ПЛАЗМЕННО-ЦИКЛОННЫЕ КАМЕРЫ (ВАРИАНТЫ)
PLASMA-CYCLONE CHAMBERS (VERSIONS)

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, а именно к установкам сжигания угля, и может быть применена для эффективного производства тепловой энергии, используемой в технологических и теплофикационных целях. В частности, плазменно-циклонная камера для сжигания угля может быть использована в качестве предтопков твердотопливных и газомазутных котлов, при переводе последних на сжигание угольного топлива, в качестве высокотемпературной камеры для плавления и термической обработки материалов.
Известны плазменно-циклонные камеры, содержащие тангенциальные каналы для ввода угольной аэросмеси и тангенциальные и/или аксиальные каналы для ввода вторичного воздуха, периферийные каналы для выхода газов и для выхода жидкого шлака (см. Резняков А.Б., Устименко Б.П., Вышенский В.В., Курмангалиев М.Р. Теплотехнические основы циклонных топочных и технологических процессов. Алма-Ата: Наука. 1974, с.10-13).
Недостатками известных циклонных камер являются необходимость использования высококачественного угля и дополнительного высокореакционного топлива для обеспечения надежного воспламенения и устойчивого горения, а также повышенное образование оксидов азота.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сжигания угля за счет повышения полноты выгорания топлива, снижение вредных выбросов оксидов азота, возможность использования угля любого качества.
Указанный технический результат достигается тем, что плазменно-циклонная камера, содержащая тангенциальные каналы для ввода угольной аэросмеси и тангенциальные и/или аксиальные каналы для ввода вторичного воздуха, периферийный канал для выхода газов, расположенный на боковой поверхности камеры у днища, и периферийный канал для выхода жидкого шлака, расположенный в днище камеры, отличается тем, что камера выполнена вертикальной и снабжена устройством для электротермохимической подготовки топлива, расположенным в тангенциальном канале для подачи пылеугольной аэросмеси.
Результат достигается также тем, что плазменно-циклонная камера, содержащая тангенциальные каналы для ввода угольной аэросмеси и тангенциальные и/или аксиальные каналы для ввода вторичного воздуха, центральный канал для выхода газов и периферийный канал для выхода жидкого шлака, расположенные в днище камеры, отличается тем, что камера выполнена горизонтальной и снабжена устройством для электротермохимической подготовки топлива, расположенным в тангенциальном канале для подачи пылеугольной аэросмеси.
В способе сжигания угля в вертикальной или горизонтальной циклонной камере, включающей тангенциальный ввод угольной (в молотом или дробленом виде) аэросмеси и тангенциальный и/или аксиальный ввод вторичного воздуха, центральный (горизонтальная камера) отвод через днище или периферийный (вертикальная камера) отвод у днища газов и периферийный отвод жидкого шлака через днище, отличается тем, что производят предварительную электротермохимическую подготовку пылеугольной аэросмеси в тангенциальном входном канале устройством для электротермохимической подготовки топлива (ЭТХПТ), содержащим плазмотрон для генерации низкотемпературной плазмы (Карпенко Е.И., Мессерле В.Е. Плазменно-энергетические технологии топливоиспользования. T.1. Концепция и расчетно-теоретические исследования плазменно-энергетических технологий. Новосибирск: Наука, 1998. 385 с. 127), с последующим её смешением с угольной аэросмесью и вторичным воздухом, подаваемым по остальным каналам в циклонной камере.
В известных плазменно-циклонных камерах для обеспечения надежного воспламенения и устойчивого горения необходимо использовать высококачественный уголь и дополнительное высокореакционное топливо, а также при горении происходит повышенное образование оксидов азота.
В отличие от известных, в предлагаемых камерах использование угля любого качества и снижение выбросов оксидов азота обеспечивается за счет предварительной электротермохимической подготовки пылеугольной аэросмеси в тангенциальном канале, что позволяет производить надежное воспламенение и интенсифицировать горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру. Использование в качестве вторичного воздуха газообразных продуктов сгорания, отбираемых на выходе из плазменно-циклонной камеры, позволяет производить надежное воспламенение и горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру.
На фиг.1-2 изображены горизонтальные и вертикальные плазменно-циклонные камеры.
Плазменно-циклонные камеры содержат циклонную камеру 1; канал для тангенциальной подачи пылевоздушной смеси 2, оснащенный камерой ЭТХПТ; канал (каналы) для подачи угольной (в молотом или дробленом виде) аэросмеси 3; каналы для подачи вторичного воздуха 4; канал для выхода газов 5; канал для выхода жидкого шлака 6.
В тангенциальном канале циклонной камеры осуществляется предварительная электротермохимическая подготовка пылеугольной аэросмеси, заключающаяся в воспламенении части аэросмеси низкотемпературной плазмой, нагреве остальной аэросмеси до выхода летучих компонентов, частичной газификации коксового остатка и подачу полученной топливной смеси в циклонную камеру, где в процессе смешения с угольной аэросмесью и вторичным воздухом, поступающим через другие каналы, происходит надежное воспламенение и горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру.
Сжигание угля в плазменно-циклонной камере осуществляется следующим образом.
Пылеугольная аэросмесь поступает в канал 2, где, проходя через камеру ЭТХПТ, взаимодействует с низкотемпературной плазмой, в результате чего происходит ее воспламенение, выход летучих компонентов и частичная газификация коксового остатка. Полученная топливная смесь тангенциально подается в циклонную камеру 1, где смешивается с угольной аэросмесью, поступающей через каналы 3, и вторичным воздухом, поступающим через каналы 4, тем самым обеспечивая надежное воспламенение и горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру. В циклонной камере часть топлива выгорает в объеме, а часть, под воздействием центробежных сил, попадает на стенку, где сгорает в пленке жидкого шлака. Газообразные продукты сгорания отводятся через центральный (горизонтальная камера), расположенный в днище, или периферийный (вертикальная камера), расположенный у днища, канал 5, жидкий шлак, стекая по стенке циклона, отводится через канал 6.
Примеры
3
3
3
Пример 1. В вертикальную плазменно-циклонную камеру диаметром 0,768 м, длиной 1,13 м, тангенциально подавались 500 кг/ч угольной пыли и 4075 кг/ч воздуха. При этом часть пылеугольной аэросмеси подавалась через канал, оснащенный камерой электротермохимической подготовки топлива (ЭТХПТ), имеющей в наличии плазмотрон мощностью 100 кВт. В результате процесса ЭТХПТ, в одном из входных каналов происходило воспламенение части аэросмеси, нагрев остальной аэросмеси до выхода летучих компонентов. Подготовленная таким образом топливная смесь подавалась в циклонную камеру, где, в процессе смешения с угольной аэросмесью и вторичным воздухом, поступающими через другие каналы, происходило надежное воспламенение и горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру. В циклонной камере часть топлива выгорала в объеме, а часть, под воздействием центробежных сил, попадала на стенку, где сгорала в пленке жидкого шлака. При этом на стенках циклонной камеры образовалась гарнисажная пленка толщиной до 1,5 см. Газообразные продукты сгорания отводились через периферийный канал вблизи с днищем, жидкий шлак, стекая по стенке циклона, отводился через периферийный канал в днище. В результате измерения состава газообразных продуктов сгорания установлено следующее: содержание оксидов серы находилось на уровне 100 мг/м; содержание оксидов углерода не превышало 2,5 мг/м; содержание оксидов азота находилось на уровне 450 мг/м.
3
3
3
Пример 2. В горизонтальную плазменно-циклонную камеру диаметром 0,768 м, длиной 1,13 м тангенциально подавались 500 кг/ч угольной пыли и 4075 кг/ч воздуха. При этом часть пылеугольной аэросмееи подавалась через канал, оснащенный камерой электротермохимической подготовки топлива (ЭТХПТ), имеющей в наличии плазмотрон мощностью 100 кВт. В результате процесса ЭТХПТ, в одном из входных каналов происходило воспламенение части аэросмеси, нагрев остальной аэросмеси до выхода летучих компонентов. Подготовленная таким образом топливная смесь подавалась в циклонную камеру, где, в процессе смешения с угольной аэросмесью и вторичным воздухом, поступающими через другие каналы, происходило надежное воспламенение и горение всего топлива, подаваемого в циклонную камеру. В циклонной камере часть топлива выгорала в объеме, а часть, под воздействием центробежных сил, попадала на стенку, где сгорала в пленке жидкого шлака. При этом на стенках циклонной камеры образовалась гарнисажная пленка толщиной до 1,5 см. Газообразные продукты сгорания отводились через центральный канал в днище, жидкий шлак, стекая по стенке циклона, отводился через периферийный канал в днище. В результате измерения состава газообразных продуктов сгорания установлено следующее: содержание оксидов серы находилось на уровне 108 мг/м; содержание оксидов углерода не превышало 5 мг/м; содержание оксидов азота находилось на уровне 464-487 мг/м.
Таким образом, применение предлагаемых плазменно-циклонных камер позволяет производить надежное воспламенение и сжигание угля при обеспечении экологической безопасности.