CS232401B1 - Způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi - Google Patents

Description

Předměte· vynálezu je «působ spalování organických paliv ve vířivé» topeništi. Vynáles může být například použit s výhodou při výrobě páry v tepelných elektrárnách. Jsou vSeobecnS známy způsoby spalování organických paliv v topeništích spočívající v tom, že do topeništi je přivádina smis prásku a vzduchu, obsahující palivo a vzduch. Přitom se palivo před přivedením do topeniště rozemele v zařízení pro přípravu prásku, aby bylo dosaženo strmé trakční charakteristiky a vzduch je předehříván v předehřívačích pro jistý zážeh plamene a pro zvýšení celkové teploty v topeništi.

Při společném spalování paliva a vzdušného kyslíku vznikne souproudý plamen. Čas, potřebný ke spálení paliva, je určen dobou letu paliva v plameni. Tento čas přesto nepostačuje k úplnému spálení veškerého paliva, žádné známé zařízení pro přípravu prášku neumožňuje rozemlít palivo na práiek stejné zrnitosti. To vysvětluje nerovnoměrný způsob a hořeni paliva v topeništi po délce plemene.

V počátečním úseku plamene shoří přes 80 % paliva, a to zejména jemná a střední * frakce. V témže úseku ee vyvíjí i nejvySSi teplota, čímž vzniká jádro plamene. Hrubá frakce paliva se v počátečním úseku plamene jen vznítí. Shoří až ve druhé části plamene, kde již není témSř žádný kyslík a kde teplota spalin poměrně rychle klesá na hodnotu teploty při výstupu topeništi.

Tímto nerovnoměrným spalováním palivového prášku vzniká nerovnoměrné rozdělení teploty, a tím i proudy tepelného záření v topeništi. Nerovnoměrným rozdělením teploty, zvláště vznikem jádra plamene o vysoké teplotě, se podstatně snižuje jistota provozu parního generátoru. To je způsobováno tím, že popel, to je minerální složka paliva, se taví a potom ee usazuje na trubkách chladicího rejstříku jako struska.

Zanášením chladicího rejstříku etruskou se zhoršuje výměna teple mezi spalinami a pracovním médiem v trubkách chladicího rejstříku, čími se zvyšuje výstupní teplota spalin a způsobuje zanášení přehříváku struskou, čímž se zmenšuje průchozí průřez pro spaliny·

Vlivem vrůstajícího odporu přehříváku snižuje se výroba páry v parním generátoru až do jeho úplného zastavení. Neplénovené vysazování parních generátorů z provozu způsobuje milionové ztráty přerušováním dodávek elektrická energie.

Sníženi jistoty provozu parního generátoru vzniká taká vlivem nerovnomšrných místních proudů tepelného záření, která jsou v jádře plamene několikrát větší než je průmirná hodnota. To je příčinou spáleni kovových trubek chladicího registru v topeništi. Ve žhavém jádře plamene vzniká mimoto velké množství kysličníků síry a dusíku, která jsou jedovatá a jsou spolu se spalinami vy vrho vány do vnšjšl atmosféry a znečlělují okolní prostředí.

Proces výroby prášku, nutný pro uvedený způsob spalováni organických paliv, je schopný exploze u organických paliv s vysokým podílem tekavých látek. Taková organická paliva se bšžnš používají v energetickém hospodářství. Známé způsoby spalování organických paliv vyžaduji velikou spotřebu energie na přípravu prášku, spotřebu kovu na výrobu vyměňovaných opotřebovaných strojních součástí a značná zvýšenou spotřebu organického paliva v popeli a strusee.

Pokusy odstranit tyto nedostatky, spojená se spalováním organických paliv v souproudám plameni, vedly ke spalování organických paliv v topeništi systému Šeřinev. Způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi systému Šeršnev spočívá v tom, že se do topeniště zavádí nemletá organická palivo, například frázovaná rašelina. Vzduch, potřebný k hořeni, se přivádí se spodní části topeniště, zatímco sekundám! vzduch se přivádí nezávisle na palivu. <

Organická palivo vytváří při spalování jak aouproudý' tak i vířivý plamen. V souproudá části plamene shoří jemné frakce organického paliva, zatímco hrubá nespálená frakce padají vlivem tíže do spodní části topenlštš, kde jsou zdvihány vstupujícím spodním proudem vzduchu a jsou vnášeny do souproudá části plamene, kde tyto frakce shoří, přičemž několikrát cirkuluji ve vířivém pásmu plamene. Uvedený způsob umožňuje spalování některých organických paliv, například frázovaná rašeliny, bez předcházejícího mletí, čímž se celý proces spalování zlevňuje, protože se obejde bez zařízení na přípravu prášku.

Mimoto se zvyáuje bezpečnost provozu parního generátoru, protože nevzniká žádný explozivní prach. Při uvedeném způsobu padají do vířivého pásma plamene jen velké částečky organického pálivá vlivem gravitace, hlavní část organického paliva shoří v souproudám pásmu plamene, čímž vzniká žhavá jádro plamene. Způsob spalováni organických paliv v topeništi systému Šeršnev se vyznačuje malou hospodárností, protož· mocný spodní proud vzduchu není organickým palivem vytížen a vzdušný kyslík zůstává nevyužit.

B

Tím způsobem vznikají značná tepálná ztráty a nespálené částečky organického paliva jsou vynášeny z topeniště. Přitom kyslík, přiváděný do topeniště, zůstává' nevyužit, což vyžaduje zvýšenou spotřebu energie pro pohon ventilátoru na vzduch i spaliny. *

Nespálená částečky zvyšuji tepelné ztráty spojené s mechanickým nedohořením paliva.

Tento způsob spalováni může být použit jen pro raěelinu a proto nemůže být v tepelná energetice dále rozšiřován.

Vynášená nespálená částečky organického paliva, která částečně dohořívají, zvyšují teplotu spalin na výstupu z topeniště, čímž vzniká zanášení přehříváku struskou, čímž se zvětšuje odpor průtoku spalin. Vlivem vzrůstajícího odporu přehříváku zvyšuje se odpor parního generátoru, odsávací ventilátory na spaliny nezvládnou zvýšeně zatíženi, a tím klesá parní výkon parního generátoru až k úplnému zastaveni.

23240)

Tento způsob se také vyznačuje nestabilitou spalováni, protože do jádra plamene vniká velké množství chladného vzduchu ze spodního proudu vzduchu· Tím vzniká nestabilní spalování organického paliva, spojené se vznikem pul žací, snižujících jistotu provozu· Vlivem pulžací vznikají trhliny v tepelné Izolaci parního generátoru, kterými vniká technologicky nežádoucí vzduch, který se nepodílí na spalování· Je znám ještě jeden způsob spalování organických paliv ve vířivá· topeništi.

Do prostoru topeništi se zavádí směs prášku a vzduchu, obsahující organická palivo a vzduch, čímž při spalováni vzniká plamen, sestSvající ze souproudé a vířivé části. Do plamene přicházejí žhavé plyny a nespálené organické palivo, které postupuje vlivem gravitačních a setrvačných sil do spodní části topeništi. Ve spodní části topeništi je mimoto přiváděn sekundární vzduch ve směru přívodu smšsi prášku a vzduchu. Proud sekundárního vzduchu strhává nespálené organické palivo a vede je do jádra plamene.

Vlivem mnohonásobné cirkulace organického paliva ee prodlužuje doba, po kterou je organické palivo v pásmu hoření až dá jeho úplného shoření. Dva proudy vzduchu, a to sekundárního spodního proudu vzduchu a proudu smšsi prášku a vzduchu, jsou usměrněny tak, že vytvářejí dvojici sil, čímž vzniká vířivé pásmo plamene. Vířivé pásmo plamene snižuje teplotu jádra plamene a vyrovnává proudy tepelného záření. To zvyšuje provozní jistotu parního generátoru, protože nízká teplota jádra plamene zabraňuje taveni popele a zanášení chladícího registru topeništi etruskou.

Mimoto poli es teploty plamene snižuje také množství kysličníku síry a dusíku ve spalinách, a tím i množství jedovatých látek vyvrhovaných do okolního prostředí. Vyrovnáním velikosti místních tepelných proudění Je zabráněno místnímu přehřátí kovu trubek chladicího registra, a tím i jeho spálení. Při známém způsobu spalování jsou vytvořeny příznivé podmínky pro spalování hrubých frakcí organického paliva, protože jsou vlivem působení dvou proudů vzduchu stéle znovu přiváděny do pásma s plnou koncentraci kyslíku.

Zmíněný způsob spalování organických poliv nezabeapečuje na výstupu z topeništi před přehřívákem stabilní teplotu spalin, což způsobuje kolísání teploty přehřáté páry, která je vyráběna v parním generátoru a přiváděna k turbině a snižuje tak hospodárnost jak parního generátoru, tak i turbíny. Při zmíněném způsobu spalování je teplota spalin na výstupu z topeniště nestabilní a závisí na zápalných podmínkách směsi prášku a vzduchu.

Směs prášku a vzduchu se zapaluje při uvedeném způsobu spalování přívodem proudu žhavých plynů k jádru plamene. Tento proud vzniká spalováním paliva, která je vlivem gravitačních a setrvačných sil zaváděno do proudu sekundárního vzduchu. Při změně kvality organického paliva, například vlhkosti nebo stupně disperze, není proud sekundárního paliva využit a studený vzduch, zabraňující zapálení směsi prášku a vzduchu, zasahuje až k jádru plamene.

Protože zapalování se zhoršuje, začínají vznikat pulzace a spalování částeček organického paliva se prodlužuje až do oblasti přehříváku, čímž se zvyšuje teplota v této oblasti, dochází k nalepování popele na trubky přehřívéku a následujícím zanášením přehříváku struskou. Úkolem vynálezu je vyvinout takový způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi, který by zabezpečil stálou určenou teplotu spalin na výstupu z topeniště, jisté zapalování organického paliva a zabránil zanášení přehříváku struskou.

Úloha je řešena tím, že při způsobu spalováni organických paliv ve vířivém topeništi s vrchním odváděním spalin, při kterém je do prostoru topeniště přiváděna směs prášku a vzduchu, obsahující organické palivo a vzduch, které při hoření Vytvářejí plamen, obsahující žhavé plyny a nespálené organické palivo, které vlivem gravitačních a setrvačných silpadá do spodní části topeniště a mimoto je do prostoru topeniště přiváděn proud sekundárního vzduchu ve směru ke vstupu směsi prášku a vzduchu, přičemž proud sekundárního vzduchu strhává nespálené částečky organického paliva a přivádí je k jádru plamene, takže tyto částečky úplně shoří, se podle vynálezu používá hrubě dispergovaného paliva a rychlost primárního vzduchu je vhodně volena podle rozdělení frakcí organického paliva podél výSky topeniště. Tento způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi zajišťuje dodržování stanovené teploty spalin ná výstupu z topeniště.

Výkyvy teplpty spalin na výstupu z topeniStě jsou pozorovány při změnách kvalitativních parametrů organického paliva, například vlhkosti. Při zvýSené vlhkosti výchozího organického paliva se zhoršuje zapalování směsi práěku a vzduchu a její spalování se prodlužuje až do prostoru přehříváku, přičemž se teplota spalin na výstupu z topeniště zvyšuje. Při snížené vlhkosti výchozího organického paliva se zapalování směsi urychluje a teplota spalin z topeniStě klesá.

Stálost teploty vystupujících spalin při způsobu podle vynálezu se zabezpečuje zvýšeným přívodem organického paliva do pásma vířeni při zvýšené vlhkosti a sníženým přívodem organického paliva do pásma víření při snížené vlhkosti. Spodní proud sekundárního vzduchu je vytěžován změnou rychlosti přívodu primárního vzduchu. Při zvýšení rych- t losti primárního vzduchu spadá do pásma víření vlivem setrvačných sil vštší množství hrubšího organického paliva, které ve spodním proudu sekundárního vzduchu intenzivně do hoří vá, čímž se zlepší zapalování paliva. “

Hrubé frakce organického paliva vyhoří v celém prostoru vířivého pásma. Tím klesne teplota spalin pod teplotu tavení popele, čímž se zabrání zanášení přehříváku etruskou a zvýší se jistota provozu a hospodárnost parního generátoru. Mimoto se teplota spalin podél výSky topeniště vyrovná a proudy tepelného záření se zmenši. Použitím hrubě dispergovaného organického paliva zvýší se bezpečnost parního generátoru proti výbuchu, protože jemně dispergované organická paliva, používané v současné době v novodobých parních generátorech, jsou ve zvýšená míře explosivní.

Změna aerodynamických parametrů spodního proudu sekundárního vzduchu a proudu primárního vzduchu umožňuje spalováni rozdílných frakcí organického paliva podél výěky tepeniště, což znamená regulovat poměr souproudé a vířivé části plamene. Stálé teplote spalin na výstupu z topeniště je zajišťována rozdílnou setrvačnosti jednotlivých frakcí organického paliva.

Za těchto podmínek je provoz parního generátoru bezpečný a spolehlivý, Příklad praktického provedení vynálezu je znázorněn na výkresu. Vířivé topeniště i sestává z trubek 2. chladicího registru, vytvářející dutý prostor v němž je spalována směs prášku a vzduchu. Směs prášku a vzduchu obsahuje hrubě dispergované organické palivo, například frézovanou rašelinu, jejíž frakční složení je určeno na výkresu neznézoměným drticím ústrojím, a primární vzduch, jehož rychlost je volena v závislosti na rozděleni frakcí rašeliny podél výšky topeniště £.

Směs prášku a vzduchu je přiváděna šikmo postaveným štěrbinovým hořákem vesta- * věným v horní části topeniště i· Sekundární vzduch je vefukovén štěrbinovou tryskou £, uspořádanou ve spodní části topeniště £ a to ve směru přívodu směsi prášku a vzduchu.

Způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi probíhá takto:

Směs prášku a vzduchu, sestávající z částeček organického paliva nestejná velikosti a vzduchu, je přiváděna do prostoru topeniště £ štěrbinovým hořákem £. Organické palivo při spalování vytváří souproudou a vířivou část plamene. Částečky organického paliva letí společně se vzduchem topeniště £. Když se proud u zadní stěny.topeniště £ obrací proud Částeček organického paliva se dělí vlivem gravitačních a setrvačných sil.

Přitom hrubé částečky organického paliva postupují vlivem gravitačních sil do spodní části topeniště £, kde jszu uchváceny vzestupným proudem sekundárního vzduchu a vedeny k jádru plamene u štěrbinového hořáku £.

Přitom dochází k jejich shoření za několikanásobné cirkulace ve vířivé části plamene. Lehké částečky organického paliva, které gravitační síla nestačí zanést do spodní části topeniště X, jsou uchváceny spalinami do souproudé části plamene, kde shoří. Bezpečné zapalování směsi prášku a vzduchu, zaváděné do topeniětě X, je zajištěno přívodem žhavých spalin z vířivého pásma topeniště X ke štěrbinovému hořáku „4.

Při změně parametrů organického paliva, jako vlhkosti, podílu jednotlivých frakcí a podobně, změní se teplota vzplanutí, což vyvolá změnu teploty plamene. Například při zvýšené vlhkosti organického paliva se zhoršuje vyhořováni části paliva v souproudé části plamene, vznikají neshořené zbytky organického paliva v popeli a ve strusce, podmínky vzplanuti organického paliva se zhoršují, spalováni se ztěžuje. Pro stabilizaci zapalování směsi prášku a vzduchu dojde ke změně aerodynamických parametrů primárního a sekundárního vzduchu.

Zvětší se rychlost primárního vzduchu, čímž se zvětší podíl částeček oddělovaných * do vířivé části topeniště J. vlivem zvětšení setrvačných sil. Tím se zvýší vývin tepla ve vířivém pásmu topeniště X spalováním zvětšeného množství organického paliva a teplota se ustálí na normální hodnotě, čímž se zajistí stabilní zapalování směsi prášku se vzdu^M chem. Spalováni částeček v souproudé části plamene se zlepší a teplote spalin ne výstupu z topeniště X se vrací na původní úrověň.

Podobně se reguluje teplota spalin na výstupu z topeniště X při změně zatížení parního generátoru. Například při snížení výkonu parního generátoru klesá spotřeba, a tím i přívod organického paliva do topeniště X a teplota spalin na výstupu z topeniště X se snižuje. Pro dodrženi stálé teploty spalin provede se změna aerodynamických parametrů primárního a sekundárního vzduchu. Sníží se rychlost primárního vzduchu, čímž se sníží oddělováni částeček organického paliva do vířivého pásma topeniště X vlivem setrvačných sil.

Timo vzroste podíl organického paliva, spalovaného v souproudé části plamene, čímž se stabilizuje teplota spalin na výstupu z topeniště X na původní výši, což zabezpečí regulaci teploty přehřívané páry. Přivádění hrubě dispergovaného organického paliva do topeniště X zhoršuje zapalování organického paliv® v celém vířivém pásmu topeniště χ. Tím klesá teplota spalin pod teplotu tavení popele, čímž se zabráni zanášení přehříváku struskou a zvyšuje se jistota provozu parního generátoru i jeho hospodárnost.

Mimoto se vyrovnává teplota spalin podél výšky topeniště X, čímž klesá úrověň proudů tepelného záření. To je zvláště významné pro parní generátory, pracující s nadkritickým tlakem, u nichž trubky chladicího registru topeniště, tak zvaný spodní chladicí registr, bývají nejčastěji porušovány přehřátím kovu trubkových stěn. K přehřátí kovu dochází proto, že tepelné zářeni souproudého plamene v tomto pásmu je mnohem větší než jeho průměrné hodnota v celém topeništi.

Snížení teploty v pásmu hoření prudce snižuje tvoření kysličníků síry a dugťlu, protože hlavním činitelem, který ovlivňuje jejich tvoření, je teplota v pásmu hoření organického paliva. čím nižší je tato teplota, tím méně vzniká kysličníků aířy a dusíku, a tim méně je jich vyvrhováno do vnější atmosféry, a tím je znečišťováno okolní prostředí. Možnost spalovat hrubě dispergované organická paliva umožňuje obejít se bez jemného mletí a obdržet i hrubě dispergovaný popel. Zachytávání hrubých částí popele je účinnější a okolí je méně popelem znečišťováno. Možnost spalovat hrubě dispergované organické palivo při zabezpečeni stále teploty spalin na výstupu z topeniště bez žhavého jádra plamene umožňuje zvýšit tepelné zatíženi topeniště, a tim zmenšit jeho velikost.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob spalování organických paliv ve vířivém topeništi 3 vrchním odváděním spalin, do jehož spalovacího prostoru se přivádí směs paliva se vzduchem, přičemž částečky paliva jsou velmi rozmanité velikosti a hrubozrnná frakce paliva vlivem tíže klesá do spodní části topeniště, zatímco jemnozrnná frakce paliva vytváří v souproudé části topeniště souproudý plamen a do spodní části topeniště se přivádí sekundární vzduch, směřující k místu přívodu směsi paliva a primárního vzduchu do topeniště, který částečky paliva hrubozrnná frakce paliva strhuje a znovu vrací do plamene a tak vytváří vířivé pásmo, v němž částečky hrubozrnná frakce paliva plně vyhoří, vyznačující se tím, že rychlost primárního vzduchu se mění v závislosti na množství paliva v jednotlivých pásmech hoření.