Способ сжигания гранулированного биотоплива и котел для осуществления такого способа

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО БИОТОПЛИВА И КОТЕЛ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТАКОГО СПОСОБА Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике. Предложен горизонтальный жаротрубно-дымогарный котел, который содержит водоохлаждаемую жаровую камеру, включающую обечайку, ограниченную торцевыми стенками, в нижней части которой размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, причем каждый из указанных воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным краями своих полок к стойке первого швеллера, причем область между первым и вторым швеллером соединена с водяным объемом котла. Предлагаемый котел также имеет второй швеллер, приваренный по краям своих полок к стенке первого швеллера. Предлагаемый котел отличается тем, что при работе котла циркулирующую воду к нему подводят два трубопровода, каждый из которых проходит через котел и примыкает к жаровой камере котла в месте расположения второго швеллера. Таким образом, обеспечена возможность принудительной подачи воды через область между установленными друг над другом швеллерами, благодаря чему вода не застаивается в ней и отложение песка и ила, а также накипи, приводящее к прогоранию второго швеллера, предотвращается. Кроме того, предлагаемый котел может оснащаться системой подачи вторичного воздуха, проходящей через верхнюю часть котла, обеспечивающей подачу вторичного воздуха для дожигания летучих веществ. Также предложен способ сжигания гранулированного биотоплива, который осуществляется в водоохлаждаемой жаровой камере котла согласно настоящему изобретению. Предложенный способ позволяет повысить эффективность сжигания гранулированного биотоплива за счет сокращения потерь топлива из-за механической неполноты сгорания.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU) 014014 Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано в коммунальной и промышленной энергетике. Известен горизонтальный жаротрубно-дымогарный котел, содержащий водоохлаждаемую жаровую камеру, включающую обечайку, ограниченную торцевыми стенками жаровой камеры; дутьевой вентилятор; систему дымогарных труб, связанную с жаровой камерой, причем в нижней части жаровой камеры размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива, причем каждый из указанных воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к обечайке жаровой камеры, а по торцевым граням приваренным к торцевым поверхностям жаровой камеры, а выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, второй швеллер, приваренный по краям своих полок к стенке первого швеллера, а также по торцевым граням приваренный к указанным торцевым поверхностям жаровой камеры, при этом область между первым и вторым швеллером соединена с водяным объемом котла (Евразийский патент 006130, F24 Н 1/28, F23 С 10/20,27 октября 2005 г.). Недостатком такого котла является его низкая надежность и эффективность. Питающая котел вода содержит механические примеси и растворенные соли, при этом указанная вода протекает через область между установленными друг над другом швеллерами самотеком с небольшой скоростью, вследствие чего в указанной области, заполненной водой, образуются отложения песка и ила и накипные отложения,приводящие к прогоранию второго швеллера. Из уровня техники заявителю не известны способы, являющиеся аналогами заявленному в настоящем изобретении способу сжигания гранулированного биотоплива. Задачей настоящего изобретения является создание эффективного и надежного горизонтального жаротрубно-дымогарного котла, предназначенного для сжигания гранулированного биотоплива, в котором предотвращено отложение песка и ила, а также накипных отложений, приводящих к прогоранию второго швеллера. Указанная задача решается путем применения горизонтального жаротрубно-дымогарного котла,который содержит водоохлаждаемую жаровую камеру, включающую обечайку, ограниченную торцевыми стенками; дутьевой вентилятор; систему дымогарных труб, связанную с жаровой камерой, причем в нижней части жаровой камеры размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с указанным дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива, причем каждый из указанных воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к указанной обечайке жаровой камеры, а по торцевым граням приваренным к указанным торцевым поверхностям жаровой камеры, а выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, второй швеллер, приваренный по краям своих полок к стенке первого швеллера, а также по торцевым граням приваренный к указанным торцевым поверхностям жаровой камеры, при этом область между первым и вторым швеллерами соединена с водяным объемом котла, отличающегося тем, что с целью повышения надежности и эффективности при работе котла циркулирующую воду к нему подводят два трубопровода, каждый из которых проходит через котел и примыкает к жаровой камере котла в месте расположения второго швеллера. Такое техническое решение обеспечивает возможность принудительной подачи воды через область между установленными друг над другом швеллерами, благодаря чему вода не застаивается в ней и отложение песка и ила, а также накипи, приводящее к прогоранию второго швеллера, предотвращается. Отношение длин полок указанных первого и второго швеллеров может быть равно 1,5-2,0, а расстояние между обращенными друг к другу перфорированными полками двух первых швеллеров может быть равно 0,4-0,6 диаметра обечайки жаровой камеры. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание котла для сжигания гранулированного биотоплива, снабженного системой подачи вторичного воздуха для дожигания летучих веществ. Указанная задача решается путем применения горизонтального жаротрубно-дымогарного котла,описанного выше, который включает вентилятор вторичного дутья и через верхнюю часть которого, расположенную над жаровой камерой, проходит система труб, связанных с указанным вентилятором вторичного дутья, причем выход каждой из труб указанной системы труб в жаровую камеру закрыт со стороны горящего топлива швеллером, приваренным по краям своих полок к обечайке жаровой камеры,закрытым с торцов и имеющим в полке, обращенной к продольной оси котла, отверстия для выхода вторичного воздуха, а длина каждого из этих швеллеров равна 0,4-0,6 диаметра обечайки жаровой камеры. Кроме того, через верхнюю часть котла, расположенную над жаровой камерой, может проходить патрубок для подачи гранулированного биотоплива в топку котла, который соединен с системой подачи гранулированного биотоплива в котел и в который врезана труба для подачи вторичного воздуха, соединенная с вентилятором вторичного дутья.-1 014014 Указанный вторичный воздух используется для дожигания летучих веществ, а также защищает систему подачи гранулированного биотоплива от проникновения пламени и горячих газов и воспламенения гранулированного биотоплива до его подачи в котел. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволяет повысить эффективность сжигания гранулированного биотоплива за счет сокращения потерь топлива из-за механической неполноты сгорания. Указанная задача решается путем использования способа сжигания гранулированного биотоплива,который осуществляется в водоохлаждаемой жаровой камере котла согласно настоящему изобретению, в соответствии с которым воздух для сжигания подают под слой топлива в жаровую камеру с таким напором и скоростью, что в ней создается взвешенный слой (кипящий слой), состоящий из вновь поступившего гранулированного биотоплива, частиц коксового остатка и золы, причем в жаровой камере скорость газа, отнесенную к площади поперечного сечения пустой камеры, поддерживают равной 1,0-1,1 минимальной скорости псевдоожижения слоя частиц, находящихся в слое. На фигуре представлен предлагаемый котел: а - вид спереди; б - вид сзади; в - продольный разрез; г - поперечный разрез. Предлагаемый котел состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором расположена жаровая камера 2, которая системой коротких 3 и длинных 4 дымогарных труб соединена с дымоходом 5, по которому дымовые газы удаляются из котла в дымовую трубу (на рисунке не показана). В нижней части жаровой камеры расположена воздухораспределительная решетка, содержащая по меньшей мере один первый швеллер 6, перфорированный сбоку, и по меньшей мере один второй швеллер 7, область между которыми заполнена котловой водой. Первый швеллер 6 посредством системы труб 8 связан коллектором 9 с дутьевым вентилятором (на рисунке не показан). В верхней части котла, расположенного над жаровой камерой 2, проходит система труб 10 для подачи вторичного воздуха, которая через коллектор 11 связана с вентилятором подачи вторичного воздуха (на рисунке не показан). В этой же верхней части расположен патрубок 12 для подачи гранулированного биотоплива в топку котла, который связан с системой подачи гранулированного биотоплива в котел (на рисунке не показана). Гранулированное биотопливо для сжигания в предлагаемом котле предпочтительно представляет собой агрогранулы, изготовленные из отходов растениеводства, таких как солома, лузга проса, риса и пр. Выход в жаровую камеру труб 10 прикрыт швеллерами 13, заглушенными с торцов и имеющими перфорированную со стороны, обращенной к продольной оси котла, полку. На торцевой и задней стенках котла расположены поворотные коробки 14 и дымовые коробки 15. В верхней части цилиндрического корпуса 1 котла расположен штуцер 16 для отвода воды, нагретой в котле. Подводящий циркулирующую через котел воду трубопровод разбит на два параллельных трубопровода 17, которые проходят через тело котла и упираются в заднюю стенку жаровой камеры 2 в месте расположения здесь второго швеллера 7. Таким образом, вода в котел подается по трубопроводам 17 непосредственно в область между швеллерами 6 и 7. При этом поток движущейся воды препятствует образованию здесь отложений песка и ила, а также вскипанию воды и образованию накипных отложений, что также увеличивает надежность работы котла. Котел работает следующим образом. По подводящему трубопроводу 17 объем котла заполняется водой, которая, нагреваясь, выходит по штуцеру 16. Гранулированное биотопливо загружается через патрубок 12 с помощью системы топливоподачи, расположенной вне котла. Затем гранулированное биотопливо попадает в жаровую камеру 2, где с помощью дутьевого воздуха, подаваемого под слой топлива через перфорированные швеллеры 6, переводится в псевдоожиженное состояние. Дымовые газы по коротким 3 и длинным 4 дымогарным трубам направляются в дымоход 5 и дымовую трубу. При этом нагревается вода, заключенная в корпусе 1 котла. Для более полной утилизации тепла дымовых газов они при своем движении разворачиваются на 180 в задней поворотной коробке 14. Для сбора этих газов перед входом в дымоход 5 имеется передняя дымовая коробка 15. Воздух, подаваемый на сжигание гранулированного биотоплива, разбивается на два потока: первичный, подаваемый по коллектору 9 и системе труб 8 под швеллеры 6, через отверстия, в стенках которых этот воздух подается под слой топлива и переводит его в псевдоожиженное состояние; вторичный воздух подается через коллектор 11 и систему труб 10 под швеллеры 13, через отверстия в полках которых проходит в жаровую камеру и используется для дожигания летучих веществ. Часть потока вторичного воздуха подается также в патрубок 12, через который в котел поступает свежее гранулированное биотопливо. Этот воздух используется также для дожигания летучих веществ, а также защищает систему подачи гранулированного биотоплива от проникновения пламени и горячих газов и воспламенения гранулированного биотоплива до его подачи в котел. Подаваемое в котел через патрубок 12 гранулированное биотопливо падают в слой топлива в нижней части жаровой камеры, где оно сгорает.-2 014014 Исследования показали, что при сжигании гранулированного биотоплива, в том числе изготовленного из отходов растениеводства, в кипящем слое, сформированном самим гранулированным биотопливом, частицами его коксового остатка и золой, температура слоя достигает 1000-1100C, что достаточно для воспламенения и устойчивого горения коксового остатка, при этом движущиеся частицы постоянно разрушают образующиеся в слое золо-шлаковые агломераты, поэтому очаговый остаток имеет порошкообразную структуру. Таким образом, при сжигании по предложенному способу гранулированного биотоплива из соломы потери от механической неполноты сжигания составляют 7,94%, тогда как при сжигании в неохлаждаемой чашечной горелке в плотном слое движущегося гранулированного биотоплива 36,44%, при сжигании гранулированного биотоплива из лузги проса соответственно - 15,76 и 30,12%,гранулированного биотоплива из лузги риса - 10,07 и 43,02%, гранулированного биотоплива из лузги подсолнечника - 4,96 и 12,46%. Поддержание скорости газов, отнесенной к поперечному сечению топки, в пределах 1,0-1,1 минимальной скорости псевдоожижения является оптимальным, так как для псевдоожижения таких крупных частиц, как гранулированное биотопливо, требуются высокие скорости газа, и увеличение этой скорости выше 1,0-1,1 приведет к увеличению потерь тепла с уходящими дымовыми газами, в то время как уменьшение этой скорости приводит к прекращению псевдоожижения и образованию в слое золошлаковых агломератов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Горизонтальный жаротрубно-дымогарный котел, который содержит водоохлаждаемую жаровую камеру, включающую обечайку, ограниченную торцевыми стенками; дутьевой вентилятор; систему дымогарных труб, связанную с жаровой камерой, причем в нижней части жаровой камеры размещена топка с кипящим слоем, снабженная воздухораспределительной решеткой, образующей соединенные с указанным дутьевым вентилятором воздушные каналы, каждый из которых имеет выходы для подачи воздуха под слой топлива, причем каждый из указанных воздушных каналов образован первым швеллером, приваренным по краям своих полок к указанной обечайке жаровой камеры, а по торцевым граням приваренным к указанным торцевым поверхностям жаровой камеры, а выходы для подачи воздуха под слой топлива образованы отверстиями в полке этого швеллера, обращенной к центру котла, второй швеллер, приваренный по краям своих полок к стенке первого швеллера, а также по торцевым граням приваренный к указанным торцевым поверхностям жаровой камеры, при этом область между первым и вторым швеллерами соединена с водяным объемом котла, отличающийся тем, что при работе котла циркулирующую воду к нему подводят два трубопровода, каждый из которых проходит через котел и примыкает к жаровой камере котла в месте расположения второго швеллера. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что отношение длин полок указанных первого и второго швеллеров заключено в диапазоне 1,5-2,0, а расстояние между обращенными друг к другу перфорированными полками двух первых швеллеров заключено в диапазоне 0,4-0,6 диаметра обечайки жаровой камеры. 3. Котел по п.1, отличающийся тем, что он включает вентилятор вторичного дутья, а через верхнюю часть котла, расположенную над жаровой камерой, проходит система труб, связанных с указанным вентилятором вторичного дутья, причем выход каждой из труб указанной системы труб в жаровую камеру закрыт со стороны горящего топлива швеллером, приваренным по краям своих полок к обечайке жаровой камеры, закрытым с торцов и имеющим в полке, обращенной к продольной оси котла, отверстия для выхода вторичного воздуха, а длина каждого из этих швеллеров равна 0,4-0,6 диаметра жаровой камеры. 4. Котел по п.3, отличающийся тем, что через верхнюю часть котла, расположенную над жаровой камерой, проходит патрубок для подачи гранулированного биотоплива в топку котла, который соединен с системой подачи гранулированного биотоплива в котел и в который врезана труба для подачи вторичного воздуха, соединенная с вентилятором вторичного дутья. 5. Способ сжигания гранулированного биотоплива в водоохлаждаемой жаровой камере котла по пп.1-4, отличающийся тем, что воздух для сжигания подают под слой топлива в жаровую камеру с таким напором и скоростью, что в ней создается взвешенный слой, состоящий из вновь поступившего гранулированного биотоплива, частиц коксового остатка и золы, при этом в жаровой камере скорость газа, отнесенную к площади поперечного сечения пустой камеры, поддерживают равной 1,0-1,1 минимальной скорости псевдоожиженияслоя частиц, находящихся в камере.