Способ сжигания твердого топлива и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных отходов растениеводства и деревообработки, и может быть использовано в сельском хозяйстве, лесной, химической и топливной промышленности. Способ сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных растительных отходов, включает загрузку топлива с образованием откоса, горение во взвешенном состоянии и на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, причем подача первичного воздуха секционирована по площади решетки. Откос образуют на входе решетки, а ее площадь секционируют, по крайней мере, по четырем фазам сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка. Подсушку проводят в опускающемся слое откоса. Границы следующих за подсушкой фаз горения устанавливают, предварительно рассчитав величины τ_I и V_B/ρ_ч для каждой фазы, изменяя положение пластин в воздуховодах первичного воздуха, таким образом, что отношение площадей соответствующих секций решетки соответствует зависимости (τ₁ V_B/ρ_ч)1:(τ₂ V_B/ρ_ч)₂:(τ₃ V_B/ρ_ч)₃, где индексы 1, 2 и 3 относятся к фазам воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка; τ, V_B – длительность горения и скорость уноса крупных частиц топлива в соответствующей фазе горения; ρ_ч – плотность навески топлива в той же фазе. Охарактеризовано устройство для реализации описанного способа. Технический результат: повышение полноты сгорания растительных отходов и надежности работы устройства. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных отходов растениеводства и деревообработки, и может быть использовано в сельском хозяйстве, лесной, химической и топливной промышленности.

Известен способ сжигания мелких частиц угля в псевдоожиженном слое, при газификации которых предусмотрена подача горячего (~200°С) вторичного воздуха в количестве до 25% от общего его расхода, и устройство для его осуществления, содержащее бункер, шнек, газораспределяющую решетку, газогенератор и котел-утилизатор (Гальперин Н.И. и др. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия, 1967, с.423).

Этот способ не обеспечивает полноту сгорания топлива.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ сжигания твердого топлива, включающий загрузку топлива с образованием откоса, горение во взвешенном состоянии и на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, причем подача первичного воздуха секционирована по площади решетки, по крайней мере, по четырем фазам сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, причем подсушку проводят в опускающемся слое откоса (RU 2099638 C1, F 23 N 1/00, 20.12.1997). В том же источнике информации описано устройство для осуществления способа, содержащее корпус, решетку, секционированную в соответствии с фазами сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, средства загрузки топлива и удаления остатков горения.

Рассмотренный способ обеспечивает достаточно полное сжигание частиц угля, но малоэффективен при сжигании растительных отходов, в составе которых содержание летучих веществ превышает 75...80%.

Задачей изобретения являются повышение полноты сгорания растительных отходов и надежности работы топочного устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных растительных отходов, включающем загрузку топлива с образованием откоса, горение во взвешенном состоянии и на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, причем подача первичного воздуха секционирована по площади решетки, образование откоса на входе решетки, и секционирование ее площади, по крайней мере, по четырем фазам сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, причем подсушку проводят в опускающемся слое откоса, границы следующих за подсушкой фаз горения устанавливают, предварительно рассчитав величины τ_i и V_В/ρ_ч для каждой фазы, изменяя положение пластин в воздуховодах первичного воздуха, таким образом, что отношение площадей соответствующих секций решетки соответствует зависимости

(τ₁ V_В/ρ_ч)₁:(τ₂ V_В/ρ_ч)₂:(τ₃ V_В/ρ_ч)₃,

где индексы 1, 2 и 3 относятся к фазам воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка, τ, V_в - длительность горения и скорость уноса крупных частиц топлива в соответствующей фазе горения; ρ_ч - плотность навески топлива в той же фазе.

Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных растительных отходов, способом по п.1, содержит корпус, решетку, секционированную в соответствии с фазами сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, средства загрузки топлива и удаления остатков горения, причем днища воздуховодов первичного дутья на границах между секциями соответствующих фаз подсушки, воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка снабжены поворотными пластинами с возможностью изменения положения границ секций и, тем самым, соотношений площадей решеток этих секций.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема общего вида устройства; на фиг.2 - зависимость температуры горения Т_ч частицы лузги подсолнечника (1) и сечки соломы (2) от времени τ (I, II, III, IV - фазы подсушки, воспламенения, горения летучих, выгорания коксового остатка); на фиг.3 - зависимости скорости витания V_в (1, 3) и плотности ρ_ч (2, 4) частиц лузги подсолнечника (1, 2) и сечки соломы (3, 4); на фиг.4 - профили температуры горения лузги подсолнечника по длине решетки по известному способу (1, 3) и по заявленному способу (2, 4): 1, 2 - температура на уровне фурм; 3, 4 - температура над слоем; I, II, III, IV - фазы сжигания.

Устройство включает корпус 1, забрасывающее средство (средство загрузки) 2, секционированную решетку 3, откос из поступающего на сжигание топлива 4, заслонки 5, воздуховоды первичного воздуха 6, 7, 8, 9, пластины 10, вентилятор первичного дутья 11, средство разгрузки очаговых остатков 12, отверстие в корпусе для подачи горячего воздуха 13, заслонку 14, вентилятор вторичного воздуха 15, фурмы для подачи вторичного воздуха 16, сталкивающее средство 17, заслонку 18, канал подачи первичного воздуха для сжигания взвешенного топлива 19, воздуховод для охлаждения разгрузочного устройства 20.

Способ осуществляют следующим образом.

Мелкодисперсное топливо забрасывают (загружают) на секцию решетки фазы подсушки, на которой оно располагается под углом естественного откоса 4, через воздуховод 6 подают первичный воздух, расход которого регулируют заслонкой 5, часть первичного воздуха подают через канал 19. На следующих секциях сыпучее мелкодисперсное топливо псевдоожижается, воспламеняется и сгорает, очаговые остатки поступают в разгрузочное средство 12 и удаляются из устройства. В случае использования несыпучего топлива его перемещение по решетке осуществляют с помощью сталкивающего средства 17. Границу фазы подсушки определяют по первым признакам воспламенения летучих и устанавливают поворотную пластину в днище канала 6 по этой границе и принимают максимальный расход первичного воздуха в эту секцию, при котором сохраняется устойчивость опускающегося слоя, так как в этом случае будет достигнут максимальный коэффициент теплообмена. В случае поступления топлива повышенной влажности граница этой фазы сдвигается вниз по решетке, соответственно перемещают пластину 10, закрепленную в днище канала 6 и увеличивают расход воздуха в этом канале. При этом снижается угол естественного откоса. Подачу воздуха ограничивают устойчивостью слоя с меньшим углом откоса. Границы фаз горения, следующих за фазой подсушки, устанавливают, предварительно рассчитав величины τ_i и V_В/ρ_ч для каждой фазы, изменяя положение пластин 10 в воздуховодах первичного воздуха 7, 8, 9 таким образом, что отношение площадей соответствующих секций решетки соответствует зависимости

(τ₁ V_В/ρ_ч)₁:(τ₂ V_В/ρ_ч)₂:(τ₃ V_В/ρ_ч)₃,

где индексы 1, 2, 3 относятся к фазам воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка, τ; V_в - длительность горения и скорость уноса крупных частиц топлива в соответствующей фазе горения; ρ_ч - плотность навески топлива в той же фазе.

С целью повышения надежности работы средство разгрузки охлаждают воздухом, подаваемым в воздуховод 20 с последующим использованием его в качестве вторичного при выгорании коксового остатка. Нагретый воздух в устройство поступает через отверстие в корпусе 13, а его подачу регулируют заслонкой 5.

Через боковые фурмы подают вторичный воздух для дожига мелких частиц, выносимых из слоя и летучих. Расход вторичного воздуха изменяют заслонкой 14, его необходимое количество рассчитывают из выражения:

α_в=(Q₁+Q₂)/Q_т,

где α_в - коэффициент избытка воздуха; Q₁, Q₂, Q_т - количество первичного, вторичного, теоретически необходимого воздуха соответственно.

Величину α_в при сжигании растительных отходов обычно выбирают в интервале 1,1...1,3 при использовании в качестве теплоносителя высокотемпературной смеси дымовых газов с воздухом, в интервале 1,3...1,5 в случае подогрева воздуха в воздухонагревателе с трубами из жаропрочной стали и 1,5...1,8 - из углеродистой стали. Замеры первичного и вторичного воздуха осуществляют на всасывающих патрубках вентиляторов 15 и 21. Расчет теоретически необходимого воздуха осуществляют по известному расходу и элементному составу топлива.

Для определения величин τ₁ V_В, τ_ч и Т_к, где Т_к - температура горения частицы, были проведены лабораторные исследования по сжиганию частиц растительных отходов лузги подсолнечника, сечки соломы, а также щепы. Часть этих данных приведена в таблице, в частности, по сжиганию частиц лузги подсолнечника с приведенным диаметром 3,0 мм, влажностью 15...18% и частиц сечки соломы с приведенным диаметром 5,0 мм, влажностью 18...20%. Отношение площадей секций решетки по фазам горения составит для сухих (до 18%) растительных отходов: лузга подсолнечника - 2,5:4:6:5, сечка соломы - 7:13:11:18, щепа - 2:1,2:5:7.

Пример 1. Площадь решетки топочного устройства F≈1,6 м². Экспериментально для лузги подсолнечника установлено следующее соотношение параметра (τ_i V_В/ρ_ч) по фазам 2,5:4:6:5. Площадь решетки под фазу подсушки составляет ≈0,23 м².

Пример 2. Растительные отходы: лузгу подсолнечника и сечку соломы сжигали в опытном топочном устройстве мощностью 1,5 МВт, агрегатированном с зерносушилкой СК - 5 производительностью 10 т/ч в АО "Кавказ" Краснодарского края.

Профили температурного поля при сжигании лузги подсолнечника при производительности - 418 кг/ч для случая распределения площади решетки по длительности фаз сжигания 2,5:4:6:5 приведены на фиг.2.

Установлено существенное выравнивание температурного профиля, а также сокращение уноса с 4 до 2% и содержания горючих веществ в шлаке с 3 до 1,5% при работе согласно заявленного способа. Установлено снижение потерь топлива с уносом и шлаком более чем в 2 раза, кроме того, повышена надежность средства удаления очаговых остатков.

Формула изобретения

1. Способ сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных растительных отходов, включающий загрузку топлива с образованием откоса, горение во взвешенном состоянии и на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, причем подача первичного воздуха секционирована по площади решетки, откос образуют на входе решетки, а ее площадь секционируют, по крайней мере, по четырем фазам сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, причем подсушку проводят в опускающемся слое откоса, отличающийся тем, что границы следующих за подсушкой фаз горения устанавливают, предварительно рассчитав величины τ_I и V_B/ρ_ч для каждой фазы, изменяя положение пластин в воздуховодах первичного воздуха, таким образом, что отношение площадей соответствующих секций решетки соответствует зависимости

(τ₁ V_B/ρ_ч)1 : (τ₂ V_B/ρ_ч)₂ : (τ₃ V_B/ρ_ч)₃ ,

где индексы 1, 2 и 3 относятся к фазам воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка;

τ, V_B – длительность горения и скорость уноса крупных частиц топлива в соответствующей фазе горения;

ρ_ч – плотность навески топлива в той же фазе.

2. Устройство для сжигания твердого топлива, преимущественно мелкодисперсных растительных отходов способом по п.1, содержащее корпус, решетку, секционированную в соответствии с фазами сжигания топлива: подсушка, воспламенение, горение летучих веществ, выгорание коксового остатка, средства загрузки топлива и удаления остатков горения, причем днища воздуховодов первичного дутья на границах между секциями соответствующих фаз подсушки, воспламенения, горения летучих веществ и выгорания коксового остатка снабжены поворотными пластинами с возможностью изменения положения границ секций и, тем самым, соотношений площадей решеток этих секций.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4