Топки з киплячим шаром
Ефективне спалювання твердого дрібнозернистого палива (0-20 мм) може бути досягнуто при використанні принципу киплячого (псевдоожиженного) шару, застосування якого при газифікації палива, в чорній і кольоровій металургії, хімічної та нафтопереробної, будівельної та інших галузях промисловості дозволило різко інтенсифікувати ряд технологічних процесів .
Киплячий шар характеризується швидкістю первинного повітря, що перевищує межу стійкості щільного шару, але далеко не досягає швидкості витання середніх частинок. При цих умовах все частки в шарі інтенсивно перемішуються, рухаючись колебательно вгору і вниз, причому в цілому шар має відносно чітку верхню межу. Для киплячого шару твердого палива характерні підвищена його концентрація в об'ємі камери горіння, а також підвищена відносна швидкість в шарі w0tп, що створює сприятливі умови для швидкісного горіння палива. На відміну від щільного (нерухомого) шару, аеродинамічний опір якого зі збільшенням інтенсивності дуття зростає за степеневим законом, в киплячому шарі опір від цього фактора не залежить (рис. 6.10, а).
При малій швидкості дуття шар залишається нерухомим і працює як фільтруючий. При досягненні критичної швидкості дуття сила тиску газового потоку в шарі стає рівною силі тяжіння частинок. Шар починає розширюватися, і при подальшому збільшенні швидкості повітря частки починають рухатися. Обсяг шару збільшується в 1,2-1,8 рази залежно від інтенсивності дуття, форми і розмірів частинок. Опір киплячого шару зі зміною інтенсивності дуття не змінюється, тому що при цьому збільшується відстань між частинками, т. Е. Збільшується прохідний перетин для газу. При надмірному збільшенні швидкості дуття весь шар переходить у зважений стан і може бути винесений з робочої камери.
Для киплячого шару подібно рідини характерний лінійний закон падіння тиску по його висоті (рис. 6.10, б). Тиск (опір) в киплячому шарі пропорційно його висоті і щільності «киплячого» матеріалу. На відміну від аерозависі, де відносна швидкість частинок і газу наближається до нуля, для киплячого шару в окремі
періоди (при падінні частинок) вона доходить до декількох метрів в секунду.
Вперше використання принципу киплячого шару в топковому пристрої було розпочато в 1944 р роботами Московського енергетичного інституту стосовно малореакціонним дрібнозернистим палив (АШ, коксовий дріб'язок), а в подальшому і до бурим вугіллям. Характерною особливістю топок МЕІ є двоступенева схема організації процесу горіння. В якості першого ступеня використовуються топки з киплячим шаром, де проводиться інтенсивна і глибока теплова підготовка палива: прогрів, підсушування і виділення високотемпературних горючих газів. Другий щаблем топки з киплячим шаром є камера допалювання пального газу, що видається киплячим шаром, і що містяться в ньому частинок термічно підготовленого виносу.
При роботі таких топок на АШ в шар подають близько третини повітря, необхідного для повного згоряння палива. Газоутворення в киплячому шарі (рис. 6.11) відбувається подібно газоутворення в щільному шарі, проте киснева і відновна зони мають збільшені товщини. Температуру киплячого шару підтримують на рівні, що виключає плавлення золи, щоб уникнути шлакування шару. Це може бути досягнуто установкою в шарі охолоджуючих поверхонь, рециркуляцією димових газів і ін.
У нормально працюючому киплячому шарі оплавленого шлаку не виходить.
Відносно висока і досить рівномірна температура по висоті шару (при роботі на АШ близько 1000 ° С), сприятливі гідродинамічні умови, що визначаються підвищеною відносною швидкістю газу, і наявність досить розвиненою поверхні окислення дрібнозернистого палива забезпечують високу продуктивність киплячого шару як першого ступеня полугазовой топки з киплячим шаром. У розглянутих умовах виходить із шару горючий газ має температуру близько 1000 ° С і теплоту згоряння 1,7- 2,5 МДж / м 3. Видима щільність теплового потоку на Дуттьовий грати становить qn = 4,7 / 7МВт / м 2.
Другу сходинку топки з киплячим шаром для допалювання газу і виносу можна виконати за різними варіантами. На рис. 6.12 показана компоновка однокамерною топки з киплячим шаром з водогрійним котлом; другий ступінь топки з киплячим шаром розташовується безпосередньо над шаром. Така топка в виробничих умовах працювала на коксового дріб'язку і підмосковному вугіллі. Крупність палива 0-20 мм. Теплова потужність водогрійного опалювального котла близько 5 МВт. При роботі на коксового дріб'язку (Ар = 17,33%; Wp = 19,85%) близько 30% усієї кількості повітря, необхідного для горіння, поступає під решітку, що має живий перетин 3-4%. Решта повітря подається в топку над киплячим шаром через два ряди фурм. Необхідна охолодження киплячого шару палива для здійснення бесшлаковочного режиму (1000 ° С) досягається розташованими в киплячому шарі водоохолоджуваними поверхнями, включеними в систему циркуляції котла.
Коефіцієнт тепловіддачі від киплячого шару до охолоджуючої поверхні становить близько 250-400 Вт / (м 2 * К). Був передбачений також впорскування води безпосередньо в киплячий шар для можливості регулювання його температури в разі потреби. При роботі на підмосковному вугіллі марки БМ (Ар = 19,8%; Wp = 33,84%) в шар подавалося близько 50-60% всього повітря, температура шару підтримувалася на рівні 900 ° С. Підтримка бажаної зольності шару, що виключає його згасання і забезпечує невеликі втрати від механічного недожога з вигребом, здійснюється безперервною або періодичною «продувкою» шару через вигрібні пристрій. Висота шару в стані кипіння підтримується на рівні 600-800 мм. Необхідний тиск повітря під гратами становить 3400-3900 Па. При роботі на коксового дріб'язку витрата палива становить близько 0,3 кг / с, а при роботі на підмосковному вугіллі 0,5 кг / с. При цьому видима щільність теплового потоку дутьевой решітки становила qH - 4,8 МВт / м 2 при об'ємної щільності тепловиділення на всю топку гу = 0,17 МВт / м.
На рис. 6.13 показані деякі інші варіанти другого ступеня топки з киплячим шаром. На схемі а - варіант однокамерною топки з киплячим шаром, де для інтенсифікації спалювання виносу вторинне повітря подається тангенціально; на схемі б зчленування першого і другого ступенів двокамерні гонки здійснюється за допомогою спеціальної турбулентної пальника; на схемі в в якості другого ступеня топки з киплячим шаром використовується циклонная камера з рідким шлакоудалением. У 50-х роках в СРСР були побудовані і перебували в експлуатації три топки з киплячим шаром, що показали можливість ефективного спалювання різних дрібнозернистих палив.
Особливий інтерес до організації спалювання палив в киплячому шарі викликаний багатьма причинами. Для спалювання можуть використовуватися різні палива, включаючи низькосортні, розміром 0-20 мм. При цьому значно скорочуються витрати електроенергії на топлівопріготовленіе. Розташування поверхонь нагріву в киплячому шарі, де коефіцієнт тепловіддачі становить 200-300 Вт / (м 2 * К), забезпечує суттєве зниження металоємності установки. Робота з відносно низькотемпературних шаром (800- 1000 ° С) призводить до значного зменшення забруднення атмосфери сполуками сірки, так як велика її частина залишається в шарі і видаляється разом з золою. Для підвищення ступеня вловлювання сірки в киплячий шар може додаватися вапно або доломіт. Завдяки низькій температурі відходять з киплячого шару гази практично не містять оксидів азоту. Знижується також сублімація лужних з'єднань золи палива, що призводить до зменшення забруднення поверхонь нагріву.
Принципова схема котла з топкою киплячого шару з розміщенням частини поверхонь нагріву в шарі показана на ріс.6.14. Передбачено повернення в топку уловленого виносу з киплячого шару, що містить зазвичай значна кількість невигорілі вуглецю. Можлива також схема з дожиганием виносу в спеціальному пристрої. В даний час за кордоном і в СРСР в експлуатації перебувають різні топки з киплячим шаром, в тому числі для котлів великої паропродуктивності, а також працюють під тиском (до 1 МПа), що призводить до подальшої інтенсифікації процесу спалювання твердого палива і поліпшення техніко-економічних показників.
Поряд зі спалюванням твердого палива в киплячому шарі може бути організовано високоефективне спалювання газового і рідкого палива. Для цього над дутьевой гратами створюється киплячий шар з інертного матеріалу (пісок, цегляна крихта і т. П.), В якому спалюється газ або рідке паливо. В такому киплячому шарі також можуть бути встановлені поверхні нагрівання котла, що інтенсифікує теплопередачу.
Широке поширення в промисловості знаходять також технологічні топки з киплячим шаром, зокрема Для випалу різних сірковмісних матеріалів (колчедана, мідних і цинкових концентратів та ін.). Для підтримки температури шару на рівні, що виключає його шлакування, використовують охолоджувані елементи, наявні в киплячому шарі і віднімають надлишкову теплоту. У цих елементах зазвичай виробляється пар. Більш докладно про такі енерготехнологічних установках см. Гл. 18.
Вас може зацікавити
