Результат интеллектуальной деятельности: Способ комбинированного сжигания топлива в зерносушилках

Способ относится к сжиганию низкореакционного топлива, преимущественно растительных отходов, может быть применен в сельском хозяйстве, в деревообрабатывающей промышленности.

Известен способ сжигания жидкого топлива в воздухоподогревателе сушилки, согласно которому жидкое топливо из форсунки поступает в камеру сгорания, продукты сгорания проходят через теплообменник, нагревают наружный воздух, который поступает в сушилку, и выводятся. Известно также устройство для его осуществления, содержащее осевой вентилятор, дутьевой вентилятор, камеру сгорания с теплообменником и форсунку (Ровный Т.А. Исследование и обоснование параметров расчета и проектирования тепловентиляционных установок (воздухоподогревателей) для сушки сельскохозяйственных продуктов: Автореф. … канд. техн. наук. - М.: 1965. - 19 с.).

Известные способ и устройство работают на жидком топливе и имеют резерв повышения экономичности процесса сушки за счет использования растительных отходов после обработки основных культур.

Известен способ сжигания низкореакционного твердого топлива, согласно которому его подают в топочную камеру ближе к устью ввода высокореакционного жидкого или газообразного топлива. Происходит смешение, воспламенение и устойчивое горение твердого топлива (Шницер И.Н. Технология сжигания топлива в пылеугольных котлах. - СПб.: Энергоатомиздат, 1994. - С. 95-98).

Этот способ наиболее близок по технической сущности к заявленному и принят за прототип.

Недостаток известного способа заключается в необходимости постоянного сжигания высокореакционного топлива для восполнения дефицита теплоты при сжигании влажных растительных отходов.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности сушки семян и зерна.

Поставленная задача решается тем, что в способе комбинированного сжигания, заключающемся в том, что в топочную камеру, совмещенную с теплообменником, подают низкореакционное твердое топливо и высокореакционное жидкое (газообразное) топливо, согласно изобретению высокореакционное топливо подают периодически с временем подачи:

,

и с временем паузы:

,

где G - масса теплообменной части топочной камеры, кг;

c - теплоемкость материала камеры, кДж/кг⋅°С;

α - коэффициент теплоотдачи, составляющий 42 Вт/м² °С;

F - ее теплообменная поверхность, м²;

T₁ - температура топочных газов от сжигания высокореакционного топлива на входе в теплообменнике, °С;

t₁, t₂ - максимальная и минимальная температура нагрева теплообменника, °С;

где t₀ - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива, при этом в качестве низкореакционного топлива используют лузгу подсолнечника.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена установка для комбинированного сжигания топлива в зерносушилках.

Устройство включает бункер 1 твердого топлива, дозатор 2, вентилятор 3 первичного дутья, вентилятор 4 вторичного дутья, жидкостную (газовую) горелку 5, топочная камера 6, теплообменник 7, вентилятор 8 теплообменника, дымосос 9, коллектор 10, диффузор 11 сушилки, сушилку 12.

Устройство функционирует следующим образом.

Низкореакционное твердое топливо из бункера 1 через дозатор 2 вентилятором 3 нагнетают в топочную камеру 6, где оно воспламеняется и сгорает. Для поддержания оптимального избытка воздуха α=1,2…1,35 вентилятором в камеру 6 подают вторичное дутье. При сжигании низкореакционного топлива периодически форсункой 5 в камеру 6 подают жидкое (газообразное) топливо. Продукты сгорания поступают в теплообменник 7 и охлажденными выбрасываются в атмосферу. Наружный воздух засасывается вентилятором 8 в теплообменник 7, подогревается и через коллектор 10 и диффузор 11 поступает в сушилку 12.

Способ осуществляют следующим образом - в топочную камеру постоянно подают твердое и периодически жидкое (газообразное) топливо, причем периоды подачи и паузы определяют по формулам.

Время подачи высокореакционного топлива можно вычислить из баланса теплоты при сжигании этого топлива и изменения энтальпии камеры за тот же промежуток времени:

α(T-t)Fdτ=Gcdt,

где G, F - масса теплообменной части (кг) и теплообменная поверхность (м²) топочной камеры;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м² °С;

с - теплоемкость материала топочной камеры, кДж/кг⋅°С;

Т, t - температура топочных газов при сжигании высокореакционного топлива на входе в теплообменник и теплообменника, °С.

Отсюда время подачи высокореакционного топлива:

,

где t₁, t₂ - максимальная и минимальная температура теплообменника, °С (Тинькова С.М., Прошкин А.В., Сторожев Ю.И. Задачи по теплотехнике. Учеб. пособие: - Красноярск: ГАЦМиЗ, - 1996. - 98 с.).

При подаче продуктов сжигания низкореакционного топлива происходит охлаждение теплообменника с температуры t₁ до t₂ и соответственно время паузы составит:

,

где t₀ - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива на входе в теплообменнике, °С.

Учитывая периодическое охлаждение теплообменника, величину t₁, можно записать в виде:

t₁=t_д+Δtк,

где t_д - допустимая температура нагрева материала теплообменника, °С;

Δt - приращение его температуры, °С;

к - коэффициент снижения температуры газов в теплообменнике, (где t_т - средняя температура газа, поступающая в теплотехническое устройство (сушилку), °С.

Соответственно минимальная температура теплообменника:

t₂=t_д-Δtк.

Пример 1. При осциллирующей сушке зерна, когда периодически в слой зерна в колонковой или шахтной зерносушилках подают подогретый и неподогретый (слабо подогретый) агент сушки, достигается энергосбережение до 20% по удельным затратам тепла при непревышении допустимой температуры нагрева зерна. Повышение температуры агента сушки при осциллирующей сушке по сравнению с сушкой при постоянной температуре может достигать Δt=15-20°C без ущерба качеству зерна. Применительно к заявленному способу температура топочных газов на входе в теплообменник может составить:

t₁=t_д+Δtк;

t₂=t_д-Δtк,

где Δt=t_ос-t_п=15-20°C - приращение температуры, °С (где t_oc, t_п - температура агента сушки при осциллирующем и постоянном температурном режиме, °С);

к - коэффициент снижения температуры газа в теплообменнике, .

При этом необходимо принять во внимание, что допустимая температура нагрева элементов теплообменника ограничена величиной t_д, например, из хромоникелевых сплавов t_д=650°С (Справочник теплоэнергетика, под редакцией О.Н. Багирова и З.Л. Берлина, - М.: Металлургия, 1982. - 328 с.).

При охлаждении зерна, когда в слой подаются топочные газы с низкой температурой, соответственно на величину Δtк должен быть охлажден теплообменник, в этом случае будут исключены деформации и разрушение его узлов.

Пример 2. К низкореакционному топливу относят отходы деревообрабатывающей и лесозаготовительной промышленности, местные и иные виды топлив, а также растительные отходы послеуборочной переработки сельскохозяйственных культур, теплота сгорания которых в сухом состоянии не превышает 13-15 МДж/кг.

На Борисоглебском маслозаводе топочный блок на растительных отходах ТБР-2,0 в агрегате с сушилкой СЗТ-30 использовали на сушке семян подсолнечника. Непрерывно сжигали лузгу подсолнечника с теплотворной способностью и периодически жидкое топливо с .

Теоретическая температура при сжигании топлива определяется:

,

где - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;

с_п - теплоемкость топочных газов, кДж/кг⋅°С;

V_о - теоретическое количество воздуха на сжигание 1 кг топлива, кг/кг;

Q_дисс ^_ теплота диссоциации (определяется таблично), кДж/кг.

В качестве жидкого топлива для сушилок в основном используются технический керосин и печное бытовое, теоретическая температура горения которых t_теор≈2000°С.

Теоретическая температура горения твердого топлива при ; t_теор=824°С.

В действительности температура будет на 25% ниже, т.е.: T₁=1500°C; t₀=620°С; приняли t_Д=650°С. С целью безопасной эксплуатации теплообменника из хромникелевых сплавов температуру топочных газов при сжигании жидкого топлива снизили до T₁=1200 С°, а для эффективного охлаждения температуру топочных газов при сжигании твердого топлива снижают путем подачи избытка воздуха. Фактическая температура топочных газов на входе в теплообменник определяется с учетом избытка воздуха α_T, при α_T=2,6 получим t₀=240°C, при Δt=t_oc-t_п=105-90=15°С; получим t₁=795°С; t₂=506°С.

Коэффициент теплоотдачи определим из

,

где V₀ - скорость газов при температуре воздуха, приведенная к 0°С и 760 мм рт. ст., м/с

,

где V_t - скорость при температуре t₁, °С; d - диаметр канала, м.

При обычных условиях в печах, давлении 1 атм и скорости дымовых газов или воздуха до 10 м/с коэффициент α_кон достигает ~40 кал/м ч (Мамыкин П.С., Стрелов В.К. Топки, печи, сушила // Гос. научно-техн. издат. литерат. по черной и цветной металлургии. - Свердловск. - 1950. - с. 116-117).

При V_t=6 м/с; V₀=1,1 м/с; d=0,8 м; α_кон~42 Вт/м² °С.

Топочный блок ТБР - 2,5 имеет габариты: длина - 5 м, средний диаметр Д_ср=0,9 м, соответственно теплообменная поверхность F=13 м², а теплообменная масса, которая подвержена периодическим изменениям температуры может быть определена как

G=Fρв*, кг,

где F=13 м²; ρ - удельная масса, ρ=1700 кг/м; в* - глубина прогрева обмуровки ; τ₀=(τ_под+τ_пауза)/2, ч; Т₀ - определяющая температура Т₀=Δtк (Мамыкин П.С., Стрелов В.К. Топки, печи, сушила// Гос. Науч-но-техн. издат. литерат. по черной и цветной металлургии. - Свердловск. - 1950. - c. 140).

При цилиндрической форме топочного блока можно записать , (где в* - глубина прогрева блока при переменной работе). Также примем с=1 кДж/кг⋅°С, ρ - плотность шамота, ρ=1700 кг/м³. Предварительно примем для прогрева в*=0,05 м, Т_с=108°С. При охлаждении величина в* снижается пропорционально температурному напору Δt. Получим после вычислений и .

Окончательно получим:

,

где G, F - масса теплообменной части (кг) и теплообменной поверхности (м²) топочной камеры; с - теплоемкость материала топочной камеры, кДж/кг⋅°С; T₁ - температура топочных газов при сжигании высокореакционного топлива и на входе в теплообменник, °С; t₁ t₂ - максимальная и минимальная температура теплообменника, °С; t₀ - температура топочных газов при сжигании низкореакционного топлива при входе в топочный блок (лузга).

За счет замещения жидкого топлива лузгой, которая не имеет стоимости, расход топлива для сушилки производительностью 25 т/ч будет снижен на:

;

где G_T - расход топлива, G_T=200 кг/ч.

;

где G_т - расход жидкого топлива, G_т=200 кг/ч.

Проверка.

; . Значение близко к принятому.