Способ двухступенчатого сжигания топлива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в котельных установках. Способ двухступенчатого сжигания топлива включает первую ступень сжигания твердого топлива, обеспечивающую газогенерацию, и вторую ступень сжигания образовавшегося газа. Путем загрузки топлива через загрузочный люк, снабженный устройством секторной загрузки, формируют конус из засыпаемого топлива, центр которого смещен относительно центра основания топочной камеры, что обеспечивает разделение топочной камеры на две зоны горения и совмещение плотного высокотемпературного пламени, образованного в процессе горения слоя топлива у основания конуса с газами, образующимися в процессе горения топлива по всей высоте конуса, а интенсификацию процесса горения осуществляют путем скважинной прошивки всей зоны горения твердого топлива с помощью вертикальных штырей, опускаемых из верхней части котельной установки, и принудительной подачи воздуха в зольную часть топки. Изобретение позволяет создать экологически чистый бездымный способ сжигания твердого топлива с высоким коэффициентом теплообразования и теплоотдачи с помощью котельной установки двухступенчатого типа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в котельных установках.

В настоящее время и на обозримую перспективу основным источником первичной энергии для котельных установок промышленных предприятий и объектов социально-бытового назначения является твердое органическое топливо. Одной из актуальных современных задач является обеспечение чистоты воздушного бассейна, а следовательно, создание таких способов и устройств для сжигания топлива, которые бы обеспечили при высоком КПД очистку продуктов сгорания топлива, выделяемых в атмосферу от твердых частиц золы, несгоревшего топлива и вредных газообразных продуктов горения.

Известен способ и устройство для сжигания твердого топлива в плотном слое (Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. «Котельные установки промышленных предприятий» стр.11). При данном способе в верхней части слоя после загрузки находится свежее топливо, под ним располагается горящий кокс, а непосредственно над решеткой - шлак, по мере выгорания топливо проходит все зоны. Воздух подается снизу, через решетку. Образующийся при горении топлива шлак стекает через решетку в зону золоудаления. Топки для сжигания в плотном слое могут быть немеханическими, полумеханическими и механизированными. При всем многообразии конструкций все они содержат: забрасыватель, камеру сгорания топлива с колосниковой решеткой, устройство для принудительной подачи воздуха в зону горения и камеры с теплоносителем.

Недостатком указанного способа является недостаточно высокий КПД, неполное сгорание топлива и выделение в атмосферу вредных газообразных и твердых остатков.

Известен также способ и устройство для сжигания твердого топлива в кипящем слое (Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. «Котельные установки промышленных предприятий», стр. 111).

Характерной отличительной особенностью топок с кипящим слоем является двухступенчатая схема организации процесса горения. В качестве первой ступени топки используется кипящий слой, где проводится интенсивная и глубокая тепловая подготовка топлива: прогрев, подсушка и выделение высокотемпературных горючих газов. Второй ступенью топки является камера дожигания горючего газа, выдаваемого кипящим слоем, и содержащихся в нем частиц термически подготовленного уноса. Температуру кипящего слоя поддерживают на уровне, исключающем плавление золы, во избежание шлакования слоя.

Одним из вариантов топок с кипящим слоем является однокамерная топка с кипящим слоем с водогрейным котлом. Вторая ступень топки располагается непосредственно над кипящим слоем. Такая топка в производственных условиях может работать на коксовой мелочи и бурых углях. Крупность топлива 0-20 мм. При работе на коксовой мелочи под решетку подают около трети воздуха, необходимого для полного сгорания топлива. Остальной воздух подается в топочную камеру над кипящим слоем через два ряда фурм. Необходимое охлаждение кипящего слоя топлива для осуществления бесшлаковочного режима (t=1000°С) достигается расположенными в кипящем слое водоохлаждаемыми поверхностями, включенными в систему циркуляции котла. Предусмотрен также впрыск воды непосредственно в кипящий слой для возможности регулирования его температуры в случае необходимости. Поддержание желательной зольности слоя, исключающей его погасание и обеспечивающей небольшие потери от механического недожога с выгребом, осуществляется непрерывной или периодической «продувкой» слоя через выгребное устройство. Высота слоя в состоянии кипения поддерживается на уровне 600-800 мм. Необходимое давление воздуха под решеткой составляет 3400-3900 Па.

Недостатками данного способа и устройства являются сложность конструкции, необходимость постоянного наблюдения и регулировки процесса горения, сложность контролирования процесса, необходимость постоянной подачи воздуха с давлением 3400-3900 Па, ограничение топлива по крупности (не более 20 мм).

Объектом настоящего изобретения является создание экологически чистого бездымного способа сжигания твердого топлива (например, угля) любой крупности и влажности с высоким коэффициентом теплообразования и теплоотдачи с помощью котельной установки двухступенчатого типа. Котельная установка предложенного типа проста конструктивно и в изготовлении. Технологический процесс сжигания топлива по предложенному способу не требует постоянного сложного контроля, изменение выходных параметров котельной установки достигается простым набором несложных операций.

Способ двухступенчатого сжигания твердого топлива, включающий первую ступень сжигания, обеспечивающую газогенерацию, и вторую ступень дожига образовавшегося газа, отличается тем, что сжигание топлива на первой и второй ступени производят в цилиндрической камере высотой не менее 3 метров, с загрузочным люком, расположенным на высоте 2 метра и снабженным устройством, обеспечивающим секторную загрузку топлива, при этом центр конуса, образуемого засыпанным топливом, смещен относительно центра основания топочной камеры, что обеспечивает разделение топочной камеры на две зоны горения и совмещение плотного высокотемпературного пламени, образованного в процессе горения слоя топлива у основания конуса, с газами, образующимися в процессе горения топлива по всей высоте конуса, при этом интенсификацию процесса горения производят путем принудительной скважинной прошивки всей зоны горения твердого топлива с помощью вертикальных штырей, опускаемых из верхней части котельной установки и принудительной подачи воздуха в зольную часть топки.

Применение данного способа и устройства позволяет: обеспечить работу котельной установки в течение длительного периода (до 2-х суток) без дополнительной загрузки, при этом система не требует сложного контроля, кроме того, в зависимости от требуемой нагрузки легко регулируется удельный объем сжигания топлива с помощью системы регулировки процесса газификации и объема подачи воздуха в зону горения. Преимуществом данного способа и устройства является также то, что их применение позволяет обеспечить очистку продуктов сгорания топлива выделяемых в атмосферу от твердых частиц золы, несгоревшего топлива и вредных газообразных продуктов горения при высоком КПД котельной установки.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью котельной установки, представленной на чертеже и состоящей из следующих конструктивных элементов:

- топочной камеры 1 с двумя зонами горения, обеспечивающей двухступенчатое сжигание топлива;

- вентилятора 2 для принудительной подачи воздуха в зону горения топочной камеры 1;

- системы регулировки процесса горения 3, включающей вертикальные штыри для скважинной прошивки зоны горения;

- камеры теплоносителя 4 с конвективной поверхностью, контактирующей с топочной камерой 1;

- камеры теплоносителя 5;

- теплового аккумулятора 6;

- шиберно-конвейерной системы удаления золы 7;

- системы насосов 8;

- загрузочного люка 9;

- устройства 10, обеспечивающего секторную загрузку топлива.

Способ с помощью предложенного устройства осуществляют следующим образом:

Отопительная система заполняется теплоносителем. Разжигается топка котла через шиберно-конвейерную систему удаления золы 7. Розжиг котла производится один раз и в процессе работы гасится. Топочная камера 1 загружается через загрузочный люк 9, снабженный устройством 10, обеспечивающим секторную загрузку топлива. При этом загружаемое топливо образует конус, центр которого смещен относительно центра основания топочной камеры 1, в результате чего в топочной камере 1 создаются две зоны горения - зона горения топлива у основания конуса, образующая высотный огненный столб, и зона горения конуса топлива, образующая дымопылегазовую смесь. Совмещение смеси с огненным столбом обеспечивает полное сгорание продуктов горения твердого топлива. Сжигание топлива в топочной камере 1 обеспечивается и регулируется принудительной подачей воздуха вентилятором 2. В процессе сжигания образуется высокий слой пористой зольной фракции, который обеспечивает эффект фильтрации образованных газов и продуктов сжигания. Зола пропускает воздух, что обеспечивает возможность топлива работать в течение длительного времени (до 2 дней) без удаления золы из котла. Дополнительно осуществляют периодическую прошивку зольного слоя штырями 3. Удаление золы происходит в охлажденном режиме без остановки отопительной системы посредством шиберно-конвейерной системы удаления золы 7. Теплоотдача вертикального отопительного котла обеспечивается за счет камеры теплоносителя 4 с конвективной поверхностью, контактирующей с топочной камерой 1, и камеры теплоносителя 5. При нагреве теплоносителя до заданной температуры включается система насосов 8. Теплоноситель из теплового аккумулятора 6 подается в камеры 4 и 5 и возвращается в аккумулятор. Из теплового аккумулятора 6 обеспечивается подача теплоносителя к потребителю по локально независимым системам. Отопительная система может работать в трех режимах:

1. Режим интенсивный с максимально возможным подъемом теплообразования.

2. Режим пониженных нагрузок.

3. Ждущий режим.

Предлагаемые способ и устройство для сжигания топлива в котельной установке можно использовать в теплосистемах, энергетических системах и локально для отопления зданий, различных по объему и назначению. Изобретение обеспечивает экологически чистое двухступенчатое сжигание угольного топлива любой марки, крупности и влажности, включая шламы.

1. Способ двухступенчатого сжигания топлива, включающий первую ступень сжигания твердого топлива, обеспечивающую газогенерацию, и вторую ступень сжигания образовавшегося газа, отличающийся тем, что путем загрузки топлива через загрузочный люк, снабженный устройством секторной загрузки, формируют конус из засыпаемого топлива, центр которого смещен относительно центра основания топочной камеры, что обеспечивает разделение топочной камеры на две зоны горения и совмещение плотного высокотемпературного пламени, образованного в процессе горения слоя топлива у основания конуса с газами, образующимися в процессе горения топлива по всей высоте конуса, а интенсификацию процесса горения осуществляют путем скважинной прошивки всей зоны горения твердого топлива с помощью вертикальных штырей, опускаемых из верхней части котельной установки, и принудительной подачи воздуха в зольную часть топки.

2. Котельная установка, включающая топочную камеру, загрузочный люк, вентилятор для принудительной подачи воздуха в зону горения, камеру с теплоносителем, отличающаяся тем, что цилиндрическая топочная камера имеет высоту не менее 3 м, а загрузочный люк расположен на высоте 2 м и снабжен устройством, обеспечивающим секторную загрузку топлива, кроме того, котельная установка снабжена штырями для скважинной прошивки зоны горения.