Способ высокоскоростного сжигания твердых горючих

Способ высокоскоростного сжигания твердых горючих

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 24 а, 9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретивкий Госпл

JI. Н. Хитрин, 3. Ф. Чуханов и Б. Б. Смирнов.

Способ высокоскоростного сжигания твердых горючих.

Заявлено 21 марта 1938 года в НКЭП за Мв 15471, с присоединением заявки от того же числа за Хв 15466.

Оиуо.тикозаио 31 марта 1941 года.

По предлагаемому способу высоко- скоростного сжигания твердых горючих процесс сжигания разделен на вы-,, жигание углерода в слое горючего кислородом и паром непосредственно, до горючих газов и на последующее, дожигание горючих газов за слоем до конечных продуктов горения.

С целью интенсификации процесса газификации твердого горючего IIQследний ведется при столь больших скоростях воздуха, подаваемого в тонкий слой горючего, при которых, в основном, происходит лишь непосредственное образование окиси углерода и водорода.

На чертеже изображена схема топки для осуществления предлагаемого способа высокоскоростного сжигания твердых горючих.

Основным процессом, определяющим скоростной порядок процесса горения твердых горючих, является процесс горения углерода горючего. При правильном построении схемы сжигания, когда обеспечено, так называемое, неограниченное воспламенение, только этот процесс (горение углерода) является лимитирующим фактором всего процесса сжигания горючего в целом.

Подготовительные стадии горения— подсушка, возгонка летучих н воспламенение топлива не:препятствуют в этом случае форсировке процесса, и последняя зависит исключительно от форсировки процесса горения углерода.

Горение углерОда является сложным физико-химическим процессом — физиче ским, если говорить о количест1ВЕнной стороне процесса, химическим, если рассматривать его качественную сторону.

Первым необходимым условием для протекания процесса горения углерода является подвод кислорода воздуха к поверхности углерода (горение гетерогенное).

Вторым необходимым условием является реагирование этого кислорода с углеродом горючего.

Подвод кислорода к углеродной поверхности осуществляется путем диффузии, которая в сильной степени зависит QT аэродинамики дутъевого потока. В случае горения угля в слое подвод кислорода к поверхности угля при ламинарном режиме дутья весьма невелик, а увеличение скорости обтекания угля мало изменяет скорость

59355 процесса горения и, в силу этого, привбдит к )"величеиию размербв зоны горения (высота горящего слоя). При турбулентном движении воздуха в горящем слое горючего (углерода) процесс горения сильно интен сифицируется при увеличении скорости дутья:

Количество кислорода, подведенного к поверхности горящего углерода, определяется величиной критерия Рейнольдса (Rl), а размер зоны горения заметно не увеличивается при увеличении линейных скоростей движения воздуха в слое до 200 †2 м/сек.

Для того, чтобы мощный диффузион ный поток кислорода дутья к углеродной по верхности мог быть полностью использован, углерддная поверхность должна обладать очень высокой реакционной способностью.

Исследования химической стороны процесса горения углерода показывают, что в условиях процесса в топке связывание поступающего кислорода с углеродом топлива происходит путем двух самостоятельных реакций:

4С + ЗО,. = 2СΠ— { — 2СО (1)

2С +, О,. = 2C0 (2)

Реакция (1) протекает через промежуто гный физико-химический комплекс типа С.,О,„образующийся за счет адсорбированного кислорода. В виду ее специфичности для окислительной

-стадии процесса горения углерода эта реакция названа реакцией «окисления».

Кинетический порядок этой реакции по кислороду близок к нулевому, скорость невелика, в силу чего, при наличии только этой реакции, интенсификация процесса горения углерода за счет усиления диффузии (увеличения скорости дутья) практически бесцельна.

Реакция (2), названная по тем же соображениям реакцией «горения» углерода, обладает, IIOBBpèìîìó, огромными скоростями и протекает непосредственно между газовыми молекулами (кислородом) и атомами углерода. Кинетический порядок этой реакции по кислороду бл|изок к 2-м, в силу чего увеличение скорости подвода кислорода за счет диффузии приводит к все большему увеличению роли этой реакции в общем балансе процесса горения углерода. Как видно из уравнения реакции (2), последняя приводит к исключительному образованию, в качестве первичного продукта реакции, окиси углерода. Таким образом первичными продуктами реагирования углерода с кислородом воздуха являк>тся как окись углерода, так и углекислота, При увеличении скорости дутья, в силу сказанного, потребление кислорода на реакцию (2) непрерывно увеличивается, что приводит к непрерывному увеличению доли СО в первичных продуктах горения углерода. Таковы коррективы, которые вносит рассмотрение качественной стороны процесса горения углерода.

Спрашивается, что >ке дает синтез обеих сторон процесса — физической и химической. Оказывается, что помимо того, что интенсифицированный подвод кислорода при турбулентном режиме дутья в слое, в сочетании с экспериментально неисчерпанной пока скоростью реакции горения, дает возможность и ведению необычайно интенсифицированного процесса горения углерода, турбулентный режим и увеличение дутья в слое приводят также к выносу первичных про|дуктов горения углерода из зоны горения (зоны наличия кислорода) и к автоматическому их «замораживанию» в виду отсутствия кислорода за зоной горения.

Этот эффект выноса первичных продуктов из зоны горения и:в том числе первичной окиси углерода (а в случае наличия летучих, также и Н„

СН, и др.) приводит к ликвидации так называемого тормозящего действия пламени, т. е. по существу к беспламенному горению углерода, что в свою очередь также интенсифицирует процесс его выжига, поскольку исключается затрата кислорода на догораняе

СО и летучих близ углеродной поверхности. При выгорании углерода не до СО„а до СО скорость выжига удваивается, что видно из сравнения реакции (2) с уравнением С -,— О = СО .

Тот факт, что экспериментально показана возможность выноса СО, Н, и др. из кислородной зоны, указывает на то, что скорость вторичной реакции

2СО + О = 2СО или

2Н + О,. = 2НО (3) в условиях, создающихся вблизи угле59355 родной поверхности при турбулентном режиме дутья, меньше, чем скорость подвода кислорода к поверхности угля и скорости его потребления на ней.

Наблюдаемый при больших скоростях дутья вынос СО (а также Н, СН, и др.) из зоны горения имеет ряд практических следствий, основное из которых заключается в понижении температуры в зоне горения; теоретическая температура горения углерода до СО равна, примерно, 1400 †16 (в зависимости от подогрева), теоретическая температура горения углерода до СО, равна, примерно, 2300 .

Понижение температуры никоим образом не влечет понижения интенсивности процесса горения углерода.

Последний зависит исключительно от линейной скорости дутья и состава выносимых продуктов.

Для иллюстрации интенсивности процесса горения угля в слое можно привести следующие цифры.

При скорости дутья в слой в 2м/сек (холодное дутье на всю поверхность слоя) количество сжигаемого древесного угля равно — 2,000 кг/час,м, количество сжигаемого подмосковного угля (рабочая влажность 30%) равно — 5000 кг/час.м-", что в обоих случаях дает тепловое напряжение около 14—

16 мил. калорий на квадратный метр в час.

На основе изложенного следует констатировать следующий факт. При увеличении скорости дутья в плотный слой топлива процесс его горения интенсифлцируется, примерно, пропорционально скорости дутья. Это приводит, однако, к тому, что неизбежно, при некоторой скорости, определяемой размером кислородной зоны, продуктами горения топлива являются горючие газы СО, Н„СН, и др., называемые обычно продуктами газификации. Стало быть, сжигание топлива на больших скоростях является одновременно и процессом его газификации.

Исследования по высокоскоростной газификации показали, что, помимо перечисленных характеристик высокоскоростного сжигания горючих (углерода), можно указать еще на воэможность достаточно интенсивного .разложения водяного пара дутья в зоне горения (в зоне кислорода). Это разло, жение протекает эндотермически с по треблением углерода и кислорода и приводит к значительному понижению температуры в зоне горения.

Возможность, по желанию, ynpaBOIH Tb температурой в зоне горения угля с помощью использования влаги топлива открывает большое техночогическое преимущество для высокоскоростного сжигания многозольных (низ,косортных) твердых горючих, посколь,ку этим способом можно вести интен сифицированный процесс горения с сухим золоудалением.

На основании вышесказанного и предлагается способ высокоскоростного сжигания твердого горючего в слое с сухим золоудалением.

При этом способе должно быть обеспечено условие, близкое к условию неограниченного воспламенения, работающий слой топлива должен быть достаточно плотным и тонким и должен быть обеспечен вынос продуктов первичных реакций между углеродом и кислородом и углеродом, кислоpoQoM и влагой дутья (все в зоне горения).

Выносимый из слоя угля горючий газ должен быть сейчас же дожжен путем специальной подачи вторичного дутья. Сжигание газов не является физико-химической проблемой и может быть проведено при соответствующих условиях очень эффективно. СкоростI ной предел дутья, обеспечивающий способ высокоскоростного сжигания, варьируется в зависимости от крупности применяемого горючего и рассчитывается теоретически. Для твердого горючего с часгицами 5 — 25 мм этот предел определяется величиной скоро сти в 1 м/сек (холодное дутье на всю поверхность слоя), что соответствует истинной максимальной скорости порядка 35 м/сек.

Техническое приложение изложенных теоретических положений открывает огромные практические возможности по интенсификации топочных процессов при словвом сжигании.

Преимущесгва слоевой высокоскоростной топки по сравнению с сущеI ствующими устройствами для сжигания сводятся в основном к большим

59355

Отв. редактор П. В. Ннкнтын

Тип.,Сов. пен., М 49557. Лак. ¹ 2438 — 575

Пена 35 кон, Госплани адат уделыным скоростям сжигания угля, во мыного сот раз превышающим ско- рости при камерном сжигании, высо- кому тепловому напряжению и свя- зан ному с этим относительному уменьшению теплопотерь и топочных пространств; к возможности создания сверхмощного компактного агрегата слоезого сжигания, производитель-, ность которого с топочной стороны . принципиально не ограничена и во, всяком случае сможет удовлетворить, в настоящее время потребности. техни- . ки в .подобных агрегатах; к отсут- спвию (или почти отсутствию) предва-, ! рительной подготовки топлива (д робление, размол, сушка); к упрощению конструкции решеток в связи со зпа- чительным уменьшением их размеров и к уменьшению количества золы, попадающей в топочную камеру с газом (в виду раздельного сжигания) и тем самым уменьшению влияния шлака на i поверхности нагрева котла.

В конструктивном оформлении пред- лагаемого способа, изображенном на чертеже, создание устойчивого слоя топлива на решетке 1 в зоне (с1) горения достигается обращением дутья в топке типа «Стокер» (топка с нижней, подачей топлива).

Первичное дутье (стрелка Ь) и дви- жение частиц топлива направлены навстречу, что создает условия неограниченного воспламенения (неограни-; ченной подготовки топлива). Горючий газ, генерируемый в слое на высоких скоростях, выносится из слоя топлива через охлаждаемую горизонтальную или наклонную решетку 1 и близ нее и дожигается вторичным воздухом (стрелка (с). Для лучшего обеспечения воспламенения влажного топлива в, верхней части слоя (точка (а) в верх-, ней стенке подающей топливо горизонтальной шахты устанавливаеч ся дополнительная решетка 2, газ из ко-, торой может поступать непосредственно в топочное пространство (стрелка (с): или, путем инжекции, направляться в дутье.

Твердое горючее проталкивается плунжером 3 в пространство между решетками 1 и 2, а образовавшийся в результате горения шлак поступает в вертикальную шлаковую камеру 4, откуда удаляется дробильными вальцами 5

Означенная схема имеет особую ценность при сжигании влажных топлив (типа подмосковного угля), так как позволяет использовать влагу топлива для осуществления эндотермических реакций разложения водяного пара в кислородной зоне горящего топлива с целью понижения температуры горения слоя до величины, исключающей шлакование.

Предмет изооретения.

Способ высокоскоростного сжигания твердых горючих, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью раздельного выжигания углерода в слое и последующего, непосредственно за слоем, дожигания горючих газов, процесс газификации твердого горючего ве дут при столь больших скоростях подаваемого в тонкий слой горючего воздуха, при которых происходит в основном лишь непосредственное образование окиси углерода н водорода.