Горение топлива представляет собой химический про­цесс соединения его горючих элементов с кислородом воздуха, протекающий при высокой температуре и со­провождающийся выделением значительного количества теплоты. В зависимости от вида топлива раз­личают гомогенное, гетерогенное горение и пульсирующее (ПУЛЬСАР). Гомогенное горение происходит в объеме (в массе), при этом топливо и окислитель находятся в одинаковом агрегатном со­стоянии (например, газообразное топливо и воздух). Гетерогенное горение протекает на поверхности раздела двух фаз, то есть при горении твердого и жидкого топ­лива. Различают два способа горения: в слое кускового топлива и в факеле пылевидного топлива (слоевой и факельный способы сжигания). Газообразное и жидкое топливо сжигают только в факеле. Способ подвода воздуха к топливу имеет существен­ное значение при сжигании его в факеле. Полное время сгорания т определяется временем смесеобразования tд и временем проте­кания химических реакций горения tк. Поскольку возможно наложение этих стадий процессов, полное время сгорания t = tд+tк.

Устройство, предназначенное для сжигания топлива, называется топкой . Классификация: по способу сжигания топлива - слоевые, камерные (факельные) и циклонные; в слое сжигают только твер­дое топливо, а в остальных случаях - твердое, жидкое и газообразное; по режиму подачи топлива - с периодической и не­прерывной подачей; по взаимосвязи с котлом - внутренние, т. е. находя­щиеся внутри котла, выносные, устраиваемые вне обо­греваемой поверхности котла; по способу подачи топлива и организации обслужи­вания - ручные, полумеханические и механические. Топки для слоевого сжигания топлива могут быть следующих раз­новидностей: а) топки с неподвижной колосниковой ре­шеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива; б) топки с неподвижной колосниковой решеткой и слоем топлива, перемещающимся на ней; в) топки с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топ­лива. Ручная топка с горизонтальной неподвижной колос­никовой решеткой позволяет сжигать все виды твердого топлива при ручном обслуживании операций загрузки, шурования и удаления шлака, при­меняется в котлах паропроизводительностью 1-2 т/ч. Топки с шурующей планкой: при ходе вперед пе­ремещает топливо из загрузочного бункерав глубь топки и сбрасывает с решетки шлак, а при обратном хо­де ворошит слой топлива.а - ручная с горизонтальной колосниковой решеткой; б - топка с забрасыва­телем на неподвижный слой; в - топка с шурующей планкой; г - топка с наклонной колосниковой решеткой; д - топка системы Померанцева; е - топ­ка с цепной механической решеткой; ж - то же обратного хода и забрасыва­телем; з - камерная топка для пылевидного топлива; к - топка для сжига­ния жидкого и газообразного топливаТопки с наклонной колосниковой решеткой . В них топливо загружается в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки, создавая возможность для поступления в топку новых порций топлива (2,5-20 т/ч). Скоростные шахтные топки системы В. В. Померан­цева применяются для сжигания куско­вого торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч. Топки с движущейся колосниковой решеткой . К ним относятся топки с механической цепной решеткой пря­мого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки топки к задней, при этом топливо самотеком по­ступает на колосниковую решетку. (10-150 т/ч). В камерных топках топли­во сжи­гается в виде угольной пыли. Его подают в смеси с воздухом в топку, где оно сгорает во взвешенном состоянии. Камерные топки для жидкого и газообразного топлива. Применяют прямоточные и вихревые го­релки. Работа топок характеризуется следующими показа­телями: тепловой мощностью, тепловыми нагрузками ко­лосниковой решетки и топочного объема, коэффициен­том полезного действия.

Владельцы патента RU 2553748:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в печах и в теплогенераторах различного типа, использующих для сжигания органическое топливо.

Известен способ эффективного сжигания топлива путем разделения газа (продуктов реакции сжигания), например Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления СО 2 из продуктов сжигания по патенту 2489197 (RU) Патентообладатель: МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК (US), Авторы БЕЙКЕР Ричард (US), ВИДЖМАНС Йоханнс Джи (US) и др. .

Реализация данного способа сжигания осуществляется в несколько этапов: этап улавливания диоксида углерода, этап мембранного разделения газов, работающий в сочетании с компрессией и конденсацией для получения продукта из диоксида углерода в виде жидкости и этапа на основе продувки, в котором входящий воздух или кислород для топки применяют в качестве продувочного газа. Недостатком данного способа является его сложность в реализации, поскольку он включает множество дополнительных этапов стандартного типа, таких как нагревание, охлаждение, компрессия, конденсация, подача насосом, различные типы разделения и/или фракционирования, а также мониторинг давлений, температур, потоков и т.п., при данном способе улавливание диоксида углерода происходит из отходящего потока, образованного сжиганием топлива, разбавленного балластными газами, имеющего в связи с этим пониженную температуру.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является Способ сжигания твердого топлива в бытовых отопительных печах по патенту 2239750 (RU), авторов Тен В.И. (RU) и Тен Г.Ч. (RU), Патентообладатель Тен Валерий Иванович (RU) .

Данный способ включает загрузку топлива на колосниковую решетку печи, создание тяги в ее рабочем пространстве, розжиг и горение топлива с удалением продуктов сжигания в атмосферу, регулирование тяги и количества удаляемых из печи продуктов сжигания путем приоткрывания заслонок поддувала и дымовой трубы.

Недостатком данного способа сжигания твердого топлива является его сложность в реализации, обусловленная разбивкой процесса на ряд отдельных периодов, в каждом из которых топливо заново разжигают, доводят до режима интенсивного горения и после достижения заданной температуры печи процесс горения переводят в режим затухания, затем снова производится розжиг с помощью сложной автоматики и с использованием уже жидкого или газообразного топлива. Недостатком этих и других подобных способов сжигания топлива является смешивание продуктов сжигания, источников тепла (CO 2 и Н 2 О), в зоне реакции, в единый поток с балластными газами (азот, излишний воздух и др.), которые ухудшают условия сжигания топлива и использования выделенного тепла (отбирают полезное тепло и выносят его в атмосферу) .

Предлагаемое изобретение ставит своей задачей улучшить условия сжигания топлива и увеличить объем выделяемой топливом тепловой энергии.

Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличении коэффициента полезного действия печей и теплогенераторов путем сжигания горючих газов в средней зоне колпака печи и удаления балластных газов из зоны горения, а также за счет воздействия на раскаленный углерод перегретым водяным паром.

Предлагаемый способ сжигания топлива поясняется графическим материалом, где приняты следующие обозначения: 1 - зона реакции сжигания; 2 - поддувало (зольник); 3 - подача первичного воздуха для розжига, поддержания горения и газификации топлива (летучие горючие газы); 4 - камера сгорания с топливом; 5 - углеводород (летучие газы); 6 - подача вторичного воздуха в зону горения для сжигания летучих горючих газов; 7 - вредные негорючие балластные газы, не участвующие в горении; 8 - подача перегретого пара; 9 - полезные раскаленные продукты - носители тепла, диоксид углерода и водяные пары; 10 - зона теплообмена; 11 - колосниковая решетка; 12 - выход газов из колпака печи.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. На колосниковую решетку 11 загружают твердое топливо, производят его розжиг, при этом через поддувало 2 и колосниковую решетку 11 поступает первичный воздух. Затем после розжига в колпак непосредственно в зону горения поступает вторичный воздух 6 для сжигания летучих горючих газов. В результате реакции сжигания возникает смесь не связанных между собой газов: раскаленные диоксид углерода и водяные пары и условно холодные балластные газы - излишний воздух и освободившийся азот в его составе (излишний воздух с повышенным содержанием азота). Особенность колпаковой конструкции в том, что в ней во время реакции сжигания происходит разделение возникающих газов. Горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой. Реакции горения топлива выражаются известными уравнениями горения. Соотношения веществ, вступающих в реакцию, выдерживаются, как и их состав. То есть в реакцию вступают углерод С, водород Н 2 с кислородом O 2 в количестве, определенном химическими уравнениями:

другие вещества вступить в реакцию не могут . Реакция сжигания происходит в зоне горения между углеводородом и кислородом без участия балластных газов, при этом освобожденный из воздуха азот в составе излишнего воздуха, как менее нагретые, выталкиваются через нижнюю часть колпака наружу (выходная труба на схеме не показана). После разогрева камеры сгорания и наличия в ней раскаленного углерода в колпак подают перегретый водяной пар 8 ниже зоны подачи вторичного воздуха. В результате взаимодействия углерода с водяными парами при высокой температуре возникают горючие газы в соответствии с известными химическими уравнениями

при пониженной температуре с суммарным положительным тепловым эффектом, которые усиливают процесс сжигания топлива и увеличивают теплоотдачу от него . Реализация предлагаемого способа сжигания топлива позволит увеличить коэффициент полезного действия печей и теплогенераторов. Предлагаемый способ достаточно прост в реализации, не требует сложного оборудования и может найти широкое применение в промышленности и в быту.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент Российской Федерации №2489197, МПК B01D 53/22 (2006.01). Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления диоксида углерода из продуктов сжигания. Патентообладатель, МЕМБРАНЕ ТЕКНОЛОДЖИ ЭНД РЕСЕРЧ, ИНК. (US).

2. Патент Российской Федерации №2239750, МПК F24C 1/08, F24B 1/185. Способ сжигания топлива в бытовых отопительных печах. Патентообладатель Тен Валерий Иванович.

3. Мякеля К. Печи и камины. Справочное пособие. Перевод с финского. М.: Стройиздат, 1987.

4. Гинзбург Д.Б. Газификация твердого топлива. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. М., 1958.

Способ сжигания топлива в печах, имеющих колпак с камерой сгорания топлива и колосниковой решеткой, включающий загрузку топлива, розжиг и горение топлива за счет первичного воздуха, поступающего через поддувало, отличающийся тем, что движение газов в колпаке осуществляется без использования тяги трубы, с возможностью аккумулирования горячих газов в верхней части колпака, при этом в колпак, непосредственно в зону горения, подают вторичный воздух, при этом горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой, после разогрева камеры сгорания в нее, ниже подачи вторичного воздуха, подают перегретый водяной пар на раскаленный углерод и получают горючие газы.

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к парообразующим устройствам. Технический результат заключается в повышении эффективности банных процедур.

Изобретение относится к варочному устройству для приготовления пищи с использованием пара. Варочное устройство содержит нагревательную камеру, в которой пища размещается и нагревается, нагревательное средство, нагревающее пищу, парообразующий резервуар, включающий водоиспарительную камеру, источник тепла, нагревающий парообразующий резервуар, устройство для подачи воды, доставляющее воду в водоиспарительную камеру, подающее отверстие для подачи пара от водоиспарительной камеры, выпускное отверстие, выбрасывающее в нагревательную камеру пар, подаваемый из подающего отверстия, буферная камера, сообщающаяся с подающим отверстием и выпускным отверстием, расположена между водоиспарительной камерой и нагревательной камерой, причем источник тепла расположен между буферной камерой и водоиспарительной камерой.

Изобретение относится к бытовой технике, а именно к устройствам для приготовления пищи в походных условиях. Одноразовая походная печь включает корпус, содержащий: стенку корпуса, дно корпуса, окно для розжига горючего, воздушные окна, причем корпус выполнен в виде вырубки из листового или из листового гофрированного материала, а имеющая возможность изгиба и фиксации вокруг дна корпуса стенка корпуса имеет защелку замка, упоры удержания нагреваемой емкости и упоры удержания дна.

Изобретение относится к приборам для химических лабораторий, а именно, к эксикаторам - устройствам для медленного охлаждения, высушивания и хранения легко поглощающих влагу из воздуха веществ и материалов в атмосфере с малым давлением водяных паров в герметичных условиях с одновременным применением адсорбентов.

Изобретение относится к области малой энергетики, в частности к устройствам теплоснабжения небольших частных домов и секторов малоэтажной застройки. Технический результат - снижение выбросов вредных веществ до минимальных значений и повышение коэффициента полезного действия. Топочное устройство содержит корпус, дверцы для загрузки топлива и выгрузки золы, установленные в топочной камере устройства горизонтальную колосниковую решетку и дутьевой канал. Устройство снабжено сводом, расположенным над топочной камерой, поворотной камерой над сводом, верхним и нижним зольниками в нижней части корпуса и снабженными дверцами, сменными насадками для сжигания топлива, расположенными на основании дутьевого канала, горизонтальной колосниковой решеткой с возможностью регулирования ее установки по высоте топочной камеры. Дутьевой канал расположен в центре топочной камеры и соединен с нижним зольником, а в задней стенке корпуса выполнен скат. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в печах и в теплогенераторах различного типа, использующих для сжигания органическое топливо. Технический результат - увеличение коэффициента полезного действия печей и теплогенераторов. Способ сжигания топлива в печах, имеющих колпак с камерой сгорания топлива и колосниковой решеткой, включает загрузку топлива, розжиг и горение топлива за счет первичного воздуха, поступающего через поддувало. Движение газов в колпаке осуществляется без использования тяги трубы, с возможностью аккумулирования горячих газов в верхней части колпака. При этом в колпак, непосредственно в зону горения, подают вторичный воздух. Горячие газы поднимаются вверх, отдавая тепловую энергию колпаку, а холодные частицы балластных газов опускаются вниз через зоны колпака с пониженной температурой. После разогрева камеры сгорания в нее, ниже подачи вторичного воздуха, подают перегретый водяной пар на раскаленный углерод и получают горючие газы. 1 ил.

Топочное устройство, или топка, являясь основным элементом котельного агрегата, предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплобменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива.

По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках - газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии.

Современные котлы обычно используют три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой.

Слоевые топки. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Каждая топка предназначена для сжигания определенного вида топлива. Конструкции топок разнообразны, и каждая из них соответствует определенному способу сжигания. От размеров и конструкции топки зависят, производительность и экономичность котельной установки.

Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками.

Топки, расположенные внутри обмуровки котла, называют внутренними, а расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу,- выносными.

В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные.

Ручными топками называют те, в которых все три операции - подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки - производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку.

Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы.

Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в толку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком.

Слоевые топки для сжигания твердого топлива делят на три класса:

• топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижнолежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой. На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1-2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч;
• топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива, к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч; в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч;
• топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на Колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч.

Камерные (факельные) топки. Камерные топки применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках - углеразмольных мельницах, а жидкое топливо - распылено на очень мелкие капли в мазутных форсунках. Газообразное топливо не требует предварительной подготовки.

Факельный способ позволяет сжигать с высокой надежностью и экономичностью самые различные и низкосортные виды топлива. Твердые топлива в пылевидном состоянии сжигают под котлами паропроизводительностью от 35 т/ч и выше, а жидкое и газообразное под котлами любой паропроизводительности.

Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб - топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.

По способу удаления шлака факельные топки для пылевидного топлива разделяют на два класса: с твердым и жидким шлакоудалением.

Камера топки с твердым шлакоудалением снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину попадают в шлакоприемное устройство. Камеру топки б с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный шлак, выпавший из факела на под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку в шлакоприемную ванну, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.

Топки с жидким шлакоудалением делят на однокамерные и двухкамерные.

В двухкамерных топка разделена на камеру горения топлива и камеру охлаждения продуктов горения. Камеру горения надежно покрывают тепловой изоляцией для создания максимальной температуры с целью надежного получения жидкого шлака. Факельные топки для жидкого и газообразного топлива иногда выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который иногда не экранируют. Расположение горелок в топочной камере делают на передней и боковых стенках, а также по углам ее. Горелки бывают прямоточными и завихривающими.

Способ сжигания топлива выбирается в зависимости от вида и рода топлива, а также паропроизводительности котельного агрегата.

Топочные устройства или топка является основным элементом котельного агрегата или огневой печи и служит для сжигания топлива наиболее экономичным способом и превращении наиболее экономичным способом и превращении его химической энергии в тепло. Существуют следующие основные способы сжигания твердого топлива: 1) слоевой; 2) факельный (камерный); 3) вихревой; 4) сжигание в кипящем слое. Для сжигания жидких и газообразных топлив применяют только факельный способ. 1. Слоевой способ – процесс сжигания осуществляется в слоевых топках. Слоевые топки можно разделить на 3 группы: 1) топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней плотным слоем топливом. При возрастании скорости топлива, проходящего через слой топлива. Последний может стать кипящим. Такой слой топлива горит более интенсивно вследствие увеличения контактной поверхности с воздухом. 2. Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающихся по ней слоев топлива. 3. Топки с движущимся вместе с колосниковой решеткой слоем топлива.

1 – зольник; 2 – колосниковая решетка; 3 – слой топлива; 4 – топочная камера; 5 – фурма для подачи воздуха; 6 – окно для подачи топлива.

Топка предназначена для сжигания всех видов топлива.

Стандартная колосниковая решетка типа РПК – Состоит из колосников, набранных в несколько рядов и насаженных валы прямоугольного сечения. При повороте валов на поворотный угол 30 0 ряды колосников наклоняются под тем же углом, и через образовавшиеся просветы шлак с решетки просыпается в зольник. Решетки имеют размеры в ширину от 900 до 3600 мм и в длину от 915 до 3660 мм. Наиболее распространенным типом слоевых топок является механизированная слоевая топка с цепной механической передачей. Механическая решетка выполняется в виде бесконечного колосникового полотна движущегося глубину топки вместе с лежащим на нем слоем горящего топлива. Топливо проходит, все стадии горения и в виде пыли ссыпается в шлаковый бункер. Скорость движения решетки можно изменять в зависимости от расхода топлива от 2 до 16 м/ч. Эти топки применяются для сжигания сортированного антрацита с размером кусков до 40 мм. Особенностью слоевых топок является наличие запаса топлива на решетке что позволяет регулировать мощность топки изменением количества подаваемого воздуха и обеспечивает устойчивость процесса горения. Слоевой способ не пригоден для крупных энергетических установок, а в установках малой и средней мощности данный способ находит широкое применение. 2. Факельный способ. В отличие от слоевого характеризуется непрерывностью движения в топочном пространстве частичек топлива вместе с потоком воздуха и продуктов горения, в котором они находятся во взвешенном состоянии. На рисунке показана камерная топка с факельным сжиганием топлива. Она состоит из горелки 1. топочной камеры 2, кипятильных труб3, труб заднего экрана 4, шламовой воронки 5. Предварительно измельченное топливо виде угольной пыли и газовая смесь подаются в горелку 1, туда же через ряд отверстий вдувается вторичный воздух. Газовоздушный поток с взвешенными частицами твердого топлива зажигается на выходе из горелки в топку 2. В топочной камере топливо сгорает с образованием горящего факела. Тепло выделяемое при сжигании топлива в виде излучения и конвективным путем передается воде циркулирующей в кипятильных трубах и трубах заднего экрана. Остаток от сгоревшего топлива поступает, шлаковую воронку, а затем выводится. Основным достоинством данного способа сжигания является возможность создания мощных топок паропроизводительностью до 2000 т/ч и возможность экономичного и надежного сжигания зольных, влажных и отбросных топлив под котлами различной мощности. К недостаткам данного способа можно отнести: 1) Высокую стоимость системы пылеприготовления; 2) Высокий расход электрической энергии на размол; 3) Несколько пониженные тепловые нагрузки камеры сгорания, чем у слоевых топок, что способствует условию объемов топочных пространств. Пылеприготовление из кускового топлива состоит из следующих операций: 1. Удаление из топлива металлических предметов с помощью магнитных сепараторов. 2. Дробление крупных кусков топлива в дробилках до размера 15-25 мм. 3. Сушка и размол топлива в специальных мельницах и классификация топлив. 4. Классификация. Для дробления крупных кусков можно использовать шаровые, валковые, конусные дробилки. В качестве размалывающего оборудования в системе пылеприготовления используется тихоходные шаровые барабанные мельницы, быстроходные молотковые мельницы с аксиальным и тарельчатым подводом сушильного агента. Для сжигания пылевидного топлива применяются круглые и щелевые горелки. Они размещаются фронтально передней стенке топки, встречно на боковых стенках, а также по углам топки. Для фронтального и встречного распыления применяют круглые турбулентные горелки, создающие короткий факел.

Различают три способа сжигания топлива: слоевой, при котором топливо в слое продувается воздухом и сжигается; факельный, когда топливно-воздушная смесь сгорает в факеле во взвешенном состоянии при перемещении по топочной камере, и вихревой (циклонный), при котором топливно-воздушная смесь циркулирует по обтекаемому контуру за счет центробежных сил. Факельный и вихревой способы могут быть объединены в камерный.

Процесс слоевого сжигания твердого топлива происходит в неподвижном или кипящем слое (псевдосжиженном). В неподвижном слое (рис. 2.6, а ) куски топлива не перемещаются относительно решетки, под которую подается необходимый для горения воздух. В кипящем слое (рис. 2.6, б )частицы твердого топлива под действием скоростного напора воздуха интенсивно перемещаются одна относительно другой. Скорость потока, при которой нарушается устойчивость слоя и начинается возвратно-поступательное движение частиц над решеткой, называется критической . Кипящий слой существует в границах скоростей от начала псевдосжижения до режима пневмотранспорта.

Рис. 2.6. Схемы сжигания топлива: а – в неподвижном слое; б – в кипящем слое; в – факельный прямоточный процесс; г – вихревой процесс; д – структура неподвижного слоя при горении топлива и изменение a, О 2 , СО , СО 2 и t по толщине слоя: 1 – решетка; 2 – шлак; 3 – горящий кокс;
4– топливо; 5 – надслойное пламя

На рис. 2.6, д показана структура неподвижного слоя. Топливо 4, ссыпаемое на горящий кокс, прогревается. Выделяющиеся летучие сгорают, образуя надслойное пламя 5. Максимальная температура (1300 – 1500 °С) наблюдается в области горения коксовых частиц 3.В слое можно выделить две зоны: окислительную, a > 1; восстановительную, a < 1.
В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как СО 2 , так и СО . По мере использования воздуха скорость образования СО 2 замедляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха a = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода (a < 1) начинается реакция между СО 2 и горящим коксом (углеродом) с образованием СО . Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а СО 2 уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера d к частиц топлива следующая: L 1 = (2 – 4) d к ; L 2 = (4 – 6) d к . На длины зон L 1 и L 2 (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания летучих горючих ,уменьшение зольности А р , рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Н 2 и СН 4 , появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла, расположенные над слоем.

В кипящем слое крупные фракции топлива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпературное (800 – 900 °С) сжигание топлива достигается при размещении в кипящем слое поверхности нагрева котла. В отличие от неподвижного слоя, где размер частиц топлива достигает 100 мм, в кипящем слое сжигается дробленый уголь с d к £ 25 мм.
В слое содержится 5 – 7 %топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, расположенным в слое, довольно высок и достигает 850 кДж/(м 2 ×ч×К). При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоотдачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых материалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы
(до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникновения низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень температур газов в кипящем слое способствует уменьшению образования в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исключается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива.

Характерной особенностью циркулирующего кипящего слоя является приближение к работе слоя в режиме пневмотранспорта.

Камерный способ сжигания твердого топлива осуществляется преимущественно в мощных котлах. При камерном сжигании размолотое до пылевидного состояния и предварительно подсушенное твердое топливо подают с частью воздуха (первичного) через горелки в топку. Остальную часть воздуха (вторичный) вводят в зону горения чаще всего через те же горелки или через специальные сопла для обеспечения полного сгорания топлива. В топке пылевидное топливо горит во взвешенном состоянии в системе взаимодействующих газовоздушных потоков, перемещающихся в ее объеме. При большем измельчении топлива значительно возрастает площадь реагирующей поверхности, а следовательно, химических реакций горения.

Характеристикой размола твердого топлива является удельная площадь F пл поверхности пыли или суммарная площадь поверхности частиц пыли массой 1 кг (м 2 /кг). Для частиц сферической формы одинакового (монодисперсного) размера величина F пл обратно пропорциональна диаметру пылинок.

В действительности получаемая при размоле пыль имеет полидисперсный состав и сложную форму. Для характеристики качества размола полидисперсной пыли наряду с удельной площадью поверхности пыли используют результаты ее просеивания на ситах различных размеров. По данным просеивания строят зерновую (или помольную) характеристику пыли в виде зависимости остатков на сите от размераячеек сита.Наиболее часто используют показатели остатков на ситах 90 мкм и 200 мкм – R 90 и R 200 . Предварительная подготовка топлива и подогрев воздуха обеспечивают выгорание твердого топлива в топке за относительно небольшой промежуток времени (несколько секунд) нахождения пылевоздушных потоков (факелов) в ее объеме.

Технологические способы организации сжигания характеризуются определенным вводом топлива и воздуха в топку. В большинстве систем пылеприготовления транспортирование топлива в топку осуществляется первичным воздухом, являющимся только частью общего количества воздуха, необходимого для процесса горения. Подача вторичного воздуха в топку и организация взаимодействия его с первичным осуществляются в горелке.

Камерный способ в отличие от слоевого также применяется для сжигания газообразного и жидкого топлива. Газообразное топливо поступает в топочную камеру через горелку, а жидкое – через форсунки в пульверизированном виде.

Слоевые топки

Топка с неподвижным слоем может быть ручной, полумеханической или механической с цепной решеткой. Механической топкой называют слоевое топочное устройство, в котором все операции (подача топлива, удаление шлака) выполняются механизмами. При обслуживании полумеханических топок наряду с механизмами используется ручной труд. Различают топки с прямым (рис. 2.7, а ) и обратным (рис. 2.7, б )ходом решеток 1, приводимых в движение звездочками 2. Расход топлива, подаваемого из бункера 3, регулируется высотой установки шибера 4 (см. рис. 2.7, а )или скоростью движения дозаторов 7(рис. 2.7, б ). В решетках с обратным ходом топливо подается на полотно забрасывателями 8 механического (рис. 2.7, б, в )или пневматического (рис. 2.7, г )типа. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоянии, а крупные – в слое на решетке, под которую подводится воздух 9. Прогрев, воспламенение и горение топлива происходят за счет теплоты, передаваемой излучением от продуктов сгорания. Шлак 6 с помощью шлакоснимателя 5(рис. 2.7, а ) или под действием собственного веса (рис. 2.7, б )поступает в шлаковый бункер.

Структура горящего слоя представлена на рис. 2.7, а. Область III горения кокса после зоны II подогрева поступающего топлива (зона I ) расположена в центральной части решетки. Здесь же находится восстановительная зона IV. Неравномерность степени горения топлива по длине решетки приводит к необходимости секционного подвода воздуха. Большая часть окислителя должна подаваться в зону III , меньшая – в конец зоны реагирования кокса и совсем небольшое количество – в зону II подготовки топлива к сжиганию и зону V выжига шлака. Этому условию отвечает ступенчатое распределение избытка воздуха a 1 по длине решетки. Подача одинакового количества воздуха во все секции могла бы привести к повышенным избыткам воздуха в конце полотна решетки, в результате чего его будет не хватать для горения кокса (кривая a 1) в зоне III .

Основным недостатком топок с цепными решетками являются повышенные потери теплоты от неполноты сгорания топлива. Область применения таких решеток ограничена котлами паропроизводительностью D = 10 кг/с и топливами с выходом летучих = 20 %и приведенной влажностью .

Топки с кипящим слоем отличаются пониженным выбросом таких вредных соединений, как NO х , SO 2 , малой вероятностью шлакования экранов, возможностью (ввиду низкой температуры газов) насыщения объема топки поверхностями нагрева. Недостатками их являются повышенная неполнота сгорания топлива, высокое аэродинамическое сопротивление решетки и слоя,узкий диапазон регулирования паропроизводительности котла.

Рис. 2.7. Схемы работы цепных решеток и типы забрасывателей топлива: а , б – топки с прямым и обратным ходом решеток соответственно; в , г – механический и пневматический забрасыватели;
1 – решетка; 2 – звездочки; 3 – бункер; 4 – шибер; 5 – шлакосниматель; 6 – шлак; 7 – дозатор топлива; 8 – забрасыватель; 9 – подвод воздуха; I – зона свежего топлива; II – зона подогрева топлива;
III – область горения (окисления) кокса; IV – восстановительная зона; V – зона выжига топлива

Слоевой способ сжигания топлива характеризуется относительно невысокими скоростями процесса горения, пониженной его экономичностью и надежностью. Поэтому он не нашел применения в котлах большой производительности.