Спосіб спалювання твердого палива

Реферат: Спосіб спалювання твердого палива включає завантаження вхідної сировини в приймальний бункер, дозовану подачу з нього палива в камеру первинного горіння, спалювання палива з утворенням газоподібних продуктів горіння і відвід їх для наступної утилізації. Спалювання палива здійснюють в обмеженому просторі камери первинного горіння у колосниковій корзині, змінюючи його просторове положення і регламентуючи первинний потік повітря до нього. При цьому при спалюванні палива утворюють палаючі піролізні гази, які обмежують горизонтальним або слабопохилим потоком, який перетворюють у вертикальний потік, якому з нижньої точки формування надають дифузорну форму і забезпечують кругове вихрове обертання за рахунок тангенціальних струменів підігрітого вторинного повітря. Потоку палаючих піролізних газів надають конфузорну форму, нагріваючи за рахунок теплообміну вторинний потік повітря, що забезпечує кругове вихрове обертання дифузорного потоку піролізних газів. Вторинний регульований потік повітря перед змішуванням з піролізними газами в дифузорному просторі насичують водою у вигляді пари або аерозолі, а конфузорний потік газоподібних продуктів горіння піролізних газів після теплообміну із вторинним потоком повітря направляють за допомогою патрубків на використання в теплообмінниках і/або безпосередньо в технологічних процесах. UA 111959 U (12) UA 111959 U UA 111959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплоенергетики і може бути реалізована для спалювання твердого палива з одержанням газів заданої температури, які використовуються у технологічних промислових цілях, печах і інших пристроях для обігріву приміщень цивільних і промислових об'єктів. Корисна модель може бути використана при потребі одержання максимальної кількості теплової енергії при раціональній витраті будь-яких паливних елементів у вигляді пелет (брикетів) або шматків різного геометричного розміру. Відомий спосіб спалювання твердого палива шляхом формування топкового простору, у якому знаходиться паливо, горіння якого забезпечується за рахунок припливу повітря через колосниковий простір, розташований під палаючим паливом (http://teplowood.ru/burzhujka-izgazovogo-ballona.html). Гарячі гази піднімаються по вертикалі і забезпечують теплообмін під час переміщення нагору до виходу в димохід. У відомому способі організація переміщення газів здійснюється по вертикалі. Недоліком відомого способу є те, що переміщення газів по вертикалі характеризується мінімальним опором їх руху. Це приводить до неефективного теплообміну внаслідок того, що гази до закінчення теплообміну, не встигнувши охолонути, надходять у пічну трубу. Така кінетика газів визначає значні і нераціональні витрати палива і малий час теплообміну. Спосіб характеризується низьким коефіцієнтом корисної дії через складне керування газодинамікою залежно від типу палива, що спалюється, і вимог по необхідному теплообміну для утилізації отриманої теплової енергії. Оскільки переміщення топкових газів відбувається по вертикалі, то регулювання їх швидкості може бути реалізоване тільки за рахунок зміни живого перерізу припливу атмосферного повітря через колосниковий простір або за рахунок зміни прохідного перерізу для топкових газів, які переміщаються в димохід. Регулювання припливу атмосферного повітря через колосниковий простір малоефективне через те, що приплив атмосферного повітря здійснюється за рахунок фільтрації через основу навалу палива. При використанні дрібнофракційного палива фільтраційний процес ускладнений, що призводить до неефективного згоряння палива, а також до значних викидів вуглецевмісних продуктів в атмосферу і, відповідно, негативного впливу на екологію регіону при значних обсягах викидів. Крім цього, при тривалому горінні міжколосниковий простір заповнюється золою, зменшуючи прохідний переріз для атмосферного повітря, що в остаточному підсумку погіршує процес горіння, збільшує кількість окису вуглецю, що викидається в атмосферу. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є спосіб спалювання твердого палива, що включає завантаження вихідної сировини в приймальний бункер, дозовану подачу з нього палива в камеру первинного горіння, спалювання палива з утворенням газоподібних продуктів горіння і відвід їх для наступної утилізації (Патент Росії № 2293106 на винахід). Недоліком відомого способу є те, що термічний процес спалювання палива і теплообмінний процес відбуваються в обмеженому просторі і являють собою одну технологічну зону. Це забезпечує низьку ефективність теплообміну, тому що палаючі топкові гази, маючи короткий ефективний шлях, не встигають достатньою мірою остудитися, залишають ємність печі і видаляються в димохід. Для ефективної реалізації зазначеного способу підтримання процесу горіння палива і окисний процес спалювання газоподібних продуктів при теплообміні вимагає диференційованого обсягу припливу атмосферного повітря. При реалізації відомого способу повітря надходить одним потоком, що призводить до негативних наслідків. Це виражається в тому, що, залежно від застосовуваного палива, режимів горіння і теплообміну, приплив атмосферного повітря може бути або надлишковий, або недостатній для підтримки процесів горіння і теплообміну. Зміна параметрів припливу повітря призводить до оптимізації одного процесу і погіршенню показників іншого процесу. Важливим, з погляду енергетичних показників, є те, що відомий спосіб не передбачає можливості подачі атмосферного повітря безпосередньо в зону горіння з метою його активації, підвищення температури і, відповідно, збільшення коефіцієнта корисної дії при реалізації способу на промислових установках. Реалізація відомого способу характеризується високими затратами через велику витрату палива і нераціонального використання нагрітих паливних газів. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу спалювання твердого палива за рахунок того, що: 1 UA 111959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - спалювання палива здійснюють в обмеженому просторі камери первинного горіння, у якій розміщують колосникову корзину, заповнену паливом; - за рахунок переміщення колосникової корзини змінюється просторове положення зони первинного горіння залежно від палива, що застосовується, і режиму подачі атмосферного повітря; - піролізні гази, утворені в камері первинного горіння, формують у вигляді горизонтального або слабопохилого потоку для наступної його активації і утилізації утвореного тепла; - змінюють вектор напрямку піролізних газів з горизонтального або слабопохилого на вертикальний, надаючи бічного, що утворює потік дифузорної форми; - подачею атмосферного повітря забезпечується обертання палаючого потоку піролізних газів, активізуючи процес горіння; - атмосферне повітря розкручує потік палаючих піролізних газів за рахунок тангенціального напрямку дії; - перетворюють потік піролізних газів дифузорної форми в потік, що має конфузорну форму; - потік конфузорної форми направляють для теплообміну з атмосферним повітрям, призначеним для розкручування дифузорного потоку повітря; - атмосферне повітря, призначене для розкручування дифузорного потоку повітря, попередньо насичують водою у вигляді пари або аерозолю; - суміш нагрітих до високої температури повітря і водяної пари піддають впливу постійного електричного поля високої напруги, що дає можливість розкласти водяну пару на водень і кисень безпосередньо перед подачею для забезпечення активації і обертання палаючого потоку піролізних газів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб спалювання твердого палива включає завантаження вхідної сировини в приймальний бункер, дозовану подачу з нього палива в камеру первинного горіння, спалювання палива з утворенням газоподібних продуктів горіння і відвід їх для наступної утилізації. Згідно з корисною моделлю, спалювання палива здійснюють в обмеженому просторі камери первинного горіння. Паливо спалюють у колосниковій корзині, формуючи зону спалювання, змінюючи її просторове положення залежно від режиму горіння і застосовуваного палива, подають у цю зону регламентовану порцію первинного потоку повітря. При спалюванні палива утворюють палаючі піролізні гази. Піролізні гази обмежують горизонтальним або слабопохилим потоком, який перетворюють у вертикальний потік. Вертикальному потоку в нижній точці формування надають дифузорну форму і забезпечують кругове вихрове обертання. Обертання потоку здійснюють за рахунок тангенціальних струменів підігрітого вторинного повітря. Після цього потоку палаючих піролізних газів надають конфузорну форму. Конфузорним потоком нагрівають за рахунок теплообміну утворений вторинний потік повітря, що забезпечує кругове вихрове обертання дифузорного потоку піролізних газів. Вторинний регульований потік повітря насичують водою у вигляді пари або аерозолю. Конфузорний потік газоподібних продуктів горіння піролізних газів після теплообміну із вторинним потоком повітря направляють за допомогою патрубків на використання в теплообмінниках й/або безпосередньо в технологічних процесах. Для підвищення ефективності процесу горіння піролізних газів вторинний регульований потік повітря насичують водою у вигляді пари або аерозолю і перед змішуванням з піролізними газами в дифузорному просторі піддають впливу постійного електричного поля високої напруги, що викликає розкладання води на кисень і водень, водень є додатковим джерелом енергії і активізує процес горіння зі збільшенням максимальної температури горіння піролізних газів. Технічний результат від реалізації способу полягає в тому, що: - забезпечується високий рівень генерації теплової енергії практично незалежно від виду палива і гранулометричного складу його часток; - зона горіння палива і зона горіння піролізних газів відділені одна від іншої, що дозволяє оптимізувати ці процеси незалежно один від одного; - горіння піролізних газів забезпечує високу температуру теплової енергії за рахунок активізації окисного процесу подачею підігрітого атмосферного повітря; - підігрів повітря забезпечується безпосередньо за рахунок його взаємодії з палаючими піролізними газами; - активізація процесу горіння досягається за рахунок змішування піролізних газів з повітрям, насиченим водою у вигляді пари або аерозолю, підданим впливу постійного електричного поля високої напруги після попереднього нагріву; 2 UA 111959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - спосіб може бути реалізований у різних галузях промисловості і сільського господарства в широкому температурному діапазоні створюваного теплового потоку. Спосіб реалізується наступним чином. Реалізація способу заснована на поділі термічних зон, завдяки якому забезпечується можливість динамічного керування процесами горіння палива і утворених горючих газів. Для реалізації способу може використатися будь-яке тверде паливо, горіння якого забезпечується регламентованим потоком повітря, що надходить у різні технологічні зони. Спосіб реалізує безперервний процес горіння, тому безперервність повинна забезпечуватися за рахунок того, що кількість палива повинно бути таким, щоб його подача була безперервною і в об'ємах достатніх для підтримки режиму горіння в заданих параметрах генерації теплової енергії. Виходячи із цього, для ефективної реалізації способу необхідно використання приймального бункера, оснащеного живильником. Якщо донна частина бункера розташовується вище місця, куди повинне надходити паливо, то паливо може надходити під дією сил гравітації. Для мінімізації втрат теплової енергії спалювання палива здійснюють в обмеженому просторі камери первинного горіння. Це забезпечує підтримку необхідного теплового балансу і попереджає пульсацію горіння, викликану нерегламентованою подачею атмосферного повітря. Дослідженнями було встановлено, що найбільш ефективним з погляду забезпечення стабільності горіння є спалювання палива в об'ємній посудині, у якої є доступ атмосферного повітря до всіх точок горіння. Спалювання палива здійснюють у колосниковій корзині, що являє собою ємність, у якій є доступ первинного атмосферного повітря з усіх боків. Це забезпечує рівномірне горіння палива в сформованій зоні спалювання, відсутність застійних зон і гарантує, що паливо буде горіти без пульсації. Особливістю способу спалювання палива є те, що залежно від застосовуваного палива і вибраного режиму горіння, а також з урахуванням надходження атмосферного повітря, зону горіння виконують із можливістю зміни просторового положення. Зміна просторового положення зони горіння дозволяє використовувати системи автоматичного керування для підтримки процесу з дотриманням регламентованого спалювання палива з виділенням піролізних газів у необхідних об'ємах. Піролізні гази є основним продуктом, який забезпечує вирішення поставленої задачі одержання максимуму теплової енергії для потреб споживача. Для ефективного горіння піролізних газів їх спочатку обмежують горизонтальним або слабопохилим потоком, у якому стабілізується процес горіння. Крім цього, цей потік є сполучною ланкою між зоною спалювання палива і високотемпературною зоною спалювання піролізних газів. Потік палаючого піролізного газу перетворюють у вертикальний потік і надають йому форму дифузора. У цій зоні горіння досягається температурний максимум, що може бути досягнуте із урахуванням застосовуваного палива. Температурний максимум досягається за рахунок того, що в цю зону подається попередньо нагріте вторинне атмосферне повітря. Особливістю способу є те, що вторинне атмосферне повітря подається розосередженими тангенціальними потоками стосовно дифузорної зони горіння піролізних газів. Така подача забезпечує створення кругового вихрового руху палаючих газів, визначає ефективне перемішування палаючих газів із вторинним атмосферним повітрям, що активує процес горіння і, відповідно, піднімаючи температуру горіння до максимуму. Дослідженнями було встановлено, що активатором горіння в дифузорній зоні може бути використання води у вигляді аерозолю або пари, якою насичують повітря, що надходить у зону горіння, і піддають впливу постійного електричного поля високої напруги після попереднього нагріву. Підвищення ефективності горіння в нижній частині камери допалювання може бути досягнуто за рахунок попереднього розкладання високотемпературної водяної пари на складові компоненти під дією постійного електричного поля високої напруги. Максимальна напруга не повинна перевищувати величину пробивної напруги для поточної температури і вологості. Відповідно до способу суміш перегрітих повітря і водяної пари може проходити через сопла, у яких створюють постійне електричне поле високої напруги, що не перевищує величину пробивної напруги для поточної температури і вологості, що дає можливість розкласти водяну пару на водень і кисень безпосередньо перед подачею суміші в зону горіння піролізних газів. Повітря, насичене частками води, здатне поглинати значну кількість теплової енергії. Тому, для того, щоб температура горіння газів не знижувалася, повітря, насичене водою, попередньо підігрівають. Для підігріву вторинного повітря дифузорну зону горіння піролізних газів перетворюють у зону теплообміну із вторинним атмосферним повітрям. Для цього цю зону перетворюють у потік газоподібних продуктів горіння піролізних газів у вигляді конфузора. 3 UA 111959 U 5 10 Встановлено, що форма конфузора забезпечує максимально ефективний контакт із теплоносіями у вигляді трубопроводів, по яких рухається вторинне атмосферне повітря. Високотемпературний газ, утворений після спалювання піролізних газів, після теплообміну із вторинним потоком повітря направляють за допомогою патрубків на використання в теплообмінниках і/або безпосередньо в технологічних процесах. Дослідження показали, що спосіб дозволяє забезпечити оптимальний режим горіння палива з максимальною тепловіддачею. Спосіб може бути реалізований як у стаціонарному, так і мобільному варіантах різної потужності по генерації теплової енергії. Спосіб може бути реалізований для виробництва установок для одержання теплової енергії, призначених для обігріву приміщень або технологічних термічних процесів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Спосіб спалювання твердого палива, що включає завантаження вхідної сировини в приймальний бункер, дозовану подачу з нього палива в камеру первинного горіння, спалювання палива з утворенням газоподібних продуктів горіння і відвід їх для наступної утилізації, який відрізняється тим, що спалювання палива здійснюють в обмеженому просторі камери первинного горіння у колосниковій корзині, змінюючи його просторове положення і регламентуючи первинний потік повітря до нього, при цьому при спалюванні палива утворюють палаючі піролізні гази, які обмежують горизонтальним або слабопохилим потоком, який перетворюють у вертикальний потік, якому з нижньої точки формування надають дифузорну форму і забезпечують кругове вихрове обертання за рахунок тангенціальних струменів підігрітого вторинного повітря, при цьому потоку палаючих піролізних газів надають конфузорну форму, нагріваючи за рахунок теплообміну вторинний потік повітря, що забезпечує кругове вихрове обертання дифузорного потоку піролізних газів, причому вторинний регульований потік повітря перед змішуванням з піролізними газами в дифузорному просторі насичують водою у вигляді пари або аерозолі, а конфузорний потік газоподібних продуктів горіння піролізних газів після теплообміну із вторинним потоком повітря направляють за допомогою патрубків на використання в теплообмінниках і/або безпосередньо в технологічних процесах. 2. Спосіб спалювання твердого палива за п. 1, який відрізняється тим, що на високотемпературне повітря, насичене високотемпературною водяною парою, при формуванні тангенціальних струменів, впливають постійним електричним полем високої напруги. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4