Способ управления циклонной горелкой
Изобретение относится к энергетике. Способ управления процессом горения в нешлакующейся циклонной горелке после ее запуска включает следующие операции: подачу топлива в цилиндрическую камеру сгорания циклонной горелки, подачу кислородсодержащего газа, необходимого для горения, с тангенциальной скоростью в камеру сгорания, при этом определяют нижнюю предельную скорость газа и верхнюю предельную скорость газа для газа, необходимого для горения, поддержание скорости газа, необходимого для горения, между предельными скоростями газа, поддержание одного из двух стехиометрических режимов достехиометрического режима и сверхстехиометрического режима посредством регулирования количества подаваемого кислорода относительно количества подаваемого топлива, т.е. нагрузки по топливу, смещение к другому из указанных двух стехиометрических режимов, при этом предотвращая обеспечение газу, необходимому для горения, скорости за пределами диапазона, определяемого нижней предельной скоростью газа и верхней предельной скоростью газа. Способ дополнительно включает поддержание температуры в камере сгорания в интервале температур 700-1300°С, предпочтительно 900-1100°С, при этом каждая температурная точка в интервале температур вместе с предельными скоростями газа определяет соответствующую минимальную нагрузку по топливу и соответствующую максимальную нагрузку по топливу для смещения от одного из двух стехиометрических режимов к другому стехиометрическому режиму. Способ дополнительно включает смешивание рециркулирующих топочных газов или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым снижая минимальную нагрузку по топливу при достехиометрическом режиме. Способ дополнительно включает смешивание рециркулирующих топочных газов или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым уменьшая при одинаковом общем расходе газа концентрацию кислорода и посредством этого образование окислов азота при сверхстехиометрическом режиме. Действие по поддержанию стехиометрического режима представляет собой поддержание по существу постоянного стехиометрического отношения для того, чтобы регулировать температуру. Стехиометрическое отношение поддерживают в определенных пределах в то время как температуру в камере сгорания регулируют посредством количества рециркулирующего топочного газа или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа, смешанного с кислородсодержащим газом, необходимым для горения. Способ включает подачу топлива в виде частиц твердого топлива как, например, древесных частиц, предпочтительно древесных таблеток, обычно дробленых древесных таблеток диаметром до 4 мм. 19 з.п. ф-лы, 11 ил.
Текст описания приведен в факсимильном виде.
1. Способ управления процессом горения в нешлакующейся циклонной горелке после ее запуска, включающий следующие операции: подачу топлива в цилиндрическую камеру сгорания циклонной горелки, подачу кислородсодержащего газа, необходимого для горения, с тангенциальной скоростью в камеру сгорания, при этом определяют нижнюю предельную скорость газа и верхнюю предельную скорость газа для газа, необходимого для горения, поддержание скорости газа, необходимого для горения, между предельными скоростями газа, поддержание одного из двух стехиометрических режимов достехиометрического режима и сверхстехиометрического режима посредством регулирования количества подаваемого кислорода относительно количества подаваемого топлива, т.е. нагрузки по топливу,
смещение к другому из указанных двух стехиометрических режимов, при этом предотвращая обеспечение газу, необходимому для горения, скорости за пределами диапазона, определяемого нижней предельной скоростью газа и верхней предельной скоростью газа.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий поддержание температуры в камере сгорания в интервале температур 700-1300°С, предпочтительно 900-1100°С, при этом каждая температурная точка в интервале температур вместе с предельными скоростями газа определяет соответствующую минимальную нагрузку по топливу и соответствующую максимальную нагрузку по топливу для смещения от одного из двух стехиометрических режимов к другому стехиометрическому режиму.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий смешивание рециркулирующих топочных газов, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым, снижая минимальную нагрузку по топливу при достехиометрическом режиме.
4. Способ по п.2, дополнительно включающий смешивание рециркулирующих топочных газов, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым уменьшая при одинаковом общем расходе газа концентрацию кислорода и посредством этого образование окислов азота при сверхстехиометрическом режиме.
5. Способ по п.1 или 2, при котором действие по поддержанию стехиометрического режима представляет собой поддержание по существу постоянного стехиометрического отношения для того, чтобы регулировать температуру.
6. Способ по п.2 или 3, при котором стехиометрическое отношение поддерживают в определенных пределах, в то время как температуру в камере сгорания регулируют посредством количества рециркулирующего топочного газа, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа, смешанного с кислородсодержащим газом, необходимым для горения.
7. Способ по п.1, включающий подачу топлива в виде частиц твердого топлива, как, например, древесных частиц, предпочтительно древесных таблеток, обычно дробленых древесных таблеток диаметром до 4 мм.
8. Способ по п.1, включающий следующие операции: при подаче сравнительно небольшого количества топлива в камеру сгорания регулируют количество газа, необходимого для горения, таким образом, чтобы в камере сгорания преобладал сверхстехиометрический режим, при увеличении количества топлива увеличивают количество газа, необходимого для горения, посредством увеличения скорости, с которой он подается в камеру сгорания, при этом поддерживая сверхстехиометрический режим, смещают до достехиометрического режима, уменьшая относительное количество газа, необходимого для горения, посредством снижения скорости газа, необходимого для горения, до того, как скорость газа достигнет верхней предельной скорости газа, или когда количество топлива является таким, что достигается достехиометрический режим, который удовлетворяет критериям температуры в камере сгорания, равной 700-1300°С, предпочтительно 900-1100°С, и скорости газа, равной нижней предельной скорости газа или большей, чем эта скорость.
9. Способ по п.8, при котором после смещения к достехиометрическому режиму обеспечивают при дальнейшем увеличении количества топлива увеличение количества газа, необходимого для горения, посредством увеличения скорости, с которой он подается в камеру сгорания, при этом поддерживая достехиометрический режим.
10. Способ по п.7, включающий следующие операции: при подаче сравнительно большого количества топлива в камеру сгорания регулируют количество газа, необходимого для горения, таким образом, чтобы в камере сгорания преобладал достехиометрический режим, при уменьшении количества топлива уменьшают количество газа, необходимого для горения, посредством снижения скорости, с которой он подается в камеру сгорания, при этом поддерживая достехиометрический режим,
смещают до сверхстехиометрического режима, увеличивая относительное количество газа, необходимого для горения, посредством увеличения скорости газа, необходимого для горения, до того, как скорость газа достигнет нижней предельной скорости газа, или когда количество топлива является таким, что достигается сверхстехиометрический режим, который удовлетворяет критериям температуры в камере сгорания, равной 700-1300°С, предпочтительно 900-1100°С, и скорости газа, равной верхней предельной скорости газа или меньшей, чем эта скорость.
11. Способ по п.10, при котором после смещения к сверхстехиометрическому режиму обеспечивают при дальнейшем уменьшении количества топлива уменьшение количества газа, необходимого для горения, посредством снижения скорости, с которой он подается в камеру сгорания, при этом поддерживая сверхстехиометрический режим.
12. Способ по любому из пп.7-11, при котором нижняя предельная скорость газа является наинизшей скоростью для поддержания циркуляции, по меньшей мере, большинства частиц топлива в камере сгорания.
13. Способ по любому из пп.7-11, при котором для циклонной горелки с камерой сгорания, имеющей центральную ось симметрии, проходящую горизонтально, вычисляют тангенциальную нижнюю предельную скорость газа Vg,t наверху камеры сгорания, определяемую следующим дифференциальным уравнением
где μ - коэффициент трения;
Сd - коэффициент торможения;
Ар - площадь поперечного сеченая частицы топлива;
ρg - плотность газа, необходимого для горения;
ϕ - угол к вертикали, т.е. 180° наверху камеры сгорания;
Vg,t - тангенциальная скорость газа;
Vp,t - тангенциальная скорость частицы;
mp - масса частицы;
g - постоянная силы тяжести;
R - радиус камеры сгорания циклонной горелки;
S - расстояние, проходимое частицей по периферии;
δ - частичная производная первого порядка.
14. Способ по любому из пп.7-11, при котором для циклонной горелки с камерой сгорания, имеющей центральную ось симметрии, проходящую вертикально, вычисляют тангенциальную нижнюю предельную скорость газа Vg,t, определяемую следующим уравнением
где Vg,t - тангенциальная скорость газа;
g - постоянная силы тяжести;
R - радиус камеры сгорания циклонной горелки;
α - угол к горизонтали;
μ - коэффициент трения;
dp - диаметр частицы топлива;
ρр - плотность частицы топлива;
ρg - плотность газа, необходимого для горения;
Сd - коэффициент торможения.
15. Способ по любому из пп.7-11, при котором верхняя предельная скорость газа является наивысшей скоростью, допустимой для предотвращения уноса большого количества несгоревших частиц топлива из камеры сгорания и равной 20-50 м/с, предпочтительно 25-40 м/с, как, например, порядка 30 м/с.
16. Способ по п.7, дополнительно включающий поддержание температуры в камере сгорания, равной 700-1100°С, предпочтительно 900-1100°С, при этом каждая температурная точка в интервале температур вместе с предельными скоростями газа определяет соответствующую минимальную нагрузку по топливу и соответствующую максимальную нагрузку по топливу для смещения от одного из двух стехиометрических режимов к другому стехиометрическому режиму.
17. Способ по п.16, дополнительно включающий смешивание рециркулирующих топочных газов, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым, снижая минимальную нагрузку по топливу при достехиометрическом режиме.
18. Способ по п.16, дополнительно включающий смешивание рециркулирующих топочных газов, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа с кислородсодержащим газом, необходимым для горения, до подачи газа, необходимого для горения, в камеру сгорания, тем самым, уменьшая при одинаковом общем расходе газа концентрацию кислорода и посредством этого образование окислов азота при сверхстехиометрическом режиме.
19. Способ по п.7 или 16, при котором действие по поддержанию стехиометрического режима представляет собой поддержание по существу постоянного стехиометрического отношения для того, чтобы регулировать температуру.
20. Способ по п.16 или 17, при котором стехиометрическое отношение поддерживают в определенных пределах, в то время как температуру в камере сгорания регулируют посредством количества рециркулирующего топочного газа, или другого газа с низким содержанием кислорода, или инертного газа, смешанного с кислородсодержащим газом, необходимым для горения.
