Способ сжигания топлива, в частности отходов

 

Способ сжигания топлива, в частности отходов, в сжигательных установках, заключается в том, что первичный воздух подают под колосниковой решеткой в слой топлива, а вторичный воздух - над слоем топлива, регулируют так, что интенсивность горения топлива на колосниковой решетке возрастает за счет повышения доли кислорода первичного воздуха и снижается в зоне вторичного сгорания за счет уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе и для уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе используют предпочтительно дымовые газы, возвращенные из процесса горения. 10 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу сжигания топлива, в частности отходов, в сжигательных установках, содержащих топку с колосниковой решеткой, при котором первичный воздух подают в слой топлива под колосниковой решеткой, а вторичный воздух над слоем топлива.

Сжигание отходов должно происходить так, чтобы в значительной степени исключить загрязнение окружающей среды. Обычные до сих пор действия по достижению этой цели заключаются в оптимизации процесса горения в отношение количества и распределения топлива вдоль зоны топки и зоны вторичного сгорания, а также в применении все более крупных и сложных устройств для последующей очистки газов. Это уже привело к резкому сокращению токсичных выбросов таких установок, однако вызвало резкий рост затрат на удаление, которые связаны с работой таких установок и требуют сверхпропорциональной протяженности очистки газов по сравнению с обычной частью установки, состоящей из топки и агрегата по утилизации энергии, например парогенератора. Тем временем был разработан стандарт на установки для очистки дымовых газов, который позволяет ожидать дальнейшего повышения производительности отделения, но с учетом очень высоких дополнительных затрат, поскольку достигается КПД очистки 99 По опыту известно, что между затратами и производительностью очистки существует экспоненциальная зависимость, так что для дальнейшего повышения КПД очистки технические средства неприемлемы. С помощью известных в настоящее время мероприятий достигнут технически возможный предел очистки дымовых газов. Прежде всего в последние годы были предприняты дополнительные попытки достичь дальнейших улучшений за счет управления процессом горения.

Известно, как можно воспрепятствовать образованию оксидов азота, чтобы сэкономить на установках для очистки [1] Основной принцип этого известного способа состоит в измерении в первую очередь содержания кислорода в первичном воздухе за счет примешивания возвращенных из процесса горения дымовых газов так, чтобы горение на решетке протекало в подавленном виде для достижения в пиках пламени температуры не выше 1300^oC, поскольку известно, что выше этой температуры образование оксидов азота происходит в сильной степени. В этом известном способе вторичный воздух вводят слоями в две ступени, причем на нижней ступени вводят в основном возвращенные дымовые газы для создания турбулентности, а на второй ступени подают окружающий воздух для необходимого выгорания дымовых газов. При таком целенаправленном замедлении реакций горения происходит, однако, заметное ухудшение воспламенения твердых компонентов отходов на решетке. Прямым следствием этого является повышение доли несгоревших веществ в остатке после сжигания и возможность связывания токсичных веществ с остатком, т.е. со шлаком, ухудшается из-за более низких температур слоя топлива. Однако у этого способа доля оксидов азота уменьшается, но доля сжигаемых токсичных веществ из-за снижения окислительного потенциала повышается.

В другом известном способе регулируют долю кислорода как в первичном, так и во вторичном воздухе, причем это регулирование простирается от повышения доли кислорода относительно окружающего воздуха до ее понижения относительно него [2] Для этого используют полученные в установке для разложения воздуха кислород и азот с тем, чтобы за счет подачи азота снизить долю кислорода в воздухе для горения. Эти меры могут улучшить процесс горения в основных зонах топки или топочного пространства, однако не приводят к уменьшению образующегося объемного потока дымовых газов через всю установку и прежде всего в установке для их очистки.

До сих пор при оценке загрязнения окружающей среды установками для сжигания отходов исходили большей частью из концентрации токсичных веществ в дымовых газах. Действующие в настоящее время директивы о токсичности выбросов, а именно 17-е федеральное постановление о защите от воздействия выбросов или директива ЕЭС о сжигании отходов, как и предшествующие им постановления, регулируют требования к таким установкам за счет предельных значений концентрации токсичных веществ. Этот подход, однако, не полностью отражает выброс токсичных веществ в атмосферу, поскольку могут быть зарегистрированы лишь их относительные, но не фактические количества, покидающие источник выбросов. Более обширно, напротив, оценку выбросов токсичных веществ дает экологическое значение источника выбросов.

Опыт из практики современных установок для очистки дымовых газов свидетельствует, что достигаемая концентрация токсичных веществ в очищенных дымовых газах почти не зависит больше от концентрации токсичных веществ перед очисткой дымовых газов, а значения концентраций остаются постоянными в конце очистки. Это объясняется уже упомянутой экспоненциальной зависимостью между степенью отделения и затратами или габаритами используемых агрегатов.

Задачей изобретения является, кроме полученных до сих пор значений о достигаемом КПД очистки, значительное уменьшение выбросов токсичных веществ в атмосферу при более высоком техническом КПД и меньших габаритах установленных за сжигательной установкой агрегатов.

Эта задача решается исходя из способа сжигания топлива вышеупомянутого вида, согласно изобретению тем, что интенсивность горения топлива на колосниковой решетке по меньшей мере частично увеличивают за счет повышения доли кислорода в первичном воздухе и снижают в зоне вторичного сгорания за счет уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе. Предпочтительно для уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе используют возвращенные из процесса горения дымовые газы.

За счет частично значительного повышения доли кислорода в первичном воздухе, что зависит от реакционных зон, например, идет ли речь о зоне нагрева, зоне главного сгорания или зоне выгорания, неизбежно уменьшается доля кислорода, благодаря чему при значительном возрастании интенсивности горения происходит резкое снижение необходимого объема воздуха, поскольку уменьшается количество действующего лишь как балласт азота. Этим экономится значительный объем воздуха для горения, что обеспечивает не только уменьшение габаритов вентиляторов и каналов для первичного воздуха, но и, в частности, уменьшение подключенных агрегатов, например парогенератора, установки для очистки дымовых газов, вытяжного вентилятора и дымовой трубы. Значительное увеличение интенсивности первичного сгорания приводит обычно к повышению температуры слоя топлива на колосниковой решетке и температуры пламени в зоне вторичного сгорания. В это время как более высокие температуры слоя топлива вызывают предпочтительный эффект улучшения выгорания твердых частиц сжигаемого топлива и улучшение связывания токсичных веществ с золой за счет спекания, повышенная температура вторичного сгорания вызывает усиленное образование оксидов азота (термический оксид азота). В упомянутом выше известном способе процесс горения подавляют по этой причине уже на колосниковой решетке. Изобретение идет, следовательно, сначала путем, считавшимся (согласно прежнему опыту) якобы неправильным, когда сжигание на колосниковой решетке производят сначала сверх обычной до сих пор меры для достижения значительного уменьшения количества первичного воздуха, улучшения качества шлака и уменьшения сжигаемых, т.е. окисляющихся, токсичных веществ, однако затем в зоне вторичного сгорания корректирует этот путь с тем, чтобы не происходило повышенного образования оксидов азота, удаление которых повлекло бы за собой значительные затраты. Здесь, следовательно, принимают дополнительные меры, состоящие согласно изобретению в том, что процесс горения над слоем топлива в начале зоны вторичного сгорания подавляют так, чтобы не происходило ожидаемого образования оксидов азота или происходило бы в меньшей степени. Эта подавляющая мера действует, следовательно, в тот момент, когда удаление окисляющихся токсичных веществ за счет резко вызванного процесса горения уже в значительной степени закончено. Из сильно повышенной доли кислорода в первичном воздухе после его прохождения через слой топлива все еще имеется достаточно кислорода для нужного подавленного горения в зоне вторичного сгорания, которое должно протекать с управлением таким образом, чтобы не возникали температуры, при которых происходит образование оксидов азота. Для достижения этого подавления согласно изобретению используют предпочтительно дымовые газы из этого процесса горения. В предлагаемом способе для подавления дожигания используют дымовые газы, содержание кислорода в которых значительно уменьшено. Благодаря использованию дымовых газов не требуется больше подавать дополнительный, бедный кислородом газ или инертный газ, вследствие чего количество газа, несмотря на достаточное горение в зоне вторичного сгорания, не требуется больше увеличивать, как это было в известных до сих пор способах, при которых в зоне вторичного сгорания по соплам вторичного воздуха дополнительно подавали воздух для горения в виде окружающего воздуха. Даже в способах, в которых не подавался чисто воздух для горения, количество газа все же повышалось, поскольку подавалась смесь из окружающего воздуха и дымовых газов или инертного газа, например азота, что повышало общее количество воздуха. Подавляющие меры в зоне вторичного сгорания приняты, следовательно, в изобретении предпочтительно с помощью дымовых газов, образующихся при первичном сгорании, т.е. при сгорании слоя топлива на колосниковой решетке, так что дополнительного количества газа либо не требуется, либо требуется в меньшей степени.

Современные установки для сжигания отходов эксплуатируются, как правило, с разделением воздуха для горения на 65 первичного воздуха и 35 вторичного. Следовательно, если заменить, например, весь вторичный воздух возвращенными дымовыми газами, т.е. рециркуляционными газами, с тем, чтобы достичь нужного процесса испарения в зоне вторичного сгорания, то с помощью этой меры можно сэкономить 35 всего количества газов, проходящих через установку. Вместе с повышением доли кислорода в первичном воздухе этим можно уменьшить общее количество проходящих через подключенные агрегаты газов на две трети. Если же, как констатировано выше, эначения концентрации токсичных веществ в конце очистки дымовых газов не зависят от концентрации токсичных веществ перед очисткой, то за счет уменьшения всего объема газов на две трети количества выброса токсичных веществ можно уменьшить выбрасываемое источником выброса количество токсичных веществ по сравнению с известными установками так, как это было невозможно при традиционной эксплуатации установок для сжигания отходов из-за поясненного выше экспоненциального возрастания затрат.

Исходя из поясненной выше общей принципиальной идеи, особое усовершенствование изобретения состоит в том, что содержание кислорода в первичном воздухе локально повышают в зависимости от характера выгорания или интенсивности горения находящегося на колосниковой решетке слоя топлива, исходя из содержания кислорода в окружающем воздухе, содержание кислорода во вторичном воздухе, исходя из содержания кислорода в окружающем воздухе, уменьшают за счет примешивания возвращенных дымовых газов, а вторичный воздух устанавливают локально в отношении состава, количества, места подачи и высокой турбулентности в зоне вторичного сгорания таким образом, что образование оксидов азота над слоем топлива в значительной степени исключается. За счет соответствия местным условиям, т.е. принятия во внимание различных состояний топлива вдоль колосниковой решетки, первичный воздух можно привести в соответствие с данными условиями и отрегулировать так, чтобы возник нужный возросший эффект сгорания, а тем самым произошло сгорание окисляющихся токсичных веществ. Для этого используют, например, известные термоэлементы для измерений температуры или ИК-камеры для регистрации непосредственно исходящего от слоя топлива излучения твердого тела, которое позволяет сделать вывод о температуре слоя топлива, т. е. температуре выгорающей топливной массы, с тем, чтобы установить долю кислорода, необходимую для увеличения интенсивности горения, в данном месте колосниковой решетки, что, например, возможно за счет соответствующего разделения воздухопровода нижнего дутья для решетки. Для этого уже существует соответствующее предложение [3] Решающим при этом является не тот известный факт, заключающийся в регулировании доли кислорода, а скорее то, что в предлагаемом способе долю кислорода повышают настолько, что достигается интенсивность горения и связанное с этим уменьшение количества окисляющихся токсичных веществ, которое до сих пор не было достигнуто из-за ожидаемых недостатков. Эти недостатки, которые следует усматривать, например, в термическом связывании оксидов азота и перегреве защитной облицовки топочного пространства, исключаются в изобретении за счет того, что над слоем топлива принимаются целенаправленные подавляющие поры в отношении развития температуры и установлении прочих условий. К этим подавляющим мерам относится, в принципе, уменьшение доли кислорода, как это уже пояснялось выше. При этом большое влияние оказывает то, какие подаются количества вторичного воздуха, в каком месте относительно слоя топлива или топочного пространства и с какой турбулентностью обозначаемое как вторичный воздух количество газов подается по соплам вторичного воздуха. Особенно благоприятным образом сказывается образование высокой турбулентности, поскольку этим может быть компенсировано зачастую неравномерное распределение кислорода и лучше использован имеющийся кислород, за счет чего при относительно низких температурах достигается нужный процесс горения в зоне вторичного сгорания. С помощью измерений температуры и наблюдений посредством ИК-камер или реле контроля горения можно установить условия в зоне вторичного сгорания таким образом, чтобы воспрепятствовать температурам, вредным для облицовки топочного пространства и способствующим образованию оксидов азота, после того, как, например, известно, что температура 1300^oC представляет собой предел, выше которого приходится считаться с возрастающим образованием оксидов азота.

В зависимости от сжигаемого топлива может быть предпочтительным повышение содержания кислорода первичного воздуха только в зоне главного сгорания топки, поскольку в других зонах топливо сначала подогревается или оно уже имеет слишком низкую теплоту сгорания, как это, например, наблюдается в зоне выгорания.

Содержание кислорода первичного воздуха, локально по-разному устанавливаемое в отношении длины слоя топлива на колосниковой решетке, может быть установлено на 25-50 об. предпочтительно на 35 об. За счет этого можно уменьшить количество первичного воздуха в соответствии с диаграммой на фиг. 2, более подробно поясняемой ниже.

Поскольку согласно изобретению интенсивность горения на колосниковой решетке особенно резко возрастает в пределах зоны первичного сгорания, в проходящем сквозь слой топлива воздухе остается еще достаточно кислорода для вторичного сгорания, так что согласно другому варианту осуществления изобретения возвращенные в зоне вторичного сгорания дымовые газы могут составлять 20 65 предпочтительно 35 всего подаваемого в процессе горения количества воздуха и газа. Следовательно, например, все количество газа, вводимое через сопла вторичного воздуха, может состоять из возвращенных дымовых газов, если исходить из того, что предпочтительно 35 всего количество воздуха и газа используется в качестве возвращенных дымовых газов, а вторичный воздух составляет 35 всего количества газа. Поскольку речь идет о возвращении газа, благодаря этой мере экономится более трети всего количества газа.

Предпочтительными параметрами для регулирования содержания кислорода являются в отношении первичного воздуха температура поверхности горящего топлива, а в отношении вторичного воздуха царящая в зоне вторичного сгорания температура или высота пламени в топочном пространстве.

Возвращенные дымовые газы отсасывают предпочтительно после прохождения через котел, за счет чего уменьшение объема газа в результате возврата дымовых газов становится заметным лишь в установке для их очистки. В особых случаях можно также отсасывать возвращаемые дымовые газы непосредственно над слоем топлива. Установку содержания кислорода в первичном воздухе, а тем самым сознательное увеличение интенсивности горения в зоне первичного сгорания на колосниковой решетке можно ускорить, не принимая во внимание последствий, исключаемых подавляющими мерами согласно изобретению, настолько, что процесс горения на колосниковой решетке в основном ограничен условиями, определяемыми эксплуатационной способностью решетки. При этом возможно повышение температуры в слое топлива на 300^oC по сравнению с обычными процессами горения. Поскольку температура слоя топлива может лежать на 300^o выше, чем при горении с нормальным наружным воздухом, степень связывания токсичных веществ со шлаком выше. Уменьшенная за счет этого выщелачиваемость токсичных веществ улучшает возможность использования шлака в качестве строительного материала или снижает требования к вывозимым на свалку остаткам после сжигания. В принципе, обогащение кислородом первичного воздуха дает различные значительные преимущества. Уже подробно выделялся тот факт, что общее количество объема газа удалось снизить на две трети, что приводит к уменьшению габаритов всей установки и тем самым к значительному сокращению расходов. За счет повышения содержания кислорода в первичном воздухе неизбежно резко уменьшается доля подаваемого кислорода, который следует рассматривать лишь как балласт и который до сих пор значительно уменьшал термический КПД. Повышение доли кислорода имеет свои пределы там, где могла бы произойти термическая перегрузка отдельных элементов решетки. На практике оказалось, что доля кислорода может составлять до 50 об. подаваемого количества первичного воздуха, не вызывая повреждений элементов решетки. За счет уменьшения объемного потока газа эффект уноса ограничивается легкими и мелкими частицами отходов, так что они сгорают на решетке или непосредственно над ней и не попадают в качестве несгоревших частиц в установку для очистки. В дополнение к возможному уменьшению за счет меньшего объема дымовых газов пылеуловители могут быть выполнены менее мощными. Устанавливающееся на основе изобретения заметно более интенсивное горение приводит не только к более высоким температурам частиц топлива на самой решетке, но и вызывает повышение температур газа непосредственно над слоем топлива, что приводит к снижению концентраций монооксида углерода и остаточного углеводорода. Далее снижается концентрация так называемых соединений-предшественников, которые в зоне последующего охлаждения дымовых газов могут привести к образованию диоксинов и фуранов.

Благодаря резкому подавлению процесса горения в зоне вторичного сгорания предпочтительно за счет возврата дымовых газов исключаются недостатки, возникающие за счет прежнего обогащения кислородом над решеткой. При подаче окружающего воздуха в зону вторичного сгорания установлен перегрев этой зоны. Результат выражается в более высокой доле термически образовавшихся оксидов азота и неизбежном на длительный срок разрушении керамической защитной облицовки топочного пространства. Эти недостатки исключаются за счет резкого подавления процесса горения над слоем топлива, т. е в зоне вторичного сгорания. Необходимое в зоне вторичного сгорания перемешивание, с тем, чтобы исключить перепад концентрации кислорода между рециркуляционным газом и газами из зоны первичного сгорания, достигается подачей рециркуляционного газа в зону вторичного сгорания, причем подаваемого здесь количества газа достаточно для обеспечения требуемой турбулентности. Меньшее завихрение пыли в и над слоем топлива приводит дополнительно к уже упомянутому уменьшению мощности пылевых фильтров, меньшему загрязнению поверхностей нагрева в котле и тем самым к более благоприятным условиям эксплуатации в отношении загрузки котла, интервалу времени между очистками поверхностей нагрева и КПД котла. За счет резкого уменьшения количества газа при постоянном количестве топлива неизбежно возникает пропорциональное повышение концентрации различных токсичных веществ, отделяемых установкой для очистки дымовых газов, как это следует из изображенных на фиг. 2 6 диаграмм. На случай, если в очистке дымовых газов предусмотрена регенерация ценных веществ, значительно улучшается, например, при получении соляной кислоты и гипса из отделенных токсичных веществ эффективность этого процесса и снижаются затраты на него.

На фиг. 1 изображен продольный разрез топочной установки; на фиг. 2 - диаграмма уменьшения количества дымовых газов при различных концентрациях кислорода в первичном воздухе и различных долях рециркуляционного количества относительно количества вторичного воздуха; на фиг. 3 результат испытаний при эксплуатации топочной установки с использованием наружного воздуха в качестве первичного воздуха и без возврата дымовых газов вторичного воздуха; на фиг. 4 результат испытаний при эксплуатации топочной установки с долей кислорода 35 об. без возврата дымовых газов; из фиг. 5 результат испытаний при эксплуатации топочной установки с долей кислорода 35 об. в первичном воздухе и полном возврате дымовых газов; на фиг. 6 результат испытаний при эксплуатация топочной установки с долей кислорода 50 о6. в первичном воздухе и 100-ным возвратом дымовых газов.

Топочная установка для осуществления способа содержит загрузочную воронку 1 с примыкающим желобом 2 для загрузки топлива на загрузочный стол 3, на котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены загрузочные поршни 4, подающие поступающее из желоба 2 топливо на колосниковую решетку 5, на которой происходит cгорание топлива. При этом неважно, идет ли речь о наклонной или горизонтальной решетке все равно какого принципа.

Под решеткой 5 расположено устройство 6 для подачи первичного воздуха, которое может содержать несколько камер 7-11, к которым посредством вентилятора 12 по трубопроводу 13 подается первичный воздух. За счет расположения камер 7 11 решетка разделена на несколько зон нижнего дутья, так что в соответствии с потребностями на решетке первичный воздух может быть отрегулирован по-разному. Эти зоны нижнего дутья могут быть в зависимости от ширины решетки разделены также в поперечном направлении, так что первичный воздух может быть отрегулирован в соответствии с местными условиями.

Над решеткой 5 находится топочное пространство 14, переходящее в верхней части в дымоход 15, к которому примыкают агрегаты (не показаны), например котел-утилизатор и установка для очистки дымовых газов. В задней части топочное пространство 14 ограничено сводом 16, задней 17 и боковыми 18 стенками.

Сжигание топлива 19 происходит в передней части решетки 5, над которой находится дымоход 15. В этой зоне через камеры 7-9 подается большая часть первичного воздуха. В задней части решетки 5 находится только выгоревшее топливо, т. е. шлак, и к этой зоне первичный воздух подается через камеры 10, 11 в основном только для охлаждения этого шлака.

Выгоревшие частицы падают затем в шлакоудалитель 20 на конце решетки 5. В нижней части дымохода 15 предусмотрены ряды сопел 21, 22, подающих вторичный воздух к поднимающимся дымовым газам для дожигания находящихся в них горючих частиц.

Сопла 21, 22 присоединены к воздухосборникам 27а, 27в, питаемым по трубопроводу 26 вентилятором 25, который, с одной стороны, всасывает по трубопроводу 28 дымовые газы от лежащей дальше сзади части сжигательной установки и при необходимости окружающий воздух по трубопроводу 29.

Из установки для разложения воздуха (не показана) вентилятор 30 всасывает по трубопроводу 31 либо чистый кислород, либо обогащенный кислородом окружающий воздух и подает по трубопроводу 32 к трубопроводу 15 для первичного воздуха. Регулирование соответствующих количеств воздуха в камерах 7-11 происходит посредством устройств 33, регулирующих подачу воздушно-кислородной смеси к отдельным камерам 7-11. Само собой, каждая камера может иметь отдельный кислородопровод с тем, чтобы содержание кислорода первичного воздуха в отдельных камерах можно было регулировать по-разному.

Для управления процессом горения предусмотрены видео- или термографическая камера 34, монитор 35, гибко программируемoe вычислительное устройство З6 и блок регулирования 37. Камера 34 ориентирована так, что может наблюдать сверху сквозь топочное пространство 14 за топливом 19 на решетке 5. Камера 34 соединена с монитором 35 и вычислительным устройством 36 с соответствующим разрешением принятого изображения, которое сравнивает полученные цифровые значения, являющиеся мерой яркости в соответствующей зоне горения, с заданными контрольными значениями и при отклонении вызывает соответствующий процесс управления посредством блока 37, переставляющим устройства 33, выполненные в виде заслонок или шиберов, в отдельных камерах 7-11. Таким образом, на основе принятого, исходящего от слоя топлива 19 излучения твердого тела камера 34 дает значения, позволяющие сделать выводы о температуре слоя 19. За счет перестановки регулирующих устройств 53 устанавливается количество первичного воздуха, а за счет перестановки регулирующего устройства 38 в трубопроводе 31 устанавливается через блок 57 содержание кислорода первичного воздуха. Установка количества первичного воздуха и содержания кислорода происходит в зависимости от характера выгорания слоя 19 на решетке 5 в ее соответствующей контролируемой зоне. В зоне вторичного сгорания предусмотрены термоэлементы, из которых изображен только один термоэлемент 39, служащий для контроля температуры в зоне вторичного сгорания и соединенный с вычислительным устройством 36, которое, в свою очередь, соединено с блоксом 37. Последний устанавливает через регулирующие устройства 40, 41 количество подаваемых к соплам 21, 22 дымовых газов и при необходимости количество окружающего воздуха, устанавливаемого устройством 41. Вместо термоэлементов 39 измерение температуры может осуществляться посредством звукового пирометра (пиросоник) или лазерным способом по принципу Доплера.

С помощью этого регулирующего устройства и соответствующих устройств контроля можно регулировать интенсивное выгорание на решетке за счет регулирования количества первичного воздуха и доли кислорода в воздухе для горения, а также условия в зоне вторичного сгорания за счет установки вторичного воздуха, состоящего большей частью из возвращенных дымовых газов. Это исключает слишком резкое возрастание температуры в зоне вторичного сгорания и уменьшает количество газов, проходящих через всю установку. При этом уменьшение количества газов наибольшее, если не всасывается дополнительный окружающий воздух. Количество первичного воздуха уменьшается по сравнению с известными до сих пор сжигательными установками за счет того, что содержание кислорода первичного воздуха повышается по сравнению с окружающим воздухом и уменьшается количество действующего как балласт азота.

На диаграмме на фиг. 2 изображены достигаемое уменьшение количества дымовых газов в зависимости от концентрации кислорода первичного воздуха, с одной стороны, и доли рециркуляцонного количества вторичного воздуха, с другой. На абсциссе нанесен относительный объем дымовых газов от 0 до 100 а на ординате доля рециркуляционного количества вторичного воздуха от 0 до 100 Четыре изображенные кривые показывают уменьшение количества дымовых газов в зависимости от концентрации кислорода первичного воздуха.

На фиг. 3 6 изображены различные результаты испытаний и приняты следующие сокращения: 0₂-Konz концентрация кислорода; NO_x-Konz концентрация азота; HCl-Konz концентрация хлористого водорода; SO₂-Konz концентрация диоксида серы; HF-Konz концентрация фтористого водорода; RCR очистка дымовых газов; PL первичный воздух; SKL вторичный воздух; Rezi-Anfeil доля рециркуляционного количества вторичного воздуха;
Lambda коэффициент избытка воздуха.

При всех описываемых ниже испытаниях установка загружается состоящим из отходов топливом, причем количество загружаемого топлива в час и теплотворная способность при всех испытаниях поддерживаются постоянными с тем, чтобы при одинаковых исходных условиях, касающихся топлива, становился заметным эффект принятых согласно изобретению мер.

На всех диаграммах в поле a приведено количество загружаемых отходов в час и теплотворная способность; в поле b количество первичного воздуха, доля первичного воздуха в общем количестве воздуха для горения, значение λ, концентрация кислорода в первичном воздухе и рециркуляционная доля; в поле c - скапливающееся в зоне решетки количество дымовых газов и концентрация основных токсичных веществ; в поле d количество и концентрация кислорода вторичного воздуха; в поле е количество дымовых газов, концентрация кислорода в дымовых газах и количество различных токсичных веществ; в поле f проходящее через котел количество дымовых газов, измеренный в котле коэффициент избытка воздуха, концентрация кислорода и концентрации различных токсичных веществ, мг/Н·м³; в полях q, h количество дымовых газов, концентрация кислорода и концентрации различных токсичных веществ до и после очистки дымовых газов; в поле i выброс токсичных веществ, покидающих дымовую трубу после очистки дымовых газов, г/ч. Под полем i указано уменьшение количества дымовых газов,
На фиг. 3 изображены результаты испытаний при нормальной эксплуатации топочной установки. Установку эксплуатировали с нормальным наружным воздухом в качестве первичного воздуха и нормальным наружным воздухом в качестве вторичного воздуха. При этом соотношение первичного воздуха и вторичного составляло 65 35. Поскольку для вторичного воздуха использовали нормальный наружный воздух, возврата дымовых газов не происходило.

Из диаграммы на фиг. 4-6 видно достигаемое уменьшение количества дымовых газов (в процентах по сравнению с нормальной эксплуатацией) и выброса токсичных веществ в качестве основных результатов способа сжигания согласно изобретению.

На фиг. 4 представлен результат испытаний установки, которую эксплуатировали с содержанием кислорода 35 об. в первичном воздухе, соотношением первичного воздуха и вторичного 49,3 50,7 без возврата дымовых газов, причем в качестве вторичного воздуха использовали нормальный наружный воздух. Здесь по сравнению с нормальной эксплуатацией (см. фиг. 3) удалось достичь уменьшения количества дымовых газов на 31 Ежечасный выброс через дымовую трубу окисляющихся токсичных веществ удалось уже значительно уменьшить по сравнению с нормальной эксплуатацией, как это видно из сравнения значений в поле i. Напротив, доля No_x слегка увеличилась по сравнению с фиг. 3, что объясняется повышенным содержанием кислорода в первичном воздухе. Однако из-за уменьшенного количества дымовых газов выброс NO_x меньше.

По результатам испытаний, представленным на фиг. 5, можно констатировать уменьшение количества дымовых газов на 62 по сравнению с нормальной эксплуатацией и дальнейшее резкое уменьшение выброса токсичных веществ через дымовую трубу. При этом установку эксплуатировали с содержанием кислорода 35 об. в первичном воздухе, соотношением первичного воздуха и вторичного 65 35 при 100 -ной рециркуляции. Резкое уменьшение доли NO_x, несмотря на высокую долю кислорода в первичном воздухе, объясняется подавляющими мерами за счет рециркуляции дымовых газов.

На фиг. 6 представлен результат испытаний установки, которую эксплуатировали с содержанием кислорода 50 об. в первичном воздухе, соотношением первичного воздуха и вторичного 50 50 при 100%-ной рециркуляции. Здесь достигнуто уменьшение количества дымовых газов на 75 по сравнению с нормальной эксплуатацией. При сравнении приведенного в поле i выброса токсичных веществ во время этого испытания с нормальной эксплуатацией по фиг. 3 можно констатировать, что выброс НСl 34,4 г/ч уменьшился до 8,5 г/ч, что соответствует уменьшению примерно на 75 по сравнению с нормальной эксплуатацией. Достигнуто, следовательно, не только уменьшение количества дымовых газов на 75 при испытания по фиг. 6 по сравнению с нормальной эксплуатацией, но и соответственно резкое уменьшение выброса токсичных веществ. При рассмотрении концентрации токсичных веществ в дымовых газах после их очистки, например в случае испытания по фиг. 3, т.е. в нормальном режиме, и концентрации токсичных веществ при испытании по фиг. 6, причем эти значения приведены в поле h, можно констатировать, что значения идентичны, тогда как соответствующие значения до очистки дымовых газов относительно нормального кубического метра дымовых газов при испытании по фиг. 6 примерно в четыре раза выше по сравнению с нормальным режимом. Из этого видно, что перед очисткой дымовых газов за счет уменьшения их количества относительно нормального кубического метра дымовых газов концентрация токсичных веществ них значительно выше, т.е. примерно в четыре раза, благодаря чему эти дымовые газы создают гораздо лучшие предпосылки, например, для получения соляной кислоты и гипса, чем дымовые газы при нормальной эксплуатации, при которой требуются очень высокие затраты на оборудование, с тем, чтобы исходя из относительно низкой концентрации токсичных веществ обеспечить получение соляной кислоты и гипса.

Формула изобретения

1. Способ сжигания топлива, в частности отходов, в сжигательных установках, содержащих топку с колосниковой решеткой, при котором первичный воздух подают в слой топлива под решеткой, а вторичный воздух над слоем топлива, отличающийся тем, что интенсивность горения топлива на колосниковой решетке по меньшей мере частично увеличивают за счет повышения доли кислорода первичного воздуха и снижают в зоне вторичного сгорания за счет уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения доли кислорода во вторичном воздухе используют дымовые газы, возвращенные из процесса горения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание кислорода первичного воздуха локально повышают в зависимости от характера выгорания или интенсивности горения находящегося на колосниковой решетке слоя топлива, исходя из содержания кислорода окружающего воздуха, причем содержание кислорода вторичного воздуха уменьшают, исходя из содержания кислорода окружающего воздуха, за счет примешивания возвращенных дымовых газов и вторичный воздух локально устанавливают в отношение состава, количества, места подачи и высокой турбулентности в зоне вторичного сгорания так, что в значительной степени исключается образование оксидов азота над слоем топлива.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что содержание кислорода первичного воздуха повышают только в зоне главного сгорания колосниковой решетки.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что содержание кислорода первичного воздуха устанавливают на 25 50 об. предпочтительно 35 об.

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что возвращенные в зоне вторичного сгорания дымовые газы составляют 20 65 об. предпочтительно 35 об. от всего количества воздуха и газов, подаваемого в процесс горения.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что содержание кислорода первичного воздуха устанавливают в зависимости от температуры поверхности топлива.

8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что содержание кислорода во вторичном воздухе устанавливают в зависимости от температуры в зоне вторичного сгорания.

9. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что содержание кислорода во вторичном воздухе устанавливают в зависимости от высоты пламени в топке.

10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что возвращаемые дымовые газы после прохождения через котел отсасывают.

11. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что возвращаемые дымовые газы отсасывают непосредственно над слоем топлива.

РИСУНКИ

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