2 замедляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха a = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода (a < 1) начинается реакция между СО 2 и горящим коксом (углеродом) с образованием СО . Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а СО 2 уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера d к частиц топлива следующая: L 1 = (2 – 4) d к ; L 2 = (4 – 6) d к . На длины зон L 1 и L 2 (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания летучих горючих ,уменьшение зольности А р , рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Н 2 и СН 4 , появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла, расположенные над слоем.

В кипящем слое крупные фракции топлива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпературное (800 – 900 °С) сжигание топлива достигается при размещении в кипящем слое поверхности нагрева котла. В отличие от неподвижного слоя, где размер частиц топлива достигает 100 мм, в кипящем слое сжигается дробленый уголь с d к £ 25 мм.
В слое содержится 5 – 7 %топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, расположенным в слое, довольно высок и достигает 850 кДж/(м 2 ×ч×К). При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоотдачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых материалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы
(до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникновения низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень температур газов в кипящем слое способствует уменьшению образования в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исключается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива.

Характерной особенностью циркулирующего кипящего слоя является приближение к работе слоя в режиме пневмотранспорта.

Камерный способ сжигания твердого топлива осуществляется преимущественно в мощных котлах. При камерном сжигании размолотое до пылевидного состояния и предварительно подсушенное твердое топливо подают с частью воздуха (первичного) через горелки в топку. Остальную часть воздуха (вторичный) вводят в зону горения чаще всего через те же горелки или через специальные сопла для обеспечения полного сгорания топлива. В топке пылевидное топливо горит во взвешенном состоянии в системе взаимодействующих газовоздушных потоков, перемещающихся в ее объеме. При большем измельчении топлива значительно возрастает площадь реагирующей поверхности, а следовательно, химических реакций горения.

Характеристикой размола твердого топлива является удельная площадь F пл поверхности пыли или суммарная площадь поверхности частиц пыли массой 1 кг (м 2 /кг). Для частиц сферической формы одинакового (монодисперсного) размера величина F пл обратно пропорциональна диаметру пылинок.

В действительности получаемая при размоле пыль имеет полидисперсный состав и сложную форму. Для характеристики качества размола полидисперсной пыли наряду с удельной площадью поверхности пыли используют результаты ее просеивания на ситах различных размеров. По данным просеивания строят зерновую (или помольную) характеристику пыли в виде зависимости остатков на сите от размераячеек сита.Наиболее часто используют показатели остатков на ситах 90 мкм и 200 мкм – R 90 и R 200 . Предварительная подготовка топлива и подогрев воздуха обеспечивают выгорание твердого топлива в топке за относительно небольшой промежуток времени (несколько секунд) нахождения пылевоздушных потоков (факелов) в ее объеме.

Технологические способы организации сжигания характеризуются определенным вводом топлива и воздуха в топку. В большинстве систем пылеприготовления транспортирование топлива в топку осуществляется первичным воздухом, являющимся только частью общего количества воздуха, необходимого для процесса горения. Подача вторичного воздуха в топку и организация взаимодействия его с первичным осуществляются в горелке.

Камерный способ в отличие от слоевого также применяется для сжигания газообразного и жидкого топлива. Газообразное топливо поступает в топочную камеру через горелку, а жидкое – через форсунки в пульверизированном виде.

Слоевые топки

Топка с неподвижным слоем может быть ручной, полумеханической или механической с цепной решеткой. Механической топкой называют слоевое топочное устройство, в котором все операции (подача топлива, удаление шлака) выполняются механизмами. При обслуживании полумеханических топок наряду с механизмами используется ручной труд. Различают топки с прямым (рис. 2.7, а ) и обратным (рис. 2.7, б )ходом решеток 1, приводимых в движение звездочками 2. Расход топлива, подаваемого из бункера 3, регулируется высотой установки шибера 4 (см. рис. 2.7, а )или скоростью движения дозаторов 7(рис. 2.7, б ). В решетках с обратным ходом топливо подается на полотно забрасывателями 8 механического (рис. 2.7, б, в )или пневматического (рис. 2.7, г )типа. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоянии, а крупные – в слое на решетке, под которую подводится воздух 9. Прогрев, воспламенение и горение топлива происходят за счет теплоты, передаваемой излучением от продуктов сгорания. Шлак 6 с помощью шлакоснимателя 5(рис. 2.7, а ) или под действием собственного веса (рис. 2.7, б )поступает в шлаковый бункер.

Структура горящего слоя представлена на рис. 2.7, а. Область III горения кокса после зоны II подогрева поступающего топлива (зона I ) расположена в центральной части решетки. Здесь же находится восстановительная зона IV. Неравномерность степени горения топлива по длине решетки приводит к необходимости секционного подвода воздуха. Большая часть окислителя должна подаваться в зону III , меньшая – в конец зоны реагирования кокса и совсем небольшое количество – в зону II подготовки топлива к сжиганию и зону V выжига шлака. Этому условию отвечает ступенчатое распределение избытка воздуха a 1 по длине решетки. Подача одинакового количества воздуха во все секции могла бы привести к повышенным избыткам воздуха в конце полотна решетки, в результате чего его будет не хватать для горения кокса (кривая a 1) в зоне III .

Основным недостатком топок с цепными решетками являются повышенные потери теплоты от неполноты сгорания топлива. Область применения таких решеток ограничена котлами паропроизводительностью D = 10 кг/с и топливами с выходом летучих = 20 %и приведенной влажностью .

Топки с кипящим слоем отличаются пониженным выбросом таких вредных соединений, как NO х , SO 2 , малой вероятностью шлакования экранов, возможностью (ввиду низкой температуры газов) насыщения объема топки поверхностями нагрева. Недостатками их являются повышенная неполнота сгорания топлива, высокое аэродинамическое сопротивление решетки и слоя,узкий диапазон регулирования паропроизводительности котла.

Рис. 2.7. Схемы работы цепных решеток и типы забрасывателей топлива: а , б – топки с прямым и обратным ходом решеток соответственно; в , г – механический и пневматический забрасыватели;
1 – решетка; 2 – звездочки; 3 – бункер; 4 – шибер; 5 – шлакосниматель; 6 – шлак; 7 – дозатор топлива; 8 – забрасыватель; 9 – подвод воздуха; I – зона свежего топлива; II – зона подогрева топлива;
III – область горения (окисления) кокса; IV – восстановительная зона; V – зона выжига топлива

Слоевой способ сжигания топлива характеризуется относительно невысокими скоростями процесса горения, пониженной его экономичностью и надежностью. Поэтому он не нашел применения в котлах большой производительности.

Камерные пылеугольные топки

Камерные пылеугольные топки состоят из пылеугольных горелок и топочной камеры.

Топочной камерой называется устройство, предназначенное для завершения процесса горения и изоляции его от внешних условий.

Горелки предназначены для ввода в топку и перемешивания топлива и воздуха, обеспечения устойчивого воспламенения и выгорания смеси. Они должны отвечать следующим требованиям: герметичность соединения с топкой; ремонтопригодность; обеспечивать устойчивое горение на сниженной нагрузке и при использовании резервного топлива (газа или мазута).

Топки для сжигания твердых топлив по способу вывода шлака разделяют на топки с сухим шлакоудалением (рис. 2.8) и топки с жидким шлакоудалением (рис. 2.9).

На рис. 2.8 приведена принципиальная схема факельной (пылеугольной) топки с сухим шлакоудалением, где топливо сгорает во взвешенном состоянии в объеме топочной камеры.

б

а

В топках с сухим шлакоудалением ядро факела располагается несколько ниже топочной камеры, покрытой экранными поверхностями нагрева, воспринимающими излучаемую продуктами сгорания и горящим факелом теплоту и защищающими стены топочной камеры от воздействия высоких температур. Такие топки выполняются однокамерными с холодной воронкой в нижней части. В зоне холодной воронки и в верхней части топки температуры продуктов горения более низкие, чем в ядре факела. Взвешенные в потоке топочных газов частички золы, попадая из ядра факела в области относительно пониженных температур, охлаждаются и затвердевают. Небольшая часть золы (10 – 15 % общей зольности топлива) выпадает в шлаковый бункер, расположенный под холодной воронкой. Остальная зола уносится с продуктами сгорания в газоходы котла.

Топки с жидким шлакоудалением бывают однокамерные и двухкамерные.
В однокамерных низ топочной камеры выполняют в виде горизонтального или наклонного пода. На высоте 4 – 5 м от пода экраны закрывают теплоизоляционным материалом для снижения тепловосприятия, что позволяет поддерживать вблизи пода топки высокие температуры 1500 – 1600 о С, при которых шлак находится в жидком состоянии. Жидкий шлак непрерывно удаляется через летку в шлаковую ванну, заполненную водой.
В двухкамерных топках процессы сгорания топлива и охлаждения продуктов сгорания разделены.

Принципиальные схемы двухкамерных циклонных топок с жидким шлакоудалением показаны на рис. 2.9.Основными составляющими циклонным топок являются вихревая камера горения, представляющая собой цилиндр с тангенциальным сосредоточенным или рассредоточенным вводом топлива и воздуха, и камера охлаждения призматической формы.

Топливо подают в вихревую камеру с первичным воздухом. Топливно-воздушную смесь через завихритель (улитку) вводят в центральную часть камеры. По оси вводится дробленка. Через тангенциально расположенные сопла поступает угольная пыль. Вторичный воздух подают в камеру тангенциально через сопла-щели с большой скоростью (более 100 м/с), обеспечивая движение топливных частиц к стенкам камеры. Образующиеся в циклонной камере вихри способствуют интенсивному образованию топливно-воздушной смеси и горению топлива как в объеме циклона, так и на его стенках. Между камерами сгорания и охлаждения располагается шлакоулавливающий пучок футерованных (закрытых теплоизоляционным материалом) труб, предназначенный для улавливания расплавленных капелек шлака, содержащихся в продуктах сгорания. Неуловленные частички золы затвердевают в камере охлаждения.

Стены камеры горения для утепления выполняются из ошипованных экранов, покрытых огнеупорной обмазкой (рис. 2.10), а стены камеры охлаждения имеют неутепленные гладкотрубные или плавниковые экраны.

В зависимости от принципа организации процесса ввода пылевоздушной смеси пылеугольные горелки можно разделить на три типа: вихревые, прямоточные и плоскофакельные.

Принцип работы вихревой горелки (рис. 2.11, а ) следующий. Потоки первичного I и вторичного II воздуха вводят в топку через кольцевые концентрические каналы, в которых установлены завихрители. Направление крутки потоков одинаковое. Характерной особенностью такого течения является сопоставимость по величине всех трех составляющих скорости: аксиальной (продольной) w а , касательной w t (окружной) и радиальной w r . Наличие касательной составляющей скорости приводит к заметному расширению струи, образующей в пространстве параболическое тело вращения. В центральной внутренней части 1струи образуется зона разрежения, величина которой определяется втулочным отношением т=D о /D a и скоростью потоков на выходе из горелок.

Под действием перепада давлений возникают обратные токи высокотемпературных продуктов сгорания,обеспечивающие стабилизацию воспламенения пылевоздушной смеси. При движении первичный I и вторичный II воздух перемешиваются, и процесс горения распространяется на внешнюю поверхность 2струи.

В зависимости от конструкции завихрителей различают горелки улиточно-лопаточные (рис. 2.12, в ), улиточно-улиточные (рис. 2.12, а ), лопаточно-лопаточные, прямоточно-улиточные (рис. 2.12, б ) и прямоточно-лопаточные. В названии сначала указывают тип завихрителя по первичному воздуху.

Рис. 2.12. Виды вихревых пылеугольных горелок: а – улиточно-улиточная горелка;
б – прямоточно-улиточная горелка ОРГРЭС; в – улиточно-лопаточная горелка ЦКТИ – ТКЗ;
1 – улитка пылевоздушной смеси; 1" – входной патрубок пылевоздушной смеси; 2 – улитка вторичного воздуха; 2" – короб ввода вторичного воздуха; 3 – кольцевой канал для выхода пылевоздушной смеси в топку; 4 – то же для вторичного воздуха; 5 – основная мазутная форсунка;
5" – растопочная мазутная форсунка; 6 – рассекатель на выходе пылевоздушной смеси;
7 – завихривающие лопатки для вторичного воздуха; 8 – подвод третичного воздуха по осевому каналу; 9 – управление положением рассекателя; 10 – завихритель осевого потока воздуха;
11 – обмуровка топки; АБ – граница воспламенения пылевоздушной смеси; В – подсос топочных газов к корню факела

В вихревой горелке подводы первичного I и вторичного II воздуха индивидуальные (рис. 2.11). Подвод вторичного воздуха может быть как верхним, так и нижним, а подвод первичного воздуха – только верхним, что объясняется необходимостью предупреждения отложений пыли в пылепроводе. Каналы первичного и вторичного воздуха выполняются кольцевыми концентрическими.

Раскрытие факела, количество эжектируемых газов, распределение скоростей, дальнобойность в вихревой горелке определяются интенсивностью закручивания потоков, которая оценивается параметром п крутки, зависящим от конструкции завихрителя.

Через вихревые горелки целесообразна подача всех видов топлива, кроме фрезерного торфа. К недостаткам этих горелок следует отнести: повышенное гидравлическое сопротивление, конструктивную сложность, необходимость выполнения выходной части из жаростойких материалов во избежание ее выгорания, повышенную склонность к сепарации топлива, несколько больший (по сравнению с горелками других конструкций) выброс оксидов азота в атмосферу.

В прямоточных горелках в отличие от вихревых потоки первичного I и вторичного II воздуха не закручиваются и имеют однонаправленное (попутное) движение (рис. 2.11, б ). Касательная составляющая скорости отсутствует, а радиальная намного меньше продольной составляющей.

Стабилизация воспламенения осуществляется благодаря эжекции продуктов сгорания 1 по периферии 2струи. Нужная степень перемешивания воздуха достигается соответствующим соотношением скоростей первичного I и вторичного II воздуха.

Сопротивление прямоточных горелок меньше, чем вихревых, они проще в изготовлении, количество образующихся оксидов азота меньше. К недостаткам прямоточных горелок следует отнести более высокую дальнобойность и худшие условия перемешивания смеси по сравнению с вихревыми.

Область применения прямоточных горелок – каменные и бурые угли. Горелки предварительного перемешивания, имеющие камеру смешения,применяют в основном для торфа и бурых углей.

Принцип работы плоскофакельных горелок (рис. 2.13) основан на использовании эффекта соударения двух струй воздуха, направленных под углом друг к другу. Дальнобойность факела плоскофакельных горелок меньше, чем у прямоточных. Между струями вторичного воздуха и горелкой образуется «треугольник», в который подается топливо, воспламеняемое эжектируемыми в него раскаленными продуктами сгорания. В результате раздавливания струй после соударения образуется плоская струя, обладающая большой поверхностью. Вследствие расширения струи в одной плоскости и интенсивной эжекции ею продуктов сгорания снизу и сверху скорость струи резко падает. Наклон факела регулируется изменением соотношения расходов вторичного воздуха, подаваемого в верхние и нижние сопла. Это свойство горелки используется при изменении качества сжигаемого топлива, а также нагрузки котлоагрегата или режима его работы.

Топки для сжигания жидкого топлива (мазута)

В качестве жидкого топлива для промышленных котлов применяется в основном мазут. Для того чтобы сжечь мазут, его необходимо предварительно распылить для улучшения условий испарения, поскольку при сжигании мазута горят газообразные продукты его испарения. Для распыливания и ввода мазута в топку используют специальные устройства, называемые форсунками .

Топка для сжигания мазута состоит из топочной камеры, лучевоспринимающих поверхностей нагрева и форсунок.

Топочная камера и лучевоспринимающие поверхности нагрева при сжигании мазута выполнены так, что низ камеры ограничен горизонтальным или слегка наклонным поддоном. Сама камера выполнена относительно меньших размеров, так как мазут можно сжигать при значительно более высоком тепловом напряжении топочного пространства, чем пылевидное топливо. В котлах небольшой паропроизводительности под топки часто не экранируют, чтобы упростить выполнение экранной системы.

В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа подразделяются (рисунок ниже):

• на диффузионные;
• смешанные;
• кинетические.

Методы сжигания газа

а - диффузионный; б - смешанный; в - кинетический; 1 - внутренний конус; 2 - зона первичного горения; 3 - зона основного горения; 4 - продукты сгорания; 5 - первичный воздух; 6 - вторичный воздух

При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух — из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.

Процесс горения начинается после контакта между газом и воздухом и образования газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух - газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.

Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно, с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.

Достоинством диффузионного метода сжигания газа является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д.

К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся: высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени.

Недостатками этого метода являются: вероятность термического распада углеводородов, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа.

При смешанном методе сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.

При кинетическом методе сжигания к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле. Достоинство этого метода сжигания - малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелок. Недостаток - необходимость стабилизации газового пламени.

Способы сжигания твердого топлива.

Основные месторождения ископаемых топлив.

Размещение ископаемых твердых топлив по терри­тории СССР крайне неравномерно. Наиболее развитые в промышленном отношении районы европейской части СССР бедны топливом. Здесь наибольшее значение име­ет Донецкий бассейн, располагающий каменными угля­ми различных марок и антрацитами, но запасы топлива в нем уже не удовлетворяют потребности. Вместе с тем, слабые по мощности пласты, добыча из глубоких шахт делают это топливо дорогим (14-16 руб/т условного топлива). Основная масса ископаемых топлив нахо­дится Центральной и Западной Сибири, Казахстане. Эти топлива дешевле донецких (8-10 руб/т услов­ного топлива - шахтная добыча и 4 руб/т условного топлива - открытая добыча в разрезах). Даже с уче­том стоимости перевозки они оказываются дешевле в европейской части СССР, чем донецкие. Имеются запасы бурых углей в Канско-Ачинском бассейне (Центральная Сибирь). Близкое расположение к по­верхности земли, мощные пласты позволяют развер­нуть открытую добычу этого топлива, что делает его наиболее дешевым топливом СССР (расчетные затра­ты 2,5-3 руб/т условного топлива). Такими же характеристиками обладает Экибастузское месторождение ка­менных углей (Восточный Казахстан). Применительно к канско-ачинским бурым углям разрабатывается так­же план комплексной энерготехнологической их пере­работки с получением ценных химических веществ, буроугольного мазута и коксика - топлива с высокой теплотой сгорания (около 29,3 МДж/кг).

Запасы нефти интенсивно разрабатываются в Тю­менской, области. Добыча нефти и газового конденсата в этом районе составляет около 50% всœей добычи в стране.

Месторождения природного газа имеются во мно­гих районах нашей страны. К наиболее известным от­носятся Шебелинское, Дашавское, Газлийское. В по­следние годы открыты и начали активно эксплуатироваться уникальные месторождения в Туркмении, на Южном Урале и в Тюменской области (Шатлыкское, Оренбургское, Медвежье, Уренгойское, Ямбургское). Запасы газа здесь составляют почти 50% всœех извест­ных запасов природного газа в стране. Открыты запа­ек газа и нефти на территории Коми АССР. Близость этого района к промышленным центрам европейской части СССР заставляет ускоренно развивать добычу топлива в этом трудном по природным и климатиче­ским условиям районе. Данные приведены в ценах 1977 ᴦ.

Сжигание твердого топлива в топочных устройствах может быть организовано различ­ными способами: факельным, циклонным, в кипящем слое (рис. 1.7). Из них наиболее распространенным в современной крупной энергетике является факельный.

В основу классификации способов сжига­ния положена аэродинамическая характери­стика процесса, определяющая условия омывания горящего топлива окислителœем.

Практически неограниченное повышение мощности топочных устройств связано со сжиганием угольной пыли в объеме топочной камеры во взвешенном состоянии. Такой спо­соб сжигания топлива принято называть факельным . При этом мелкие частицы топли­ва легко транспортируются потоком воздуха и образующихся газов в сечении топочной каме­ры. Сгорание топлива происходит в этом слу­чае в объеме топочной камеры за весьма ограниченное время пребывания частиц в топ­ке (1-2 с). Скорость сгорания топлива, определяется поверхностью горения.

При циклонном способе сжигания частицы топлива находятся в интенсивном вихревом движении. В отличие от факель­ного способа сжигания частицы топлива под­вергаются интенсивному обдуванию потоком и быстро сгорают. Циклонный способ позволяет сжигать более грубую угольную пыль и даже дробленку. В циклоне развивается более вы­сокая температура горения, отчего шлаки пе­реходят в жидкое состояние.

В последнее время находит применение новый для энергетики способ сжигания топлива в так называемом кипящем слое (рис. 1.7,в). Находящееся на решетке измельченное топливо с частицами размером 1-6 мм продувается потоком воздуха с такой скоростью, что частицы всплывают над решеткой и совершают воз­вратно-поступательные движения в вертикальной плос­кости. При этом скорость газовоздушного потока в пределах кипящего слоя больше, чем над ними. Бо­лее мелкие и частично выгоревшие частицы поднимают­ся в верхнюю часть кипящего слоя, где скорость потока снижается, и там сгорают. Кипящий слой увеличивает­ся в объеме в 1,5-2 раза, его высота обычно со­ставляет 0,5-1 м.

Тепловоспринимающие поверхности в виде кори­дорного, или шахматного пучка труб размещают внутри объема кипящего слоя и над ним. За счет развитой кондуктивной (контактной) передачи теплоты от рас­каленных частиц к поверхности нагрева удельное тепловосприятие поверхностей в пределах кипящего слоя существенно возрастает. При этом температура газов вгорящем слое остается относительно невысокой (800-1000°С), что исключает перегрев металла и уменьшает образование вредных окислов азота в про­дуктах сгорания. Вместе с тем, такой способ сжигания позволяет вводить в кипящий слой твердые присадки (к примеру, известняк) для нейтрализации образующих­ся окислов серы.

Крупные электростанции потребляют бо­лее 1000 т/ч угля. Даже при доставке топли­ва вагонами большей грузоподъемности (60 - 125 т) на электростанции крайне важно посто­янно разгружать за 1 ч 15-30 вагонов топ­лива, что обеспечивается применением для разгрузки вагонов высокопроизводительных вагоноопрокидывателœей.

Превращение кускового топлива в уголь­ную пыль производится в два этапа. Вначале сырое топливо подвергается дроблению до размера, не превышающего 15 - 25 мм. Затем измельченное топливо - дробленка поступает в бункера сырого угля, пос­ле чего подвергается размолу в углеразмольных мельницах до окончательного продукта - угольной пыли с размером частиц до 500 мкм. Одновременно с размолом топливо подсуши­вается для обеспечения хорошей текучести пыли.

Владельцы патента RU 2553748:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в печах и в теплогенераторах различного типа, использующих для сжигания органическое топливо.

Известен способ эффективного сжигания топлива путем разделения газа (продуктов реакции сжигания), например Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления СО 2 из продуктов сжигания по патенту 2489197 (RU) Патентообладатель: МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК (US), Авторы БЕЙКЕР Ричард (US), ВИДЖМАНС Йоханнс Джи (US) и др. .

Реализация данного способа сжигания осуществляется в несколько этапов: этап улавливания диоксида углерода, этап мембранного разделения газов, работающий в сочетании с компрессией и конденсацией для получения продукта из диоксида углерода в виде жидкости и этапа на основе продувки, в котором входящий воздух или кислород для топки применяют в качестве продувочного газа. Недостатком данного способа является его сложность в реализации, поскольку он включает множество дополнительных этапов стандартного типа, таких как нагревание, охлаждение, компрессия, конденсация, подача насосом, различные типы разделения и/или фракционирования, а также мониторинг давлений, температур, потоков и т.п., при данном способе улавливание диоксида углерода происходит из отходящего потока, образованного сжиганием топлива, разбавленного балластными газами, имеющего в связи с этим пониженную температуру.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является Способ сжигания твердого топлива в бытовых отопительных печах по патенту 2239750 (RU), авторов Тен В.И. (RU) и Тен Г.Ч. (RU), Патентообладатель Тен Валерий Иванович (RU) .

Данный способ включает загрузку топлива на колосниковую решетку печи, создание тяги в ее рабочем пространстве, розжиг и горение топлива с удалением продуктов сжигания в атмосферу, регулирование тяги и количества удаляемых из печи продуктов сжигания путем приоткрывания заслонок поддувала и дымовой трубы.

Недостатком данного способа сжигания твердого топлива является его сложность в реализации, обусловленная разбивкой процесса на ряд отдельных периодов, в каждом из которых топливо заново разжигают, доводят до режима интенсивного горения и после достижения заданной температуры печи процесс горения переводят в режим затухания, затем снова производится розжиг с помощью сложной автоматики и с использованием уже жидкого или газообразного топлива. Недостатком этих и других подобных способов сжигания топлива является смешивание продуктов сжигания, источников тепла (CO 2 и Н 2 О), в зоне реакции, в единый поток с балластными газами (азот, излишний воздух и др.), которые ухудшают условия сжигания топлива и использования выделенного тепла (отбирают полезное тепло и выносят его в атмосферу) .

Предлагаемое изобретение ставит своей задачей улучшить условия сжигания топлива и увеличить объем выделяемой топливом тепловой энергии.

Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличении коэффициента полезного действия печей и теплогенераторов путем сжигания горючих газов в средней зоне колпака печи и удаления балластных газов из зоны горения, а также за счет воздействия на раскаленный углерод перегретым водяным паром.

Предлагаемый способ сжигания топлива поясняется графическим материалом, где приняты следующие обозначения: 1 - зона реакции сжигания; 2 - поддувало (зольник); 3 - подача первичного воздуха для розжига, поддержания горения и газификации топлива (летучие горючие газы); 4 - камера сгорания с топливом; 5 - углеводород (летучие газы); 6 - подача вторичного воздуха в зону горения для сжигания летучих горючих газов; 7 - вредные негорючие балластные газы, не участвующие в горении; 8 - подача перегретого пара; 9 - полезные раскаленные продукты - носители тепла, диоксид углерода и водяные пары; 10 - зона теплообмена; 11 - колосниковая решетка; 12 - выход газов из колпака печи.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. На колосниковую решетку 11 загружают твердое топливо, производят его розжиг, при этом через поддувало 2 и колосниковую решетку 11 поступает первичный воздух. Затем после розжига в колпак непосредственно в зону горения поступает вторичный воздух 6 для сжигания летучих горючих газов. В результате реакции сжигания возникает смесь не связанных между собой газов: раскаленные диоксид углерода и водяные пары и условно холодные балластные газы - излишний воздух и освободившийся азот в его составе (излишний воздух с повышенным содержанием азота). Особенность колпаковой конструкции в том, что в ней во время реакции сжигания происходит разделение возникающих газов. Горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой. Реакции горения топлива выражаются известными уравнениями горения. Соотношения веществ, вступающих в реакцию, выдерживаются, как и их состав. То есть в реакцию вступают углерод С, водород Н 2 с кислородом O 2 в количестве, определенном химическими уравнениями:

другие вещества вступить в реакцию не могут . Реакция сжигания происходит в зоне горения между углеводородом и кислородом без участия балластных газов, при этом освобожденный из воздуха азот в составе излишнего воздуха, как менее нагретые, выталкиваются через нижнюю часть колпака наружу (выходная труба на схеме не показана). После разогрева камеры сгорания и наличия в ней раскаленного углерода в колпак подают перегретый водяной пар 8 ниже зоны подачи вторичного воздуха. В результате взаимодействия углерода с водяными парами при высокой температуре возникают горючие газы в соответствии с известными химическими уравнениями

при пониженной температуре с суммарным положительным тепловым эффектом, которые усиливают процесс сжигания топлива и увеличивают теплоотдачу от него . Реализация предлагаемого способа сжигания топлива позволит увеличить коэффициент полезного действия печей и теплогенераторов. Предлагаемый способ достаточно прост в реализации, не требует сложного оборудования и может найти широкое применение в промышленности и в быту.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент Российской Федерации №2489197, МПК B01D 53/22 (2006.01). Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления диоксида углерода из продуктов сжигания. Патентообладатель, МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК. (US).

2. Патент Российской Федерации №2239750, МПК F24C 1/08, F24B 1/185. Способ сжигания топлива в бытовых отопительных печах. Патентообладатель Тен Валерий Иванович.

3. Мякеля К. Печи и камины. Справочное пособие. Перевод с финского. М.: Стройиздат, 1987.

4. Гинзбург Д.Б. Газификация твердого топлива. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. М., 1958.

Способ сжигания топлива в печах, имеющих колпак с камерой сгорания топлива и колосниковой решеткой, включающий загрузку топлива, розжиг и горение топлива за счет первичного воздуха, поступающего через поддувало, отличающийся тем, что движение газов в колпаке осуществляется без использования тяги трубы, с возможностью аккумулирования горячих газов в верхней части колпака, при этом в колпак, непосредственно в зону горения, подают вторичный воздух, при этом горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой, после разогрева камеры сгорания в нее, ниже подачи вторичного воздуха, подают перегретый водяной пар на раскаленный углерод и получают горючие газы.

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к парообразующим устройствам. Технический результат заключается в повышении эффективности банных процедур.

Изобретение относится к варочному устройству для приготовления пищи с использованием пара. Варочное устройство содержит нагревательную камеру, в которой пища размещается и нагревается, нагревательное средство, нагревающее пищу, парообразующий резервуар, включающий водоиспарительную камеру, источник тепла, нагревающий парообразующий резервуар, устройство для подачи воды, доставляющее воду в водоиспарительную камеру, подающее отверстие для подачи пара от водоиспарительной камеры, выпускное отверстие, выбрасывающее в нагревательную камеру пар, подаваемый из подающего отверстия, буферная камера, сообщающаяся с подающим отверстием и выпускным отверстием, расположена между водоиспарительной камерой и нагревательной камерой, причем источник тепла расположен между буферной камерой и водоиспарительной камерой.

Изобретение относится к бытовой технике, а именно к устройствам для приготовления пищи в походных условиях. Одноразовая походная печь включает корпус, содержащий: стенку корпуса, дно корпуса, окно для розжига горючего, воздушные окна, причем корпус выполнен в виде вырубки из листового или из листового гофрированного материала, а имеющая возможность изгиба и фиксации вокруг дна корпуса стенка корпуса имеет защелку замка, упоры удержания нагреваемой емкости и упоры удержания дна.

Изобретение относится к приборам для химических лабораторий, а именно, к эксикаторам - устройствам для медленного охлаждения, высушивания и хранения легко поглощающих влагу из воздуха веществ и материалов в атмосфере с малым давлением водяных паров в герметичных условиях с одновременным применением адсорбентов.

Изобретение относится к области малой энергетики, в частности к устройствам теплоснабжения небольших частных домов и секторов малоэтажной застройки. Технический результат - снижение выбросов вредных веществ до минимальных значений и повышение коэффициента полезного действия. Топочное устройство содержит корпус, дверцы для загрузки топлива и выгрузки золы, установленные в топочной камере устройства горизонтальную колосниковую решетку и дутьевой канал. Устройство снабжено сводом, расположенным над топочной камерой, поворотной камерой над сводом, верхним и нижним зольниками в нижней части корпуса и снабженными дверцами, сменными насадками для сжигания топлива, расположенными на основании дутьевого канала, горизонтальной колосниковой решеткой с возможностью регулирования ее установки по высоте топочной камеры. Дутьевой канал расположен в центре топочной камеры и соединен с нижним зольником, а в задней стенке корпуса выполнен скат. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в печах и в теплогенераторах различного типа, использующих для сжигания органическое топливо. Технический результат - увеличение коэффициента полезного действия печей и теплогенераторов. Способ сжигания топлива в печах, имеющих колпак с камерой сгорания топлива и колосниковой решеткой, включает загрузку топлива, розжиг и горение топлива за счет первичного воздуха, поступающего через поддувало. Движение газов в колпаке осуществляется без использования тяги трубы, с возможностью аккумулирования горячих газов в верхней части колпака. При этом в колпак, непосредственно в зону горения, подают вторичный воздух. Горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой. После разогрева камеры сгорания в нее, ниже подачи вторичного воздуха, подают перегретый водяной пар на раскаленный углерод и получают горючие газы. 1 ил.