SU59355A1 - Способ высокоскоростного сжигани твердых горючих - Google Patents

Description

По предлагаемому способу высокоскоростного сжигани  твердых горючих процесс сжигани  разделен на выжигание углерода в слое горючего кислородом и паром непосредственно до горючих газов и на последующее дожигание горючих газов за слоем до конечных продуктов горени .

С целью интенсификации процесса газификации твердого горючего последний ведетс  при столь больших скорост х воэдуха, подаваемого в тонкий слой горючего, при которых, в основном , происходит лишь непосредственное образование окиси углерода и водорода.

На чертеже изображена схехи топки дл  осуш,ествлени  предлагаемого: способа высокоскоростного сжигани  твердых горючих.

Основным процессом, определ ющим скоростной пор док процесса горени  твердых горючих,  вл етс  процесс горени  углерода горючего. При правильном построении схемы сжигани , когда обеспечено, так называемое, неограниченное воспламенение, только этот процесс (горение углерода)  вл етс  лимитируюшим фактором всего процесса сжигани  горючего в целом.

Подготовительные стадии горени  - подсушка, возгонка летучих и воспламенение топлива не преп тствуют в этом случае форсировке процесса, и последн   зависит исключительно от форсировки процесса горе«и  хтлерода .

Горение углеро да  вл етс  сложным физико-химическим процессом - фиэическим , если говОрить о количесШенной стороне процесса, химическим, если рассматривать его качественщю сторону.

Первым необходимым условием дл  протекани  процесса горени  углерода  вл етс  подво  кислоро«да воздуха к поверхности углерода {горение гетерогенное ).

Вторым необходимым условием  вл етс  реагирование этого кислорода с углеродом горючего.

Подвод кислорюда « углерода ой поверхно ти осуществл етс  путем диффузии , котора  в сильной степени зависит от аэродинамики дутьевого потока . В случае горени  угл  & слое подвод кислорода к поверхности уг.71  при ламинарном режиме дуть , весьма невелик, а увеличение скорости обтекани  угл  мало измен ет скорость процесса горени  и, в силу этого, приво дит к увеличению размеро1в зоны горени  (высота гор щего сло ). При турбулентНОИ движении воздуха в гор щем слое горючего (углерода) процесс горени  сильно интенсифицируетс  при увеличении скорости дуть : Количество кислорода, подведенного к поверхности гор щего углерода, ОПредел етс  величиной критери  Рейнольдса (R1), а размер зоны горени  заметно не увеличиваетс  при увеличении линейных скоростей движени  воздуха в слое до 200-250 м/сек. Дл  того, чтобы мощный диффузионный поток кислорода дуть  к углеродной поверхности мог быть полностью использован, углеродна  поверхность должна обладать очень высокой реакционной способностью. Исследовани  химической стороны процесса горени  углерода показывают , что в усло1ви х процесса в топке С1в зыва1ние поступающего кислорода с углеродом топлива происходит путем двух са1мосто тельных реакций: 4С -f ЗО, 2СО Ч- 2СО.,(1) 2С -ь: О, 2СО(2) Реакци  (1) протекает через промежуточный физико-химический комплекс типа СхОу, образующийс  за счет адсорбирован ного кислорода. В виду ее специфичности дл  окислительной -стадии процесса горени  углерода эта реакци  названа реакцией «окислени . Кинетический пор док этой реакции по кислороду близок к нулевому, скорость невелика, в силу чего, при наличии только этой :реакции, интенсификаци-  процесса горени  углерода . за счет усилени  диффузии (увеличени  скорости дуть ) практически бесцельна . Реакци  (2), названна  по тем же со0брал ени м реакцией «горени  углерода , обладает, повйдимому, огромными скорост ми и протекает непосредствепнО межДу газовыми молекулами (кислородом) и атомами углерода . Кинетический пОр Док этой реакции по кислороду близок к 2-м, в силу чего увеличение скорости подвода кислорода -за счет диффузии приводит к все большему увеличению -роли этой реакции в общем балансе процесса горени  углерода. Как видно из уравнени  реакции (2), последн   приводит к исключителшому образованию , в качестве первичного продукта реакции, окиси углерода. Таким образом первичными продуктами реагировани  углерода с кислородом воздуха  вл ютс  как окись углерода, так и углекислота. При увеличении скорости дуть , в силу сказанного, потребление кислорода на реакцию (2) непрерывно увеличиваетс , что- приводит к непрерывному увеличению доли СО в первичных продуктах горени  углерода . Таковы коррективы, которые вносит рассмотрение качественной стороны процесса горени  углерода. Опрашиваетс , что же дает синтез обеих сторон процесса - физической и химической. Оказываетс , что помимо того, что интенсифицированный подвод кислорода при турбулентном режиме дуть  в слое, в сочетании с экспериментально неисчерпанной пока скоростью реакции горени , дает возможность к ведению необычайно интенсифицированного процесса горени  углерода, турбулентный .режим и увеличение дуть  в слое привод т также к выносу первичных продуктов горени  углерода из зоны горени  (зоны наличи  кислорода) и к автоматическому их «замораживанию в виду отсут1стви  кислорода за зоной горени . Этот эффект выноса первичных продуктов из зоны горени  и в том числе первичной окиси углерода (а в случае наличи  летучих, также и Н,, OHj н др.) приводит к ликвидации так называе-мого тормоз щего действи  пламени, т. е. по существу к беспламенному горению углерода, что в свою очередь также интенсифицирует процесс его выжига, поскольку исключаетс  затрата кислорода на догорание СО. и летучих близ углеродной поверхности . При выгорании углерода не до СОг, а до СО Скорость выжига удваиваетс , что видно из сравнени  реакции (2) с уравнением С М- О, СО.,. Тот факт, что экспериментально показана возможность выноса СО, .др. из кислородной зоны, указывает на то, что скорость вторичной реакции 2СО -fО, 2СО, или 2Н., + О, 2Н.,О в УСЛОВИЯХ, создающихс  вблизи угле-родной поверхности при турбулентном режиме дуть , меньше, чем скорость подвода кислорода « поверхности угл  и скорости его потреблени  на -ней.

Наблюдаемый при больших скорост х дуть  вынос СО (а также Н„, СН и др.) из зоны горени  имеет р д практических следствий, основное из которых заключаетс  в понижении температуры в эоне горени : теоретическа  температура горени  углерода до СО paiBHa, примерно, 1400-1600° {в зависимости от подогрева), теоретическа  температура горени  углерода до СО, раВна, примерно, 2300°.

Понижение температуры никоим образом «е влечет понижени  интенсивности процесса горени  углерода.

Последний зависит исключительно от линейной скорости дуть  и состава вын осимых продуктов.

Дл  иллюстрации интенсивности про.цесса горени  угл  в слое можно привести следующие цифры.

При скорости дуть  в слой в 2 м/сек (холодное дутье на всю поверхность сло ) количество сжигаемого древесного угл  равно-- 2,000 кг/чac.м количество сжигаемого подмосковного угл  (рабоча  влажность 30%) равйо кг/час.м, что в обоих случа х дает тепловое напр жение около 14- 16 мил. калорий на квадратный метр в час.

На ойнове изложенного следует констатировать следующий факт. При увеличении скорости дуть  в плотный слой топлива процесс его горени  интенсифицируетс , примерно, пропорционально скорости дуть . Это приводит , однако, к тому, что пеизбежно, при некоторой скорости, определ емой размером кислородной зо-ны, продуктами горени  топлива  вл ютс  горючие газы СО, Но, CHj и др., называемые обычно продуктами газификации. Стало быть, сжигание топлива на больших скорост х  вл етс  одновременно и процессом его газификации.

Исследовани  по высокоскоростной газификации показали, что, помимо перечисленных характеристик высокоскоростного сжигани  горючих (углерода ), можно указать еще на возможность достаточно интенсивного..разложени  вод ного пара дуть  в зоне горени  (в зоне кислорода). Это разложение протекает эндотер.мически с потреблением углерода и кислорода и приводит к значительному понижению температуры в зоне горени .

Возможность, по желанию, управл ть температурой в зоне горени  угл  с помощью использовани  влаги топлива открывает большое технологическое преимущество дл  высокоскоростного сжигани  многозольных (низкосортных ) твердых горючих, поскольку этим способом можно вести интенсифицированный процесс горени  с сухим золоудалением.

На основании вышесказанного и предлагаетс  способ высокоскоростного сжигани  твердого горючего в слое с сухим золоудалением.

При этом способе должно быть обеспечено условие, близкое к условию неограниченного воспламенени , работаюший слой топлива до. жен быть достаточно плотнЫМ и тонким и должен быть обеспечен вынос продуктов первичных реакций между углеродом и кислородом и углеродом, кислородом и влагой дуть  (все в зоне горени ).

Выносимый из сло  угл  горючий газ должен быть сейчас же дожжен путем специальной подачи вторичного дуть . Сжигание газов не  вл етс  физико-химической проблемой и может быть проведено при соответствующих услови х очень эффективно. Скоростной предел дуть , обеспечивающий способ высокоскоростного сжигани , варьируетс  в зависимости от крупности примен емого горючего и рассчитываетс  теоретически. Дл  твердого горючего с частицами 5-25 мм этот предел определ етс  величиной скорости в 1 м/сек (холодное на всю поверхность сло ), что соответствует истинной максимальной скорости по р дка 35 м/сек.

Техническое приложение изложенных теоретических положений открывает -огромные практические возможности по интенсификации топочных процессов при слоевом сжигании.

Преимущества слоевой высокоскороспюй топки по сравнению с существующими устройствами дл  сжигани  свод тс  в основном к большим

удельным скорост м сжигани  угл , во много сот раз превышающим скорости при камерном сжигании, высокому тепловому Напр жению и св занйому с этим относительному уменьшению теп,Ю|Потерь и тойочных про-, странств; к возможности создани  сверхмощного компактного агрегата слоевого сжигани , производительность которого с топочной стороны принципиально «е ограничена и во вс ком случае сможет удовлетворить в насто щее врем  потребности, техники в .подобных агрегатах; к отсутСТ1ВИЮ (или почти от1сутствию) предварительной падготовки топлива (дробление , размол, сущк ); к упрощению конструкции решеток в св зи со значительным уменьщением их размеров и к уменьщению количества золы, попадающей в топочную камеру с газом (в виду раздельного сжигани ) и тем самым уменьщению вли ни  шлака на поверхгностИ нагрева котла.

В конструктивном оформлении предлагаемого способа, изображенном на чертеже, создание устойчивого сло  топли ва на решетке 1 в зоне (с1) горени  достигаетс  обращением дуть  в топке типа «Стокер (топка с нижней подачей топлива).

Пераичное дутье (стрелка Ь) и движение частиц топлива направлены навстречу , что создает услови  неограниченного воспламенени  (неограниченной 1нодготовки топлива). газ, генерируемый в слое на высоких скорост х, Бьшоситс  из сло  топлива через охлаждаемую горизонтальную или наклонную ;1 ешетку 1 и близ нее и дожигае тс  вторичным воздухом (стрелка (с). Дл  лучшего обеспечени  вобпламенени  влажного топлива в верхней части сло  (точка (а) в верхней стенке подающей топливо горизонтальной шахты устанавливаетс  дополнительна  решетка 2, газ из которой может поступать непосредственно вто1по1чное пространство (стрелка (с)или , путем инжекции, направл тьс  в дутье.

I Твердое горючее проталкиваетс  плунжером 3 в пространство между : рюшетками 1 и 2, а образовавшийс  i в результате горени  шлик поступает I в вертикальную шлаковую камеру 4, i откуда удал етс  дробильными вальI цами 5.

I Означенна  схема имеет особую ценI ность при сжигании влажных топлив i (типа подмосковпого угл ), так как позвол ет использовать влагу топлива дл  осуществлени  эндотермических реакций разложени  вод ного пара в кислородной зо1не гор щего топлива с целью понижени  температуры горени  сло  до величины, исключающей шлакование.

Предмет изобретени .

Способ высокоскоростного сжигани  твердых горючих, отличающийс  тем, что, с целью раздельного выжигани  углерода в слое и последующего , непосредственно за слоем , дожигани  горючих газов, процесс газификации твердого горючего ведут при столь больших скорост х подаваемого в тонкий слой горючего воздуха , При которых происходит в основном лишь непосредственное образование окиси углерода и водОрода.