Способ беспламенного сжигания углеродсодержащего топлива


F23B50/06 - Устройства для сжигания твердого топлива (для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива F23C 1/00; устройства для сжигания в псевдоожиженном слое F23C 10/00; сжигание низкосортного топлива и мусора F23G; колосниковые решетки F23H; подача твердого топлива в устройства для сжигания F23K; конструктивные элементы камер сгорания, не отнесенные к другим подклассам F23M; бытовые отопительные устройства F24; котлы центрального отопления F24D; автономные компактные котлы F24H)

Владельцы патента RU 2657028:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") (RU)

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива, имеющего в своем составе углеродосодержащие материалы, и может быть использовано для автономного, экологически чистого и экономичного обогрева жилых и хозяйственных помещений, теплиц и парников, дачных домиков, бытовок, палаток и железнодорожных вагонов, переработки углеродсодержащих отходов. Беспламенный способ сжигания твердого топлива включает укладку твердого топлива на колосниковую решетку, его зажигание и сжигание и отличается тем, что зажигание осуществляют верхних слоев топлива, вместо колосниковой решетки используют пористую теплостойкую перегородку, через которую происходит принудительное удаление газообразных продуктов сгорания, а в качестве твердого топлива используют углеродсодержащее сырье с содержанием не менее 10% углерода. Задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого способа сжигания твердого топлива (без использования дымохода), применяемого для обогрева помещений, в том числе жилых, спальных помещений. В результате решения данной задачи при реализации способа могут быть получены новые технические результаты, заключающиеся в уменьшении потерь тепла с газообразными продуктами горения, а также с химическим недожогом углерода топлива, возможность сжигания мелкодисперсного топлива с повышенным содержанием негорючих материалов.

 

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива, имеющего в своем составе углеродсодержащие материалы, и может быть использовано для автономного, экологически чистого и экономичного обогрева жилых и хозяйственных помещений, теплиц и парников, дачных домиков, бытовок, палаток и железнодорожных вагонов, а также для переработки углеродсодержащих отходов.

Уровень техники

Известен способ сжигания топлива в плотном фильтрующем слое, которое размещается на воздухораспределительной (колосниковой) решетке. Слой топлива продувается воздухом со скоростью, при которой устойчивость слоя не нарушается (см. Теплогенерирующие установки: Учеб. для вузов. Г.Н. Делягин, В.И. Лебедев, Б.А. Пермяков, П.А. Хаванов. М.: ООО «ИД «БАСТЕТ»», 2010. С. 111-112). Твердое топливо загружают на прогорающие очаговые остатки топлива от предыдущей загрузки. Под колосниковую решетку подают воздух, который является источником кислорода, необходимым для процесса горения. Свежее топливо воспламеняется снизу от очаговых остатков по всей площади слоя. Фронт горения распространяется снизу вверх по толщине слоя топлива.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является сжигание топлива в плотном фильтрующем слое, которое размещается на основе (колосниковой решетке). В процессе горения устойчивость слоя не нарушается.

Недостаток данного способа заключается в том, что он применяется только для кускового твердого топлива. Мелкодисперсное топливо просыпается через колосниковую решетку, а также уносится продуваемым воздухом, что приводит к нарушению устойчивости слоя топлива и процесса горения.

Известны способ получения диоксида кремния и тепловой энергии из кремнийсодержащих растительных отходов и установка для сжигания мелкодисперсных материалов (патент РФ 2291105, МПК С01В 33/12, F23C 9/00, опубл. 10.01.2007. Бюл. №1). Изобретение относится к области энерготехнологической переработки мелкодисперсных материалов, преимущественно к утилизации кремнийсодержащих растительных отходов, в результате получается диоксид кремния различной чистоты, и может быть применено для выработки тепловой энергии при сжигании дробленых твердых топлив или горючих отходов, которые используются, например, для отопления, горячего водоснабжения, технологических нужд, а также для выработки электроэнергии. Способ включает окислительный обжиг в непрерывном режиме предварительно подготовленного исходного сырья при движении плотного слоя в зоне горения с регулированием температуры горения, изменяя расход воды или пара, подаваемых в зону горения, и утилизацию тепла отходящих газов.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются возможность энерготехнологической переработки мелкодисперсных материалов и регулирование температуры горения.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано с помощью сравнительно больших и сложных установок, требующих наличия дымохода, что делает их непригодными для обогрева небольших помещений. Наличие шнековых устройств приводит к уносу мелкодисперсных частиц в атмосферу.

Наиболее близким по существу технического решения к заявляемому способу сжигания твердого топлива является известный беспламенный способ сжигания твердого топлива, включающий горизонтальную укладку твердого топлива плотным слоем, его зажигание и сжигание. Твердое топливо укладывают на колосниковой решетке, а в качестве твердого топлива используют топливные брикеты (патент РФ 2393381, МПК F23B 70/00, опубл. 27.06.2010. Бюл. №18). Данное изобретение может быть использовано для автономного, экологически чистого, экономичного обогрева и позволяет увеличить период между загрузками топлива до 11 часов.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются беспламенное сжигание твердого топлива и возможность сжигания пылевидного топлива.

К недостаткам данного способа можно отнести то, что он требует дополнительной операции приготовления брикетов из пылевидного топлива и он не пригоден для сжигания топлива с низким содержанием углерода. Отсутствует возможность регулировки тепловой мощности в процессе горения топлива.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого способа сжигания твердого топлива (без использования дымохода), применяемого для обогрева помещений, в том числе жилых, спальных помещений. В результате решения данной задачи при реализации способа могут быть получены новые технические результаты, заключающиеся в уменьшении потерь тепла с газообразными продуктами горения, а также с химическим недожогом углерода топлива, возможность сжигания мелкодсперсного топлива с повышенным содержанием негорючих материалов.

Технические результаты достигаются тем, что в беспламенном способе сжигания твердого топлива, включающем укладку твердого топлива на основу, его зажигание и сжигание, согласно изобретению в качестве твердого топлива используют углесодержащие сырье с содержанием не менее 10% углерода, а в качестве основы используют пористую теплостойкую перегородку, при этом сжигание топлива производят, осуществляя принудительное удаление газообразных продуктов сгорания через пористую теплостойкую перегородку.

Данные технические результаты достигаются тем, что в способе сжигания твердого топлива, включающем укладку твердого топлива, его зажигание и сжигание, твердое топливо укладывают горизонтальным слоем на пористую теплостойкую перегородку, через которую происходит удаление газообразных продуктов сгорания.

Отличительная особенность заявляемого способа сжигания твердого топлива состоит в том, что твердое топливо укладывают на пористую теплостойкую перегородку, через которую происходит принудительное удаление газообразных продуктов сгорания. Источником кислорода, необходимого для процесса горения, является воздух, который подают сверху сжигаемого слоя топлива. В отличие от традиционных способов сжигания зона горения при этом перемещается сверху вниз. Фильтрация газов через мелкодисперсный материал обеспечивает высокую эффективность теплообмена между газообразной и твердой фазой. В результате подаваемый воздух быстро нагревается, охлаждая золу (негорючие материалы), а продукты сгорания эффективно отдают тепло, подогревая топливо перед процессом горения. Потери тепла с продуктами сгорания уменьшаются, что позволяет поддерживать стабильный процесс горения топлива с высоким содержанием негорючих компонентов. При сжигании крупнокускового топлива и брикетов происходит длительное сгорание кусков и перемещение продуктов сгорания (углекислого газа) относительно разогретого углеродсодержащего материала, что приводит к повышенному содержанию угарного газа в продуктах сгорания:

СO2 + С = 2СО.

К аналогичному эффекту приводят пары воды, содержащиеся в продуктах сгорания:

Н2O + С = СО + Н2.

В предлагаемом нами способе вероятность протекания данных реакций уменьшается из-за эффективного теплообмена и быстрого охлаждения углекислого газа и паров воды. Кроме того, частицы углерода, содержащиеся в мелкодисперсном топливе, выгорают, не успевая вступить в реакцию с образованием угарного газа.

Предлагаемое техническое решение реализуется в топочных камерах вертикального типа, в которых роль колосниковой решетки выполняет пористая теплостойкая перегородка, поверх которой засыпается пылевидное углеродсодержащее топливо. Снизу перегородки в топочной камере создается разрежение, стимулирующее поток воздуха, подаваемый в верхнюю часть камеры. Воздух проходит через золу, нагревается и попадает в зону горения. Слой топлива поджигается с верхней стороны слоя и беспламенно сгорает с окислением углерода в зоне сгорания, которая, в свою очередь, по мере выгорания углерода перемещается в сторону перегородки. Газообразные продукты сгорания фильтруются через мелкодисперсное топливо.

Предложенная схема сжигания обеспечивает нагрев воздуха, быструю отдачу тепла дымовых газов и нагрев нижележащих слоев топлива. Это обеспечивает снижение потерь тепла с продуктами сгорания, что позволяет сжигать топливо с повышенным содержанием негорючих материалов (перерабатывать отходы).

Температура горящего слоя при беспламенном горении не превышает 800°С, что практически не дает образовываться окислам азота, сопровождающим сжигание в печах с кипящим слоем и слоевых топках при интенсивном нижнем поддуве воздуха. Режим горения определяется величиной разрежения в нижней части топочной камеры либо регулированием расхода воздуха в верхней ее части. Низкая теплопроводность мелкодисперсного топлива сохраняет температуру, достаточную для воспламенения длительное время, что позволяет регулировать тепловую мощность установки прерывистой подачей воздуха, то есть временным прекращением процесса горения. Теплоотвод от топочной камеры может быть организован за счет теплообменников, расположенных на боковых ее поверхностях и в пористой перегородке.

Заявляемый беспламенный способ сжигания твердого топлива может быть подтвержден следующими примерами.

Пример 1. Циклонную пыль из системы газоочистки кремниевого производства, содержащую 10% углерода (древесный и каменный уголь) и негорючие компоненты (диоксид кремния 88% и 2% других неорганических соединений), укладывают в топочную камеру на пористую теплостойкую перегородку, осуществляют зажигание верхнего слоя пыли и принудительное удаление газообразных продуктов сгорания. Происходит беспламенное горение до выгорания уложенного слоя. Температура не превышает 700°С. Содержание углерода в золе 1.8%. Твердые остатки, образующиеся при сжигании, могут быть использованы при производстве строительных материалов.

Пример 2. Циклонную пыль из системы газоочистки кремниевого производства, содержащую 10% углерода (древесный и каменный уголь) и негорючие компоненты (диоксид кремния 88% и 2% других неорганических соединений), брикетируют, укладывают в топочную камеру на колосниковую решетку, осуществляют зажигание, после удаления источника зажигания горение затухает. Содержание углерода в оставшемся топливе 9,7%.

Пример 3. Циклонную пыль из системы газоочистки кремниевого производства, содержащую 8% углерода (древесный и каменный уголь) и негорючие компоненты (диоксид кремния 90% и 2% других неорганических соединений), укладывают в топочную камеру на пористую теплостойкую перегородку, осуществляют зажигание верхнего слоя пыли и принудительное удаление газообразных продуктов сгорания, после удаления источника зажигания горение затухает. Содержание углерода в оставшемся топливе 7,5%

Пример 4. Циклонную пыль из системы газоочистки кремниевого производства, содержащую 16% углерода (древесный и каменный уголь) и негорючие компоненты (диоксид кремния 82,5% и 1,5% других неорганических соединений), укладывают в топочную камеру на пористую теплостойкую перегородку, осуществляют зажигание верхнего слоя пыли и принудительное удаление газообразных продуктов сгорания. Через 30 минут принудительное удаление газообразных продуктов сгорания останавливают, горение прекращается, в течение часа температура нагретого слоя уменьшается до 610°С. После возобновления принудительного удаления газообразных продуктов сгорания беспламенное горение продолжается до выгорания уложенного слоя. Температура нагретого слоя не превышала 740°С. Содержание углерода в золе 1.6%. Твердые остатки, образующиеся при сжигании, могут быть использованы при производстве строительных материалов.

Пример 5. Мелкодисперсный древесный уголь, образующийся при его производстве, содержащий 72% углерода и 28% негорючих неорганических соединений, укладывают в топочную камеру на пористую теплостойкую перегородку, осуществляют зажигание верхнего слоя пыли и принудительное удаление газообразных продуктов сгорания. Происходит беспламенное горение до выгорания уложенного слоя. Температура не превышает 780°С. Содержание углерода в золе 0.5%. Твердые остатки, образующиеся при сжигании, могут быть использованы в качестве удобрения.

Предлагаемый беспламенный способ сжигания позволяет использовать в качестве топлива углеродсодержащие отходы (примеры 1 и 5) с содержанием углерода не менее 10% (примеры 1 и 3). Изготовленные брикеты с аналогичным составом самостоятельно не поддерживают горение (примеры 1 и 2). Разработанный беспламенный способ сжигания твердого топлива позволяет останавливать процесс горения на длительный период с последующим его возобновлением, тем самым осуществляя регулировку процесса тепловыделения (пример 4).

Способ беспламенного сжигания твердого топлива, включающий укладку твердого топлива горизонтальным слоем на основу, его зажигание и сжигание, отличающийся тем, что зажигание осуществляют верхних слоев топлива, в качестве основы используют пористую теплостойкую перегородку, через которую производят принудительное удаление газообразных продуктов сгорания, а в качестве твердого топлива используют углеродсодержащее сырье с содержанием не менее 10% углерода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания сплава электроположительного металла, причем этот электроположительный металл выбран из щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и цинка, а также их смесей, и этот сплав электроположительного металла включает в себя по меньшей мере два электроположительных металла, включающее в себя пористую горелку или устройство для распыления сплава электроположительного металла, устройство для подвода сплава электроположительного металла, предпочтительно в виде жидкости, во внутреннюю часть пористой горелки или к устройству для распыления сплава, которое выполнено для того, чтобы подводить к пористой горелке или к устройству для распыления сплава сплав электроположительного металла, предпочтительно в виде жидкости, устройство подвода горючего газа, которое выполнено для того, чтобы подводить горючий газ.

Изобретение может быть использовано при создании источников для выработки электроэнергии. Отделение отходящего газа от твердых и/или жидких продуктов реакции проводят при сжигании в газообразном топливе металла, выбранного из группы, включающей щелочные металлы, щелочноземельные металлы, Al и Zn, а также их смеси.

Изобретение относится к области энергетики. Топочное устройство для сжигания твердого топлива содержит расходный бункер твердого топлива, камеру сгорания с загрузочным окном во фронте, плунжерный питатель-дозатор с поршнем подачи топлива и топливную трубу для верхней загрузки твердого топлива в камеру сгорания, колосниковую решетку с топливоподдерживающей поверхностью, механизм очистки топливоподдерживающей поверхности и приемный бункер для нелетучих продуктов сгорания, расходный бункер связан с камерой сгорания через топливную трубу, внутри которой размещен поршень питателя-дозатора, выполненный с возможностью продольного возвратно-поступательного движения и нахождения в положениях, первое из которых характеризуется открытым входным отверстием топливной трубы, второе положение характеризуется полным перекрытием входного отверстия топливной трубы при нахождении рабочего торца поршня внутри данной трубы, в третьем положении рабочий торец поршня выступает из топливной трубы внутрь камеры сгорания, причем поршень подачи топлива полностью перекрывает при этом проходное сечение топливной трубы и загрузочного окна.

Изобретение относится к газогенератору непрерывного действия. При этом газогенератор характеризуется тем, что в цилиндрической части корпуса установлен поршень со штоком, на верхнем торце которого установлен магнит и закреплен гибкий трос, соединенный с электроприводом подъемного механизма; на крышке корпуса газогенератора установлена штанга с закрепленными на ней датчиками нижнего и верхнего положения уровня топлива, а на верхнем торце штанги установлен стопорный механизм; сбоку от корпуса газогенератора установлен механизм загрузки топлива, включающий в себя бункер, соединенный с корпусом газогенератора шнековым каналом, причем конец канала, присоединенный к бункеру, содержит приводной шнек, шток которого соединен с валом электродвигателя, а конец канала, присоединенный к корпусу газогенератора, - электромеханическую заслонку, снабженную электроприводом; выходы датчиков нижнего и верхнего положения уровня топлива подключены к измерительным входам блока управления, а силовые выходы последнего подключены соответственно к электроприводу подъемного механизма, стопорному механизму, электродвигателю приводного шнека и электроприводу электромеханической заслонки.

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла и электроэнергии. Когенератор на твердом биотопливе содержит воздушный компрессор, электрический генератор и турбину для привода компрессора, согласно изобретению содержит эжектор, выполненный с камерой смешения воздуха и продуктов сгорания топлива, бункер твердого биотоплива, пеллетную горелку, вторую турбину для привода электрического генератора, при этом получаемая в камере смешения смесь продуктов сгорания и воздуха использована для работы турбин и переноса тепла в отапливаемые помещения.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания электроположительного металла, который выбран из щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия и цинка и/или их сплавов и/или смесей, с горючим газом содержит первое сопло (1), сначала сужающееся в поперечном сечении, к которому подается газ-носитель и которое выполнено с возможностью распыления электроположительного металла с газом-носителем, первое устройство (1') подачи для газа-носителя к первому соплу (1), которое выполнено с возможностью подачи газа-носителя к первому соплу (1), контейнер (3), который выполнен с возможностью подготовки электроположительного металла в виде жидкости или в виде порошка с частицами, имеющими размер частиц менее 100 мкм, второе устройство (2') подачи для электроположительного металла к первому соплу (1), которое выполнено с возможностью направления электроположительного металла из контейнера (3) к первому соплу (1), и горелку (4), которая выполнена с возможностью сжигания электроположительного металла с горючим газом.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для получения тепловой энергии и отопления производственных и жилых помещений. Перед сжиганием твердого биотоплива его подают в зону горения сверху вниз и предварительно подогревают вместе с воздухом, твердые остатки горения: шлак и зола, автоматически удаляются из зоны горения в золосборник новыми порциями топлива и потоком воздуха, движение которого обеспечено перепадом давления в результате разницы температур между внешней средой и внутри сжигающего устройства, газовые остатки отводят из топки в атмосферу.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для зонированного центробежного сжигания топлива содержит верхнюю камеру сгорания, выполненную с возможностью подавать через нее топочный воздух в камеру сгорания и выпускать из нее колонну огня, образующуюся в процессе сжигания топлива с использованием топочного воздуха, нижнюю камеру сгорания, соединенную с нижней частью упомянутой верхней камеры сгорания, при этом упомянутая нижняя камера сгорания выполнена с возможностью подачи в нее топлива и с возможностью подачи из нее топлива в камеру сгорания с обеспечением перемешивания топлива с топочным воздухом для идеального его сжигания, трубку подачи воздуха, один конец которой разделен на верхнее ответвление трубки подачи воздуха и нижнее ответвление трубки подачи воздуха, при этом упомянутое верхнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено кверху, а нижнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено книзу с обеспечением возможности подачи топочного воздуха соответственно в верхнюю камеру сгорания и нижнюю камеру сгорания, узел вихреобразования, соединенный с нижней камерой сгорания и выполненный с возможностью поддерживать центробежную силу для топочного воздуха при протекании в нижней камере сгорания процесса воспламенения, средство подачи топлива, выполненное на нижнем конце узла вихреобразования и содержащее топливный питатель-дозатор, выполненный с возможностью подавать топливо в нижнюю камеру сгорания в фиксированном количестве, и камеру переработки золы, расположенную на одной стороне упомянутого узла вихреобразования и выполненную с возможностью улавливания и переработки золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла, образующихся при сжигании топлива.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для термического обезвреживания дробленых древесных отходов 3 класса опасности, например старых железнодорожных шпал, пропитанных антисептическими средствами (каменноугольным креозотовым пропиточным маслом), древесно-стружечных плит (ДСП), древесно-волокнистых плит (ДВП), отходов мебельных производств, с целью утилизации тепла, при содержании в их продуктах сгорания малой концентрации вредных и канцерогенных веществ.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Котел длительного горения представляет собой огнестойкий герметичный теплоизолированный корпус достаточного размера для перемещения в нем человека, с герметичной входной дверью на передней стенке.

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива, имеющего в своем составе углеродосодержащие материалы, и может быть использовано для автономного, экологически чистого и экономичного обогрева жилых и хозяйственных помещений, теплиц и парников, дачных домиков, бытовок, палаток и железнодорожных вагонов, переработки углеродсодержащих отходов. Беспламенный способ сжигания твердого топлива включает укладку твердого топлива на колосниковую решетку, его зажигание и сжигание и отличается тем, что зажигание осуществляют верхних слоев топлива, вместо колосниковой решетки используют пористую теплостойкую перегородку, через которую происходит принудительное удаление газообразных продуктов сгорания, а в качестве твердого топлива используют углеродсодержащее сырье с содержанием не менее 10 углерода. Задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого способа сжигания твердого топлива, применяемого для обогрева помещений, в том числе жилых, спальных помещений. В результате решения данной задачи при реализации способа могут быть получены новые технические результаты, заключающиеся в уменьшении потерь тепла с газообразными продуктами горения, а также с химическим недожогом углерода топлива, возможность сжигания мелкодисперсного топлива с повышенным содержанием негорючих материалов.

Наверх