Аэрофонтанная топка

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.12.77 (21) 2552279/24-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М,К .

F 23 С 11/00

Государственный какитет

Опубликовано 97.08.80. Бюллетень №29

Дата опубликования описания !5.08.80 (53) УДК 662.939 (088.8) но делак изобретений и открытий (72) Авторы изобрет ния

А. В. Перепелкин, А. В. Гаврилин, А. С. Смирнов и В. И. Чикул

Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижаноского (7!) Заявитель (54) АЭРОФОНТАННАЯ ТОПКА

Изобретение относится к аэрофонтанным аппаратам, например топкам, и может быть использовано в теплоэнергетике и в топливно-перерабатывающей промышленности.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в качестве энергетической топки, а также в качестве технологической топки-нагревателя в установках термической переработки твердых топлив, в особенности для дожига полидисперсных, высокозольных остатков термического разложения.

Например, остаток полукоксования даже одного из видов высококачественного сланца содержит всего 2 — 4% горючих веществ и не может быть использован как топливо вследствие большого озоления.

В этом случае целесообразно дожигать твердый остаток в аэрофонтанной топке перерабатывающего агрегата для обеспечения теплом процесс термического разложения.

Известна аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания и разгонную камеру, соединенную с камерой сгорания верхней частью и снабженную в нижней части штуцером для ввода топлива, размещенным над штуцером для подачи воздуха. В верхней части камеры сгорания может быть размещен стабилизатор горения 11).

Известная топка имеет ряд недостатков: неполнота механического горения, относительно большие энергетические затраты на дутье и относительно большой объем аппарата вследствие того, что горение происходит только@лишь в камере сгорания.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности сгорания, а именно в снижении механической неполноты сгорания

1О топлива, уменьшении энергетических затрат на дутье и в уменьшении объема топки

Это достигается тем, что расстояние между штуцерами для подачи топлива и воздуха составляет (2 — 4) D, а диаметр штуцера для подачи воздуха равен (0,58 — 0,82) D, где D — диаметр разгонной камеры. Штуцер для подвода воздуха может быть выполнен в виде конфузора.

На чертеже изображена аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания 1, верхняя часть которой снабжена выходным штуцером 2 и стабилизатором горения 3. Нижняя часть камеры сгорания соединена с разгонной камерой 4, нижняя часть которой может быть выполнена в виде конфузора 5, 754!63

l0

15 результате чего в нижней части разгонной камеры создается внутренняя циркуляция топлива. Частицы топлива, попадая в камеру сгорания 1, поднимаются в приосевой ее части и, достигнув стабилизатор горения, частично отклоняются в пристеночную область камеры сгорания, по которой они затем опускаются в нижнюю часть камеры.

Опускаясь, указанные частицы встре;аются с восходящим из разгонной камеры потоком аэровзвеси из топлива и газа и увле- 25 каются им вверх, создавая таким образом фонтанообразную циркуляцию материала.

Частицы топлива, прошедшие стабилизатор, покидают камеру через выходной штуцер 2.

1.".:,!е ХОдящ11М В Штуцср t> для ПОдаЧИ Iвц;1B bi ilies iI IT) цеРа д;1;1 подачи возя 1 ха

1и разгонной камере расположен штуцер 7

l.l:ÿ подачи то1;:III83.

Работа аэрофонтанной топки происходит

0,1едующим образом. Частицы топлива, поступ;1к11цие через штуцер 7 в разгонную камеру, вначале опускаются, а затем, встречаясь с потоком восходящего воздуха, подаваемого крез штуцер 6, поднимаются вдоль разгонной камеры и к моменту достижения камеры сгорания разгоняются до скоростей, достаточных для обеспечения режима фонтанирования в разгонной камере. При этом часть поднимающихся частиц в начале пути, встречаясь в нисходящем потоке топлива, захватываются им и вновь опускаются в нижнюю часть разгонной камеры. В

Расположение штуцера 7 для ввода топлива выше штуцера 6 на расстоянии, равном (2 -4)Р, и принятие диаметра штуцера л.1я подачи воздуха равным (0,58 — 0,82) D, где 1! -- диаметр разгонной камеры, поз1111ляет провести сжигание топлива не только в верхней части топки, но и осуществить еп1 в значительной мере в разгонной камере 4.

Полное использование объема топки достигается благодаря тому, что после подачи материала, в процессе опускания частиц в на!а.1е движения их в !разгонной камере, они сначала разгоняются под действием сил гравитации, а затем тормозятся встречным потоком воздуха. При этом имеют место высокие относительные скорости движения частиц топлива и воздуха, в результате чего резко интенсифицируется процесс горения.

Наличие внутренней циркуляции горящих частиц топлива в нижней части разгонной камерь! обеспечивает подвод тепла к вновь поступающему топливу, его подогрев и устойчивое воспламенение. В результате процесс горения осуществляется интенсивно по всему объему топки, включая и ее ни;кнюю часть, что видно по данным расходования кислорода воздуха в разгонной камере.

В таблице приведены данные о содержании кислорода в воздухе на входе в разгонную камеру и в дымовых газах на выходе.

Содержание кислорода, об. /в

Устройство на входе на выходе

Известное

Сч!исываечое

21

Эти данные свидетельствуют о том, что в описываемом устройстве в нижней части топки расходуется примерно половина кислорода воздуха и, следовательно, в ней в значительной мере осуществляется процесс сжигания.

В известной топке на этом участке горение практически не осуществляется. Эти данные показывают, что благодаря начавшемуся горению в нижней части топки топливо, поступающее в разгонную камеру, хорошо подготовлено, вследствие чего уменьшается механическая неполнота горения его.

По данным видно, что объем верхней части топки может быть значительно уменьшен, что приводит к уменьшению ее габаритов

У в целом. Кроме того, энергетические затраты в настоящей топке уменьшаются в 1,5—

2 раза вследствие нагрева воздуха в нижней ее части и увеличении объема газов в три раза. Увеличение объема газа позволяет уменьшить долю воздуходувных средств для создания необходимого гидравлического режима процесса горения.

Пример. В аэрофонтанную топку, которую используют в качестве топки-нагревателя в установке термической переработки сланца непрерывно подают сланцевый коксозольный остаток, образующийся в результате термической переработки сланца с твердым теплоносителем, имеющим температуру

500 С, и содержащий, о/I!. горючих компонетов — 2,2, в том числе углерода — 1,7, водорода — 0,1, серы колчеданной — 0,4, золы — 7,3, СО > карбонатов — 25,5.

Теплота сгорания (низшая) 175 ккал/кг.

Одновременно в топку подают дутьевой воздух, имеющий температуру 50 С, в количестве, необходимом для нагрева до температуры 850 С, образующихся при сжигании золы и дымовых газов.

Часть нагретой в топке золы, ее более крупную фракцию, используют в качестве

Уменьшение выбранных соотношений размеров ниже указанных ведет к ухудшению внутренней циркуляции горячих частиц топлива в нижней части разгонной камеры, ухудшению теплооб мена с вновь поступающим топливом и как следствие к отсутствию устойчивого воспламенения. Увеличение заданных размеров выше указанных приводит к неоправдано высоким энергетическим затратам на поддержание слоя циркулирующего материала в нижней части разгонной камеры, что экономически не выгодно.

5 теплоносителя для ll(1)(1)3!) >1 ê!l >)>>!>>)> Гн>с1упающего сланца, а мелкую фракцик> вывОдят из цикла. Дымовой газ используют для сушки вновь поступающего сланца.

В результате сжигания получают золу.теплоноситель и дымовой газ.

Зола-теплоноситель содержит, %: зо— лы — 75,6, СО. карбонатов — 24,2, горючих компонентов — 0,2.

Дымовой газ содержит (объемных процентов сухого газа), %: углекислого газа— центов сухого газа), %: углекислого газа — 22,0, азота воздуха — 74,2, метана — 1,6, водорода — 1,0, окиси углерода — 1,2.

Опытные данные показывают, что при сжигании полидисперсного высокозольного топлива механический недожог снижается на 40 — -50% (от исходной органики 5 — 10%) по сравнению с сжиганием топлива в известном устройстве, о чем свидетельствует уменьшение горючих компонентов в золе с 0,4% (в известном устройстве) до 0,2% в предложенном. Энергетические затраты на организацию процесса в аэрофонтанной топке снижаются в 1,5 — 2,0 раза, а также

, мс!! ь>1! ас Гся . ." . 1 е м /1)!пс! !)Г! Гlj;i . . : H! Iã. . ..

> извсст) !.)т! l! ), : 1> те1ш"»„! !- )5

Форму га изобрегения

1. Аэрофонтанная топка, содержапГая камеру сгорания и разгонную камеру, сoc диненную с камерой сгорания верх)н и частью и снабженную в нижней части шт; цером для ввода топлива, размещенным на,, 5о штуцером для подачи воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности сгорания, расстояние между штуц<— рами для подачи топлива и воздуха составляет (2 — 4) D, а диаметр штуцера для подачи воздуха равен (0,55 — 0,85) D. где D диаметр разгонной камеры.

2. Топка по п. 1. отличающаяся тем, что нижняя часть разгонной камеры выполнена в виде конфузора.

Источники информации, го принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2155002/06, кл. F 23 С 11, 00, 1975, ЦНИИГ1И Заказ 4884/3! Тираж 619 Г1одписное

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4