Спосіб спалювання полідисперсного матеріала

Спосіб спалювання полідисперсного матеріале, шляхом подачі матеріале, який містить великі фракції, в факел пальника, до спалювання його на похилій колосниковій рештці у поевдозрідженому шарі і виведення шлаку в зоні нижньої ділянки згаданої похилої решітки, який відрізняється тим, що в факел пальника додатково подають матеріал під кутом 15-45" до осі факела, а в зону виведення шлаку додатково подають газоповлгряну суміш. Винахід відноситься до галузі енергетики і може бути використаним для спалювання попідисперсних матеріалів, таких як подрібнене вугілля, колчедан, сірка у різних паливно-спапювальних пристроях в теплоенергетиці, хімічної та металургійної промисловості. Відомий спосіб спалювання полідисперсного матеріалу, який містить подачу подрібнюваного матеріалу в факел пальника, спалювання полідисперсного матеріалу в камері згоряння- І доспалговання його на похилій колосниковій решітці у псевдозрідженому шарі (див. пат. ГДР № 234476, М.кл. F23C 9/00, 1986). При використанні згаданого способу має місце механічне недоспалювання палива, що значно знижує повноту і інтенсивність спалювання полідисперсного матеріалу і в свою чергу призводить до низької економічності способу в цілому. Пояснюється це слідуючим. Подача подріб'нюваного матеріалу здійснюється безпосередньо через пальник в факел, а це у свою чергу приводить до того, що дрібні частинки, розміру в декілька міліметрів, які знаходяться в подрібненому матеріалі, І рухаються в гідродинамічній тіні великих частинок матеріалу, не встигають спалюватися і виносяться потоком, внаслідок чого, спостерігається значний винос пильних фракцій матеріалу в процесі спалювання у топці. Найбільш близьким способом того ж призначення до запропонованого рішення по суттєвості ознак і, який прийнятий за прототип, є спосіб спалювання попідисперсного матеріалу, який містить великі фракції, шляхом подачі матеріалу в факел пальника, доспалювання його на похилій колосниковій решітці у псевдозрідженому шарі та виведення шлаку з зони нижньої ділянки згаданої похилої решітки, причому перед подачею полідисперсного матєрілу в факеп пальника, його розподіляють на дрібнозернисту І крупнозернисту фракції за допомогою механічної класифікації на решітці, яка установлена над факелом (див. пат. ГДР № 257108. М.кл. F23C 11/02, 1986). Описаний спосіб також не має достатньої повноти спалювання полідисперснсго матеріалу. Пояснюється це тим, що час прооюваиня великих частинок паливз обмежений місцем розташування класифікаційної решітки відносно ядра факела пальника і колосникової решітки камери доспалювання, тому великі частинки палива із кінця класифікаційної решітки не контактують з ядром факела і таким чином, не спалюючись потрапляють на нижню частину колосникової решітки камери доспалювання, не приймаючи участі у самому процесі. Окрім того, вторинне повітря, яке відходить із факела згоряння, проходячи крізь отвір класифікаційної решітки, підхоплює з її поверхні дрібні частинки гталкаа і виносить їх газовим потоком. Таким чином, ці частинки палива також не приймають участі у процесі спалювання, що збільшує механічне недоспалювання палива і значно знижує повноту і інтенсивність спалювання полідисперсного матеріалу, негативно відбивається на економічності способу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу спалювання полідисперсного матеріалу за рахунок виключення механічного недоспалювання палива, а саме його дрібнозернистої і крупнозернисто!" фракцій, що дозволить підвищити повноту згоряння цих фракцій, інтенсифі 39482 куючи таким чином, процес спалювання полідисперсних матеріалів. При цьому значно підвищується і економічність реалізації способу. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі спалювання полідмсперсного матеріалу, який містить великі фракції, шляхом подачі матеріалу а факел пальника, доспапювання його на похилій колосниковій решітці у псевдозарядженому шарі І виведення шлаку із зони нижньої ділянки згаданої похилої' решітки, згідно з винаходом, в факел пальника додатково подають матеріал під кутом 15-45° до осі факела, а в зону виведення шлаку додатково подають газоповітряну суміш Використання запропонованого способу у сукупності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, дозволяє за рахунок подачі додаткового матеріалу в фахел пальника під кутом 15-45" до осі факела реалізувати в зоні факела ефект сепарації частинок по розмірам шляхом оптимального співвідношення прискорювальних сил (сили інерци і гравітації) подаваємих крізь дозатор частинок матеріалу і аеродинамічних сил впливу газового потоку. При цьому, частинки попідисперсного матеріалу розподіляються в зоні факела по розмірам: великі в області ядра факела, де сила аеродинамічного впливу газового потоку значна більш дрібні - по осі факела, вздовж якої показана сила зменшує свій вплив. Це дозволяє здійснити інтенсивне спалювання частинок неоднакового розміру: більш великі спалюються в найбільш горячій зоні факела, дрібні - у міру того, як вони рухаються, по осі фагепа. При цьому переборюється ефект скрутного гідродинамічного впливу частинок одна на одну при їх русі в зоні факела, шо зменшує механічне недоспалювання і підвищує повноту спалювання полідисперсного матеріалу. Окрім того, додаткова подача матеріалу з факел пальника під кутом 15-45° до осі факела дозооляє також поліпшити переміщування і спалювання дрібної фракції палива внаслідок різниці у швидкостях пересування великих частинок палива І пилеповііряно'і суміші у факелі Великі частинки рухаються більш повільно, що дозволяє пилеповітряній суміші створювати із необдуваємого боку великої частинки численні мікрохвилі, в котрих інтенсивність і повнота згоряння дрібної фракції полідисперсного матеріалу різко підвищується Ця обставина приводить також до різкого скорочення доспалювання і виносу дрібної Фракції' вугільного пилу із камери згоряння, внаслідок ft повного і інтенсивного згоряння в факелі. При цьому довжина пальника зменшується І великі частинки матеріалу падають на верх похилої колосникової решітки, де час перебування їх на решітці є максимальним, що також підвищує повноту згоряння великих частинок по/іідисперсного матеріалу У свою чергу великі частинки матеріалу попадають на верх похилої колосникової решітки, не вдаряючись о стіни камери згоряння, що запобігає абразивному зносу поверхні нагрівання, збільшує при цьому термін їх служби і надійність роботи камзри згоряння. При подачі матеріалу в факел пальника під кутом, який більше 45° до осі факела, прискорювальні сили частинок перевищують сили аеродинамічного діяння газового потоку і частинки проскакують зону факела, практично не взаємодіючи з ним. що негативно впливає на повноту спалювання палива. При цьому, екрани камери згоряння підвладні значному абразивному зносу, що зменшує термін їх служби. При подачі матеріалу в факел пальника під кутом меншим 15° здійснюється скрутний рух чзстинок в зоні факела, тому що напрямок прискорюеальних сил частинок і сили динамічного діяння газового потоку близькі до збігу. При цьому збільшується механічне недоспалювання полідксперсного матеріалу, який випадає з факела на нижню частину колосникової решітки. Додаткова подача газоповітряної суміші (повітря І відпрацьованих паливних газів) в зону виведення шлаку дозволяє реалізувати в робочому просторі над зоною активний гідродинамічний режим зважування частинок - вихровий закручений шар. Даний fuap буде інтенсивно контактувати в верхній своїй точці з горячим ядром факела, що збільшує повноту спалювання як недогорівших частинок на колосниковій решітці, так і в факелі пальника. Окрім того, значна частина повітря, яке подають в камеру згоряння через зону виведення шлаку, і непрореагованого з паливом у вихровому закрученому шарі, підтримує горіння палива в фа' келі, сприяє збільшенню інтенсивності спалювання Таким чином, здійснення запропонованого способу дозволяє підвищити гювноту згоряння крупнозернисто'!' і дрібнозернистої фракцій полідисперсною матеріалу, що інтенсифікує процес спалювання матеріалів, роблячи його більш економічним. На фіг. 1 показано пристрій для реалізації запропонованого способу; на фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1. Пристрій містить екрановану камеру 1 згоряння, пальник 2, дозатор 3 для додаткової подачі полідисперсного матеріалу, похилу колосникову решітку 4, яка розташована з утворюванням зони 5 для виведення шлаку, патрубок 6 - для подачі газоповітряної суміші в зону 5, патрубок 7 - для подачі повітря під колосникову решітку 4, зони 8, 9 і стоку 10 - відповідно для виводу із камері 1 згоряння опалювальних газів і шлаку Екранована камера 1 згоряння характеризується лінійними розмірами: шириною "а", глибиною "в" і висотою "п", розрахунок яких визначається кількістю палива, котре спалюють, його тепловими і фізико-хімічкими характеристиками. Добуток "а х в" (м2) це переріз камери 1 згоряння, крізь який із швидкістю 7 + 12 м/с проходять розпечені опалювальні гази. Ширина камери 1 згоряння "а" дорівнює 5 + 20 м, величина якої залежить від вида палива, яке спалюють, теплової потужності. Глибина камеои 1 згоряння "з" дорівнює 2 + 10 м і залежить від розташування пальників 2 на стінах камери 1 згоряння, для забезпечення вільного розвитку факела "С" в перерізі топки, таким 39482 чином щоб високотемпературні язики факела "С" не торкались охолоджених настінних екранів Висота камери 1 згоряння "п" дорівнює 10 + 20 м і забезпечує практично повне згоряння палива по довжині факела " С у межах камери 1 згоряння і розташування на її стінах необхідної поверхні екранів для охолодження продуктів згоряння до заданої температури. Кількість пальників 2, площа колосникової решітки 4 - все це залежить від конструкції" і теплопродуктивності котла. Пальник 2 - вихровий, пиловидний. Спосіб здійснюють таким чином В екрановану камеру 1 згоряння із фронтально розташованого пальника 2 (наприклад, типа ТКЗ) подають від бункера пилу (на схемі не показано) системи приготування, наприклад, з замкнутою схемою сушки палива і проміжним бункером пилу (див. М.Н. Резникова и др. Котельный установки электростанций. - М. - 1987. - С. 56-59. рис. З ЗО) на запальний пристрій (на схемі не показаний) пилоповітряну суміш. Закручені потоки аеросуміші і вторинного повітря пальника 2 утворюють факел "С". По осі у центрі факела °С" утворюється розрідження, куди спрямовуються розпечені опалювальні гази, які сприяють якісному прогріву кореня факела " С . Розгортання факела "С", тобто його розширення регулюється співвідношенням аеросуміші І вторинного повітря пальника 2. Після того, як факел " С прогрівається в камеру 1 згоряння від сепаратора пилу (на схемі не показаний) подають додатково великі частинки вугільного пилу розміром в декілька міліметрів (до 13 мм) крізь дозатор 3 під кутом 15-45° до осі факела "С" із швидкістю 5 + 10 м/с. Кількість руху мае, наприклад, такі розміри- висота камери 1 згоряння "h" = 10 м. ширина камери 1 згоряння "а" = 15 м, глибина камери 1 згоряння "в" = 3 м , відстань від нижнього зрізу колосникової решітки 4 дозатора 3 "hg" = 6 м , середня швидкість аєропилу в фа4 кел! "С" пальника 2 "Wr - 20 м/с, початкова швиді кість вильоту частинки із дозатора 3 ' v 0" = 5 *• 10 м/с, кут похилу поміж векторами початкової швиди кості v о" І вертикаллю "а" = 10, ЗО, 60°. Вектор початкової швидкості" v o " розкладаємо на горизонтальну складову v o sina і вертикальну складову v ocosa. ВІДПОВІДНО за час І великі частички (без обліку зносу в факелі "С") опиняються у координатах Mt (v о t sina, v о t cosa + gt' Складаємо систему рівняння і розв'язуємо ЇЇ 1 > у = v o t c o s a + — gt х =votsina 1/2gt * v u t c o s a - 6 = 0 2f де I - v oCosa f = Vc g f k = -6 Результати розв'язування системи рівняння надані в таблицях №№ 1, 2. (імпульс) частинки масою m І швидкістю v дорівнює m v . Враховуємо, що m = const для великих частинок. Далі оперуємо із швидкістю v . Камера 1 згоряння Таблиця 1 v 0 = 5 м/с Vo cosa(Vo cos a]t a cosa sin a 1 f3 l*-4ik •dfk t, с X,M 10 0,9848 0,1736 4,924 24,25 141,84 11 ,90 0,71 0,6 ЗО 0,8660 0,5 4,33 18,75 136,35 11 ,68 0,75 60 0,5 0,8660 2.5 І 6,25 123,85 ,13 0,69 1.9 3,0 Таблиця 2 Vo = 10 М/С vo cos a ( v o cos a) 2 a cosa sin a 1 Iі (Mfk 10 0,9848 0,1736 9,848 96,98 214,58 30 0,8660 0,5 8,66 75,00 192,6 6Q 0,5 0,8660 5,0 25,0 142,6 t, с X,M 14,65 0,49 0,9 13,88 0,53 2,7 11,94 0,7 6,1 VI2 ~4fk 39482 Внаслідок обмеженості часу перебування великих частинок вугілля в факелі "С" рахуємо, що частинки в момент виходу з дозатора 3 набирають швидкість, яка дорівнює Уг Wr Вплив гравітації за частку секунди незначний Знос частинок в потоці зменшує швидкість частинок до значення, яке дорівнює Ул Wr, тому що на початку зносу горизонтальна складова швидкості часгинок від швидкості потоку Wr дорівнює 0, наприкінці дорівнює Уг Wr Отже швидкість частинок за рахунок зносу частинок в факелі "С в середньому скпадає Ч. Wr - !4 х 20 = 5 м/с Аналіз результатів наведених в таблицях 1, 2 \ середньої величини швидкості частинок за рахунок зносу частинок в факелі "С, яка дорівнює 5 м/с, свідчить, що при подачі вугілля із дозатора З під кутом 16-45° до осі факела "С велика фракція пройде факел "С" в зоні з високою температурою згоряння і попаде на верх похилої колосникової решітки 4 (наприклад, на відстані від дозатора З до верха колосникової решітки 4, яке дорівнює 'Д Wr х t = {Ул х 2Q) х 0,53 = 2.65 м), при цьому вона не випаде з її поверхні. Окрім того, велика фракція не контактує зі стінами камери 1 згоряння, що запобігає абразивному зносу поверхні нагрівання і збільшує час перебування великих частинок на похилій колосниковій решітці 4. У випадку коли а = 10°, тобто менш 15°, великі частинки палива падають ближче до середини і нижнього краю колосникової решітки 4, наприклад, {1