Аэрофонтанная топка

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) Приоритет -Государственный каките 53) УДК 662.939 (088.8) бликовано 97.08 юллетень в 2 но делак изобретений и открытийа опубликования описания 5.08.80 2) Авторы изобрет ни И. Чикул А. В. Перепелкин, А. В. Гаврили мири сударственный научно-исследовательский энергетический институт им, Г. М. Кржижаноского(54) АЭРОФОНТАННАЯ ТОПК Изобретение относится к аэрофонтанным аппаратам, например топкам, и может быть использовано в теплоэнергетике и в топливно-перерабатывающей промышленности.Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в качестве энергетической топки, а также в качестве технологической топки-нагревателя в установках термической переработки твердых топлив, в особенности для дожига полидисперсных, высокозольных остатков термического разложения.Например, остаток полукоксования даже одного из видов высококачественного сланца содержит всего 2 - 4% горючих веществ и не может быть использован как топливо вследствие большого озоления.В этом случае целесообразно дожигать твердый остаток в аэрофонтанной топке перерабатывающего агрегата для обеспечения теплом процесс термического разложения.Известна аэрофонтанная топка, содержащая камеру сгорания и разгонную камеру, соединенную с камерой сгорания верхней частью и снабженную в нижней части штуцером для ввода топлива, размещенным над штуцером для подачи воздуха. В верхней части камеры сгорания может быть размещен стабилизатор горения 11.Известная топка имеет ряд недостатков:неполнота механического горения, относительно большие энергетические затраты на дутье и относительно большой объем аппарата вследствие того, что горение происходит только лишь в камере сгорания.Цель изобретения состоит в повышенииэффективности сгорания, а именно в снижении механической неполноты сгорания 10 топлива, уменьшении энергетических затратна дутье и в уменьшении объема топкиЭто достигается тем, что расстояние меж.ду штуцерами для подачи топлива и воздуха составляет (2 - 4) Р, а диаметр штуцера для подачи воздуха равен (0,58 - 0,82) Р, где Р - диаметр разгонной камеры. Штуцер для подвода воздуха может быть выполнен в виде конфузора.На чертеже изображена аэрофонтаннаятопка, содержащая камеру сгорания 1, верхняя часть которой снабжена выходным штуцером 2 и стабилизатором горения 3. Нижняя часть камеры сгорания соединена с разгонной камерой 4, нижняя часть которой может быть выполнена в виде конфузора 5,51 О результате чего в нижней части разгонной камеры создается внутренняя циркуляция топлива. Частицы топлива, попадая в камеру сгорания 1, поднимаются в приосевой ее части и, достигнув стабилизатор горения, частично отклоняются в пристеночную область камеры сгорания, по которой они затем опускаются в нижнюю часть камеры. Опускаясь, указанные частицы встре;аются с восходящим из разгонной камеры потоком аэровзвеси из топлива и газа и увле каются им вверх, создавая таким образом фонтанообразную циркуляцию материала. Частицы топлива, прошедшие стабилизатор, покидают камеру через выходной штуцер 2. ч ходящим в штуцер Ь для подачи возВыше птуцера длп подачи возя ха на разгонной камере расположен штуцер 7 .1.1 я подачи топ,:1 ива.Работа аэрофонтанной топки происходит 0,1 едуюшим образом. Частицы топлива, поступаяп 1 ие через штуцер 7 в разгонную камеру, вначале опускаются, а затем, встре 1 аяс 1, с потоком восходящего воздуха, подаваеиого цсрез штуцер 6, поднимаются вдоль разгонной камеры и к моменту достижения камеры сгорания 1 разгоняются до скоростей, достаточных для обеспечения режима фонтанирования в разгонной камере. При этом часть поднимающихся частиц в начале пути, встречаясь в нисходящем потоке топлива, захватываются им и вновь опускаются в нижнюю часть разгонной камеры. В Распг ложение штуцера 7 для ввода топлива выше штуцера 6 на расстоянии, равном (2 -4) Р, и принятие диаметра штуцера д.1 я подачи воздуха равным (0,58 - 0,82) Р, где Рдиаметр разгонной камеры, позволяет провести сжигание топлива не только в верхней части топки, но и осуществить его в значительной мере в разгонной камере 4.Полное использование объема топки достигается благодаря тому, что после подачи материала, в процессе опускания частиц в начале движения их в 11 азгонной камере, они сначала разгоняются под действием сил гравитации, а затем тормозятся встречным потоком воздуха, При этом имеют место высокие относительные скорости движения частиц топлива и воздуха, в результате чего резко интенсифицируется процесс горения.Наличие внутренней циркуляции горящих частиц топлива в нижней части разгонной камеры обеспечивает подвод тепла к вновь поступающему топливу, его подогрев и устойчивое воспламенение. В результате процесс горения осуществляется интенсивно по всему объему топки, включая и ее ни;кнюю часть, что видно по данным расходования кислорода воздуха в разгонной камере.В таблице приведены данные о содержании кислорода в воздухе на входе в разгонную камеру и в дымовых газах на выходе. ЗО 35 40 45 59 55Содержание кислорода, об.% Устройство на выходе на входе ИзвестноеОписываемое 21 21 20 9 Эти данные свидетельствуют о том, что в описываемом устройстве в нижней части топки расходуется примерно половина кислорода воздуха и, следовательно, в ней в значительной мере осуществляется процесс сжигания.В известной топке на этом участке горение практически не осуществляется. Эти данные показывают, что благодаря начавшемуся горению в нижней части топки топливо, поступающее в разгонную камеру, хорошо подготовлено, вследствие чего уменьшается механическая неполнота горения его, По данным видно, что объем верхней части топки может быть значительно уменьшен, что приводит к уменьшению ее габаритов в целом. Кроме того, энергетические затраты в настоящей топке уменьшаются в 1,5 - 2 раза вследствие нагрева воздуха в нижней ее части и увеличении объема газов в три раза. Увеличение объема газа позволяет уменьшить долю воздуходувных средств для создания необходимого гидравлического режима процесса горения. Пример. В аэрофонтанную топку, которую используют в качестве топки-нагревателя в установке термической переработки сланца непрерывно подают сланцевый коксозольный остаток, образующийся в результате термической переработки сланца с твердым теплоносителем, имеющим температуру 500 С, и содержащий, %: горючих компонетов - 2,2, в том числе углерода - 1,7, водорода - 0,1, серы колчеданной - 0,4, золы - 7,3, СО а карбонатов - 25,5. Теплота сгорания (низшая) 175 ккал/кг.Одновременно в топку подают дутьевой воздух, имеющий температуру 50 С, в количестве, необходимом для нагрева до температуры 850 С, образующихся при сжигании золы и дымовых газов.Часть нагретой в топке золы, ее более крупную фракцию, используют в качестве Уменьшение выбранных соотношений размеров ниже указанных ведет к ухудшению внутренней циркуляции горячих частиц топлива в нижней части разгонной камеры, ухудшению теплообмена с вновь поступающим топливом и как следствие к отсутствию устойчивого воспламенения. Увеличение заданных размеров выше указанных приводит к неоправдано высоким энергетическим затратам на поддержание слоя циркулирующего материала в нижней части разгонной камеры, что экономически не выгодно.5теплоносителя для пс)ераб тки нсиь ГГс упающего сланца, а мелкую фракцик выв- дят из цикла. Дымовой газ используют для сушки вновь поступающего сланца.В результате сжигания получают золутеплоноситель и дымовой газ.Зола-теплоноситель содержит, %: зо - лы - 75,6, СО. карбонатов - 24,2, горючих компонентов - 0,2.Дымовой газ содержит (объемных процентов сухого газа), %: углекислого газа - центов сухого газа), %: углекислого газа - 22,0, азота воздуха - 74,2, метана - 1,6, водорода - 1,О, окиси углерода - 1,2.Опытные данные показывают, что при сжигании полидисперсного высокозольного топлива механический недожог снижается на 4050% (от исходной органики 5 - 10%) по сравнению с сжиганием топлива в известном устройстве, о чем свидетельствует уменьшение горючих компонентов в золе с 0,4% (в известном устройстве) до 0,2% в предложенном. Энергетические затраты на организацию процесса в аэрофонтанной топке снижаются в 1,5 - 2,0 раза, а также,мсЬГ ас Гс 5 " гнем )ГГГ)1)е ГГ чсп; Гзс с извс стГ 1:)х ГГ)б),-.Гз)тельно па : - "5) ФоГмула изобрегения51. Аэрофонта иная топка, со;Ге ржа ца якамеру сгорания и разгонную камеру, соединенную с камерой сгорания верхн й частью и снабженную в нижней части шт; цером для ввода топлива, размещенным на 1 о штуцером для подачи воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности сгорания, расстояние между штуц - рами для подачи топлива и воздуха составляет (2 - 4) Р, а диаметр штуцера для подачи воздуха равен (0,55 - 0,85)1, где В диаметр разгонной камеры.2. Топка по п. 1. отличающаяся тем, чтонижняя часть разгонной камеры выполнена в виде конфузора.Источники информации,20 принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке215500206, кл. Г 23 С 11,00, 1975,