EA028692B1 - Способ сжигания низкореакционного твердого топлива в кипящем слое - Google Patents

Abstract

В настоящем изобретении описан способ сжигания низкореакционных твердых топлив в низкотемпературном кипящем слое, согласно которому поддерживают температуру ниже температуры начала деформации и плавления золы, осуществляют сжигание топлива в топке, содержащей размещенные друг над другом слои твердого топлива, причем верхний слой прогревается горячими газообразными продуктами сгорания топлива в нижнем слое, находящемся в состоянии псевдоожижения, в котором в верхнем слое термообработку частиц топлива осуществляют с их одновременным механическим перемешиванием. Повышается эффективность горения и устойчивость воспламенения низкореакционного твердого топлива.

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в топках и котлах с топками кипящего слоя при сжигании антрацита, антрацитового штыба, тощих углей и других низкореакционных видов твердого топлива.

Уровень техники

Известен способ сжигания антрацитового штыба в низкотемпературном кипящем слое, в котором, за счет регулирования теплоотвода из слоя с помощью размещенных в кипящем слое поверхностей теплообмена или за счет использования в качестве поверхностей теплообмена ограничивающих слой стенок, в слое поддерживается температура ниже температуры начала деформации и плавления золы [Скрипко Н.Я., Кучин Г.П., Шевченко Р.Н., Бервицкий С.А. Сжигание антрацитового штыба в топке кипящего слоя котла НИИСТУ-5 // Проблемы тепло- и массообмена в современной технологии сжигания и газификации твердого топлива: Материалы международной школы - семинара (27 мая - 3 июня 1988 г.) - Минск -ИТМО им. А.В. Лыкова АН БССР, 1988, ч. 1, с. 79-82].

Недостатком данного способа является низкая эффективность работы топки, в конструкции которой реализуется описанный способ, Низкая эффективность работы топки обусловлена большими потерями топлива с уносом,, который может превышать 25-30% [Ким Бен Гер О горении уноса в надслоевом пространстве топки с низкотемпературным кипящим слоем //Проблемы тепло- и массообмена в современной технологии сжигания и газификации твердого топлива: Материалы международной школы - семинара (27 мая - 3 июня 1988 г.). - Минск -ИТМО им. А.В. Лыкова АН БССР, 1988, ч. 1, с. 70-74]. Применительно к котлам малой и средней мощности, имеющим, как правило, небольшую высоту топки и надслоевого пространства, большие потери топлива с уносом, а также унос из слоя золы делают фактически невозможным сжигание антрацитового штыба в низкотемпературном кипящем слое, т.к. зола в слое не накапливается и невозможно создать слой необходимой высоты, за счет тепловой инерционности которого можно было бы поддерживать устойчивое горение антрацитового штыба.

Повысить эффективность и устойчивость горения антрацитового штыба в низкотемпературном кипящем слое возможно за счет предварительной термической обработки штыба перед подачей в топку, что ускорит процесс воспламенения штыба, снизит температуру начала устойчивого воспламенения штыба и сделает возможным эффективное сжигание штыба в топках котлов малой и средней мощности с небольшой высотой слоя и небольшой высотой надслоевого пространства.

Известен способ сжигания антрацитового штыба в низкотемпературном кипящем слое, в котором за счет регулирования теплоотвода из слоя с помощью размещенных в кипящем слое поверхностей теплообмена или за счет использования в качестве поверхностей теплообмена ограничивающих слой стенок, в слое поддерживается температура топлива ниже температуры начала деформации и плавления золы, а сжигание штыба осуществляется в топке, содержащей размещенные друг над другом кипящие слои частиц топлива и инертного материала, причем верхний слой псевдоожижается горячими газообразными продуктами сгорания штыба в нижнем слое за счет чего происходит предварительная термическая обработка штыба в верхнем слое до попадания штыба в нижний слой [Гринь И.Г., Дунаевская Н.И., Жолудов Я.С. Повышение реакционной способности высокозольного антрацитового штыба путем предварительной термической обработки //Проблемы тепло- и массообмена в современной технологии сжигания и газификации твердого топлива: Материалы международной школы - семинара (27 мая - 3 июня 1988 г.). Минск: ИТМО им. А.В. Лыкова АН БССР, 1988, ч. 1, с. 126-132].

Необходимо отметить, что согласно последним исследованиям такой способ сжигания твердого топлива способствует не только повышению эффективности сжигания антрацита, но и способствует снижению потерь топлива с уносом, т.к. происходит дожигание частиц топлива в верхнем кипящем слое. Кроме того, проходя через слой раскаленных частиц штыба, расположенных в верхнем кипящем слое, содержащиеся в газообразных продуктах сгорания, поступающих из нижнего слоя, окислы азота будут восстанавливаться углеродом штыба до молекулярного азота, что существенно снизит выбросы окислов азота [ОгедогюР.Ищ РаггШо Р., Саштаго1а Ρ., 8акаио Е., Агепа и. А кесоибагу те!йоб 1ог 8уи да§ с1еатид ίη Лш^еб Ьеб дакШегк: !аг гетоуа1 Ьу асОуа1еб сагЬоиз // 1и Ргосеебтд о1 1Ье 221Ь 1и1ета1юиа1 Соп1егепсе оп Р1ш^еб Веб Соиуегаюи, 1иие 14-17, 2015, Тигки, Р1и1аиб, рр. 366-374]. Кроме того, активированный углерод штыба способен поглощать двуокись углерода, что будет способствовать снижению выбросов парниковых газов при сжигании антрацита, антрацитового штыба, тощих углей и других низкореакционных видов твердого топлива.

Для эффективной очистки газообразных продуктов сгорания от окислов азота, двуокиси углерода и для дожигания уноса необходимо поддерживать температуру частиц топлива в верхнем кипящем слое выше 850°С, что сделать невозможно, т.к. такую температуру имеют газы, выходящие из нижнего кипящего слоя и при малом времени контакта этих газов с частицами штыба в верхнем слое эти частицы не успеют прогреться до необходимой температуры до того, как покинут верхний слой и перейдут в нижний кипящий слой.

Недостатком способа является низкая эффективность процесса очистки газообразных продуктов сжигания антрацитового штыба от окислов азота и низкая эффективность снижения уноса, т.к. верхний кипящий слой работает в режиме идеального смешения, что снижает движущую силу процесса восста- 1 028692 новления окислов азота. Кроме того, скорость движения газа через верхний слой слишком высока для полного выгорания частиц уноса и более полного восстановления окислов азота до молекулярного.

Сущность изобретения

Технической задачей изобретения является повышение эффективности горения и устойчивости воспламенения антрацита, антрацитового штыба, тощих углей и других низкореакционных твердых топлив.

Для решения этой задачи предлагается способ сжигания низкореакционных твердых топлив в низкотемпературном кипящем слое, в котором, за счет регулирования теплоотвода из кипящего слоя с помощью размещенных в кипящем слое поверхностей теплообмена или за счет использования в качестве поверхностей теплообмена ограничивающих слой стенок, в слое поддерживают температуру частиц топлива ниже температуры начала деформации и плавления золы, а сжигание топлива осуществляют в топке, содержащей размещенные друг над другом слои твердого топлива, причем верхний слой прогревается горячими газообразными продуктами сгорания топлива в нижнем слое, находящемся в состоянии псевдоожижения, отличающийся тем, что в верхнем слое частицы топлива термообрабатывают и одновременно механически перемешивают, время пребывания частиц топлива регулируют за счет изменения числа оборотов мешалки, которая перемешивает верхний слой топлива, а температуру этого верхнего слоя поддерживают выше 850°С.

В одном из вариантов реализации низкореакционное твердое топливо представляет собой антрацит, антрацитовый штыб, тощие угли и другие виды низкореакционных твердых топлив.

В результате осуществления способа согласно настоящему изобретению достигается технический результат в виде повышения эффективности горения и устойчивости воспламенения низкореакционного твердого топлива, а также снижения выбросов окислов азота и снижения выбросов двуокиси углерода. Окислы азота восстанавливаются до молекулярного азота за счет взаимодействия с углеродом, содержащемся в раскаленном топливе верхнего слоя, а кроме того, активированный углерод топлива поглощает двуокись углерода, тем самым снижая выбросы парниковых газов в атмосферу.

Краткое описание чертежей

На чертеже показана схема котельной установки, в которой может быть реализован предложенный способ сжигания антрацита, антрацитового штыба, тощих углей и других видов низкореакционных твердых топлив в низкотемпературном кипящем слое.

Осуществление изобретения

Котельная установка состоит из топки 1, в которой размещен низкотемпературный кипящий слой 2 инертного материала и твердого топлива, опирающийся на воздухораспределительную решетку 3 и переводимый в состояние псевдоожижения с помощью вентилятора 4 первичного дутья. Над кипящим слоем 2 расположена растопочная горелка 5 и колосниковая решетка 6, которая предназначена для термообработки исходного топлива, которое поступает из бункера твердого топлива 7. Над колосниковой решеткой 6 установлена мешалка 8 с приводом и вентилятор 9 вторичного дутья. За топкой 1 установлен котел утилизатор 10, дымосос 11 и циклон 12. Топка 1 снабжена установленной под ней системой 13 для удаления золы.

Котельная установка, реализующая предложенный способ сжигания антрацита, антрацитового штыба, тощего угля и других видов низкореакционного твердого топлива, работает следующим образом.

В топке 1 создается низкотемпературный кипящий слой 2, состоящий из смеси инертного материала (песка, золы и т.п.) и топлива.

Слой создается за счет прохождения через воздухораспределительную решетку 3 дутьевого воздуха, нагнетаемого вентилятором 4 первичного дутья. Для воспламенения топлива в кипящем слое используется растопочная горелка 5, питаемая жидким или газообразным топливом.

Исходное твердое топливо подается на колосниковую решетку 6 из бункера 7. В щели между колосниками решетки 6 на стадии разогрева кипящего слоя 2 проходят горячие газы от горелки 5, а после воспламенения топлива в кипящем слое - газообразные продукты горения твердого топлива в кипящем слое 2. Поскольку в этих газообразных продуктах содержание кислорода не велико, а также поскольку антрацит и подобные ему виды твердого топлива требуют длительного разогрева для воспламенения, то воспламенения топлива на колосниковой решеткеб не происходит. С другой стороны, происходит разогрев поступающего в топку свежего твердого топлива до 850°С и выше и активация содержащегося в топливе углерода. Благодаря этому происходит восстановление образующихся при горении топлива в топке с кипящим слоем окислов азота до молекулярного, дожигание мелких частиц топлива, выносимых из кипящего слоя и адсорбция двуокиси углерода активированным углеродом исходного топлива.

Топливо на колосниковой решетке 6 медленно перемешивается с помощью мешалки 8 с приводом и, по мере перемешивания, проваливается через щели колосников в кипящий слой 2. В зависимости от частоты вращения мешалки может регулироваться время пребывания исходного топлива на колосниковой решетке, а, следовательно, степень очистки газообразных продуктов сжигания топлива в кипящем слое от окислов азота и двуокиси углерода.

Газообразные продукты сгорания дожигаются за счет воздуха, подаваемого вентилятором 9 вто- 2 028692 ричного дутья; затем продукты сгорания направляются в котел утилизатор 10, а затем с помощью дымососа 11 направляются в циклон 12 для очистки от золы и в трубу (на схеме не показана).

Зола из топки 1 удаляется системой удаления золы 13.

Claims (3)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ сжигания низкореакционных твердых топлив в низкотемпературном кипящем слое, в котором поддерживают температуру ниже температуры начала деформации и плавления золы, при этом осуществляют сжигание топлива в топке, содержащей размещенные друг над другом слои твердого топлива, причем верхний слой прогревается горячими газообразными продуктами сгорания топлива в нижнем слое, находящемся в состоянии псевдоожижения, отличающийся тем, что в верхнем слое термообработку частиц топлива осуществляют с их одновременным механическим перемешиванием.
2. 2. Способ по п.1, согласно которому время пребывания частиц топлива в верхнем слое регулируют за счет изменения числа оборотов мешалки, которая перемешивает верхний слой.
3. 3. Способ по 1, согласно которому температуру верхнего слоя топлива поддерживают выше 850°С.