Способ сжигания твердого топлива и топка для его осуществления

 

Использование: энергетика. Сущность изобретения: при подаче топлива и сорбента в кипящий слой, состоящий из сообщенных между собой центральной и периферийной зон, образованных по меньшей мере двумя центральным и периферийным воздушными потоками, скорость первого из которых выбирают из условий фонтанирования слоя, а скорость второго - из условий псевдоожижения слоя, а также ввода по меньшей мере двух потоков вторичного воздуха, на границе центральной и периферийной зон слоя организуют теплоотводящую зону, посредством которой указанные зоны сообщены между собой, топливо вводят в центральную зону слоя и сжигают его в режиме газификации, центральный поток первичного воздуха делят на две части и вводят их в соответствующую зону перекрестными струями с образованием закрученного фонтанирующего потока слоя с опускным участком по периферии последнего. Дожигание топлива осуществляют в по меньшей мере двух потоках вторичного воздуха, вводимых над периферийной зоной встречно-смещенными струями, с образованием по меньшей мере одного горизонтального вихря. При этом осуществляют регулируемый возврат отсепарированных из последнего частиц топлива в центральную зону слоя с отбором тепла в теплоотводящей зоне путем направленной в сторону последней подачи периферийного воздушного потока. Топка кипящего слоя снабжена встроенными в ее экранированный трубками корпус дополнительными экранами из труб, посредством которых камера сгорания отделена от камеры дожигания. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к сжиганию твердых топлив в топке c кипящим слоем и может быть использовано в котлостроении.

Известны устройства с кипящим слоем, содержащие сопло для ввода воздуха и топлива в топку, заведенное в нижнюю часть глубокого кипящего слоя, скорость выхлопа воздуха из которого выбирается из условия фонтанирования слоя, с образованием зоны сжигания с конической формой, над которой образуется зона сжигания с кипящим слоем, а вокруг конической зоны образуется зона с застойным слоем [1].

Указанное устройство позволяет сжигать размолотое топливо строго ограниченного по размерам частиц состава, что ведет к увеличению затрат на подготовку топлива.

Кроме того, глубокий кипящий слой требует увеличения затрат на воздушное дутье и не исключает прорывы через него указанного фонтана и увеличения при этом недожога топлива из-за уноса его из слоя последнего.

При сжигании высокосернистых топлив в указанном устройстве требуются увеличенный расход сорбента и увеличенные затраты на его подготовку.

Известен также способ сжигания твердого топлива в топке с кипящим слоем путем подачи последнего и сорбента в кипящий слой, состоящий из сообщенных между собой центральной и периферийной зон, образованных по меньшей мере двумя - центральным и периферийным воздушными потоками, скорость первого из которых выбирают из условий фонтанирования слоя, а скорость второго - из условий псевдоожижения слоя, а также ввода по меньшей мере, двух потоков вторичного воздуха [2].

При указанном способе сжигания твердого топлива имеет место пониженная экономичность, поскольку из слоя могут быть вынесены частицы топлива, которые не успевают сгореть в надслоевой части.

Кроме того, в периферийной зоне возможны выпадения крупных частиц топлива на газораспределительную решетку, что ведет к неравномерному распределению воздуха и образованию очагов шлакования, к снижению надежности топки и ограничению по размерам частиц сжигаемого топлива и увеличению затрат на подготовку последнего, поскольку при верхней загрузке топлива в топку не все крупные частицы его попадают в центральную зону с фонтанирующим слоем.

Цель изобретения - повышение экономичности путем снижения недожога, шлакования, вредных выбросов и затрат на подготовку топлива и сорбента.

Цель достигается тем, что в способе сжигания твердого топлива на границе центральной и периферийной зон слоя организуют теплоотводящую зону, посредством которой указанные зоны сообщены между собой, топливо вводят в центральную зону слоя и сжигают его в режиме газификации, центральный поток первичного воздуха делят на две части и вводят их в соответствующую зону перекрестными струями с образованием закрученного фонтанирующего потока слоя с опускным участком по периферии последнего, при этом дожигание топлива осуществляют в указанных, по меньшей мере двух потоках вторичного воздуха, вводимых над периферийной зоной встречно-смещенными струями, с образованием по меньшей мере одного горизонтального вихря, кроме того, осуществляют регулируемый возврат отсепарированных из последнего частиц топлива в центральную зону слоя с отбором тепла в теплоотводящей зоне путем направленной в сторону последней подачи периферийного воздушного потока.

Отсепарированные из горизонтального вихря частицы топлива вводят в опускной участок слоя центральной зоны.

Топливо вводят в опускной участок слоя центральной зоны, причем спутно центральному воздушному потоку, а также топливо может быть введено в верхнюю часть центральной зоны с возможностью его термообработки при просеивании через фонтан.

Способ сжигания твердого топлива может быть осуществлен в топке, содержащей обрамленный экранами из труб вертикальный призматический корпус с двухскатной воронкой, в устье которой размещены газораспределительные центральное и периферийное устройства, подключенные к автономным трактам подачи первичного воздуха и к камерам соответственно сгорания и дожигания, сообщенным между собой, а также устройства подачи в надслоевую часть топлива, сорбента и вторичного воздуха, снабженной дополнительными экранами из труб, расположенными в корпусе, посредством которых камера сгорания отделена от камеры дожигания, причем средние участки труб указанных экранов размещены вертикально, а нижние и верхние участки труб образуют соответственно двухскатную воронку, погруженную в слой, и козырек с вертикальными краями, расположенными с зазорами относительно средних участков труб с образованием перепускных проемов, сообщающих указанные камеры.

Указанные перепускные проемы образованы отогнутыми из плоскостей средних участков дополнительных экранов трубами и разделены на параллельные окна.

Устройства подачи вторичного воздуха выполнены в виде по меньшей мере одной группы из двух сопл, расположенных над слоем на противоположных стенах камеры дожигания со смещением по высоте и с наклоном в сторону периферийного газораспредительного устройства.

Нижние участки труб дополнительных экранов снабжены каждый парой пластин, скрепленных с трубами по оппозитным образующим и расположенных со смещением по высоте с образованием каналов, верхних и нижних окон возврата уноса в камеру сгорания.

Часть периферийных газораспределительных устройств расположена в зоне нижних окон возврата уноса.

Центральные газораспределительные устройства расположены в два ряда и ориентированы в каждом из последних в одном направлении с наклоном вверх, а в соседних рядах - перекрестно.

На фиг.1 показана топка, в которой осуществляется способ сжигания твердого топлива; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант топки; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - узел I на фиг.1; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.5; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - схема разводки труб топки.

Способ сжигания твердого топлива осуществляется в топке по фиг.1 или фиг. 3, содержащей обрамленный экранами из труб вертикальный призматический корпус 1 с двухскатной воронкой 2, в устье которой размещены центральное 3 и периферийное 4 газораспределительные устройства, подключенные к автономным трактам 5-7 подачи первичного воздуха и к камерам соответственно сгорания 8 и дожигания 9, сообщенным между собой, а также устройства подачи в надслоевую часть топлива, сорбента через устройства 10 или 11 и вторичного воздуха через устройства 12, снабженной дополнительными экранами 13 из труб, расположенными в корпусе 1, посредством которых камера 8 сгорания отделена от камеры 9 дожигания, причем средние участки 14 экранов 13 размещены вертикально или почти вертикально, а нижние и верхние участки труб образуют соответственно двухскатную воронку 15, погруженную в слой, и козырек 16 с вертикальными краями 17, расположенными с зазорами относительно средних участков экранов 13 с образованием перепускных проемов 18, сообщающих указанные камеры 8 и 9.

Перепускные проемы 18 образованы отогнутыми из плоскостей средних участков экранов 13 трубами 19 и разделены на параллельные окна 19 , снабженные износоустойчивым покрытием 19 .

Устройства подачи вторичного воздуха выполнены в виде по меньшей мере одной группы из двух сопл 20 и 21, расположенных над слоем на противоположных стенах камеры 9 дожигания со смещением по высоте и с наклоном в сторону периферийного газораспределительного устройства 4. Нижние участки труб экранов 13 снабжены каждый парой пластин 22, скрепленных с трубами 23 по оппозитным образующим и расположенных со смещением по высоте с образованием каналов 24, нижних 25 и верхних 26 окон возврата уноса в камеру 8 сгорания.

Часть периферийных газораспределительных устройств 4, например воздухоподводящего тракта 6, расположена в зоне нижних окон 25 возврата уноса. Центральные газораспределительные устройства 3 расположены в два ряда сопл 27 и 28 и ориентированы в каждом из последних в одном направлении с наклоном вверх, а в соседних рядах - перекрестно.

Сопла 27 и 28 могут быть выполнены как в виде воздухоподводящих труб, показанных на фиг.1, так и в виде каналов, образованных наклонными к горизонту пластинами 29, расположенными по обе стороны разделительной вертикальной стенки 30 и прикрепленными к последней и к пластинам 22 экранов 13.

Топка снабжена встроенными в ее корпус 1 воздухоподводящими коробами 31 с охлаждающими их рубашками 31 , выполненными в виде коллекторов экранов 13 или в виде разводок 31 труб последних.

Топка снабжена расположенными в ее нижней части бункерами 32 и 33 для сбора и удаления из нее избыточного количества золы.

Способ осуществляют следующим образом.

Топливо в виде дробленки с размерами зерен до 5-10 мм и более подается через устройство 10 или 11 в верхнюю часть фонтанирующего слоя камеры 8 сгорания, образуемого подачей через тракт 5, и ориентированные восходяще-перекрестно выхлопные сопла 27 и 28 устройства 3 центрального потока первичного воздуха, где в среде последнего оно воспламеняется и горит в режиме газификации, самоизмельчения и пневмотранспорта образовавшихся частиц топлива по газоходу, ограниченному средними участками 14 экранов 13, в верхнюю часть камеры сгорания 8.

При взаимодействии с козырьком 16 фонтан разворачивается на два 2 симметричных нисходящих потока, выхлоп которых в надслоевую часть камеры 9 дожигания осуществляется через выхлопные окна 19 проемов 18, с последующим поворотом каждого на угол около 180^о, противоположным упомянутому развороту фонтана, и сепарацией при этом в нижнюю часть камеры 9 дожигания, на ее наклонные скаты воронки 2, газораспределительное устройство 4 и бункер 32.

Регулируемой подачей по тракту 6 периферийного потока первичного воздуха через выхлопные участки труб устройства 4, впускные окна 25, каналы 24 и выхлопные окна 26 осуществляют возврат сепарированных частиц топлива из нижней части камеры 9 дожигания в периферийный опускной участок фонтанирующего слоя камеры 8 сгорания, чем достигают необходимой для условия поддержания температуруы слоя, например, на уровне температур 850-950^оС, кратности циркуляции сепарированных частиц из камеры 9 дожигания в камеру 8 сгорания.

При этом достигают снижения недожога, шлакования и вредных выбросов, например в виде окислов азота, реакцию образования которых подавляют за счет указанной пониженной температуры и режима газификации, а окислы серы избирательно поглощают кальцием, содержащимся в золе топлива или в дополнительно введенном сорбенте (известняке), реакция поглощения которых при указанных температурах идет наиболее интенсивно. Кроме того, последнему способствует то, что в фонтанирующем слое, закрученном вдоль периметра нижней части камеры 8 сгорания, идет интенсивный процесс самоизмельчения топлива и сорбента с образованием на их частицах активных центров, ускоряющих упомянутые реакции, поэтому затраты на подготовку топлива и сорбента снижаются, а также снижается потребность в последнем.

Интенсификации самоизмельчения топлива и сорбента способствуют интенсивная термическая их обработка в фонтанирующем слое и встречно-перекрестный ввод центрального потока первичного воздуха при образовании последнего.

Снижению недожога топлива способствует дожигание продуктов газификации и не подвергшихся упомянутой сепарации частиц топлива в горизонтальных вихрях, образованных встречно-смещенным вводом вторичного воздуха через сопла 20 и 21, расположенные над слоем на противоположных стенах камеры 9 дожигания со смещением по высоте и с наклоном в сторону периферийного газораспределительного устройства 4.

Формула изобретения

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И ТОПКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ сжигания твердого топлива путем подачи последнего и сорбента в кипящий слой, состоящий из сообщенных между собой центральной и периферийной зон, образованных по меньшей мере двумя, центральным и периферийным, воздушными потоками, скорость первого из которых выбирают из условий фонтанирования слоя, а скорость второго - из условий псевдоожижения слоя, а также ввода по меньшей мере двух потоков вторичного воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения недожога, шлакования, вредных выбросов и затрат на подготовку топлива и сорбента, на границе центральной и периферийной зон слоя организуют теплоотводящую зону, посредством которой указанные зоны сообщены между собой, топливо вводят в центральную зону слоя и сжигают его в режиме газификации, центральный поток первичного воздуха делят на две части и вводят их в соответствующую зону перекрестными струями с образованием закрученного фонтанирующего потока слоя с опускным участком по периферии последнего, при этом дожигание топлива осуществляют в указанных по меньшей мере двух потоках вторичного воздуха, вводимых над периферийной зоной встречно смещенными струями, с образованием по меньшей мере одного горизонтального вихря, кроме того, осуществляют регулируемый возврат отсепарированных из последнего частиц топлива в центральную зону слоя с отбором тепла в теплоотводящей зоне путем направленной в сторону последней подачи периферийного воздушного потока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отсепарированные из горизонтального вихря частицы топлива вводят в опускной участок слоя центральной зоны.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что топливо вводят в опускной участок слоя центральной зоны.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что топливо вводят спутно центральному воздушному потоку.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо вводят в верхнюю часть центральной зоны.

6. Топка для сжигания твердого топлива в кипящем слое, содержащая обрамленный экранами из труб вертикальный призматический корпус с двухскатной воронкой, в устье которой размещен воздухораспределительные центральное и периферийное устройства, подключенные к автономным трактам подачи первичного воздуха и к камерам соответственно сгорания и дожигания, сообщенным между собой, а также устройства подачи в надслоевую часть топлива сорбента и вторичного воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения недожога, шлакования вредных выбросов и затрат на подготовку топлива и сорбента, она снабжена дополнительными экранами из труб, расположенными в корпусе, посредством которых камера сгорания отделена от камеры дожигания, причем средние участки труб указанных экранов размещены вертикально, а нижние и верхние участки труб образуют соответственно двухскатную воронку, погруженную в слой, и козырек с вертикальными краями, расположенными с зазорами относительно средних участков труб с образованием перепускных проемов, сообщающих указанные камеры.

7. Топка по п.6, отличающаяся тем, что перепускные проемы разделены на параллельные окна отогнутыми из плоскостей средних участков дополнительных экранов трубами.

8. Топка по пп.6 и 7, отличающаяся тем, что устройства подачи вторичного воздуха выполнены в виде по меньшей мере одной группы из двух сопл, расположенных над слоем на противоположных стенках камеры дожигания со смешением по высоте и с наклоном в сторону периферийного воздухораспределительного устройства.

9. Топка по пп.6 - 8, отличающаяся тем, что нижние участки труб дополнительных экранов снабжены каждый парой пластин, скрепленных с трубами по оппозитным образующим и расположенных со смещением по высоте с образованием каналов, верхних и нижних окон возврата уноса в камеру сгорания.

10. Топка по пп.6 - 9, отличающаяся тем, что часть периферийных воздухораспределительных устройств расположена в зоне нижних окон возврата уноса.

11. Топка по пп.6 - 10, отличающаяся тем, что центральные воздухораспределительные устройства расположены в два ряда и ориентированы в каждом из последних в одном направлении с наклоном вверх, а в соседних рядах - перекрестно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8