СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В ВИХРЕВОЙ ТОПКЕ
COMBUSTION METHOD OF PULVERISED COAL IN SWIRLING-TYPE FURNACE

Изобретение относится к области энергетики, а именно - к способу сжигания угольной пыли в вихревой топке (или также другой конструкции), и может быть применимо в других областях промышленности, в частности в установках по глубокой переработке угля в другие виды топлива.
Известна вихревая топка [патент РФ №2331017, F23C 5/24, 2008 г.], в которой, с целью улучшения экологических параметров, а именно снижения недожога частиц топлива и уменьшение оксидов азота, между бункером сырого топлива и камерой сгорания установлен дополнительный предтопок, осуществляющий предварительную подсушку и газификацию топлива и его последующее выталкивание в зону горения.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной вихревой топки, относится то, что она очень сложна в реализации и малоэффективна в процессе эксплуатации. Дополнительная перфорированная камера с толкателем, как и подвижная бесконечная колосниковая решетка, для слоевого сжигания топлива не повысят эффективность процесса сжигания топлива, а скорее, наоборот, ухудшат ее и не обеспечат соответствующую надежность по экологическим и технологическим параметрам в процессе эксплуатации вихревой топки.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному способу является способ сжигания угля [патент РФ №2230981, F23B 7/00, 2002 г.], включающий диспергирование и впрыск в камеру сгорания, в котором с целью интенсификации процесса сжигания угля в процессе диспергирования его размалывают до размера частиц не более 20 мкм и одновременно активируют, преимущественно, с помощью механических мельниц, располагаемых в непосредственной близости от камеры сгорания.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что он, так же как и предыдущий способ, трудоемок в реализации. Располагать механические мельницы большой производительности непосредственно с камерой сгорания очень сложно и небезопасно. К тому же использование дополнительного газа в механических мельницах существенно усложняет процесс в целом.
X
Следует отметить, что в обоих перечисленных выше способах преследуется одна и та же цель, а именно более полное сгорание топлива при более низкой температуре на выходе из топки и минимальный выброс NO в атмосферу. Это в конечном варианте способствует улучшению экономических и экологических параметров технологических устройств и делает их более приемлемыми для использования в промышленности. Однако данную цель можно реализовать еще за счет частичной механоактивации угольной пыли и более продолжительного времени нахождения частиц угля в зоне горения.
Задачей заявленного изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации нового способа сжигания угольной пыли в вихревой топке.
Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в получении более эффективного способа сжигания угля с улучшенными технологическими и эксплуатационными параметрами, включая минимальный выброс в атмосферу несгоревших частиц угля и оксидов азота.
Указанного технического результата по объекту - способу достигают известным способом сжигания угольной пыли в вихревой топке, включающим микропомол, механоактивацию и сжигание. Отличием предложенного способа является то, что часть угля после обычного в теплоэнергетике помола направляют в камеру дезинтегратора, а затем непосредственно (с минимальным временем пребывания после механоактивации) в горелку для подсветки пламени. Основную же часть угля после обычного помола вводят путем инжекции в камеру сгорания вихревой топки. При этом факел пламени горелки подсветки направляют непосредственно в зону взаимодействия двух пылеугольных потоков, вращающихся в противоположных направлениях друг относительно друга.
Указанный технический результат достигается также тем, что зону взаимодействия двух пылеугольных потоков, вращающихся в противоположных направлениях друг относительно друга, формируют за счет тангенциального подвода вдуваемого воздуха и изменения направления тангенциальной составляющей скорости вихревого потока.
При исследовании отличительных признаков описываемого способа сжигания угольной пыли в вихревой топке не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся разделения угля после помола на две части и использования одной из них после механоактивации непосредственно для подсветки, т.е. интенсификации процесса горения. Не выявлены также аналоги, касающиеся пропускания частиц угля для подсветки через дезинтегратор и направления пламени подсветки непосредственно в зону взаимодействия двух пылеугольных потоков, вращающихся в противоположных направлениях друг относительно друга.
На фиг.1 представлена схема способа сжигания угольной пыли в вихревой топке (схема устройства условно не приведена). На фиг.2 изображен разрез I-I. На фиг.3 - разрез II-II, где: 1 - бункер «сырого» угля, 2 - мельница (шаровая, барабанного типа), 3 - дезинтегратор, 4 - горелка подсветки для сжигания механоактивированного угля, 5 - правосторонний вихревой поток воздуха, 6 - левосторонний вихревой поток воздуха, 7 - зона взаимодействия (соприкосновения) вихревых потоков воздуха, 8 - вихревая топка.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, состоят в следующем.
Заявленный способ сжигания угольной пыли в вихревой топке предусматривает помол, механоактивацию и сжигание одним из известных способов, например, как он описан в прототипе. Однако в отличие от прототипа интенсификацию процесса горения пылеугольной смеси в вихревой топке обеспечивают другим, отличным от прототипа способом. Основным отличием является то, что часть угля после обычного помола подлежит механоактивации, в то время как основная часть угля напрямую вводится путем инжекции в камеру сгорания вихревой топки.
Сущность механоактивации состоит в создании некомпенсированных связей, радикалов, активных центров и определенной деструкции молекул угольного вещества, что наряду с увеличением поверхностной энергии вносит свой вклад в изменение энергии активации. Экспериментально авторами было установлено, что снижение, например, зольности на 10% уменьшает энергию активации с 200 до 140 кДж/моль , в то время как в результате механоактивации эта величина падает до 60 кДж/моль , что и повышает реакционную способность топлива. Авторы используют в качестве механоактиватора дезинтегратор фирмы «АлтайСтройМаш», однако это не исключает использование дезинтеграторов других фирм. Основным требованием является высокая надежность дезинтегратора и безопасность при эксплуатации. Вид механического воздействия дезинтегратора определенным образом влияет на структурные и физико-химические свойства угольного топлива.
X
Вторым и важным отличием от ранее известных решений является то, что механоактивированную и сравнительно небольшую часть угольного топлива направляют на подсветку. При этом процесс подсветки могут осуществлять с помощью известной горелки [патент РФ №2294486, F23K 1/00, 2005 г.], однако факел подсветки в предложенном способе направляют в строго определенный участок вихревой топки, а именно непосредственно в зону между двух потоков воздуха, вращающихся в противоположных направлениях друг относительно друга. При этом эту зону взаимодействия потоков воздуха внутри вихревой топки формируют искусственно за счет изменения тангенциального подвода вдуваемого воздуха и изменения направления тангенциальной составляющей скорости вихревого потока на противоположное. Причем параметры и место соприкосновения первого и второго воздушных потоков внутри вихревой топки определяются с учетом дисперсности пылеугольной взвеси и сорта угля. К тому же эти параметры легко поддаются регулированию за счет изменения угла в направляющих решетках входных патрубков. Это позволяет достаточно долго удерживать микрочастицы пылеугольной смеси в зоне подсветки, а следовательно, обеспечить их полное сгорание при более низкой температуре и малой плотности. Это, в свою очередь, благоприятно сказывается на процессе тепломассообмена в целом и существенно снижает образование NO и исключает выброс несгоревших частиц угля в атмосферу.
Технический эффект от использования предложенного изобретения состоит в следующем.
Предложенный способ сжигания угольной пыли в вихревой топке менее трудоемок в реализации и более прост в процессе эксплуатации. Недожог топлива, как и выброс токсичных газов при таком процессе сжигания угля сведены к минимуму.
Таким образом, изложенные выше сведения показывают, что при использовании заявленного изобретения выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при механоактивации части или всей угольной пыли при сжигании в вихревой топке;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность осуществления с помощью вышеуказанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Преимущество заявленного изобретения состоит в том, что предложенный способ позволяет существенно снизить все виды затрат, включая эксплуатационные, обеспечивая при этом высокую эффективность и высокую надежность.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость» по действующему законодательству.