Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ ТОПКИ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на котлах, сжигающих природный газ и угольную пыль.

Известен способ работы вертикальной призматической топки путем ввода струй реакционной газовоздушной смеси вдоль оси топки и воздуха вдоль стен с образованием в топке газового факела при окислении газа кислородом воздуха и балластирования факела струями пара (Способ снижения теплового потока в направлении горелочных амбразур / К.В. Осинцев // Электрические станции, №11, 2009. - с.13-17, рис.5). При работе топки снижается уровень температуры факела и уменьшается концентрация вредных оксидов азота, отводимых в атмосферу с продуктами сгорания. Недостаток способа - отсутствие возможности активирования в топке угольных частиц с получением угольного сорбента.

Известен способ работы вертикальной призматической топки путем спутного ввода струй реакционной газовоздушной смеси и угольных частиц размером 2-4 мм, причем угольные частицы подают в потоке воздуха со скоростью (0,25-0,75)w_г.c, где w_г.c - скорость газовоздушной смеси, м/с (патент РФ №2267055; МПК F23С 1/12 от 31.01.2005 г., Б.И. №36 от 27.12.2005 г.). Способ позволяет отделять из угольных частиц влагу и горючие летучие вещества. Недостаток способа - значительное обгорание коксового остатка с уменьшением размеров частиц и их вынос из топки вместе с газовым факелом.

Известен также способ работы вертикальной призматической топки путем тангенциального ввода струй реагентной газовоздушной смеси вдоль вертикальной оси топки и воздуха вдоль стен, подачи струй пара, потоков смеси воздуха, газообразных продуктов сгорания и угольных частиц размером 2-4 мм, нагрева этих частиц газовым факелом, образующимся в топке при окислении газа кислородом воздуха, с выводом влаги и летучих веществ и образованием коксового остатка, гравитационного сепарирования частиц с коксовым остатком к центру пода со сбором в слой, последующего их охлаждения и вывода коксового остатка потребителю в подтопочных установках (авторское свидетельство СССР №1695036, МПК F23С 1/12 от 01.09.89 г.; Б.И. №44 от 30.11.91 г.). Недостаток способа - большая степень выноса коксовых частиц с газовым факелом из топки из-за сильного обгорания с уменьшением размера.

Известен наиболее близкий способ работы вертикальной призматической топки путем тангенциального ввода струй реагентной газовоздушной смеси вдоль вертикальной оси топки и воздуха вдоль стен, подачи струй пара, потоков смеси воздуха, газообразных продуктов сгорания и угольных частиц размером 2-4 мм, нагрева этих частиц газовым факелом, образующимся в топке при окислении газа кислородом воздуха, с выводом влаги и летучих веществ и образованием коксового остатка, гравитационного сепарирования частиц с коксовым остатком к центру пода со сбором в слой, последующего их охлаждения и вывода коксового остатка потребителю в подтопочных установках (Перевод котла БКЗ-160 на технологию ступенчатого сжигания топлива / В.В. Осинцев и др. // Электрические станции, №3, 1993. - с.25-29, рис.2). Недостаток способа - большая степень выноса коксовых частиц с газовым факелом из топки из-за сильного обгорания с уменьшением размера.

Задача изобретения - снижение выноса частиц угля и кокса с газовым факелом из топки, снижение степени обгорания выводимого коксового остатка.

Поставленная задача решается способом работы вертикальной призматической топки путем тангенциального ввода струй реагентной газовоздушной смеси вдоль вертикальной оси топки и воздуха вдоль стен, подачи струй пара, потоков смеси воздуха, газообразных продуктов сгорания и угольных частиц размером 2-4 мм, нагрева этих частиц газовым факелом, образующимся в топке при окислении газа кислородом воздуха, с выводом влаги и летучих веществ и образованием коксового остатка, гравитационного сепарирования частиц с коксовым остатком к центру пода со сбором в слой, последующего их охлаждения и вывода коксового остатка потребителю в подтопочных установках, реализуемым, согласно изобретению, вводом потоков смеси воздуха и газообразных продуктов сгорания и угольных частиц в воздушные потоки радиально относительно вертикальной оси топки со скоростью 0,10-0,24 скорости ввода воздушных струй, и подачи струи пара в образующийся в центре пода слой частиц коксового остатка.

Вводом потоков смеси воздуха, продуктов сгорания и частиц бурого угля размером 2-4 мм в воздушные потоки радиально относительно вертикальной оси топки со скоростью w_ч=(0,10-0,24)w_в, где w_в - скорость ввода воздушных струй, м/с, достигается более полный вывод влаги и летучих веществ практически без обгорания коксового остатка при минимальном выносе частиц с газовым факелом. При w_ч=(0,10-0,24)w_в степень обгорания коксового остатка составляет (m₀-m)·100/m₀=(0,1-0,5)%, где m₀, m - содержание углерода в исходных частицах и их коксовом остатке, мг; выход влаги при этом W_p·100/W^p ₀=100%, где W^p ₀, W^p - содержание влаги в исходном угле и коксовом остатке, мг; выход летучих веществ V^г·100/V^г ₀=85-90%, где V^г ₀, V^г - содержание летучих веществ в исходном угле и коксовом остатке, мг. Как только параметр w_ч<0,1·w_в, выход летучих веществ резко скачкообразно снижается до V^г·100/V^г ₀≤45-50%; при w_ч>0,24·w_в, выход летучих веществ V^г·100/V^г ₀≈100%, но степень обгорания коксового остатка достигает (m₀-m)·100/m₀=5-10%, то есть резко скачкообразно увеличивается. При этом, уменьшаясь в размерах, частицы начинают выноситься с газовым факелом. Диапазон при w_ч=(0,10-0,24)w_в по максимизации выхода летучих веществ и минимизации обгорания коксового остатка при подаче в топку частиц бурого угля является оптимальным. Аналогичная картина наблюдается и при вводе в топку частиц каменного угля. Вводом струй пара в образуемый в центре пода слой частиц коксового остатка при условии выдерживания соотношений w_ч=(0,10-0,24)w_в достигается окончательный вывод летучих веществ V^г·100/V^г ₀≈100 % при минимальном расходе пара. Как только вывод струй пара выносится из слоя в топочное пространство выход летучих веществ V^г·100/V^г ₀≈100% происходит при увеличении расхода пара на 20-50%. Отсюда совокупность отличительных свойств способа работы вертикальной призматической топки является оптимальной, решает поставленную задачу изобретения.

Предлагаемый способ работы вертикальной призматической топки поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема вертикальной призматической топки в продольном разрезе; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1.

Топка на фиг.1, 2 содержит камеру сгорания 1, вертикальные фронтовую, заднюю и боковые стены 2, 3, 4, 5 соответственно, экранированные трубами 6 с нагреваемой пароводяной средой, газовые горелки 7 с каналами 8, 9 для ввода в камеру сгорания 1 газовоздушной смеси 10 и воздуха 11; каналы 8, 9 имеют узлы с регуляторами 12, 13 расхода воздуха, в каналах 8 установлены насадки 14 с газовыпускными соплами 15. Вертикальные плоскости симметрии α каналов 8 ориентированы тангенциально (по касательным) к условной цилиндрической образующей 16, примыкающей к вертикальной оси k топки, а вертикальные плоскости симметрии β каналов 9 ориентированы тангенциально к условной цилиндрической образующей 17, примыкающей к вертикальным стенам 2, 3, 4, 5 с экранами 6. На фронтовой стене 2 установлено сопловое устройство 18 ввода смеси 19 угольных частиц 20, воздуха и газообразных продуктов сгорания 21 с бункером 22 и питателем 23 частиц 20, подводящим газовоздуховодом 24. Под 25 камеры сгорания 1, выполненный в виде конфузорного ската, имеет в центре накопитель 26 твердых коксовых частиц 27, прошедших термообработку в камере сгорания 1 при нагреве газовым факелом 28; в накопителе 26 установлены паровые сопла 29 для ввода струй пара 30, в нижней части накопителя 26 установлен питатель 31 коксовых частиц 27, выводимых в воздушный охладитель 32, в частности, кипящего слоя; охладитель 32 имеет систему 33 регулируемой подачи смеси воздуха и газообразных продуктов сгорания, систему 34 вывода охлажденных коксовых частиц 27 с питателем 35 и отводящий газоход 36 с фильтром 37 и его продувочным устройством 38, регулятором расхода 39. Газоход 36 подключен к подводящему газовоздуховоду 24 соплового устройства 18.

Предлагаемый способ реализуется при работе устройства на фиг.1, 2 путем тангенциального ввода струй реакционной газовоздушной смеси 10 вдоль вертикальной оси k топки с камерой сгорания 1 и воздуха 11 вдоль стен 2, 3, 4, 5, подачи струй пара 30, потоков 19 смеси угольных частиц 20 размером 2-4 мм, воздуха и газообразных продуктов сгорания 21, нагрева этих частиц газовым факелом 28, образующимся в камере сгорания 1 топки при окислении газа кислородом воздуха 12, 13, с выводом влаги 40 и летучих веществ 41 с образованием частиц из коксового остатка 27 и последующего его гравитационного сепарирования к центру пода 25 со сбором в слой в накопителе 26, охлаждения в воздушном охладителе 32 и вывода охлажденного коксового остатка 27 в качестве сорбента потребителю. К особенности способа относится ввод потоков 19 смеси угольных частиц 20 размером 2-4 мм, воздуха и газообразных продуктов сгорания 21 в воздушные потоки 11 радиально относительно вертикальной оси k топки с камерой сгорания 1 со скоростью w_ч=(0,10-0,24)w_в, где w_в - скорость ввода воздушных струй, м/с, а также подачи струй пара 29 в слой коксовых частиц 27 в накопителе 26.

Вводом потоков 19 смеси воздуха, продуктов сгорания 21 и частиц 20 бурого угля размером 2-4 мм в воздушные потоки радиально относительно вертикальной оси k топки со скоростью w_ч=(0,10-0,24)w_в, где w_в - скорость ввода воздушных струй, м/с, достигается более полный вывод влаги 40 и летучих веществ 41 практически без обгорания коксового остатка 27 при минимальном выносе частиц 20 и 27 с газовым факелом 28. При w_ч=(0,10-0,24)w_в степень обгорания частиц 27 с коксовым остатком составляет (m₀-m)·100/m₀=(0,1-0,5)%, где m₀, m - содержание углерода в исходных частицах 20 и их коксовом остатке 27, мг; выход влаги 40 при этом W^p·100/W^p ₀=100%, где W^p ₀, W^p - содержание влаги 40 в исходном угле 20 и коксовом остатке 27, мг; выход летучих веществ 41 V_г·100/V^г ₀=85-90%, где V^г ₀, V^г - содержание летучих веществ 41 в исходном угле 20 и коксовом остатке 27, мг. Как только параметр w_ч<0,1·w_в, выход летучих веществ 41 резко скачкообразно снижается до V^г·100/V^г ₀≤45-50%; при w_ч>0,24·w_в, выход летучих веществ 41 V^г·100/V^г ₀≈100%, но степень обгорания коксового остатка 27 достигает (m₀-m)·100/m₀=5-10%, то есть резко скачкообразно увеличивается. При этом, уменьшаясь в размерах, частицы 20 начинают выноситься с газовым факелом 28. Диапазон при w_ч=(0,10-0,24)w_в по максимизации выхода летучих веществ 41 и минимизации обгорания коксового остатка 27 при подаче в топку частиц 20 бурого угля является оптимальным. Аналогичная картина наблюдается и при вводе в топку в топку частиц каменного угля. Вводом струй пара 29 в образуемый в центре пода слой частиц коксового остатка 42 при условии выдерживания соотношений w_ч=(0,10-0,24)w_в достигается окончательный вывод летучих веществ 41 V^г·100/V^г ₀≈100% при минимальном расходе пара. Как только вывод струй пара 29 выносится из слоя в топочное пространство выход летучих веществ 41 V^г·100/V^г ₀≈100% происходит при увеличении расхода пара на 20-50%. Отсюда совокупность отличительных свойств способа работы вертикальной призматической топки является оптимальной, решает поставленную задачу изобретения.

Способ может быть реализован также в призматической топке с шестью и восемью вертикальными стенами, с угловым размещением газовых горелок 7, с установкой газовых горелок 7 на каждой из стен, с установкой сопловых устройств 18 как на боковых стенах 4, 5, так и всех стенах 2, 3, 4, 5 на фиг.1, 2.

Практическое использование способа связано, в частности, с энергокотлом типа БКЗ-160, оснащенного тангенциальными газовыми горелками 7, размещенными на стенах 4, 5. При работе котла по предлагаемой технологии снижается расход реакционного газа за счет сжигания в топке выделяемых из угольных частиц 20 летучих веществ 41. Вырабатываемый коксовый остаток 27, или активированный уголь, обладающий сорбционными свойствами, направляется в систему водоподготовки и очистки промстоков ТЭЦ со значительной экономией затрат в сравнении с вариантом его приобретения от стороннего производителя.