УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ СЖИГАНИЯ
COMBUSTION PLANT AND CONTROL METHOD OF COMBUSTION PLANT

Изобретение относится к установке для сжигания с топочной камерой, устройству возврата остатков от сжигания в топочную камеру, устройству измерения, по меньшей мере, одного параметра горения и устройству влияния на процесс сжигания. Кроме того, изобретение относится к способу регулирования установки для сжигания.
Такие установки для сжигания широко распространены и используются, прежде всего, как крупные теплотехнические установки для сжигания мусора и остаточных материалов. Для обеспечения оптимального сгорания и минимизирования возникновения вредных отходящих газов измеряются различные параметры горения, и на них оказывается воздействие. При этом важно, чтобы сжигаемые материалы, в частности мусор, сжигались, по возможности, полностью, а в газообразных продуктах сгорания содержалось небольшое количество вредных веществ.
Также известно, что не полностью сгоревшие остатки от сжигания снова возвращаются в топочную камеру на колосниковую решетку. Как раз при возврате остатков от сжигания следует обращать особенное внимание на то, чтобы при возврате параметры горения оптимально регулировались с тем, чтобы, с одной стороны, возвращаемые вещества отрицательно не влияли на сжигание, а с другой стороны -  обеспечивали по возможности хорошее сгорание сжигаемых материалов.
Задача изобретения состоит в создании такой установки для сжигания, с помощью которой обеспечивается оптимальное сгорание при минимальном выбросе вредных веществ.
Эта задача решается посредством соответствующей установки для сжигания, имеющей устройство, с помощью которого влияют на количество возвращаемых остатков от сжигания.
Такое устройство позволяет изменять количество возвращаемых остатков от сжигания с тем, чтобы за счет изменяемого количества возвращаемых остатков от сжигания влиять на процесс горения.
В то время как до настоящего времени все не полностью выгоревшие остатки от сжигания возвращались для сжигания, а подводимый воздух для сжигания и другие устройства, с помощью которых оказывается влияние на сжигание, должны были обеспечивать наиболее оптимальное сжигание, предложенная установка для сжигания позволяет целенаправленно влиять на сжигание посредством изменения количества возвращаемых остатков от сжигания.
Так, например, при слишком интенсивном горении величину пламени можно уменьшить за счет количества возвращаемых остатков сжигания. С другой стороны, уменьшая количество возвращаемых остатков сжигания, можно создать более интенсивное сжигание для лучшего выгорания.
Наиболее предпочтительный вариант выполнения установки для сжигания предусматривает, чтобы топочная камера была выполнена как топочная камера с колосниковой решеткой, в частности с колосниковой решеткой с обратным переталкиванием топлива, а остатки от сжигания подавались в начало колосниковой решетки.
Также предпочтительно с помощью устройства влиять на место возврата остатков сжигания. Так, например, можно осуществлять возврат остатков от сжигания на колосниковую решетку топки в начале, в середине или ближе к концу решетки. Кроме того, часто используются несколько рядом расположенных решеток, на которых выделяется различная мощность топки. При этом посредством устройства можно выбрать соответствующую решетку с наибольшей мощностью топки для подвода к ней возвращаемых остатков от сжигания.
Таким образом, возврат остатков от сжигания используется как дополнительное устройство для регулирования процесса сжигания.
Чтобы целенаправленно подавать определенное количество остатков от сжигания в топочную камеру, предлагается, чтобы устройство для возврата остатков от сжигания имело приводимое в действие транспортерное устройство. Таким транспортером может быть, например, червячный транспорт. Для этой цели подходит также пневматический транспортер.
Специальный вариант выполнения предусматривает, чтобы остатки от сжигания возвращались, по меньшей мере, с частью первичного воздуха или вторичного воздуха. В этом случае пневматический транспортер подводит остатки от сжигания и воздух в топочную камеру.
Наиболее предпочтительный вариант выполнения предусматривает, чтобы устройство для измерения параметров горения имело камеру. Посредством камеры можно точно фиксировать на месте, как происходит сгорание в зоне подачи и, в частности, в различных местах колосниковой решетки. Это облегчает целенаправленную подачу остатков от сжигания в нужное место и в необходимом количестве. Посредством системы обработки изображения целенаправленный возврат остатков от сжигания может происходить при этом полностью автоматизированно. В частности, автоматизация позволяет в соответствии с измеренным параметром управлять или регулировать возврат по месту подвода (месту), подводимому объемному расходу (количеству) и продолжительности времени подвода (времени).
Простой вариант выполнения предусматривает управляемый процесс возврата остатков от сжигания. Тем не менее, предпочтительно, если устройство, влияющее на возврат остатков от сжигания, имеет регулятор. Такой регулятор взаимодействует с измерительным устройством и регулировочным устройством, чтобы точно определять возвращаемое количество. При этом измерительное устройство может иметь камеру и(или) другие устройства для измерения параметров горения, в то время как, например, регулировочное устройство влияет на двигатель приводимого в действие транспортера для возврата остатков от сжигания.
Предпочтительно, если рассчитываются несколько разных параметров горения для передачи учтенного значения на регулятор. Так, например, усиленное сгорание на одном участке колосниковой решетки может приводить к повышенному возвращаемому объемному расходу, в то время как подаваемое количество может быть сокращено при повышенном показателе замера окиси углерода в газообразных продуктах сгорания, и даже начиная от определенного предельного значения возврат остатков от сжигания может быть остановлен.
Например, повышенная температура газообразных продуктов горения может ускорять работу двигателя, осуществляющего возврат остатков от сжигания, а понижение температуры газообразных продуктов сгорания может привести к уменьшению количества возвращаемых остатков от сжигания.
Если установка для сжигания имеет регулятор, предлагается, чтобы устройство для измерения параметров горения влияло на регулятор.
В то время как простая форма выполнения установки для сжигания предусматривает линейное управление или управление посредством дискового кулачка, учитывая отношение измеренного параметра горения к возвращаемому количеству, в оптимизированной установке для сжигания предусматривается пропорциональный регулятор, пропорционально-интегральный регулятор или пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.
Если небольшое количество плохо сгоревших остатков от сжигания могут возвращаться в топочную камеру, когда параметры горения не позволяют возврат, то плохо сгоревшие остатки от сжигания попадают также к остальным остаткам от сжигания. Напротив, вариант выполнения предусматривает, что в таком случае плохо сгоревшие остатки от сжигания сначала накапливаются в буферном накопителе, прежде чем они снова поступят в топочное устройство. В этом случае установка для сжигания имеет буферный накопитель для возвращаемых остатков от сжигания.
Задача изобретения решается также способом регулирования установки для сжигания, при котором остатки от сжигания возвращаются в установку для сжигания, а параметры горения измеряются, причем объемный расход возвращаемых остатков от сжигания определяется в зависимости, по меньшей мере, от одного измеренного параметра горения.
При этом предпочтительно, если объемный расход регулируется.
Особенно хорошие результаты горения можно получить, если измеряются несколько параметров горения и рассчитываются для регулирования объемного расхода. В этом случае процессор может контролировать, чтобы различные параметры горения по-разному влияли на возвращаемый объемный расход.
Простое осуществление способа предусматривает, чтобы установка для сжигания регулировалась в соответствии с теплотворной способностью горючего материала и противодействовала повышенной интенсивности горения повышенным возвращаемым объемным расходом. В частности, в мусоросжигательных установках теплотворная способность горючего материала колеблется и, исходя из этого, особенно предпочтительно, если слишком высокой интенсивности горения может быть оказано противодействие усиленным возвратом остатков от сжигания по времени или локально, в частности, по месту.
Вариант выполнения предусматривает, чтобы измерялся, по меньшей мере, один сопоставимый с выгоранием параметр и при уменьшенном выгорании увеличивается возвращаемый объемный расход. Это приводит к тому, что при особенно плохом выгорании горючего материала наибольшее количество остатков от сжигания возвращается в установку для сжигания.
Предложенный пример выполнения изобретения представлен на чертеже и далее приводится его более подробное описание.
Конструкция мусоросжигательной установки с колосниковой решеткой с обратным переталкиванием топлива и различными возможностями первичного воздействия на газообразный продукт сгорания и вторичного воздействия на газообразный продукт сгорания, а также устройством, влияющим на количество возвращаемых остатков от сжигания, схематичное изображение.
Показанная на чертеже установка 1 для сжигания имеет загрузочную воронку 2 с соединенным с ней загрузочным желобом 3 для подачи топлива 4 на загрузочный стол 5. На загрузочном столе 5 предусмотрены двигающиеся возвратно-поступательно-загрузочные поршни 6 для подачи поступающего из загрузочного желоба 3 топлива 4 на колосниковую решетку 7, на которой происходит сгорание топлива 4.
Для горения несущественно, идет ли речь о наклонной или расположенной горизонтально решетке. На чертеже показана колосниковая решетка с обратным переталкиванием топлива. Тем не менее, способ может также применяться, например, в установках для сжигания с вихревой топкой.
Под колосниковой решеткой 7 расположено устройство 8 подачи газа для первичного сжигания, которое может содержать несколько камер 9-13, к которым посредством вентилятора 14 по каналам 15-19 подводится газ для первичного сжигания в виде окружающего воздуха.
Благодаря конструкции камер 9-13 колосниковая решетка разделена на несколько зон с нижним дутьем, так что газ для первичного сжигания может различно регулироваться на колосниковой решетке 7 в соответствии с потребностями. Эти зоны с нижним дутьем разделены также по ширине колосниковой решетки в поперечном направлении, так что в соответствии с имеющимися локальными условиями газ для первичного сжигания может управляемо подаваться в разные места.
Над колосниковой решеткой 7 находится топочная камера 20, переходящая в верхней части в дымоход 21. К дымоходу 21 присоединены другие не показанные на чертеже агрегаты, такие как, например, вытяжной котел и устройство очищения отводимых газов.
Сгорание топлива 4 происходит, прежде всего, на передней части колосниковой решетки 7, над которой находится дымоход 21. В этой зоне через камеры 9-11 подводится наибольший объем газа для первичного сжигания. На задней части колосниковой решетки 7 находится уже выгоревшее топливо, в частности шлак, и к этой зоне подводится газ для первичного сжигания через камеры 12-13, по существу, только лишь для охлаждения шлака 22.
Поэтому отработавший газ в задней зоне 23 топочной камеры 20 имеет повышенное по отношению к передней зоне содержание кислорода. Получаемый в задней зоне 23 отработавший газ используется поэтому как внутренний рециркуляционный газ для вторичного сжигания.
Выгоревшая часть топлива 4 падает в виде шлака 22 в шлакоудалитель 24 в конце колосниковой решетки 7.
Из шлакоудалителя 24 шлак 22 вместе с остальными остатками от сжигания падает в мокрый шлакоуловитель 25, из которого он подается в устройство 26 для отделения. Неагломерированный или нерасплавленный остаточный шлак примешивается затем к топливу 4 по трубопроводу 27 и транспортер 28 в загрузочной зоне над загрузочным столом 5 и попадает, таким образом, снова на колосниковую решетку 7.
Устройство 26 для разделения только схематично показывает разделение шлака колосниковой решетки на железный скран, полностью агломерированный инертный гранулят и неагломерированные или расплавленные остатки от сжигания.
В мусоросжигательной установке, например, из 1 т мусора, содержащего 220 кг золы, в конце колосниковой решетки 7 может получиться 320 кг выжженной золы. Эти 320 кг выжженной золы разъединяются посредством способа разделения в устройстве 26 разделения на 30 кг железного скриба, 190 кг полностью агломерированного инертного гранулята материала и 100 кг нерасплавленных или агломерированных остатков от сжигания. К неагломерированным или расплавленным остаткам от сжигания могут добавляться также часть золы из котла и пыли из фильтра. Эта фракция затем снова подается по трубопроводу 27 и транспортеру 28 для сжигания. В практическом примере из 320 кг выжженной золы 110 кг снова подаются в топку с колосниковой решеткой.
Чтобы избегать отрицательного влияния на сгорание, также при подаче этой части шлака используют дорогостоящий вычислительный и регулировочный блок 29. Этот блок 29 обрабатывает результаты измерения измерительных устройств и выдает управляющие сигналы, чтобы управлять не только работой вентилятора, непосредственно влияющего на горение, но и для управления транспортировочным устройством 28, изменяющим возвращаемый объемный расход.
Вследствие этого получаемое за единицу времени количество шлака 22, как правило, больше не соответствует поданному за единицу времени количеству шлака. Поэтому перед транспортером 28 расположен накопительный резервуар 30.
Вместо накопительного резервуара 30 или дополнительно к нему разделение может регулироваться так, чтобы возвращать на колосниковую решетку в зависимости от состояния сгорания больше или меньше агломерированных или расплавленных остатков от сжигания. Например, при плохом сгорании разделение можно выполнять таким образом, чтобы большая часть неагломерированных или расплавленных остатков от сжигания попадала к полностью агломерированному инертному грануляту материала, в то время как при наиболее благоприятных условиях сгорания предъявлялись более высокие требования к качеству к полностью агломерированному инертному грануляту материала для получения большего количества неагломерированных или расплавленных остатков от сжигания.
2
2
Посредством термографической камеры 31 наблюдают через газообразные продукты сгорания за поверхностью сжигаемого слоя 32 и получаемые при этом данные передаются дальше на центральный процессор, минуя регулировочный блок 29. Датчики 33 и 34, многие из которых расположены над поверхностью сжигаемого слоя 32, служат для измерения содержания О, СО и CO в газообразных отходах над сжигаемым слоем 32 в зоне первичного сжигания.
Для повышения наглядности все трубопроводы, служащие для распределения потоков текучих сред или дальнейшей передачи полученной информации, показаны сплошными линиями, в то время как трубопроводы, передающие команды управления представлены пунктирными линиями.
Вычислительным и регулировочным блоком принимаются результаты измерения от термографической камеры 31, датчиков 33 и 34 и от транспортировочного устройства 28, касающиеся транспортируемого в данный момент количества возвращаемых остатков от сжигания. Эти данные обрабатываются, чтобы через трубопровод 35 управлять транспортером 28, через трубопровод 36 регулировать поступление первичного воздуха, а через трубопровод 37 регулировать поступление вторичного воздуха.
Из устройства 38 для разделения воздуха чистый кислород подается посредством разделительно-транспортирующего устройства 39 с одной стороны, в трубопровод 40 для примешивания к газу для первичного сжигания, а с другой стороны - в трубопровод 41 для примешивания к газу для вторичного сжигания. По трубопроводу 40 снабжаются отводные каналы 42-46, контролируемые клапанами 47-51, на которые опять же влияет вычислительный и регулировочный блок 29.
Подводящие каналы 42-46 впадают в отводные трубопроводы 15-19, ответвляющиеся от трубопровода 52, предназначенного для наружного воздуха, и ведут к отдельным камерам 9-13 нижнего дутья.
Второй трубопровод 41, выходящий от разделительно-транспортирующего устройства 39, ведет через регулирующие клапаны 53, 54 и трубопроводы 56, 57 к форсункам 58, 59 вторичного сжигания, посредством которых внутренний рециркуляционный газ вводится в камеру сгорания. Через отводные трубопроводы 60, 61, контролируемые клапанами 62, 63, 64 и 65, кислород может подаваться к форсункам газа для вторичного сжигания, к которым по трубопроводу 66 от вентилятора 67 подается газ для вторичного сжигания. Он может содержать либо чистый наружный воздух, либо смесь наружного воздуха с очищенными газообразными отходами.
Посредством отсасывающего трубопровода 68, ведущего к вытяжному вентилятору 69, рециркуляционный газ подается к форсункам 58 и 59 для вторичного сжигания, расположенным на противоположных местах дымохода 21.
Форсунки 64 и 65 для газа вторичного сжигания распределены в большем количестве по периметру дымохода 21. Сюда может подводиться газ для вторичного сжигания в виде наружного воздуха, который транспортируется посредством вентилятора 67. Для этого предусмотрен всасывающий трубопровод 70, причем регулировочный элемент 71 позволяет определять количество воздуха. Другой соединенный с вентилятором 67 трубопровод 72, контролируемый регулировочным элементом 73, служит для всасывания очищенного отработавшего рециркуляционного газа, к которому примешивают наружный воздух. Этот очищенный отработавший рециркуляционный газ отсасывается после его протекания через установку для очищения отработавшего газа и содержит меньшее количество кислорода по сравнению с внутренним рециркуляционным газом. Этот отработавший рециркуляционный газ служит в первую очередь для турбулизации, если масса отработавшего газа в дымоходе 21 слишком незначительная для обеспечения достаточной турбулентности с целью улучшения сгорания во вторичной зоне.
Таким образом, вычислительный и регулировочный блок 29 управляет функционированием всей установки и содержит различные регуляторы для влияния на отдельные регулирующие устройства. В то время как, например, при превышении предельного значения окиси углерода в отработавшем газе вычислительный и регулировочный блок 29 выдает сигнал транспортному устройству 28 на его остановку, особенно высокие температуры, фиксируемые термографической камерой 31, вызывают увеличение мощности транспортного устройства для увеличения возвращаемого на колосниковую решетку количества шлака 22.
В примере выполнения изобретения показано, что возвращаемый шлак подается на загрузочный стол 6. Непредставленный вариант выполнения изобретения предусматривает, чтобы из нескольких расположенных рядом колосниковых решеток можно было выбрать отдельную решетку для возврата остатков и чтобы при осуществлении способа, при необходимости, также имелся выбор между разными решетками для локального влияния посредством возвращаемого шлака на условия сжигания на разных колосниковых решетках.