Способ двухстадийного сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой
METHOD FOR TWO-STAGE COMBUSTION OF COAL-WATER FUEL WITH CERAMIC FLAME STABILIZER AND ILLUMINATION

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технике генерирования тепловой энергии на принципе пламенного окисления жидкого топлива. Данный способ разработан специально для сжигания водоугольного топлива, для которого характерно высокая температура воспламенения.
Известен способ «Способ и устройство для сжигания водоугольного топлива» патент РФ №2415338, F23C 10/02 27.03.2011 при котором:
«Способ сжигания водоугольного топлива в кипящем слое транзитного потока инертного дисперсного материала-носителя, разделенного на зоны преимущественного протекания последовательных этапов реагирования топлива, осуществляемый при аэрационном псевдоожижении текущего состава материала слоя с организацией наложения на его транзитное перемещение в генерализованном горизонтальном направлении циркуляционного движения, обусловливающего девиационное изменение направления потока в последовательно расположенных зоне подготовки - вниз, зоне основного реагирования - вверх, зоне дожигания -вниз со сливом освобожденного от остатков горючего компонента горячего инертного материала слоя и последующей передачей его теплоемкостного тепла внешнему теплоносителю с направлением последнего к месту его использования в соответствии с технологической потребностью, а также с возвращением охлажденного инертного материала к началу транзитного движения смеси топлива, представляющего собой сухую порошкообразную горючую составляющую водоугольного топлива, подвергшегося термической сушке с отделением воды в виде пара, с инертным материалом, через реакционный объем. Водоугольное топливо смешивают с горячим слитым из слоя инертным материалом, подаваемым в регулируемом количестве, термически разделяют водоугольное топливо на легко сегрегируемые твердофазную и газообразную составляющие, причем сыпучую мелкодисперсную смесь инертного материала с порошкообразной горючей составляющей топлива транспортируют, а водяной пар канализуют к местам применения раздельно, чем обеспечивают в результате незатрудненного конструктивными границами высокоэффективного теплообмена полное испарение воды, а также достижение разделенными компонентами топлива технологически заданных температур»
Недостатком этого способа является необходимость большого топочного пространства для стабильного и полного горения топлива, а так же наличие котла для сжигания топлива, мощностью от 1 МВт.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению, является п «Способ двухстадийного сжигания топлива и топка для его осуществления» патент РФ №2324110, F23C 10/02 10.05.2008 при котором: «Способ двухстадийного сжигания топлива осуществляется в первой стадии путем газификации и частичного сжигания его в кипящем слое с циркуляционно связанными вертикально ориентированными нисходящей зоной газификации топлива и восходящей зоной частичного окисления топлива и его коксового остатка при экологически обусловленной низкой температуре горения с последующим и во второй стадии дожиганием продуктов газификации и несгоревшего топлива в факельном высокотемпературном процессе в камерной топке, включающий в себя процесс регенерации тепла, выделившегося в первой стадии сжигания дополнительно к энергозатратам, необходимым для поддержания изотермичности протекающих в слое процессов, в количестве, необходимом для нагрева воздуха, используемого для обеспечения горения и дожигания топлива в обеих стадиях реагирования, и передаваемого воздуху охлаждаемым материалом слоя, выведенным за пределы зоны реагирования. В псевдоожиженном слое организуют, в дополнение к циркуляционным, нисходящую транзитную зону дожигания потоком флюидизирующего воздуха регулируемой температуры горючих компонентов из сливаемого, в количестве и при температуре на выходе из зоны, достаточных для обеспечения нагрева реакционного воздуха теплом регенерации, инертного компонента материала слоя, причем начало зоны дожигания размещают у верхнего уровня псевдоожиженного слоя в непосредственном контакте с верхним, выходным концом восходящей зоны окисления, выносящей на поверхность слоя материал с предельно низким для любого режима реагирования содержанием горючих веществ, часть которых при этом выносится из слоя через его поверхность в объем камерной топки продуктами реагирования и непрореагировавшим воздухом зоны окисления и также не достигает зоны дожигания. Регенерацию тепла производят путем высокоэффективного контактного теплообмена между практически не содержащим горючих компонентов дисперсным минеральным компонентом материала слоя и воздухом, нагреваемым перед его использованием в процессах сжигания горючих веществ. Вне зоны горения технологическую транспортировку горячего, практически не содержащего горючих компонентов дисперсного минерального компонента материала слоя, осуществляют с использованием любых, в том числе аэрогравитационных и пневматических, транспортных систем. Изобретение позволяет осуществить наиболее экономически и экологически рациональную организацию стадийного сжигания органического топлива».
Недостатком этого способа является необходимость большого топочного пространства для стабильного и полного горения топлива, а так же наличие котла для сжигания топлива, мощностью от 1 МВт.
Еще одним недостатком данного способа - неполное сгорание топлива и большое количество шлама, так как в данном методе горение происходит при низких температурах 600-900 градусов Цельсия, что не позволяет полностью сжечь водоугольные смеси.
Задачей заявляемого изобретения является получить стабильное горение трудновозгораемого топлива, а именно водоугольного топлива (ВУТ) или его модификаций в малом объеме топочного пространства, для возможности применения способа в бытовых целях. Известно, что для качественного сжигания, водоугольное топливо должно пройти несколько фаз: испарение воды, горение легких фракций, горение тяжелых угольных фракция с размерами частиц 50-250 мкм. Для стабильного и полного сгорания топлива данная задача решается путем увеличения времени нахождения частиц топлива в зоне горения или повышением температуры в зоне горения.
Поставленная задача решается тем, что в способе двухстадийного сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой, согласно изобретению процесс горения протекает в двух вертикально расположенных, отделенных друг от друга горизонтально установленной керамической решеткой, камерах, в каждую, одновременно подается топливо и воздух, топливно-воздушная смесь воспламеняется от электрического высокотемпературного элемента, в процессе горения происходит перераспределение фракций топлива, более легкие фракции горят в верхней камере, более тяжелые под действием сил гравитации попадают в нижнюю камеру, где горят при более высокой температуре, керамические сотовые решетки отделяют верхнюю камеру горения от нижней и нижнюю камеру горения от поддона для шлама и выполняют функцию стабилизатора горения, в нижней камере горения создается более высокая температура за счет дополнительного нагрева электрическим нагревательным элементом, этот же элемент выполняет функцию розжига топлива в момент пуска.
Отличительным признаком изобретения является наличие керамических сотовых решеток для стабилизации горения и наличие высокотемпературного электрического нагревательного элемента, для создания в нижней камере горения более высокой температуры для дожига крупных твердых частиц топлива и выполняющим функцию запального устройства.
На чертеже (фиг. 1) представлен общий вид для осуществления способа двухстадийного сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой.
Устройство содержит: 1 - огнеупорный корпус, 2 - верхняя низкотемпературная камера сгорания для топлива, 3 - нижняя высокотемпературная камера сгорания для топлива, 4а,4б-керамические сотовые решетки для разделения камер и стабилизации процесса горения, 5-высокотемпературный электрический нагревательный элемент, 6 - форсунка подачи топлива и воздуха для горения, 7 - поддон для удаления золы и шлама.
Способ осуществляется следующим образом:
Топливо через форсунки низкого давления (6) подается в верхнюю (2) и нижнюю (3) камеру горения устройства. В верхней низкотемпературной камере (2) происходит основой процесс горения легких фракций топлива при температуре 1100-1300 градусов Цельсия, но так как объем топки небольшой, примерно 25-30% топлива, в основном твердые угольные частицы размером 50-250 мкм., через сотовую керамическую решетку (4а) с верхней камеры горения (2) попадают в нижнюю высокотемпературную камеру (3), где дожигаются за счет большей температуры. Большая температура в нижней камере достигается за счет подсветки камеры (3) электрическим дисилицит-молибденовым или другим атмосферным высокотемпературным нагревателем с температурой нагрева 1500-1800 Градусов Цельсия (5). Электрический нагреватель (5) выполняет функции «подсветки» и «запального устройства». Большая температура позволяет вступить в реакцию горения все размеры частиц топлива. Сотовые керамические решетки (4а,4б) стабилизируют процесса горения и разделяют зоны (2) и (3). В процессе начала работы, керамические решетки (4а,4б) и корпус (1) аккумулируют тепловую энергию, и если в процессе подачи топлива произойдет срыв пламени, то за счет накопленной тепловой энергии, устройство продолжит работу. Остатки несгоревшего топлива и шлам через керамическую решетку (46) осаждаются на поддоне (7).
Использование заявляемого изобретения позволяет производить стабильное сжигание водоугольного топлива в малых топочных пространствах, это в свою очередь позволит использовать дешевое водоугольное топливо для обогрева небольших помещений (до 1000 кв.м), и при этом при таком способе сжигания топлива происходит минимальный выброс вредных веществ в атмосферу. Данный способ подходит для сжигания любых других видов жидких топлив, может быть использован для отопления жилых домов и помещений, в промышленности, сельском хозяйстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте и других областях для автономного водяного отопления и воздушного обогрева, а также горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, зданий и сооружений: гаражей, теплиц, хранилищ, ферм, дачных домиков и т.д.