Способ сжигания твердого топлива

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам сжигания твердого топлива, и может быть использовано для сжигания, например, растительных отходов. В способе сжигания твердого топлива путем подачи в зону горения потоков первичного и вторичного воздуха в начало и конец зоны подают вторичный воздух в соотношении 0,8 - 1,42:1,0, причем соотношение масс первичного и суммарного воздуха составляет 1:3,0 - 68. Кроме того, в начало зоны горения подают подогретый воздух, а охлаждение бункера и транспортера осуществляют частью вторичного воздуха. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в рациональном и эффективном сжигании растительных отходов в топках, агрегатируемых с сушилками сельскохозяйственного назначения при высокой степени полноты сгорания топлива, надежной и длительной эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам сжигания твердого топлива, и может быть использовано для сжигания, например, растительных отходов.

Сжигание растительных отходов преследует следующие цели - получение теплоносителя, в частности, для зерносушилок и их утилизацию.

Известен способ сжигания твердого топлива /1/ путем подачи потока первичной аэросмеси с коэффициентом избытка воздуха α<1, сжигания ее, смешения продуктов сгорания с потоком вторичной аэросмеси, дожигания полученной аэросмеси с добавлением воздуха, а коэффициент избытка воздуха поддерживают равным α = 0,1-0,4 в первой аэросмеси и α = 0,05-0,2 - во второй. Однако использовать его для сжигания растительных отходов достаточно сложно из-за специфических свойств объектов сжигания. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ /2/ сжигания твердого топлива путем подачи в зону горения потоков первичного и вторичного воздуха. Вторичный воздух подают по периметру зоны горения и соотношение потока вторичного воздуха на границах зоны поддерживается в пределах 1,5 - 2,0 : 1,0 при общем соотношении массы потока первичного и суммарного воздуха 1:1 - 1,5.

Недостатком известного способа является то, что топки к зерносушилкам, как правило, агрегатируются с воздухоподогревателями, в которых топочные газы подогревают наружный воздух, подаваемый на сушку зерна или семян, а отработавшие газы выбрасывают через дымовую трубу в атмосферу. Температура топочных газов на входе в воздухоподогреватель не должна превышать 920 - 970К в случае его изготовления из углеродистой стали и 1270 - 1340К в случае изготовления из хромистой или хромистоникелевой стали /2/.

Теоретическая температура горения растительных отходов: лузга подсолнечника, сечка соломы, стержни початков кукурузы составляет 1730 - 1970К (табл. 1) согласно экспериментальным данным, подтвержденным теоретическими расчетами.

При указанных коэффициентах избытка воздуха в прототипе температура поточных газов на входе в воздухоподогреватель недопустима высока. В ряде случаев топка на твердом топливе может агрегатироваться непосредственно с сушилками сельскохозяйственных продуктов без воздухоподогревателя, т.е. в качестве теплоносителя используют смесь топочных газов с воздухом, например, для сушки початков кукурузы. Так в этом случае температура теплоносителя не должна превышать 323 - 333К на входе в сушилку, т.е. требуется еще большее разбавление топочных газов воздухом, чем указано в прототипе.

Отметим также, что для топок сельскохозяйственного назначения для сжигания растительных отходов в силу экономичности и упрощения изготовления и эксплуатации, в частности, использования дешевых строительных материалов (шамота и огнеупорного бетона), температура в зоне горения топлива не должна превышать 1550 - 1600К, но и не должна опускаться ниже 1170 - 1260К для поддержания устойчивого процесса горения (табл.2), т.е. указанные в прототипе соотношения потоков воздуха в зоне горения не являются оптимальными.

Сущность изобретения заключается в том, что в соответствии со способом сжигания твердого топлива путем подачи в зону горения потоков первичного и вторичного воздуха согласно изобретению, в начало и конец зоны горения подают вторичный воздух в соотношении 0,8 - 1,42 : 1,0, причем соотношение масс первичного и суммарного воздуха составляет 1:3,0 - 68. Кроме того, в начало зоны горения подают подогретый воздух, а охлаждение бункера и транспортера зоны горения осуществляют частью вторичного воздуха.

Новым является подача в начало и конец зоны горения вторичного воздуха в соотношении 0,8 - 1,42:1,0 и соотношение масс первичного и суммарного воздуха - 1:3,0 - 68, а также подача в начало зоны горения подогретого воздуха, а охлаждение бункера и транспортера зоны горения частью вторичного воздуха.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно: рациональное и эффективное сжигание растительных отходов в топках, агрегатируемых с сушилками сельскохозяйственного назначения при высокой степени полноты сгорания топлива, надежной и длительной эксплуатации.

Изобретение является и промышленно применимым, т.к. может использоваться в сельском хозяйстве при сушке зерна.

На фиг.1 изображен общий вид топки для растительных отходов; на фиг.2 - коллектор вторичного воздуха (сечение А-А).

Топка состоит из диффузора 1 с перегородками, образующими каналы 2 с клапанами 3 для подвода первичного воздуха к отдельным зонам горения на колоснике 4, бункера 5 золы с транспортирующим устройством 6 удаления золы (шнека) из топки, коллектора 7 горячего воздуха с клапаном 8, коллектора 9 вторичного воздуха, фурм прямоугольного сечения 10, распределительной коробки 11, клапанов 12 этой коробки, дутьевого вентилятора 13, шурующей планки 14, топливного патрубка 15, патрубка вторичного воздуха 16 с клапаном 17, футеровки топки 18, топочного коллектора 19, двухступенчатого трубчатого воздухоподогревателя 20, осадочной камеры 21, диффузора 22, патрубков воздухоподогревателя 23 и 27 с клапаном 24, дымососа 25 и дымовой трубы 26.

Принцип действия топки следующий. Топливо (растительные отходы) транспортером (не показан) подают в патрубок 15 и далее оно поступает на колосник 4, где поджигается и под действием силы тяжести перемещается к бункеру 5 золы, несгоревшие остатки топлива и золу удаляют из топки транспортером 6. Первичный воздух (для сжигания топлива) поступает в диффузор 1 и по каналам 2 к индивидуальным зонам горения на колоснике 4. В зависимости от вида топлива и его влажности регулируют клапанами 3 подачу воздуха в каждую из 3-х зон горения топлива на колоснике.

Нижний канал в диффузоре не сообщается непосредственно с колосником, он образует полость с бункером 5 и шнеком 6 золы. Охлаждая указанные рабочие органы, подогретый воздух через коллектор горячего воздуха 7 поступает в коллектор вторичного воздуха, где смешивается с наружным воздухом и поступает через фурмы 10 в начало зоны горения топлива. Воздух в коллектор вторичного воздуха подается также дутьевым вентилятором 13 через распределительную коробку 11. В зависимости от аэродинамического сопротивления слоя материала подачу вторичного воздуха в коллектор 10 из распределительной коробки 11 и коллектора горячего воздуха меняют при помощи клапанов 8 и 12. Подачу вторичного воздуха в конец зоны горения для разбавления продуктов сгорания топлива осуществляют через патрубок 16, снабженный клапаном 17. Разбавленные продукты сгорания через топочный коллектор 19 поступают в двухступенчатый трубчатый воздухоподогреватель 20, причем топочные газы подаются в трубки, а наружный воздух засасывается в патрубок воздухоподогревателя 23, снабженный клапаном 24, подогретый воздух через клапан 27 направляется в сушилку. Отработанные топочные газы очищаются в осадочной камере 21, засасываются в диффузор 22 и дымососом 25 через дымовую трубу выбрасываются наружу.

Подача первичного воздуха осуществляется через три верхних канала диффузора в зависимости от подачи топлива. Подачу вторичного воздуха (на горение и дожиг летучих) осуществляют в начало зоны пламенного горения топлива (под слоем топлива) в зависимости от показаний датчика температуры T1 и в конец зоны пламенного горения летучих в зависимости от показания датчика температуры T2, размещенного в конце зоны горения летучих.

Зная фактическую температуру горения топлива T1, можно, с целью нормальной и безаварийной работы топки, рассчитать и осуществить необходимую подачу вторичного воздуха для дожига и разбавления летучих в начало зоны горения (от плоскости фурм и выше). Зная температуру T2, можно убедиться в том, что заданная подача вторичного воздуха в начало зоны горения рассчитана верно или скорректировать ее, а также определить необходимую подачу вторичного воздуха в конец зоны горения для безопасной работы воздухоподогревателя, если он есть, или для подачи теплоносителя в сушилку.

Зная температуру смеси топочных газов с воздухом на выходе топочного коллектора T3, можно контролировать отношение подач первичного и суммарного потоков воздуха.

Примеры выполнения заявленного способа сжигания твердого топлива.

Свойства растительных отходов, как объектов сжигания, приведены в таблице 1. в таблице 2 приведены основные параметры процесса сжигания, характерные для рассматриваемых растительных отходов и используемого оборудования.

В таблице 3 приведены конкретные примеры и получение соотношения потоков первичного, вторичного и суммарного воздуха, заявленного в формуле.

Необходимые расчеты выполнены по следующим формулам.

Теоретическое количество воздуха, необходимо для полного сжигания 1 кг топлива.

V⁰ = 0,0889C^p + 0,256H^p - 0,033 (O^p - S^p), где C^p, H^p, O^p, S^p - соответственно углерод, водород и сера величины взяты по /4/; V⁰ = 3,44 + 1,27 - 1,17 = 3,54 м³/кг.

Объем продуктов сгорания V_г = V_г + 1,016(α-1) V^o≃ 5,4 м³/кг Удельная теплоемкость продуктов сгорания /3/: - энтальпия наружного воздуха Hb ≈ 20 кДж/кг; - химическая энтальпия H_x = Q_н/V_г = 2,53 МДж/кг; - общая энтальпия H_об = 2,55 МДж/кг.

Содержание воздуха в продуктах сгорания V_L = (V_g-V⁰)/V_г ≈ 19,5%
Для указанных значений U_об и V_i по /3/ теоретическая температура горения t_г = 1900К.

Расчет количества воздуха, подаваемого на разбавление продуктов сгорания, проведен по формуле /3/

где
B_т - подача топлива, кг/ч;
Q_н - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;
L₀ - теоретическое количество воздуха, подаваемого на горение, м³/ч;
t₁ - температура горения, К;
t_в - температура воздуха, К;
t_т - температура теплоносителя, К;
C_т - теплоемкость теплоносителя, кДж/кг К;
C_в - теплоемкость воздуха, кДж/кг К.

1. Авторское свидетельство 1322002, F 23 C 11/00, 1987.

2. Патент РФ N 2034196, кл. F 23 C 11/00, 1995.

3. Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. Под редакцией О.Н. Багрова и З.Л. Берлина.- М.: Металлургия, 1982, с. 445.

4. Птицын С.Д. Зерносушилки.- М.: Машгиз, 1962 , с. 177.

Формула изобретения

1. Способ сжигания твердого топлива путем подачи в зону горения потоков первичного и вторичного воздуха, отличающийся тем, что в начало и конец зоны горения подают вторичный воздух в соотношении 0,8 - 1,42:1,0, причем соотношение масс первичного и суммарного воздуха составляет 1:3,0-68.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в начало зоны горения подают подогретый воздух.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение бункера и транспортера зоны горения осуществляют частью вторичного воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4