3.1 Введение
В настоящей главе описываются установки, предназначенные для сжигания топлива, имеющие номинальную тепловую мощность более 100 кВт. Топки таких установок обычно оснащены механическим или пневматическим устройством подачи топлива. Как правило, ручная подача топлива более не используется в связи с высокими затратами на содержание персонала и строгими ограничениями на выбросы газообразных загрязнений. Современные промышленные установки, предназначенные для сжигания топлива, оборудованы системами контроля технологических процессов, обеспечивающими полностью автоматическую эксплуатацию установок.
Существуют следующие основные технологии сжигания биомассы:
-сжигание топлива в неподвижном слое;
-сжигание топлива в псевдоожиженном (кипящем и циркулирующем) слое;
-пылевое сжигание.
Схемы этих технологических процессов показаны на Рис. 3.1 и описаны ниже.
Рис. 3.1. Схемы основных технологических процессов сжигания биомассы.
fixed bed furnace (grate furnace) = сжигание топлива в неподвижном слое (в топке с колосниковой решеткой);
bubbling fluidized bed furnace = сжигание топлива в кипящем псевдоожиженном слое
circulating fluidized bed furnace = сжигание топлива в циркулирующем псевдоожиженном слое
dust firing = пылевое сжигание
fuel = топливо
air = воздух
ash = зола
Установки, предназначенные для сжигания топлива в неподвижном слое, включают топки с колосниковыми решетками и загрузчики с нижней подачей топлива. Первичный воздух проходит через неподвижный слой топлива, в котором происходит подсушивание, газификация и обугливание топливного материала. Выделившиеся горючие газы сгорают после подачи вторичного воздуха, как правило, в зоне горения, отделенной от топливного слоя.
В топке с псевдоожиженным слоем топливная биомасса сжигается в самоперемешивающейся взвеси газа и материала слоя, в который снизу подается воздух для горения. В зависимости от скорости псевдоожижения различают сжигание топлива в кипящем псевдоожиженном слое и циркулирующем псевдоожиженном слое.
Пылевое сжигание может применяться для сжигания топлива, состоящего из мелких частиц (имеющих средний размер менее 2 мм). В топочную камеру подается смесь топлива и первичного воздуха горения. Топливо сгорает во взвешенном состоянии, и после подачи вторичного воздуха происходит выгорание газов. Существуют также различные варианты этих технологий. Примерами могут служить установки, предназначенные для сжигания топлива с забрасывателями-распределителями и циклонными форсунками. .
3.2 Сжигание топлива в неподвижном слое
3.2.1 Топки с колосниковыми решетками
Существуют различные типы колосниковых решеток: неподвижные решетки, подвижные решетки, решетки с движущимся полотном, вращающиеся решетки и вибрационные решетки. Эти технологии имеют определенные преимущества и недостатки в зависимости от свойств топлива, поэтому выбор метода сжигания топлива следует производить на основе тщательного планирования.
Колосниковые решетки предназначены для сжигания топлива из биомассы с высоким содержанием влаги, различными размерами частиц (с ограничением по нижнему пределу количества мелких частиц в топливной смеси) и высокой зольностью. Возможно использование смесей различных видов древесины, однако существующие технологии на позволяют сжигать смеси древесного топлива с соломой, зерновыми и травами из-за различий в характеристиках горения, низкой влажности и низкой точки плавления золы. Имеющая эффективную конструкцию и хорошо управляемая колосниковая решетка обеспечивает равномерное распределение топлива и слоя углей по всей поверхности решетки. Это необходимо для обеспечения равномерной подачи первичного воздуха на различные участки над поверхностью решетки.
Неравномерная подача первичного воздуха может вызывать ошлакование, образование чрезмерного количества зольной пыли и увеличивать потребность в избыточном кислороде, необходимом для полного сгорания топлива. Также перемещение топлива по решетке должно быть как можно более плавным и равномерным с тем, чтобы слой углей на решетке оставался максимально ровным и однородным без образования "провалов" и сепарации зольной пыли несгоревших частиц.
Технология, обеспечивающая решение этих задач, предусматривает использование колосниковых решеток с непрерывно движущимся полотном, систему контроля высоты топливного слоя (например, с помощью инфракрасных лучей) и вентиляторов первичного воздуха с регулированием частоты вращения, предназначенных для подачи воздуха на различные участки решетки. Разделение подачи первичного воздуха по участкам необходимо для того, чтобы обеспечить регулирование подачи определенного количества воздуха в зоны, в которых происходят высушивание, газификация и обугливание топлива (см. Рис. 3.2). Такое раздельное регулирование подачи первичного воздуха обеспечивает эффективную работу топок с колосниковыми решетками при частичной нагрузке, составляющей до 25% номинальной нагрузки топки, и позволяет поддерживать необходимое содержание воздуха (обеспечивающее поддержание восстановительной атмосферы в камере первичного воздуха, необходимой для работы с низким уровнем выбросов NOx). В топках с колосниковыми решетками также может применяться водяное охлаждение, предотвращающее ошлакование и продлевающее срок службы материалов.
В топке с колосниковой решеткой также необходимо обеспечить ступенчатое сжигание топлива посредством разделения топки на первичную и вторичную топочные камеры с тем, чтобы предотвратить смешение подаваемого вторичного воздуха с ранее поданным воздухом и разделить зоны газификации и окисления. Так как смешение воздуха и топочного газа в первичной топочной камере не является оптимальным из-за низкой турбулентности, необходимой для сохранения слоя углей на решетке в спокойном состоянии, конфигурация вторичной топочной камеры и режим подачи вторичного воздуха должны обеспечивать максимально полное смешение топочного газа с подаваемым воздухом. Более высокое качество смешения топочного газа с вторичным воздухом горения уменьшает количество избыточного воздуха, необходимого для полного сгорания и обеспечивает более эффективное сгорание топлива.
Качество смешения можно повысить посредством устройства относительно узких каналов, через которые с высокой скоростью проходит топочный газ, и в которые через форсунки, распределенные по периметру канала, подается с высокой скоростью вторичный воздух. Эффективное смешение топочного газа со вторичным воздухом также обеспечивается с помощью вихревого потока или циклонического потока.
Рис. 3.2. Схема процесса горения в неподвижном слое топлива.
furnace = топка
surface of fixed bed = поверхность неподвижного слоя
charcoal and ash layer = слой углей и золы
ignition front = фронт возгорания
primary air = первичный воздух
V grate = V-образная колосниковая решетка
primary air = первичный воздух
fuel bed (drying and subsequent volatilization) = слой топлива (высушивание и последующий выход летучих компонентов)
grate = колосниковая решетка
В топках с колосниковыми решетками используются различные системы сжигания топлива, основанные на направлении перемещения топлива и потока топочного газа (Рис. 3.3):
-со встречным потоком (направление факела противоположно направлению перемещения топлива);
-с параллельным потоком (направление факела совпадает с направлением перемещения топлива);
-с поперечным потоком (удаление топочного газа в средней части топки).
Рис. 3.3. Классификация методов сжигания топлива: с параллельным потоком; с поперечным потоком; со встречным потоком.
Co-current = С параллельным потоком
Cross-current = С поперечным потоком
Counter-current = Со встречным потоком.
Сжигание топлива со встречным потоком является наиболее приемлемым методом сжигания топлива с низкой теплотой сгорания (влажная кора, древесная щепа, опилки). Так как горячий топочный газ проходит над поверхностью влажной топливной биомассы, поступающей в топку, конвекция, создаваемая в топке, ускоряет процесс высушивания и перенос водяного пара из слоя топлива (дополняя основной радиационный теплообмен с поверхностью топлива). Этот метод требует эффективного перемешивания топочного газа с вторичным воздухом, которое предотвращает образование сгустков, обогащенных несгоревшими газами, поступающих в котлоагрегат и повышающих уровень выбросов.
Сжигание топлива с параллельным потоком применяется при сжигании сухого топлива, такого как древесные отходы или солома, или используется в установках с предварительным подогревом первичного воздуха. Этот метод увеличивает время пребывания несгоревших газов, выделившихся из слоя топлива, и позволяет снизить содержание NOx в результате лучшего контакта топочного газа со слоем топлива в задней части колосниковой решетки. При использовании этого метода может увеличиваться унос зольной пыли, который снижается посредством создания соответствующих условий потока (в топке соответствующей конструкции).
Установка с поперечным потоком, представляющая собой сочетание установки с параллельным потоком и установки со встречным потоком, специально предназначена для применения в установках с вертикальными вторичными топочными камерами. Для того, чтобы обеспечить эффективное регулирование температуры в топке, используются камеры рециркуляции топочного газа и топочные камеры с водяным охлаждением. Также используются различные сочетания этих технологий. Водяное охлаждение позволяет сократить объем топочного газа, уменьшить спекание золы на стенках топки и во многих случаях продлить срок службы изоляционного кирпича. Если применяется только сухая топливная биомасса, можно использовать топочные камеры с металлическими стенками (без кирпичной изоляции). Сжигание влажной топливной биомассы осуществляется в топках с кирпичной изоляцией, действующей в качестве аккумулятора тепла и выравнивающей уровень влажности и колебания температуры горения, что обеспечивает эффективное выгорание топочного газа. Рециркуляция топочного газа позволяет улучшить смешивание горючих газов с воздухом и регулируется с более высокой точностью чем параметры поверхности с водяным охлаждением. Недостатком этого процесса является увеличение объема топочного газа в секциях топки и котла. Рециркуляцию топочного газа следует осуществлять после осаждения зольной пыли с тем, чтобы предотвратить ее осаждение в каналах рециркуляции. Также рециркуляцию топочного газа не следует выполнять в прерывистом режиме с тем, чтобы не допустить конденсацию газа и коррозию материала каналов или лопастей вентилятора.
Двухкамерная топка
В двухкамерной топке первичное и вторичное сжигание топлива осуществляется в физически отделенных друг от друга топочных модулях. Двухкамерные топки применяют, когда к качестве топлива используется относительно влажная древесная щепа. Двойная топка включает шнековый загрузчик топлива с защитой от распространения пламени в обратном направлении, камеру с улучшенной изоляцией с колосниковой решеткой (обычно с параллельным потоком) и отдельный котельный модуль. В камере с улучшенной изоляцией (которую называют предварительной топкой или предварительной печью), в которую вентилятором подается первичный воздух, происходит сжигание или частичная газификация топлива. Топливо сжигается небольшими дозами. С помощью вторичного воздуха топливные газы и топочные газы подаются через фланец в котельный модуль. В установке с такой конфигурацией окисление происходит в котельном модуле перед поступлением горячих газов в теплообменник. Таким образом, в двухкамерных топках зоны пиролиза и газификации и зона окисления в большей степени разделены в пространстве, чем в других установках, предназначенных для сжигания топлива. Имеется возможность создания турбулентных зон в трубе топочного газа, что позволяет дополнительно улучшить смешение воздуха горения и, таким образом, повысить степень выгорании топлива. Вместе с тем, недостаточная тепловая изоляция и отсутствие водяного охлаждения топки может повысить тепловые потери.
Предварительную топку можно соединить с действующим котлоагрегатом, что является экономичным решением задачи конверсии котла на ископаемом топливе (мазуте, дизельном топливе или природном газе). Предварительная топка устанавливается, как правило, перед и иногда под существующим котлоагрегатом. Наилучшие результаты достигаются в случае, когда предварительная топка и котлоагрегат имеют аналогичную конструкцию.
Описываемая установка занимает большую площадь по сравнению с установками других типов. Другие недостатки включают недостаточно эффективный отбор тепла на первом этапе сжигания топлива, а также образование шлака и в некоторых случаях высокий уровень выбросов NOx.
На рис.3.4 показан принцип действия предварительной топки, предназначенной для сжигания древесной щепы.
Рис. 3.4. Принципиальная схема двухкамерной топки.
Beschickungszyklon = топливный бункер
Zellenradschleusen = шлюз
Zwischenbehälter = промежуточный резервуар
Dosierschnecke = дозировочный шнек
Brennstoff-Förderschnecke = подача топлива
Entgasungsraum = дегазификация
Schubrostantrieb = привод колосниковой решетки
Primärluft = первичный воздух
Schubrost = колосниковая решетка
automatische Entaschung (Brenner) = автоматическое обеззоливание (горелка)
Sekundärluft (vorgewärmt) = вторичный воздух(предварительно подогретый)
Anschlussflansch = фланец
Nachbrennraum = топочная камера
Vorlauf = клапан
Sicherheitsvorlauf = предохранительный клапан
zum Staubabscheider und Schornstein = к устройству пылеудаления и дымовой трубе
automatische Entaschung (Kessel) = автоматическое обеззоливание (котлоагрегат)
Unterdrucksensor = датчик отрицательного давления
Rücklauf = обратный клапан
Ascheaustragung = автоматическое обеззоливание
Колосниковая решетка с движущимся полотном
Колосниковые решетки с движущимся полотном собираются из колосниковых элементов, образующих бесконечную ленту, движущуюся (подобно эскалатору) через камеру сгорания (см. Рис. 3.5). Топливо подается с одного из концов камеры сгорания на решетку, например, винтовыми конвейерами, или распределяется по решетке забрасывателями-распределителями, подающими топливо в камеру сгорания (см. рис. 3.6). Слой топлива, остающийся неподвижным, перемещается через камеру сгорания вместе с решеткой в отличие от топок с подвижной колосниковой решеткой, в которых топливо перемещается по решетке. В конце камеры сгорания решетка очищается от золы и загрязнений, и происходит поворот ленты в обратную сторону (автоматическое золоудаление). На обратном пути колосники решетки охлаждаются первичным воздухом для предотвращения перегрева и минимизации износа. Скорость движения решетки с движущимся полотном непрерывно регулируется с тем, чтобы обеспечить полное сгорание углей.
Преимуществами установок с колосниковыми решетками с движущимся полотном являются равномерные условия сгорания древесной щепы и гранулированного древесного топлива и низкий уровень выбросов пыли благодаря устойчивому положению почти неподвижного слоя углей. Колосниковая решетка удобна в эксплуатации и техническом обслуживании.
Однако по сравнению с топками с подвижными колосниковыми решетками топки с решетками с движущимся полотном, в которых не осуществляется шурование слоя углей, характеризуются боле длительным временем сгорания топлива.
Также требуется подача большего количества первичного воздуха для обеспечения полного сгорания топлива. (что ограничивает возможности снижения выбросов NOx в результате принятия первичных мер). Неоднородность материала топливной биомассы, не подвергаемого перемешиванию, может вызвать сводообразование и неравномерное распределение топлива по поверхности решетки. Этой проблемы можно избежать используя забрасыватели-распределители, которые осуществляют перемешивание топливного при подаче топлива.
Рис. 3.5. Принцип действия колосниковой решетки с движущимся полотном.
Fuel feeding = Подача топлива
Primary air = Первичный воздух
Ash discharge = Удаление золы
Рис. 3.6. Конструкция топки с колосниковой решеткой с движущимся полотном, подача топлива в которую производится забрасывателем-распределителем.
Топки с неподвижными колосниковыми решетками
Неподвижные решетки (см. Рис. 3.7) применяются только в установках малой мощности. В этих системах перемещение топлива осуществляется при подаче топлива и под воздействием силы тяжести (при наклоне решетки). Так как перемещение и распределение топлива на неподвижной колосниковой решетке не поддается регулированию, эта технология более не применяется в современных установках, предназначенных для сжигания топлива.
Рис. 3.7. Наклонная неподвижная колосниковая решетка.
Наклонные подвижные колосниковые решетки и горизонтальные подвижные колосниковые решетки
Подвижная колосниковая решетка представляет собой наклонную решетку, состоящую из чередующихся фиксированных и подвижных колосниковых элементов (см. Рис. 3.8 и Рис. 3.9). Чередуя горизонтальное поступательное и возвратное перемещение подвижных секций топливо передвигают по поверхности решетки. Таким образом осуществляется перемешивание несгоревших и сгоревших частиц топлива, обновление поверхности топливного слоя и достигается более равномерное распределение топлива по поверхности решетки (что необходимо для обеспечения равномерного распределения первичного воздуха в слое топлива). Как правило, решетка делится на несколько секций, которые могут двигаться с различной скоростью в зависимости от стадии сгорания топлива (см. Рис. 3.9). Перемещение колосников осуществляется с помощью гидроцилиндров. Колосники решетки, изготовленные из жаропрочных стальных сплавов, имеют узкие каналы в боковых стенках, через которые подается первичный воздух. Колосники должны иметь минимально возможную ширину с тем, чтобы макисмально эффективно обеспечить распределение воздуха по всему слою топлива.
Рис. 3.8. Современная топка с разделенной на секции колосниковой решеткой, оснащенная инфракрасной системой контроля и устройством управления подачей первичного воздуха.
Примечание. 1.... преобладает процесс подсушки; 2.... преобладает процесс газификации; 3.... преобладает процесс сгорания углей.
feed of the pipe network = подающий трубопровод
return of the pipe network = возвратный трубопровод
secondary air fans = вентиляторы вторичного воздуха
primary air fans = вентиляторы первичного воздуха
flue gas recirculation = рециркуляция топочного газа
primary combustion zone = зона первичного сгорания
secondary combustion zone = зона вторичного сгорания
infrared control = инфракрасная система контроля
moving grate = подвижная колосниковая решетка
Рис. 3.9. Наклонная подвижная решетка.
Обозначения. Wärmetauscher = теплообменник, Verbrennungsluftführung = подача воздуха для горения, Brennstoffzuführung = подача топлива, Brennstoff-Verteilbalken = элементы распределения топлива, Treppenrost = подвижная решетка, Automatische Entaschung = автоматическое золоудаление
Топки с подвижными колосниковыми решетками могут использоваться для сжигания различных видов биотоплива. Топки с подвижными решетками с воздушным охлаждением, в которых первичный воздух используется для охлаждения колосников решетки, применяются для сжигания влажной коры, опилок и древесной щепы. Для сжигания сухого биотоплива и биотоплива с низкой температурой спекания золы рекомендуется использовать установки с колосниковыми решетками с водяным охлаждением. В отличие от систем с колосниковыми решетками с движущимся полотном в этих топках более сложно точно регулировать периодичность перемещения колосников решетки. Чрезмерно высокая периодичность перемещения колосников может привести к высокой концентрации несгоревшего углерода в золе или недостаточному покрытию решетки. Контроль высоты слоя топлива, выполняемый с помощью инфракрасных лучей на различных участках решетки, позволяет осуществлять точное регулирование периодичности перемещения колосников. Зола удаляется под решеткой во влажном или сухом виде. Как правило, управление работой установок осуществляется в полностью автоматическом режиме.
Рис. 3.10. Изображение наклонной подвижной решетки.
Горизонтальные подвижные решетки
Слой топлива размещается на горизонтальной подвижной решетке в строго оризонтальном положении благодаря расположенным диагонально колосникам решетки (см. рис. 3.11). Преимущество этой технологии состоит в том, что предотвращается неконтролируемое перемещение топлива по решетке под воздействием силы тяжести и повышается эффективность шурования слоя топлива при перемещении колосников, что способствует более однородному распределению топливного материала по поверхности решетки и уменьшает образование шлака в результате возникновения горячих пятен. Преимуществом горизонтальной подвижной решетки является также возможность уменьшения общей высоты слоя. С тем, чтобы избежать проваливания частиц золы и топлива сквозь колосники решетки, необходимо производить регулировку решетки с предварительным натягом таким образом, чтобы устранить зазоры между колосниками.
Рис. 3.11. Вид сверху и сбоку системы сжигания топлива топки с горизонтальной подвижной колосниковой решеткой.
Top View of Combustion Base = Вид сверху системы сжигания топлива
Over fire = Над пламенем
Air = Воздух
Screw Auger Feed = Шнек подачи топлива
Multi-Zone Under Fire Air = Многозонная подача воздуха под пламенем
Over Fire = Над пламенем
Air = Воздух
Refractory = Огнеупорный материал
Side View of Combustion Base = Вид сбоку системы сжигания топлива
Air Flow-Gasified Wood Fuel = Воздушный поток – газифицированное древесное топливо
Screw Auger Feed = Шнек подачи топлива
Refractory = Огнеупорный материал
Under Fire Grates = Решетка под пламенем
Вибрационные решетки
Топка с вибрационной решеткой включает наклонную ребристую трубу, помещенную на пружины (см. Рис. 3.12). Подача топлива в топочную камеру производится с помощью забрасывателей, винтовых конвейеров или гидравлических питателей. В зависимости от типа процесса сжигания топлива два или более вибрационных устройств транспортируют топливо и золу к месту удаления золы. Первичный воздух подается снизу через слой топлива через отверстия, расположенные в ребрах стенок ребристой трубы. Короткое периодическое вибрационное действие решетки (в течение 5-10 секунд каждые 5-20 минут) предотвращает образование крупных частиц шлака, поэтому метод с использованием этой решетки часто применяют для сжигания топлива, склонного к спеканию и шлакообразованию (например, соломы, древесных отходов).
Использование вибрационных колосниковых решеток позволяет получить значительно более высокий по сравнению со сжиганием топлива в псевдоожиженном слое КПД котла (до 92%). Очень низкое потребление энергии и малый износ деталей топочной камеры обеспечивают низкие эксплуатационные затраты. Недостатками вибрационных решеток являются высокий уровень выбросов зольной пыли, вызываемых вибрацией, более высокий уровень выбросов СО в результате периодического нарушения слоя топлива и неполное сгорание донной золы в результате недостаточно эффективного регулирования транспортировки топлива и золы.
Рис. 3.12. Схема вибрационной колосниковой решетки с подачей топлива забрасывателем-распределителем.
fuel = топливо
secundary air = вторичный воздух
transport air = подаваемый воздух
ash = зола
tertiary air = третичный воздух
secundary air = вторичный воздух
vibro-drive = вибропривод
Вращающаяся колосниковая решетка с нижней подачей топлива
Сжигание топливной биомассы на вращающейся колосниковой решетке с нижней подачей топлива является новой финской технологией сжигания топлива из биомассы, предусматривающей использование конусообразных секций колосниковой решетки, вращающихся в противоположных направлениях, с нижней подачей воздуха (см. Рис. 3.13 и Рис. 3.14). Эта система, обеспечивающая эффективное смешение влажного и горящего топлива, может использоваться для сжигания высоковлажного топлива. такого как кора, опилки и щепа (с содержанием влаги до 65%в.о.). Образующиеся горючие газы сгорают во вторичном воздухе в отдельной горизонтальной или вертикальной камере сгорания. Вариант установки в горизонтальном исполнении используется для выработки горячей воды или пара в котлах с номинальной мощностью от 1 до 10 МВтт. Вариант установки в вертикальном исполнении применятся в водогрейных котлах мощностью от 1 до 4 МВтт. Так как топливо подается на решетку снизу винтовым конвейером (как в топках с нижней подачей топлива), размер частиц топлива не должен превышать 50 мм.
Установки, предназначенные для сжигания топливной биомассы на вращающейся колосниковой решетке с нижней подачей топлива также могут использоваться для сжигания смеси твердого топлива и активного ила. Установка оснащена системой компьютерного управления, обеспечивающей работу установки в полностью автоматическом режиме.
Рис. 3.13. Вращающаяся колосниковая решетка с нижней подачей топлива.
Обозначения. A ... подача топлива, B... первичная топочная камера, C .. вторичная топочная камера, D ...котел, E... скруббер топочного газа, F... золоудаление, G...дымовая труба.
Рис. 3.14. Схема вращающейся колосниковой решетки с нижней подачей топлива.
Fuel feeding = Подача топлива
Primary air = Первичный воздух
Rotating grate = Вращающаяся решетка
Ash discharge = Удаление золы
Вращающаяся конусная топка
Основным элементом конструкции конусной печи является вращающаяся с низкой скоростью вогнутая конусная решетка (см. рис. 5.13). Вращающийся конус образует бесконечную решетку с самошурованием топлива, которая обеспечивает эффективное перемешивание и быстрое возгорание различных видов топлива, состоящих из частиц различных размеров и имеющих различную влажность. Вращающиеся конусные печи были разработаны в Германии и используются до настоящего времени для сжигания древесных отходов и угля. Топки поставляются для использования с котлоагрегатами номинальной мощностью от 0,4 кВт до 50 кВт.
Топливо загружается сверху через двухступенчатый герметизированный загрузочный люк. Первичный воздух поступает на решетку через колосники только на участках решетки, покрытых топливом. Тщательное перемешивание слоя углей позволяет получить коэффициент избытка первичного воздуха λ от 0,3 до 0,6, что позволяет использовать топливо с низкой температурой плавления золы (во вращающемся конусе газификация происходит при температуре менее 800○С). Вторичный воздух подается по касательной с высокой скоростью в цилиндрическую вторичную топочную камеру, создавая вихревой поток, обеспечивающий эффективное смешение топочного газа с воздухом и эффективное отделение зольной пыли от топочного газа.
Изготовленные из стали стенки топки охлаждаются водой, что обеспечивает эффективный контроль температурного режима в зоне окисления и предотвращение зольных загрязнений. Общий коэффициент избытка воздуха при сжигании топлива λ; может поддерживаться в диапазоне от 1,2 до 1,4, что является очень низким значением для печей с неподвижным слоем топлива и обеспечивает высокую полноту сгорания.
Рис. 3.15. Схема вращающейся конусной топки.
Обозначения.
1... подача топлива,
2... вращающаяся решетка,
3... дно конуса,
4... первичный воздух,
5... контроль подачи воздуха,
6... золоудаление,
7... винтовой конвейер для транспортировки золы,
8... зона выгорания,
9... вторичный воздух.
Недостатки этой передовой технологии сжигания топлива включают:
-ограниченный опыт использования различных видов биотоплива при различных нагрузках, а также отсутствие достаточных данных об износе решетки и деталей печи;
-для розжига топлива требуется дополнительная горелка в связи с тем, что применяется водяное охлаждение стенок печи;
-необходимость периодического останова печи для удаления крупных частиц золы, накапливающихся во внутреннем пространстве печи (эта операция выполняется автоматически установленным грейферным устройством);
-периодичность очистки зависит от количества минеральных примесей, содержащихся в топливе.
3.2.2 Топки с нижней подачей топлива
Топки с нижней подачей топлива (рис. 3.16, рис. 3.17 и рис. 3.18) используются для сжигания топливной биомассы низкой зольности (древесная щепа, опилки, древесные гранулы), состоящей из мелких частиц (имеющих размеры до 50 мм). Максимальная допустимая влажность ограничивается 40%, так как вся испаряющаяся влага проходит через неподвижный слой топлива и в случае чрезмерно высокой влажности топлива оказывает значительное воздействие на концентрацию кислорода. Топливная биомасса высокой ольности из коры, соломы или зерновых требует использования более эффективной системы золоудаления. Также частицы спекшейся или расплавленной золы, покрывающие неподвижный слой топлива, могут вызывать определенные проблемы при эксплуатации топок с нижней подачей топлива, возникающие при нестабильных условиях горения, когда топливо и воздух пробиваются через покрытую золой поверхность.
Рис. 3.16. Общий вид печи с нижней подачей топлива.
Обозначения. Wärmetauscher = теплообменник, Grosse Kesseltüre = большие дверцы котла, Verbrennungs- luftführung = подача воздуха для горения, Automatische Entaschung = автоматическое золоудаление, Retorte = реторта, Brennstoffzuführung = подача топлива.
Использование топок с нижней подачей топлива позволяет получить относительно высокие значения КПД котла (от 80% до 85%). Имеются как одношнековые, так и многошнековые системы подачи топлива. Одношнековые питатели используются в установках мощностью до 2 МВтт, а многошнековые – в установках мощностью до 5 Мвтт. Преимуществом топок с нижней подачей топлива является эффективная работа установок при частичных нагрузках и простое управление процессом загрузки топлива, что позволяет осуществлять регулирование нагрузки легче и быстрее, чем в установках с колосниковыми решетками.
Новая австрийская разработка – топка с нижней подачей топлива с вихревой камерой продуктов сгорания, в которой сильный вихревой поток вторичного воздуха создается вентилятором специальной конструкции, оснащенном вращающейся цепью (см. рис. 3.19).
Рис. 3.17.Схема топки с нижней подачей топлива.
Primary air - Первичный воздух
Ash discharge - Удаление золы
Fuel feeding - Подача топлива
Рис. 3.18.Топка с нижней подачей топлива.
Рис. 3.19. Конструкция вихревой камеры продуктов сгорания с индуцируемым вихревым потоком.
Достарыңызбен бөлісу: |
