СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ В ТОПОЧНЫХ УСТАНОВКАХ С КОЛОСНИКОВОЙ РЕШЕТКОЙ
METHOD OF COMBUSTION PROCESS IN FURNACE PLANTS WITH GRATE

Изобретение касается способа проведения процесса сжигания в топочных установках с колосниковой решеткой, при котором количество газа для первичного сжигания пропускают через топливо в зону первичного горения, в нижней колосниковой зоне откачивают часть потока отходящего газа и снова добавляют его в процесс сжигания в качестве газа внутренней рециркуляции.
Кроме того, данное изобретение касается топочной установки с колосниковой решеткой, в частности, для осуществления способа такого рода, содержащей колосниковую решетку, расположенное под этой решеткой устройство для подачи первичного воздуха для сжигания через указанную колосниковую решетку, причем в топочном пространстве над колосниковой решеткой предусмотрен по меньшей мере один отсасывающий трубопровод для отходящего газа, причем сторона всасывания вентилятора соединена с отсасывающим трубопроводом, а его напорная сторона через трубопровод соединена с соплами.
Способ указанного вначале рода и топочная установка с колосниковой решеткой рассмотренного вначале рода известны из EP 1901003 A1. Там используется рециркулируемый газ, чтобы уменьшить объем потока отходящего газа и снизить выделение вредных веществ.
В основу данного изобретения положена задача дальнейшей оптимизации способа указанного вначале рода, чтобы обеспечить особенно хорошее сгорание твердого топлива и минимально возможное образование окислов азота.
Эта задача в технологическом отношении решается признаками способа согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. В конструктивном отношении эта задача решается посредством топочной установки с колосниковой решеткой, охарактеризованной признаками независимого пункта 13 формулы изобретения.
Предлагаемым изобретением способом достигается оптимальное сжигание отходящих газов при незначительном образовании окислов азота, тогда как стабильный режим работы может осуществляться при незначительных значениях коэффициента избытка воздуха примерно от λ=1,1 до λ=1,5 при минимально возможном объеме отходящего газа.
Согласно одной модификации предусматривается способ, при котором в первом канале для отходящего газа вторичный газ для сжигания не добавляется.
С точки зрения технологичности предпочтительно, если в зоне первичного горения устанавливаются условия реакции от стехиометрических до сильно недостехиометрических от λ=1 до λ=0,5, и в зоне дожигания, которая в направлении потока находится после зоны первичного горения, добавляется газ внутренней рециркуляции.
При этом стремятся к тому, чтобы после последней подачи газа внутренней рециркуляции время пребывания отходящих газов при температуре более 850°C составляло по меньшей мере 2 секунды.
Улучшение сгорания может быть достигнуто за счет того, что в направлении потока после зоны первичного горения добавляется завихряющий газ для создания турбулентности. Этим завихряющим газом предпочтительно является пар или инертный газ.
Кроме того, предлагается в направлении потока после подачи завихряющего газа добавлять газ внешней рециркуляции, который прошел через парогенератор и при необходимости через установку для очистки отходящего газа.
При этом в направлении потока перед подачей завихряющего газа добавляется газ внутренней рециркуляции.
Чтобы охладить газ внутренней рециркуляции, а также снизить содержание кислорода, предлагается к газу внутренней рециркуляции добавлять газ внешней рециркуляции, прошедший через парогенератор и при необходимости через установку для очистки отходящего газа. Это также оказывает положительное воздействие на регулирование сгорания газа.
Чтобы оказывать влияние на величину коэффициента λ избытка воздуха при первичном горении или газификации, предлагается добавлять воздух к газу внутренней рециркуляции. Тем самым можно также охлаждать газ внутренней рециркуляции.
Первичное горение может осуществляться недостехиометрически в широкой области таким образом, что значения коэффициента λ избытка воздуха могут опускаться значительно ниже 1, вплоть до λ=0,5. Вследствие этого в зоне газификации топочного пространства значения теплотворной способности синтезгаза могут измеряться до 4000 кДж/Нм3, так что имеет место процесс газификации. На практике в зоне первичного горения в направлении потока перед подводом газа внутренней рециркуляции устанавливается теплотворная способность синтезгаза более 2000 кДж/Нм3, предпочтительно более 3000 кДж/Нм3.
Особое проведение процесса предусматривает, что топливо газифицируется на газификационной решетке, в подключенной последовательно дожигательной решетке обеспечивается полное сгорание шлаков, и в дожигательной камере достигается полное сгорание газа за счет того, что там газ внутренней рециркуляции добавляется в поток отходящих газов, чтобы полностью сжечь эти газы и обеспечить значения коэффициента избытка воздуха от λ=1,1 до λ=1,5. Проведение процесса сжигания может тем самым регулироваться таким образом, что первичное преобразование топлива на решетке протекает при недостехиометрических условиях, тем самым топливо газифицируется, и сжигание имеет место только за счет повторного добавления газа внутренней рециркуляции.
Путем заданного подвода первичного воздуха и откачивания газа внутренней рециркуляции создается возможность в ходе компактного гибридного процесса газифицировать топливо на газификационной решетке, регулировать полное сгорание шлаков в подключенной последовательно дожигательной решетке и в дожигательной камере управлять полным сгоранием газа. При этом газификационная решетка и дожигательная решетка могут быть выполнены как подключенные последовательно решетки или же в виде одной решетки. Газификационная решетка и дожигательная решетка могут быть связаны с последовательно подключенными воздушными зонами на одной единственной решетке, которая при необходимости выполнена более длинной. Эти воздушные зоны могут быть выполнены в виде областей или камер. Дожигательная воздушная зона или дожигательная камера соответствует той части процесса, в которой газ внутренней рециркуляции добавляется к потоку отходящего газа, чтобы полностью сжечь эти газы и достичь значений коэффициента избытка воздуха от λ=1,1 до λ=1,5.
Для осуществления предлагаемого изобретением способа сопла в направлении потока в качестве первых газоподающих сопел расположены после колосниковой решетки.
Предпочтительно газовые каналы и система сопел выполнены таким образом, что время пребывания отходящих газов при температуре свыше 850°C после последней подачи газа внутренней рециркуляции составляет по меньшей мере 2 секунды.
Кроме того, предлагается между колосниковой решеткой и указанными соплами установить завихряющие сопла с присоединительным патрубком для инертного газа или пара.
Между колосниковой решеткой и указанными соплами могут быть помещены сопла для отходящих газов из внешней системы циркуляции отходящих газов.
Дополнительные возможности регулирования открываются в том случае, если отсасывающий трубопровод имеет доступ к подмешиванию окружающего воздуха.
Один конструктивно простой вариант выполнения предусматривает, что газификационная решетка и дожигательная решетка представляют собой подключенные одна за другой воздушные зоны на одной единственной колосниковой решетке.
Ниже данное изобретение описывается более подробно с привлечением прилагаемых чертежей. На чертежах показано следующее:
Фиг.1 схематичное изображение топочной установки в продольном разрезе,
Фиг.2 схема прохождения воздуха согласно уровню техники (EP 1901003 A1),
Фиг.3 схема прохождения воздуха согласно изобретению, без вторичного воздуха,
Фиг.4 схема прохождения воздуха по Фиг.3 с дополнительными соплами для подачи пара или инертного газа,
Фиг.5 схема прохождения воздуха по Фиг.4 с дополнительной подачей внешнего отходящего газа,
Фиг.6 схема прохождения воздуха с дополнительной подачей газа внутренней рециркуляции ниже места подачи пара через сопло,
Фиг.7 блок-схема способа проведения процесса сжигания с внутренней системой рециркуляции газа как газовой смеси из газов внутренней и внешней систем рециркуляции,
Фиг.8 блок-схема проведения процесса по Фиг.7 с подмешиванием окружающего воздуха к газу внутренней системы рециркуляции,
Фиг.9 примеры значений коэффициента избытка воздуха в различных зонах установки, представленной схематично,
Фиг.10 блок-схема процесса газификация и дожигания,
Фиг.11 блок-схема газификации и сжигания твердого вещества и дожигания отходящих газов,
Фиг.12 блок-схема протекания способа с внутренней рециркуляцией, газификацией, сжиганием и дожиганием, и
Фиг.13 топочная установка с подачей воздуха для сгорания по Фиг.6 в продольном разрезе.
Показанная на Фиг.1 топочная установка содержит загрузочный бункер 1 с примыкающим загрузочным желобом 2 для загрузки горючего материала на дозировочный стол 3, на котором установлены с возможностью возвратно-поступательного движения загрузочные поршни 4, чтобы подавать поступающий из загрузочного желоба 2 горючий материал на топочную колосниковую решетку 5, на которой происходит сжигание горючего материала, причем несущественно, идет ли при этом речь о наклонной или горизонтальной колосниковой решетке, т.е. принцип действия роли не играет.
Под колосниковой решеткой 5 расположено обозначенное в целом позицией 6 устройство для подачи первичного воздуха для сжигания, которое может содержать несколько камер 7-11, в которые посредством вентилятора 12 по линии 13 подводится первичный воздух для сжигания. За счет системы камер 7-11 колосниковая решетка делится на несколько зон первичного воздуха, так что подача первичного воздуха для сжигания может устанавливаться на этой колосниковой решетке различной в соответствии с потребностью.
Над колосниковой решеткой 5 находится топочное пространство 14, которое в передней части переходит в канал 15 для отходящего газа, к которому подключаются не показанные агрегаты, как например, нагревательный котел и установка для очистки отходящего газа.
В задней зоне казанное топочное пространство 14 ограничено крышкой 16, задней стенкой 17 и боковой стенкой 18. Газификация обозначенного позицией 19 горючего материала происходит на передней части колосниковой решетки 5, над которой находится канал 15 для отходящего газа. В этой зоне через указанные камеры 7, 8 и 9 подводится большая часть первичного воздуха для сжигания.
На задней части топочной колосниковой решетки 5 находится только сгорающий практически полностью горючий материал, т.е. шлак, и в этой зоне первичный воздух для сжигания подводится через камеры 10 и 11 по существу только для охлаждения и для полного сгорания этого шлака.
Сгоревшие части горючего материала падают при этом в шлаковыводное устройство 20 в конце топочной колосниковой решетки 5. В нижней зоне канала 15 для отходящего газа предусмотрены сопла 21 и 22, которые газ внутренней рециркуляции из задней зоны топочного пространства 14 подают в поднимающийся отходящий газ, чтобы вызвать перемешивание потока отходящего газа и дожигание содержащихся в отходящем газе горючих компонентов.
Кроме того, в задней части топочного пространства, ограниченном крышкой 16, задней стенкой 17 и боковыми стенками 18, отсасывается отходящий газ, обозначаемый как газ внутренней рециркуляции. В представленном примере осуществления предусмотрено отсасывающее отверстие 23 в задней стенке 17. Это отсасывающее отверстие 23 связано с всасывающей стороной вентилятора 25, так что отходящий газ может откачиваться. С напорной стороной этого вентилятора соединена линия 26, подающая указанный откачанный объем отходящего газа к соплам 27 в верхней зоне канала 15 для отходящего газа, в зону 28 дожигания. Часть рециркулируемого газа оттуда направляется к соплам 21 и 22.
В зоне 28 дожигания или над ней для повышения турбулентности и перемешивания потока отходящего газа канал 15 для отходящего газа значительно сужается, причем сопла 27 находятся в этой суженной зоне. Однако, могут быть предусмотрены также встроенные приспособления или элементы 29, создающие препятствия газовому потоку и тем самым вызывающие турбулентность.
В канале 15 для отходящего газа в одной или нескольких плоскостях предусмотрены сопла 30 и 31 для подвода в отходящий газ пара и/или инертного газа в одной или нескольких плоскостях. Над ними предусмотрены сопла 32 и 33 для подвода отходящего газа внешней рециркуляции в отходящий газ в одной или нескольких плоскостях канала 15 для отходящего газа. Этот отходящий газ внешней рециркуляции, уже прошедший через парогенератор и при необходимости через установку для очистки отходящего газа (не показаны), может наряду с соплами 32 и 33 подводиться также в линии 34 к отходящему газу внутренней рециркуляции, предпочтительно перед вентилятором 25. Кроме того, в газ внутренней рециркуляции по линии 35 может подаваться окружающий воздух.
На основе показанного на Фиг.2 известного способа подачи газа горения согласно EP 1901003 A1 на Фиг.3-8 представлены различные варианты способа, в каждом из которых первичный воздух обозначен позицией 51, газ внутренней рециркуляции обозначен позицией 52, отходящий газ - позицией 53, вторичный воздух - позицией 54, пар или инертный газ - 55, внешний отходящий газ - 56, и окружающий воздух обозначен позицией 57.
На Фиг.3 показано, что можно полностью отказаться от представленного на Фиг.2 вторичного воздуха. На Фиг.4 под газом 52 рециркуляции подается пар или инертный газ 55. На Фиг.5 показана внешняя циркуляция 56 отходящего газа, и на Фиг.6 показана дополнительная подача газа 52 внутренней рециркуляции ниже подачи через сопло пара 55. При схеме по Фиг.7 в качестве газа 52 внутренней рециркуляции в отходящий газ подается газовая смесь из газа 52 внутренней рециркуляции и газа 56 внешней рециркуляции.
Подмешивание окружающего воздуха 57 к газу 52 внутренней рециркуляции показано на Фиг.8.
На Фиг.9 показано, что ниже подвода газа 52 внутренней рециркуляции в канале 60 для отходящего газа может быть предусмотрено сужение 61, в области которого может подаваться через сопло пар или инертный газ 55. При этом, например, могут быть установлены следующие значения λ: выше колосниковой решетки λ=1,15, в зоне сужения λ=0,5, выше подвода газа 52 внутренней рециркуляции λ=1,3, и в задней зоне колосниковой решетки газы откачиваются с λ=0,65, а над ней при добавлении воздуха подводятся с λ=0,15. Зона ниже подвода газа 52 внутренней рециркуляции является, таким образом, недостехиометрической и образует зону 62 газификации, тогда как лежащая над ним зона является сверхстехиометрической и служит зоной 63 дожигания.
Блок-схемы способа проведения газификации показаны на Фиг.10-12. В каждом случае отходы 70 подаются в зону 71 газификации, в которой эти отходы посредством первичного воздуха 72 при значении λ значительно ниже 1 газифицируются до шлака 73. При такой газификация получается синтезгаз 74 с теплотворной способностью до 4 MДж/м3, который после подвода газа 75 внешней рециркуляции в зоне 76 дожигания полностью сгорает с образованием отходящего газа 77 со значением λ от 1,1 до 1,5. При этом можно практически полностью отказаться от подвода воздуха 78.
Поскольку шлак 73 при газификации 71 сгорает не полностью, то для шлака подключается зона 79 горения, в которой посредством первичного воздуха 80 при значениях λ выше 1 шлак 73 сжигается до полностью сгоревшего шлака 81. В этой зоне горения образуется отходящий газ 82 со значением λ>1, который в качестве газа внутренней рециркуляции подается в зону 76 дожигания.
На Фиг.13 показана топочная установка с подачей воздуха для сгорания согласно показанной на Фиг.6 схеме. Эта топочная установка сконструирована подобно той, что показана на Фиг.1, и так же, как и показанная на Фиг.1 топочная установка, пригодна для проведения процессов, схематично представленных на Фиг.2-12. На Фиг.13 показана дополнительная подача газа 52 внутренней рециркуляции ниже лишь схематично обозначенной подачи через сопло 55 пара или инертного газа. Выше подачи через сопло 55 пара или инертного газа предусмотрена подача через сопло газа 56 внешней рециркуляции.