|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2266468
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Имя изобретателя: Голубкович А.В. (RU); Чижиков А.Г. (RU); Курбанов К.К.
Имя патентообладателя: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ)
Адрес для переписки: 109428, Москва, 1-й Институтский пр-д, 5, ГНУ ВИМ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 2004.06.15
Изобретение относится к сжиганию растительных отходов в псевдоожиженном слое.
Способ сжигания отходов в псевдоожиженном слое заключается в организации
рециркуляции твердого теплоносителя, смешении отходов с рециркулятом, подсушки и
сжигании последних в псевдоожиженном слое. Коэффициент рециркуляции К определяют из
величины необходимой подсушки по формуле 
, а температуру псевдоожиженного слоя дополнительно регулируют подачей паров сушки в
надслоевую полость, кроме того, подсушку отходов проводят, по крайней мере, до удаления
свободной влаги. Устройство для сжигания отходов в псевдоожиженном слое содержит
камеру сгорания с псевдоожиженным слоем, надслоевую полость, камеру сушки, конденсатор,
паропровод, систему рециркуляции твердого теплоносителя, камера сушки подключена
паропроводом к надслоевой полости с возможностью регулируемой подачи в нее паров от
сушки отходов. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания влажных отходов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к сжиганию растительных отходов в псевдоожиженном слое преимущественно для получения газа-теплоносителя и может быть использовано в сельском хозяйстве при сушке зерна, а и в энергетике.
Известен способ сжигания топлива в котлах с охлаждением циркулирующих частиц в теплообменнике, установленном вне топки (схема Лурги). Согласно этому способу в устройстве на газораспределительной решетке поддерживают стационарный псевдоожиженный слой топлива и инерта с температурой 820...870°С, что обеспечивает благоприятные условия работы с точки зрения экологии (подавление образования сернистых и азотистых окислов) и надежности (отсутствие шлакования решетки и теплообменных поверхностей устройства) [1].
Однако он эффективен для котлов и малоэффективен для топок, вырабатывающих газ-теплоноситель, так как не допускает размещение в стационарном псевдоожиженном слое теплообменных поверхностей с газом-теплоносителем, а регулирование температуры топочных газов на входе теплообменника осуществляют вторичным и третичным дутьем, разбавлением до приемлемой температуры, что снижает эффективность способа.
Известно и устройство для осуществления известного способа [1], содержащее топку, циклон, конвективный газоход, пароперегреватели, воздухоподогреватель и другие рабочие органы. Это устройство может использоваться для сжигания отходов, но в агрегате с котлами, кроме того, оно малоэффективно для оснащения объектов сельского хозяйства, в частности зерносушилок.
Известен способ сжигания отходов (низкосортных топлив) в псевдоожиженном слое с использованием термоконтактной сушки, заключающийся в организации рециркуляции твердого теплоносителя, смешении отходов с рециркулятом, подсушки и сжигании последних в псевдоожиженном слое. Пары влаги конденсируют с использованием скрытого тепла. Этот способ по совокупности технических признаков наиболее близок к заявленному и принят за прототип [2].
Однако он не позволяет регулировать степень подсушки отходов и не обеспечивает заданную температуру топочных газов на входе в воздухоподогреватель без изменения в широких пределах избытка воздуха для их разбавления, это неэкономично.
Известно и устройство для осуществления известного способа, содержащее камеру сгорания с псевдоожиженным слоем, надслоевую полость, камеру сушки, конденсатор, паропровод, систему рециркуляции твердого теплоносителя. Это устройство по совокупности признаков наиболее близко к заявленному и принято за прототип [2].
Однако использование теплоты паров влаги в конденсаторе достаточно сложно и не может непосредственно использоваться для регулирования температуры горения отходов.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа сжигания влажных отходов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе сжигания отходов в псевдоожиженном слое, заключающемся в организации рециркуляционного контура твердого теплоносителя, смешении отходов с рециркулятом, подсушки и сжигании последних в псевдоожиженном слое, согласно изобретению коэффициент рециркуляции К определяют исходя из величины необходимой подсушки по формуле
где К - коэффициент рециркуляции, равный Gp /Gт;
Gт - подача отходов на сжигание, кг/ч;
Gp - подача рециркулята на смешение с отходами, кг/ч;
r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, кДж/кг;
W1 и W2 - исходная и конечная влажность отходов,%;
T1 и T2 - исходная температура рециркулята и конечная температура смеси рециркулята и отходов, °С;
С - теплоемкость рециркулята, кДж/кг °С,
а температуру псевдоожиженного слоя дополнительно регулируют подачей паров сушки в надслоевую полость, кроме того, подсушку отходов проводят как минимум до удаления свободной влаги.
Поставленная задача достигается и тем, что в устройстве для сжигания отходов, содержащим камеру сгорания с псевдоожиженным слоем, надслоевую полость, камеру сушки, конденсатор, паропровод, систему рециркуляции твердого теплоносителя, согласно изобретению камера сушки подключена паропроводом к надслоевой полости с возможностью регулируемой подачи в нее паров от сушки отходов.
Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что степень подсушки определяют величиной подачи рециркулята исходя из формулы
а температуру псевдоожиженного слоя дополнительно регулируют подачей паров сушки в надслоевую полость, кроме того, подсушку отходов проводят по крайней мере до удаления свободной влаги.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что камера сушки подключена паропроводом к надслоевой полости с возможностью регулируемой подачи в нее паров от сушки отходов.
Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна».
Предложенные способ и устройство связаны единым изобретательским замыслом, т.к. данный способ может быть осуществлен данным техническим решением.
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень, так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существенную потребность, а именно повышение эффективности снижения отходов.
Изобретение является и «промышленно применяемым», так как может использоваться в сельском хозяйстве.
Изобретение поясняется чертежом.
 | На чертеже представлено устройство для сжигания отходов в псевдоожиженном слое. Схема устройства включает камеру сгорания с псевдоожиженным слоем 1, надслоевую полость 2, теплообменник 3, циклон 4, камеру сушки 5, решетку 6, воздушный канал 7, первичное дутье 8, вторичное дутье 9, газ-теплоноситель 10, шнек 11, конденсатор 12, клапаны 13, термопару 14, топливо 15, слив золы 16, паропровод 17, рециркулят 18, наружный воздух 19, очищенные топочные газы 20. |
СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Смешивают исходное влажное топливо с рециркулятом, подсушивают, сжигают в псевдоожиженном слое, причем степень подсушки определяют величиной подачи рециркулята исходя из формулы
температуру слоя дополнительно регулируют подачей паров сушки в надслоевую полость, кроме того, подсушку отходов проводят как минимум до удаления свободной влаги.
Работу устройства осуществляют следующим образом.
Растительные отходы 15 подают в сушилку 5, и шнеком 11 перемещают их в камеру сгорания 1. В эту сушилку и подают рециркулят 18 из циклона 4. При контакте с рециркулятом частицы топлива подогреваются, подсушиваются, поступают в псевдоожиженный слой 1, воспламеняются, сгорают, продукты сгорания выносятся в надслоевую полость 2, далее поступают в трубчатый теплообменник 3, в котором подготавливают газ-теплоноситель 10. Твердая фаза сепарируется в циклоне 4 и в виде рециркулята 18 поступает в сушилку 5. Насыщенный пар по паропроводу 17 поступает в надслоевую полость 2 устройства или отводится в конденсатор 12 с выделением скрытого тепла. При необходимости в полость 2 подают вторичное дутье 9, а очищенные топочные газы 20 из циклона и выбрасывают в атмосферу или утилизируют.
Устройство для сжигания растительных отходов по заявленному способу характеризуется сравнительно невысоким коэффициентом рециркуляции (не более 3-х), повышенным содержанием горючих в слое (до 5...7%), малой высотой стационарного псевдоожиженного слоя (до 0,6 м), что обусловливает сравнительно низкие потери напора слоя (до 2...3 кПа), пониженной теплоаккумулирующей способностью и хорошей маневренностью слоя. Эти факторы снижают его стоимость и повышают конкурентоспособность по сравнению с установками, в которых сжигание осуществляется в факеле или в плотном слое, с другой стороны - повышают чувствительность к влажности топлива (сечка соломы, лузга подсолнечника, риса, льна, круп, стержни початков, измельченные стебли подсолнечника, кукурузы и т.д.).
При поступлении на сжигание растительных отходов с влажностью более 22...25% ухудшаются условия сгорания, адиабатная температура горения опускается ниже 700°С, а на входе в теплообменник ниже 600°С, возрастают содержание горючих в золе, потери с механических и химическим недожогом.
С целью повышения эффективности работы организуют подсушку отходов за счет тепла рециркулята, отсепарированного в циклоне. При подготовке газа-теплоносителя отводимые из циклона топочные газы и твердая фаза имеют повышенную температуру, в частности до 220 и до 300°С соответственно.
Снижать температуру отходящих топочных газов до температуры порядка 120...130°С и соответствовать рециркулята, как это организовано в котлах с рециркуляционным псевдоожиженным слоем не экономично, так как необходимо существенно увеличить габариты теплообменника из-за низкого коэффициента теплопередачи, составляющего в оптимальном случае 35...40 Вт/м2°С, который на один-два порядка ниже, чем коэффициент теплопередачи в котлах, но целесообразно использовать тепло рециркулята, в частности, для подсушки влажных отходов.
Коэффициент рециркуляции К подбирают таким образом, чтобы привлеченным теплом обеспечить подсушку отходов до влажности 22...25%, которая соответствует удалению свободной влаги, легко реализуемое при термоконтактной сушке. Свободная влага имеет слабую связь с веществом топлива и без труда испаряется и удаляется в виде пара. Возврат пара в надслоевую полость псевдоожиженного слоя позволяет дополнительно регулировать температуру горения и, в конечном счете, температуру псевдоожиженного слоя в интервале 800...850°С, которая является оптимальной с точки зрения эффективности сжигания и безаварийной работы теплообменника.
Действительно, осуществляя распределение количества пара, поступающего в конденсатор и надслоевую полость с помощью термопары, погруженной в псевдоожиженный слой, с использованием системы автоматического регулирования (на чертеже не показана) можно поддерживать заданный температурный интервал при постоянном коэффициенте рециркуляции К. Подачу топлива на горение можно замерять и поддерживать дозатором, а рециркулята в камеру сушки установить, например, по тарировочному графику в зависимости от расхода дутья, построенного при наладке устройства.
Рассмотрим тепловой и материальный балансы подсушки отходов до влажности 22...25%. Количество испаренной влаги из отходов можно определить из
где W1, W2 - исходная и конечная влажность отходов,%;
Gт - подача отходов, кг/ч.
На испарение 
количество влаги необходимо затратить следующие количество тепла
где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, r~2625 кДж/кг.
Количество теплоты, поступаемое с рециркулятом на сушку
где GP - расход рециркулята, кг/ч,
T 1, T2 - исходная температура рециркулята и конечная температура смеси °C.
С - теплоемкость рециркулята, кДж/кг °С.
Приравнивая величины Qт и Q т ', получим
Обращая внимание, что К=GP/Gт, окончательно получим
Заявленный способ предполагается использовать в первую очередь в устройствах для получения подогретого воздуха для сушки зерна в шахтных и других типах зерносушилок производительностью 10...50 т/ч, потребная тепловая мощность топочных устройств сушилок от 1 до 5 МВт при расходе теплоносителя, нагретого до 130°С, от 50 до 250 тыс.м3/ч.
При уборке и послеуборочной обработке с каждой тонны зерна, поступающего на сушку, образуется до 1,2 т соломистых и зерновых отходов, которые свозят в отвалы. Как раз эти отходы в первую очередь могут служить сырьем для получения теплоносителя.
Пример 1. В топочном устройстве ТРО-1 мощностью ˜ 1,0 МВт во взвешенном слое сжигали сечку соломы влажностью 20...22%, при этом была достигнута адиабатическая температура горения 870...900°С и осуществлялся устойчивый процесс горения с температурой топочных газов на входе в воздухоподогреватель ˜ 800°С. На выходе из воздухоподогревателя температура топочных газов составляла 220...240°С, а температура уноса в осадочной камере ˜ 270°С. Отходы зерноочистки с влажностью 27% горели неустойчиво, адиабатическая температура горения не превышала 600°С, необходимые параметры теплоносителя для сушки зерна не достигнуты.
Пример 2. Определим величину К при подсушке по заявленному способу сжигания растительных отходов с W1=30% и W2=22% при T1=240°C и Т2=100°С (температуру смеси примем равной температуре пара при атмосферном давлении). Теплоемкость золы твердого теплоносителя равняется С=1,257 кДж/кг. Величина r приведена выше. Подставив указанные значения параметров в формулу 5, получим К=1,52.
Дополнительное регулирование адиабатической температуры горения можно осуществить путем подачи пара в надслоевую полость псевдоожиженного слоя. При подаче большего количества пара температура снижается, так как уменьшается содержание кислорода в газовой среде, при уменьшении подачи - увеличивается, причем это регулирование может осуществляться автоматически с использованием термопары, системы управления с приводом на клапан паропровода (на схеме не указан), избыток пара отводится в конденсатор.
Использование изобретения позволит повысить эффективность работы топочного устройства на влажном топливе, а использование тепла топочных газов, отходящих из циклона или осадочной камеры, например, в барабанной сушилке повысить кпд топочного устройства до 80% и более.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Баскаков А.П., Мацков В.В., Распопов И.В. Котлы и топки с кипящем слоем. М., Энергоатомиздат, 1995, с.224, 225.
2. Пузырев Е.М. Исследование топочных процессов и разработка котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив. Автореф. на соискан. ученой степени д.т.н., Барнаул, 2003, с.8, 9 (прототип).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ сжигания отходов в псевдоожиженном слое, заключающийся в организации рециркуляции твердого теплоносителя, смешении отходов с рециркулятом, подсушки и сжигании последних в псевдоожиженном слое, отличающийся тем, что коэффициент рециркуляции К определяют из величины необходимой подсушки по формуле
где К - коэффициент рециркуляции, К=Gp/G т;
Gт - подача отходов на сжигание, кг/ч;
Gp - подача рециркулята на смешение с отходами, кг/ч;
r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, кДж/кг;
W1 и W2 - исходная и конечная влажность отходов, %;
T1 и Т2 - исходная температура рециркулята и конечная температура смеси рециркулята и отходов, °С;
С - теплоемкость рециркулята, кДж/(кг °С),
а температуру псевдоожиженного слоя дополнительно регулируют подачей паров сушки в надслоевую полость.
2. Способ сжигания отходов согласно п.1, отличающийся тем, что подсушку отходов проводят, по крайней мере, до удаления свободной влаги.
3. Устройство для сжигания отходов в псевдоожиженном слое, содержащем камеру сгорания с псевдоожиженным слоем, надслоевую полость, камеру сушки, конденсатор, паропровод, систему рециркуляции твердого теплоносителя, отличающееся тем, что камера сушки подключена паропроводом к надслоевой полости с возможностью регулируемой подачи в нее паров от сушки отходов.
Версия для печати
Дата публикации 20.02.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018