Способы сжигания топлива слоевой

Новейшие эффективные технологии и оборудование переработки биомассы

Сжигание в слое (слоевое сжигание)

Это самый древний способ сжигания твердого топлива. Как правило, применяется для сжигания крупнофракционного и кускового топлива, находящегося на колосниковой решетке, сквозь слой которого продувается воздух. Имеет высокотехнологичные модификации, например – сжигание в кипящем слое.

Наиболее популярные и эффективные разновидности:
— сжигание на неподвижной наклонной колосниковой решетке;
— сжигание на подвижной наклонной колосниковой решетке;
— сжигание в кипящем (псевдоожиженном) слое.

1. Технология сжигания на неподвижной наклонной колосниковой решетке.

Эта технология позволяет эффективно сжигать все виды рафинированного и сухого биотоплива, кроме топлив с высокой зольностью и низкой температурой плавления и спекания золы.

Топка, как правило, имеет форму параллелепипеда. Колосники устанавливаются каскадом (как черепичная крыша) так, что каждый следующий колосник частично накрывает предыдущий, при этом между колосниками в вертикальной плоскости имеется щель, через которую поступает дутьевой воздух. Топливо шнеком или гидротолкателем подается на самый верхний колосник. Под действием давления вновь поступающих порций топлива, оно двигается в стороны и в низ, заполняя всю площадь поверхности колосников. Направление движения дутьевого воздуха совпадает с направлением движения топлива, благодаря чему воздух также способствует перемещению топлива в нужном направлении. В самых качественных и технологичных топках над наклонной поверхностью колосников имеется специальный прижимной экран из огнеупорного материала, выдерживающего температуру 1650 гр. С. Данный экран направляет пламя снизу вверх, в противоток движению топлива. Это дает 3 преимущества:
1.1. Пламя проделывает более длинный путь, чем обеспечивается более полное сгорание топлива, уменьшается количество искр.
1.2. Поднимающееся над влажным топливом, пламя подсушивает его, улучшая процесс его сжигания.
1.3. Процесс горения протекает более интенсивно и с более высокой температурой.

Окончательный дожиг топлива происходит на самом нижнем – горизонтальном колоснике с щелевыми отверстиями, через которые зола просыпается в зольник.

Преимущества технологии сжигания на неподвижной наклонной колосниковой решетке:
— предельная простота теплогенератора и минимальное количество движущихся частей, соответственно, — низкая цена и короткий срок окупаемости;
— высокая интенсивность процесса сжигания на минимальной площади зеркала горения, соответственно, оборудование занимает минимальную площадь, имеет минимальную массу;
— рекордно малое энергопотребление – менее 1 кВт электроэнергии на 1 МВт производимой тепловой;
— минимальное время старта (несколько минут);
— очень высокая скорость регулирования мощности (секунды);
— очень широкий диапазон регулирования мощности — от 10 до 100%.

Недостатки:
— плохая эффективность или даже невозможность работы на топливах с высокой зольностью ввиду блокирования дутьевых щелей колосниковой решетки спекающейся золой;
— средний срок службы футеровки вследствие её прямоугольного сечения.

Наиболее интересным примером технологического решения для сжигания биотоплива на неподвижной наклонной колосниковой решетке мы считаем теплогенератор «Дракон» производства завода «СПиКо».

2. Технология сжигания на подвижной наклонной колосниковой решетке.

Эта технология позволяет эффективно сжигать все виды биотоплива, кроме пылевидного. Однако, применение данной технологии для сжигания рафинированного топлива имеет смысл только при использовании топлив с высокой зольностью и низкой температурой спекания золы (сжигание рафинированного топлива с низкой зольностью экономически более эффективно на неподвижной колосниковой решетке или в вихре).

Топка, как правило, имеет форму параллелепипеда. Колосники устанавливаются каскадом (как черепичная крыша) так, что каждый следующий колосник частично накрывает предыдущий. При этом ряды колосников делятся на подвижные и неподвижные. Между колосниками в вертикальной и горизонтальной плоскостях имеются сопла, через которые осуществляется дутье в слой топлива и под него.

Подвижные ряды колосников, двигаясь вперёд и назад по неподвижным колосникам, сталкивают топливо к низу решётки и при этом шуруют его, это существенно улучшает условия горения топлив с пониженной калорийностью и (или) повышенной зольностью. Подвижные колосники приводятся в движение специальным приводом, как правило, — гидравлическим. В приводном механизме обычно имеется возможность регулирования частоты возвратно-поступательных движений колосников, чем обеспечивается регулирование производительности решётки. Топливо шнеком или гидротолкателем подается на самый верхний колосник. Под действием давления вновь поступающих порций топлива, оно двигается в стороны и в низ, заполняя всю площадь поверхности колосников. Направление движения дутьевого воздуха совпадает с направлением движения топлива, благодаря чему воздух также способствует перемещению топлива в нужном направлении. В самых качественных и технологичных топках над наклонной поверхностью колосников имеется специальный прижимной экран из огнеупорного материала, выдерживающего температуру 1650 гр. С. Данный экран направляет пламя снизу вверх, в противоток движению топлива. Это дает 2 преимущества:
1.1. Пламя проделывает более длинный путь, чем обеспечивается более полное сгорание топлива, уменьшается количество искр.
1.2. Поднимающееся над влажным топливом, пламя подсушивает его, улучшая процесс его сжигания.

Окончательный дожиг топлива происходит на самом нижнем – горизонтальном колоснике с щелевыми отверстиями, через которые зола просыпается в зольник.

Преимущества технологии сжигания на подвижной наклонной колосниковой решетке:
— возможность работы на топливах с низкой энергетической ценностью, высокой влажностью и зольностью, низкой температурой спекания золы;
— высокая стабильность процесса сжигания сложных видов топлива;
— высокие экологические показатели процесса сжигания, что особенно важно для утилизации сложных и сильно загрязненных видов топлива.

Недостатки:
— средняя сложность конструкции теплогенератора, большое количество движущихся частей, соответственно, — высокая цена и длительный срок окупаемости;
— большая занимаемая площадь и масса оборудования;
— большое время старта и остановки, относительно низкая скорость изменения мощности;
— эксплуатационные расходы выше среднего;
— средний срок службы футеровки вследствие её прямоугольного сечения.

Наиболее интересным примером технологического решения для сжигания биотоплива на подвижной наклонной колосниковой решетке мы считаем теплогенератор «Вулкан» производства завода «СПиКо».

3. Технология сжигания в кипящем слое.

Эта технология предназначена для сжигания низкокалорийных топлив, позволяет сжигать все виды биотоплива, кроме пылевидного и топлива с высокой зольностью.

Топка, как правило, имеет форму параллелепипеда. В нижней части топки вместо колосников располагаются воздухораспределительные решетки с форсунками, к которым подводится воздух под давлением. Над форсунками находится слой инертного материала (песка). Истекание воздуха из форсунок вызывает движение частиц инертного материала в виде «кипения». Сжигание топлива происходит в ванне раскалённого инертного материала. В результате активного перемешивания частиц топлива с раскаленным инертным материалом и дутьевым воздухом процессы теплообмена в кипящем слое протекают чрезвычайно интенсивно, происходит быстрая и эффективная подготовка частиц топлива (испарение влаги, выход летучих) и их сгорание.

Преимущества технологии сжигания в кипящем (псевдоожиженном) слое:
— возможность работы на топливах с низкой энергетической ценностью и высокой влажностью, низкой температурой спекания золы;
— высокая стабильность процесса сжигания сложных видов топлива;
— высокие экологические показатели процесса сжигания, что особенно важно для утилизации сложных и сильно загрязненных видов топлива.

Недостатки:
— высочайшая сложность конструкции теплогенератора, соответственно, — высокая цена и длительный срок окупаемости;
— максимальная занимаемая площадь и масса оборудования;
— максимальное время старта и остановки, низкая скорость изменения мощности;
— максимальные эксплуатационные расходы;
— средний срок службы футеровки вследствие её прямоугольного сечения.

Предприятие основано в 1993 году
Дизайн сайта, тексты, фотографии и изображения — Слипченко П.П., ГК «ЭкоЭнергия». 2002–2021.
Публикация без письменного согласия правообладателя запрещена. Все права защищены.
Программирование — Агенство Интернет-рекламы CoffeeStudio

Источник

Способы сжигания топлива. Топки

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, О₂, СО, СО₂ 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 р , рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Н₂ и СН₄, 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 – R₉₀ и R₂₀₀. 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 a₁ 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 a₁) 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, SO₂, 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.

Источник