способ подготовки и сжигания твердого топлива и система для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подготовки и сжигания твердого топлива (угля) в системе пылеприготовления с промбункером, включающий сушку и размол исходного сырого угля в потоке газообразного сушильного агента, разделение полученной после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль с отведением последней в промбункер, подачу угольной пыли из промбункера в топку котельной установки в виде основного потока аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси с первичным воздухом, рециркуляцию части отработавшего слабозапыленного сушильного агента в устройства для размола исходного угля и подачу остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку выше упомянутого основного потока топливовоздушной смеси через горелки второго уровня (сбросные) с добавлением регулируемого расхода топочных газов, отбираемых из общего их потока, направляемого из опускного газохода котельной установки в качестве сушильного агента в устройства для сушки и размола исходного топлива, подачу в топку через эти же горелки необходимого (регулируемого) количества пыли из промбункера и введение в топку выше обоих указанных потоков топливной смеси (и отдельно от них) потока чистого воздуха, например части вторичного воздуха, несколькими распределенными по периметру топки струями, отличающийся тем, что подачу остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топке котла осуществляют подводом его с добавлением регулируемого расхода топочных газов непосредственно в горелки второго уровня, а подачу в топку через эти же горелки необходимого (регулируемого) количества угольной пыли из промбункера осуществляют аэрированием ее частью подаваемого в топку общего потока первичного воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для аэрирования подаваемой в топку котла угольной пыли через горелки второго уровня из общего потока первичного воздуха отводят часть его, пропорциональную количеству подаваемой через горелки второго уровня угольной пыли, из расчета обеспечения одинакового расхода первичного воздуха на единицу расхода угольной пыли в каждом потоке топливовоздушной смеси.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при уменьшении общего объема отработавшего слабозапыленного сушильного агента, выделяемого из образующейся при размоле угля аэросмеси, и соответственно объема направляемого на дожигание в топку его остатка увеличивают расход подаваемой в топку через горелки второго уровня угольной пыли из промбункера для компенсации снижения ее содержания в остатке слабозапыленного сушильного агента и соответственно перераспределяют расход первичного воздуха в смесители для создания обоих потоков аэрированной топливовоздушной смеси.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в сопла подачи дополнительного чистого воздуха в топку котельной установки для создания третичной зоны горения (может быть) выполнен подвод топочных газов с регулировкой их расхода.

5. Система подготовки и сжигания твердого топлива преимущественно в топках котельных установок, включающая последовательно расположенные в технологической цепи средства приема и дозированной подачи исходного сырого угля в устройства для его сушки и размола в потоке прокачиваемого через них газообразного сушильного агента, устройства для разделения получаемой после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, накопитель угольной пыли - промбункер с питателями угольной пыли, снабженными течками отвода пыли в установленные на соответствующих пылепроводах смесители эжекторного типа для приготовления топливной аэросмеси и подачи ее в топку котельной установки через основные топливные горелки и горелки второго уровня (сбросные), мельничный вентилятор для отвода отработавшего слабозапыленного сушильного агента в процессе разделения аэросмеси при размоле угля, трубопровод рециркуляции части отработавшего слабозапыленного сушильного агента в устройства для размола исходного угля, трубопровод подачи остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку с добавлением в его поток при необходимости регулируемого расхода топочных газов, отбираемых из опускного газохода топки котельной установки в качестве сушильного агента и подаваемых газопроводом в средства для сушки и размола исходного сырого угля, собственно топку котельной установки, снабженную размещенными на разных уровнях по ее высоте основными топливными горелками, горелками второго уровня (сбросными) и соплами для подачи отдельно от горелок чистого (вторичного) воздуха в топку котла, воздухоподогреватель с подающим воздухопроводом, подключенным к распределительному коробу вторичного воздуха, к концевому участку газопровода подачи топочных газов в устройства для сушки исходного сырого угля и к высоконапорному вентилятору подачи остального горячего воздуха в качестве первичного через распределительный короб в смесители на соответствующих пылепроводах для приготовления высококонцентрированной топливовоздушной аэросмеси и подачи ее в основные горелки для сжигания в топке котельной установки, отличающийся тем, что трубопроводы подачи остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку котла с добавлением при необходимости регулируемого расхода топочных газов подключены непосредственно к сбросным горелкам, а в установленные на соответствующих подающих пылепроводах смесители для приготовления топливной аэросмеси и подачи ее в топку через упомянутые горелки второго уровня выполнен подвод части общего потока первичного воздуха из распределительного короба на выходе высоконапорного вентилятора с регулировкой его расхода.

Описание изобретения к патенту

Оба заявляемых объекта в данной группе предлагаемых изобретений относятся к теплоэнергетике, в частности к технологии подготовки и сжигания твердого топлива и к системе для реализации такой технологии при ее осуществлении, предназначены для подготовки и сжигания твердого топлива в системах пылеприготовления с промежуточным бункером, преимущественно в котельных установках тепловых электростанций, а также в топках других промышленных установок, работающих на распыленном твердом топливе, направлены на максимальное уменьшение выбросов в атмосферу с уходящими дымовыми газами окислов азота и продуктов неполного сгорания топлива, в частности окиси углерода, и повышение эффективности упомянутой технологии и систем для ее реализации.

В технике известны различные способы подготовки и сжигания твердого топлива в системах пылеприготовления с промежуточным бункером. Все они предусматривают сушку и размол исходного сырого угля в потоке газообразного сушильного агента с последующим разделением получаемой после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, которую отводят в промбункер. В качестве газообразного сушильного агента при реализации указанных известных способов используют подаваемый от воздухоподогревателя горячий воздух или отбираемые из топки газы в качестве основного компонента, а также их смесь в требуемом (регулируемом) соотношении. При осуществлении этих известных способов с одноступенчатым сжиганием топлива всю угольную пыль из промбункера подают на сжигание в топку в виде потока аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси с горячим первичным воздухом и отработавшим слабозапыленным сушильным агентом, часть которого в смеси с первичным воздухом может быть возвращена в средства размола исходного угля в качестве части потока сушильного агента. Система подготовки и сжигания твердого топлива при осуществлении такого способа его одноступенчатого сжигания содержит последовательно расположенные в технологической цепи средства приема и дозированной подачи исходного сырого угля в устройства для его сушки и размола в потоке прокачиваемого через последние газообразного сушильного агента, устройства для разделения получаемой после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, накопитель угольной пыли - промежуточный бункер с питателями угольной пыли, мельничный вентилятор для отвода слабозапыленного сушильного агента в топку, например, котельной установки, оборудованную основными топливными горелками, пылепроводами подачи в основные топливные горелки аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси, снабженные каждый отдельным смесителем, в которые выполнены подвод угольной пыли из питателя пыли промбункера отдельной пылевой течкой и отработавшего слабозапыленного сушильного агента непосредственно с выхода мельничного вентилятора или через короб первичного воздуха, подвод которого от воздухоподогревателя выполнен на вход мельничного вентилятора, воздухопровод подачи горячего воздуха от воздухоподогревателя в устройства для сушки и размола исходного угля. При этом возможен вариант возврата части смеси первичного воздуха с отработавшим слабозапыленным сушильным агентом из короба первичного воздуха трубопроводом рециркуляции в устройства для размола исходного сырого угля в качестве части потока сушильного агента или добавление топочных газов в воздухопровод подачи горячего воздуха от воздухоподогревателя в устройства для сушки и размола исходного сырого угля в качестве составной части сушильного агента. Дополнительно в основные топливные горелки выполнен подвод горячего воздуха от воздухоподогревателя в качестве вторичного воздуха [1].

Рассмотренные выше способ подготовки и сжигания твердого топлива и система для его осуществления с одноступенчатым сжиганием всего подаваемого в топку топлива не позволяют получить указанный ниже технический результат, на достижение которого направлено решение единой задачи заявляемыми объектами данного предлагаемого изобретения. Так, при их совместной реализации в топке образуется одна зона активного горения основной массы топлива с установленным избыточным содержанием воздуха (кислорода) по сравнению с теоретически необходимым. Однако при этом ограничивается количество образующихся в факеле горения топлива топливных радикалов, обеспечивающих восстановление (конверсию) содержащихся в продуктах сгорания окислов азота в молекулярный азот. Именно по этой причине с уходящими из топки дымовыми газами в атмосферу выбрасывается значительное количество окислов азота. Увеличение доли подаваемого в топку вместе с топливом избыточного воздуха может несколько уменьшить количество продуктов неполного сгорания топлива в уходящих дымовых газах, но содержание в них количества окислов азота не только не уменьшится, но может даже возрасти из-за снижения количества образующихся топливных радикалов и соответствующего уменьшения количества восстановленных окислов азота. Кроме того, увеличение доли избыточного воздуха, подаваемого в топку для сжигания топлива, отрицательно скажется на экономических показателях работы топки и всей промышленной установки в целом.

Известны более эффективные при совместном использовании способ подготовки и сжигания твердого топлива и система для его осуществления при ступенчатом сжигании топлива.

В настоящее время получили развитие и продолжают совершенствоваться способы трехступенчатого сжигания топлива и системы для его осуществления.

Наиболее близкими по техническому существу к обоим объектам в заявляемой группе предлагаемых изобретений являются «Способ подготовки и сжигания твердого топлива и системы для его осуществления» [2].

Сущность первого из указанных известных объектов - способа подготовки и сжигания твердого топлива, который является прототипом заявляемого способа, заключается в том, что известный способ включает сушку и размол исходного сырого угля в потоке газообразного сушильного агента, разделение полученной после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, накопление угольной пыли отводом ее в промежуточный бункер в процессе разделения аэросмеси, подачу (из промбункера) в топку котельного агрегата угольной пыли в виде основного потока аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси с первичным воздухом, подачу на дожигание в топке вышеуказанного основного потока топливовоздушной смеси части предварительно обогащенного топливом отработавшего слабозапыленного сушильного агента с добавлением, при необходимости, регулируемого расхода топочных газов и введение в топку выше обоих указанных потоков топливной смеси (и отдельно от них) потока чистого воздуха, например части вторичного воздуха, несколькими распределенными по периметру топки струями. При этом угольную пыль из промбункера в поток смеси из отработавшего слабозапыленного сушильного агента и топочных газов вводят через смеситель эжекторного типа в регулируемом объеме, в котором доля угольной пыли составляет 10-30% (по весу) от общей массы подаваемого на сжигание топлива. Кроме того, в топку котельной установки на уровне подачи основного потока аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси, но отдельно от него, одновременно вводят дополнительный поток чистого воздуха, преимущественно части подаваемого в эту зону вторичного воздуха, несколькими распределенными по периметру топки струями. Наконец, общий расход чистого (вторичного) воздуха, вводимого в зону топки на уровне подачи основного потока топливовоздушной смеси, но отдельно от него, и в зону топки выше уровня подачи обогащенного основным топливом потока смеси отработавшего сушильного агента с топочными газами устанавливают до 40% теоретически необходимого его количества для сжигания всего подаваемого в топку воздуха, при этом расход чистого воздуха в каждую из этих зон регулируют в пределах 20-75% общего указанного расхода в обе названные зоны из расчета обеспечения максимальной полноты сгорания топлива при максимальном снижении выбросов окислов азота в атмосферу по результатам анализа проб уходящих из топки дымовых газов.

Сущность второго из указанных известных объектов - системы для осуществления рассмотренного выше известного способа подготовки и сжигания твердого топлива, который является прототипом второго объекта в заявляемой группе изобретений - системы для осуществления заявляемого способа - заключается в том, что она содержит последовательно расположенные в технологической цепи средства приема и дозированной подачи исходного сырого угля в устройства для его сушки и размола в потоке прокачиваемого через них сушильного агента, устройства для разделения получаемой после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, накопитель угольной пыли - промбункер с питателями угольной пыли, снабженными течками отвода пыли в установленные на соответствующих пылепроводах смесители эжекторного типа для приготовления топливной аэросмеси и подачи ее в топку котельной установки через основные топливные горелки и горелки второго уровня (сбросные), мельничный вентилятор для отвода отработавшего слабозапыленного сушильного агента в процессе разделения полученной при размоле угля аэросмеси, трубопровод рециркуляции части отработавшего слабозапыленного агента в устройства для размола исходного угля, трубопровод подачи избытка (остальной части) отработавшего слабозапыленного сушильного агента через смесители на соответствующих пылепроводах для аэрирования подаваемой в смесители угольной пыли и транспортировки ее в виде топливной смеси через горелки второго уровня (сбросные) на дожигание в топке котельной установки с добавлением в поток избытка отработавшего слабозапыленного сушильного агента, при необходимости, топочных газов, отбираемых из опускного газохода топки котельной установки в качестве сушильного агента или основной его части и подаваемых газопроводом в устройства для сушки и размола исходного сырого угля, собственно топку котельной установки, снабженную размещенными на разных уровнях по ее высоте основными топливными горелками, горелками второго уровня (сбросными) и соплами для подачи отдельно от горелок чистого (вторичного) воздуха в топку, воздухоподогреватель с отводящим горячий воздух воздухопроводом, подключенным к распределительному коробу вторичного воздуха, к концевому участку газопровода подачи топочных газов в устройства для сушки исходного сырого угля и к высоконапорному вентилятору подачи воздуха в качестве первичного через распределительный короб в смесители на пылепроводах для аэрирования подаваемого в них основного топлива и транспортировки его в виде высококонцентрированной топливовоздушной смеси в основные горелки для сжигания в топке котельной установки.

Рассмотренная выше система для осуществления известного способа подготовки и сжигания твердого топлива имеет и ряд других особенностей, связанных с установкой топливных горелок и сопел для подачи чистого (вторичного) воздуха, создающей различные направления струй подаваемых в топку потоков, различные направления их крутки, обеспечивающей за счет этого повышение эффективности сжигания топлива и снижение содержания окислов азота в уходящих дымовых газах. Однако эти особенности известной системы не связаны с ее усовершенствованием, предлагаемым заявляемой системой для осуществления заявляемого способа подготовки и сжигания твердого топлива, могут быть сохранены в последней в неизменном виде, заменены другими известными решениями или более совершенными новыми.

Оба известных объекта в рассмотренной группе технических решений обеспечивают при их совместном использовании достаточно высокую эффективность подготовки и сжигания твердого топлива только при стабильном режиме работы с оптимальной нагрузкой устройств для сушки и размола исходного сырого угля в системе для осуществления известного способа. При значительных отклонениях режима работы упомянутых устройств от номинальной нагрузки в известной системе, а тем более при отключении указанных устройств, даже кратковременном, эффективность сжигания топлива в топке котельной установки резко снизится за счет увеличения образования в восстановительной зоне горения топлива окислов азота и выброса их в атмосферу и продуктов неполного сгорания топлива с дымовыми газами, или работа системы в этом случае просто станет невозможной, Это связано с тем, что при уменьшении нагрузки или полном прекращении работы устройств для сушки и размола исходного топлива уменьшается до полного прекращения образование аэросмеси от размола исходного угля в потоке газообразного сушильного агента и соответственно уменьшается его объем, подаваемый с добавлением топочных газов в смесители для перемешивания поступающей в них угольной пыли и транспортировки ее в виде топливной аэросмеси через сбросные горелки для сжигания в восстановительной зоне горения топки. Одновременно с уменьшением расхода подводимой в смесители газовой смеси снижаются и ее параметры (давление), что затрудняет перемешивание подаваемой в смесители угольной пыли с образованием топливной аэросмеси и ее транспортировку к сбросным горелкам или делает эти процессы вообще невозможными с вытекающими из этого последствиями. Таким образом, недостатком первого из рассматриваемой группы объектов - способа подготовки и сжигания твердого топлива - является невысокая эффективность подготовки и сжигания твердого топлива и ее стабильность только при поддержании оптимального режима по нагрузке устройств для сушки и размола исходного угля. Недостаток второго из рассматриваемой группы объектов - системы подготовки и сжигания твердого топлива в три ступени - заключается в том, что она не обеспечивает возможность осуществления регулируемого расхода топлива через сбросные горелки независимо от режима работы устройств для сушки и размола исходного топлива по величине их нагрузки.

Указанные недостатки обоих объектов рассмотренной группы ограничивают возможность повышения их эффективности в части уменьшения выброса в окружающую среду с уходящими дымовыми газами окислов азота и продуктов неполного сгорания топлива и не позволяют получить указанный ниже технический результат, на достижение которого направлено решение единой задачи заявляемыми объектами данного предлагаемого изобретения.

Оба объекта заявляемой группы изобретений направлены на решение единой задачи - повысить эффективность подготовки и сжигания твердого топлива. Технический результат, на достижение которого направлено решение указанной единой задачи при совместном осуществлении обоих объектов заявляемой группы изобретений, - обеспечить возможность необходимого изменения расхода угольной пыли, надежного ее перемешивания и транспортировки в виде топливной аэросмеси через сбросные горелки в топку котельной установки в зону восстановительного сжигания топлива независимо от режима работы устройств для сушки и размола исходного топлива и объема выделяемого из аэросмеси при работе указанных устройств отработавшего слабозапыленного сушильного агента, направляемого для дожигания в топке через сбросные горелки.

Указанный единый технический результат при осуществлении заявляемой группы изобретений по первому объекту из этой группы - способу подготовки и сжигания твердого топлива - достигается тем, что при осуществлении известного способа, принятого в качестве прототипа и включающего сушку и размол исходного сырого угля в потоке газообразного сушильного агента, разделение полученной после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленной сушильный агент и угольную пыль с отведением последней в накопитель пыли - промежуточный бункер, подачу угольной пыли из промбункера в топку котельной установки в виде основного потока аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси с первичным воздухом, рециркуляцию части отработавшего слабозапыленного сушильного агента в устройства для размола исходного угля и подачу остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку вышеупомянутого основного потока топливовоздушной смеси через горелки второго уровня (сбросные) с добавлением в эти же горелки регулируемого расхода топочных газов, отбираемых из общего их потока, направляемого из опускного газохода топки котельной установки в качестве сушильного агента в устройства для сушки и размола исходного топлива, подачу в топку через эти же горелки необходимого (регулируемого) количества угольной пыли из промбункера и введение в топку выше обоих указанных потоков топливной смеси (и отдельно от них) потока чистого воздуха, например части вторичного воздуха, несколькими распределенными по периметру топки струями, - в соответствии с данным изобретением подачу остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топке осуществляют подводом его с добавлением регулируемого расхода топочных газов непосредственно в горелки второго уровня (сбросные), а подачу в топку через эти же горелки необходимого (регулируемого) количества угольной пыли из промбункера осуществляют аэрированием ее частью подаваемого в топку общего потока первичного воздуха. При этом для аэрирования подаваемой в топку котла угольной пыли через горелки второго уровня из общего потока первичного воздуха отводят часть его, пропорциональную количеству подаваемой в горелки второго уровня угольной пыли, из расчета обеспечения одинакового расхода первичного воздуха на единицу расхода угольной пыли (по весу) в каждом потоке топливовоздушной смеси. При уменьшении общего объема отработавшего сушильного агента, выделяемого из образующейся при размоле угля аэросмеси (например, при отключении части или всех устройств для сушки и размола исходного угля), и соответственно объема направляемого на дожигание в топку его остатка увеличивают расход подаваемой в топку через горелки второго уровня угольной пыли из промбункера для компенсации снижения ее содержания в остатке слабозапыленного сушильного агента и соответственно перераспределяют расход первичного воздуха в смесители для создания обоих потоков аэрированной топливовоздушной смеси.

Для снижения температуры газов на выходе их из топки котельной установки и уменьшения ошлакования в сопла для подачи дополнительного чистого (вторичного) воздуха в топку котельной установки для создания третичной зоны горения (может быть) выполнен подвод топочных газов с регулировкой их расхода.

Указанный единый технический результат при осуществлении второго объекта из заявляемой группы изобретений - системы для осуществления заявляемого способа - достигается тем, что в известной системе подготовки и сжигания твердого топлива, включающей последовательно расположенные в технологической цепи средства приема и дозированной подачи исходного сырого угля в устройства для его сушки и размола в потоке прокачиваемого через них газообразного сушильного агента, устройства для разделения получаемой после размола угля аэросмеси на отработавший слабозапыленный сушильный агент и угольную пыль, накопитель угольной пыли - промбункер с питателями угольной пыли, снабженными течками отвода пыли в установленные на соответствующих пылепроводах смесители эжекторного типа для приготовления топливной аэросмеси и подачи ее в топку котельной установки через основные топливные горелки и горелки второго уровня (сбросные), мельничный вентилятор для отвода отработавшего слабозапыленного сушильного агента в процессе разделения аэросмеси при размоле угля, трубопровод рециркуляции части отработавшего слабозапыленного сушильного агента в устройства для размола исходного угля, трубопровод подачи остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку через горелки второго уровня с добавлением в его поток, при необходимости, регулируемого расхода топочных газов, отбираемых из опускного газохода топки котельной установки в качестве сушильного агента и подаваемых газопроводом в средства для сушки и размола исходного сырого угля, собственно топку котельной установки, снабженную размещенными на разных уровнях по ее высоте основными топливными горелками (первого уровня), горелками второго уровня (сбросными) и соплами для подачи отдельно от горелок чистого (вторичного) воздуха в топку котла, воздухоподогреватель с подающим воздухопроводом, подключенным к распределительному коробу вторичного воздуха, к концевому участку газопровода подачи топочных газов в устройства для сушки исходного сырого угля и к высоконапорному вентилятору подачи остального горячего воздуха в качестве первичного через распределительный короб в смесители на соответствующих пылепроводах для приготовления высококонцентрированной топливовоздушной аэросмеси и направления ее в основные горелки для сжигания в топке котельной установки, - в соответствии с данным изобретением трубопроводы подачи остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в топку котла через горелки второго уровня с добавлением при необходимости регулируемого расхода топочных газов к упомянутым горелкам подключены непосредственно, а в установленные на соответствующих подающих пылепроводах смесители для приготовления топливной аэросмеси и подачи ее в топку через упомянутые горелки второго уровня (сбросные) выполнен подвод части общего потока первичного воздуха из распределительного короба на выходе высоконапорного вентилятора с регулировкой его расхода.

Указанные выше особенности обоих объектов заявляемой группы изобретений являются их основным отличием от ближайший известных их аналогов (прототипов) и обеспечивают достижение единого технического результата при их совместном использовании.

Действительно, отличительные особенности первого объекта из заявляемой группы изобретений - способа подготовки и сжигания твердого топлива - позволяют осуществить подачу и эффективное перемешивание с первичным воздухом необходимого регулируемого количества угольной пыли из промбункера в топку котла в зону восстановительного горения независимо от изменения объема направляемого для дожигания в топке отработавшего слабозапыленного сушильного агента, но с учетом фактического изменения объема указанного агента, и обеспечить за счет этого благоприятные условия для более полного восстановления окислов азота в молекулярный азот во вторичной зоне восстановительного горения топлива.

Отличительные особенности второго объекта из заявляемой группы изобретений - системы подготовки и сжигания твердого топлива - позволяют:

- обеспечить реализацию заявляемого способа подготовки и сжигания твердого топлива, упростить подачу дополнительного топлива в сбросные горелки и повысить эффективность протекающих во вторичной зоне горения топлива восстановительных процессов;

- осуществить более эффективное и равномерное перемешивание подаваемого в топку через сбросные горелки потока аэрированной топливоздушной смеси с поступающими из первичной зоны активного горения основного топлива газами и обеспечить восстановление поступающих с ними окислов азота в молекулярный азот;

- снизить температуру газов на выходе их из топки котельной установки и уменьшить за счет этого шлакование.

Таким образом, оба объекта заявляемой группы изобретений обеспечивают при совместной реализации достижение единого технического результата как решения единой задачи.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку входящие в группу разные объекты образуют единый изобретательский замысел, причем один объект из заявляемой группы - система подготовки и сжигания твердого топлива - предназначен для осуществления другого объекта этой же группы - способа подготовки и сжигания твердого топлива, при этом оба объекта заявляемой группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Поскольку проведенный заявителями анализ уровня техники по доступным им источникам не выявил аналогов каждого объекта из заявляемой группы изобретений, характеризующихся всей совокупностью присущих им существенных признаков, а по сравнению с наиболее близкими аналогами - их прототипами - каждый объект обладает рядом существенных отличительных признаков, указанных ранее и отраженных в формуле изобретения, - оба объекта заявляемой группы изобретений соответствуют условию охраноспособности «новизна». Дополнительный поиск не выявил известность использования отличительных признаков обоих объектов заявляемой группы изобретений в этой же или в смежных областях техники для решения аналогичных задач, следовательно, каждый из объектов заявляемой группы изобретений соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень». Поскольку для совместной реализации обоих объектов заявляемой группы изобретений отсутствуют препятствия технического, технологического или иного порядка, что подтверждается приведенными ниже примерами их конкретного осуществления, - заявляемая группа изобретений соответствует условию охраноспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описания конкретных примеров осуществления каждого объекта из заявляемой группы, что, однако, не исключает и другие возможные варианты их осуществления в пределах заявляемой формулы, и чертеж, на котором представлена принципиальная упрощенная схема системы подготовки и сжигания твердого топлива для осуществления заявляемого способа.

Заявляемый способ подготовки и сжигания твердого топлива в системе пылеприготовления с промежуточным бункером реализуется в заявляемой системе (чертеж), которая содержит приемный бункер 1 исходного сырого угля, последовательно с которым в технологической цепи могут быть установлены автовесы 2 и весовой бункер 3 для дозированной подачи исходного угля в отдельные питатели 4, соединенные каждый течкой 5 с устройством 6 для нисходящей сушки сырого угля, из которого предусмотрен отвод угля в устройство для его размола - в мельницу 7. Система подготовки и сжигания твердого топлива может иметь несколько пар устройств для сушки и размола угля, которые соединены отдельными течками 5 с питателями 4 и могут работать все одновременно или часть из них может быть отключена. Устройство 6 для нисходящей сушки исходного сырого угля и мельница 7 конструктивно могут быть объединены в один узел.

К выходу мельницы 7 подключен пылепровод 8 отвода аэросмеси, на котором установлены сепаратор 9 и циклон 10. Сепаратор 9 снабжен пылепроводом 11 возврата крупных фракций угольной пыли в устройство 6 для сушки исходного угля. Отвод выделенной в циклоне 10 угольной пыли выполнен в промбункере 12, а отвод слабозапыленного отработавшего сушильного агента выполнен мельничным вентилятором 13. Система содержит топку 14, например, котельной установки тепловой электростанции, снабженную установленными на разных уровнях по ее высоте основными топливными горелками 15, сбросными горелками 16 и соплами 17 подачи в топку чистого воздуха, преимущественно части вторичного воздуха, и воздухоподогреватель 18, установленный в опускном газоходе 19 котельной установки. В качестве основного сушильного агента выполнен отбор топочных газов при более низкой их температуре из опускного газохода 19 перед воздухоподогревателем 18 газопроводом 20, которые после требуемого их охлаждения в установленном на газопроводе 20 водяном регуляторе температуры 21 и отделения золы в золоуловителе 22, установленном последовательно с водяным регулятором температуры 21, дымососом 23 подведены по газопроводу 24 на вход устройств 6 для нисходящей сушки исходного сырого угля. Атмосферный воздух дутьевым вентилятором 25 подведен на вход воздухоподогревателя 18, а отвод из него нагретого воздуха выполнен воздухопроводом 26, из которого часть воздуха подведена в концевой участок газопровода 24 отводящим воздухопроводом 27 для регулировки состава и температуры газообразного сушильного агента, подаваемого на вход устройства 6 для нисходящей сушки исходного сырого угля, а часть воздуха подведена на вход высоконапорного вентилятора 28. Для регулировки температуры первичного воздуха в заявляемой системе используется в основном атмосферный воздух, поступающий на вход вентилятора 28 через впускной запорный орган 29. Выход высоконапорного вентилятора 28 соединен с распределительным коробом 30 первичного воздуха. Из распределительного короба 30 выполнены отводы первичного воздуха в отдельные смесители 31 на каждом пылепроводе 32 подачи в основные топливные горелки 15 аэрированной высококонцентрированной топливовоздушной смеси с первичным воздухом. Для создания такой смеси в смесители 31 выполнен подвод угольной пыли отдельной пылевой течкой 33 из питателя 34 угольной пыли промбункера 12.

Особенностью заявляемой системы для осуществления заявляемого способа подготовки и сжигания твердого топлива является то, что распределительный короб 30 первичного воздуха дополнительно подключен отдельными воздухопроводами к смесителям 35 на пылепроводах 36 подачи аэрированного потока топливной смеси в сбросные горелки 16 второго уровня, а подвод части отработавшего слабозапыленного сушильного агента на дожигание в восстановительной зоне топки 14 котельного агрегата выполнен непосредственно в сбросные горелки 16 трубопроводом 37, соединенным с трубопроводом 38 рециркуляции слабозапыленного отработавшего сушильного агента мельничным вентилятором 13 в устройства 7 для размола исходного угля. В сбросные горелки 16 выполнен подвод топочных газов отводящим газопроводом 39 из газопровода 24 с регулировкой их расхода. Подвод угольной пыли в смесители 35 выполнен течками 40 из питателей 41 промбункера 12, причем аэрирование угольной пыли, подаваемой в смесители 35, выполнено подведенным к ним из короба 30 первичным воздухом, что улучшает равномерность перемешивания пыли с воздухом, транспортировку полученной аэросмеси через сбросные горелки 16 и условия сжигания топлива в восстановительной зоне топки 14 котельного агрегата. В основные топливные горелки 15 предусмотрен подвод вторичного воздуха, который выполнен из распределительного короба 42, подключенного к воздухопроводу 26. Топка 14 оборудована дополнительными соплами 43 для подачи чистого воздуха отдельно от основных топливных горелок 15, установленными по периметру топки 14 на том же уровне или несколько выше, но ниже уровня установки сбросных горелок 16. В качестве чистого воздуха в сопла 43 выполнен подвод части вторичного воздуха из распределительного короба 42 воздухопроводом 44 из расчета подачи в них части от общего объема вторичного воздуха, предусмотренного для подачи в основные топливные горелки 15.

В сопла 17 подачи дополнительного чистого воздуха в топку 14 для создания третичной зоны горения выполнен подвод части вторичного воздуха воздухопроводами 45 из распределительного короба 42. В эти же сопла может быть выполнен подвод топочных газов из отводящего газопровода 39 с регулировкой их расхода, что тоже является одной из особенностей заявляемой системы. Для нормального сжигания основного потока высококонцентрированной топливовоздушной аэросмеси в основные горелки 15 трубопроводом 45 выполнен подвод и вторичного воздуха из распределительного короба 42.

Как уже было отмечено, другие элементы заявляемой системы могут быть такими же, как и в прототипе, или заменены другими известными или более совершенными новыми. Здесь речь идет о характере установки топливных горелок и сопл для подачи чистого (вторичного) воздуха, направлении струй подаваемых ими потоков и крутки последних.

Сущность заявляемого способа подготовки и сжигания твердого топлива становится понятной из рассмотрения работы описанной выше системы, которая заключается в следующем.

Исходный сырой уголь из приемного бункера 1 подают на автовесы 2 для отвешивания заданных порций и далее в весовой бункер 3, из которого каждая порция угля поступает в отдельные питатели 4 и течкой 5 подается в устройство 6 для нисходящей сушки угля, соединенное с мельницей 7. Сушку и размол исходного сырого угля осуществляют в потоке газообразного сушильного агента, основным компонентом которого являются топочные газы, подаваемые дымососом 23 по газопроводу 24 на вход устройства 6 для нисходящей сушки исходного угля. Для регулировки температуры сушильного агента к топочным газам подмешивают горячий воздух, подаваемый в концевой участок газопровода 24 из воздухопровода 26 отводящим воздухопроводом 27 с регулировкой его расхода. Сушка угля в потоке сушильного агента протекает в устройстве 6 и продолжается в процессе его размола в мельнице 7. Полученная после размола угля угольная пыль выносится потоком газообразного сушильного агента из мельницы 7 и в виде аэросмеси подается пылепроводом 8 через сепаратор 9 в циклон 10. Отделенные в сепараторе 9 из потока аэросмеси крупные частицы угольной пыли отводятся возвратным пылепроводом 11 в устройство 6 для нисходящей сушки угля и вместе с его потоком возвращаются в мельницу 7. В циклоне 10 происходит отделение из аэросмеси большей части угольной пыли (до 90%), которая подается в промежуточный бункер 12. Отработавший сушильный агент с остатками пыли в его потоке отсасывается из циклона 10 мельничным вентилятором 13 и подается по трубопроводу рециркуляции 38 на вход мельницы 7 в качестве составного компонента сушильного агента. Основная часть угольной пыли (не менее 70%) из промбункера 12 поступает в питатели 34 угольной пыли, из которых отдельной течкой 33 подается в смесители 31, установленные на каждом пылепроводе 32 подачи топлива в основные топливные горелки 15. В эти же смесители 31 выполнен подвод первичного воздуха из распределительного короба 30, в который воздух подается под напором, создаваемым вентилятором 28. В смесителях 31 эжекторного типа за счет энергии подаваемого под напором первичного воздуха происходит эжекция угольной пыли, подаваемой течками 33 из питателей 34 угольной пыли, ее смешение с первичным воздухом, и в пылепроводы 32 к основным топливным горелкам 15 поступает аэрированная высококонцентрированная топливовоздушная смесь с первичным воздухом. Эта смесь характеризуется высокой массовой концентрацией топлива (до 80 кг топлива на 1 кг воздуха), что позволяет транспортировать ее по трубопроводам относительно малого внутреннего диаметра (обычно 57-89 мм), а также способствует лучшему воспламенению и выгоранию топливных частиц в топке 14. В основные топливные горелки 15 предусмотрена подача и вторичного воздуха из распределительного короба 42. Для уменьшения образования окислов азота и снижения их концентрации в первичной зоне активного горения основного топлива расход вторичного воздуха в основные топливные горелки 16 выбирают и поддерживают из расчета обеспечения общего расхода воздуха в эти горелки в количестве 70-75% от теоретически необходимого его количества для сжигания всего топлива, подаваемого через основные топливные горелки 15. Этому способствует и существенное снижение (до 60-70°С) температуры первичного воздуха за счет подсоса атмосферного воздуха высоконапорным вентилятором 28 при открытии впускного запорного органа 29. Для обеспечения более полного сгорания основного топлива остальную часть вторичного воздуха (примерно 20-25% от теоретически необходимого количества воздуха для сжигания всего топлива, подаваемого через основные горелки 15) подают через дополнительные сопла 43, установленные по периметру топки 14 на уровне основных топливных горелок 15. Установка сопл 43 по тангенциальной схеме с одинаковым направлением крутки потоков подаваемых ими струй воздуха и подаваемых основными топливными горелками 15 потоков топливовоздушной смеси (как и в прототипе) способствует задержке подмешивания вторичного воздуха, подаваемого отдельно от горелок, к струям топливовоздушной смеси от основных топливных горелок 15 и более длительному горению основного топлива при недостатке воздуха (кислорода), что сдерживает образование окислов азота. Значительно меньшую часть угольной пыли (от 10 до 30% общей массы) отводят из промбункера 12 в питатели 41 угольной пыли, из которых отдельной пылевой течкой 40 ее подают в смесители 35, установленные на каждом пылепроводе 36. За счет энергии поступающего под напором в смесители 35 из распределительного короба 30 первичного воздуха происходит эжекция подаваемой в смесители 35 угольной пыли, ее смешение с первичным воздухом, и в пылепроводы 36 к сбросным горелкам 16 поступает аэрированная первичным воздухом угольная пыль. В связи с регулируемой концентрацией угольной пыли (изменением ее расхода в смесители 35) при сгорании этого потока, подаваемого в топку 14 сбросными горелками 16, с добавлением в них остатка отработавшего слабозапыленного сушильного агента из трубопровода 37 и топочных газов из трубопровода 39, образуется достаточное количество топливных радикалов для осуществления конверсии (восстановления) окислов азота, образовавшихся в первичной зоне активного горения основного топлива. Содержание окислов азота в уходящих из топки 14 дымовых газах контролируют по результатам анализа их проб, а максимального уменьшения их содержания добиваются изменением в установленных пределах количества угольной пыли, подаваемой в смесители 35 для перемешивания с первичным воздухом и далее в топку 14 через сбросные горелки 16 в качестве восстановительного топлива с добавлением в этот поток отработавшего сушильного агента и топочных газов с одновременным изменением общего расхода вторичного воздуха, подаваемого в топку 14 для сжигания основного потока топлива. Для дожигания возможных остатков топлива и продуктов его неполного сгорания в топку 14 через сопла 17 подают чистый вторичный воздух в увеличенном, при необходимости, его количестве из распределительного короба 42 воздухопроводами 45. При необходимости снижения температуры газов на выходе их из топки 14 котельной установки и уменьшения за счет этого шлакования в сопла 17 вместе с чистым (вторичным) воздухом может быть выполнен подвод топочных газов (39) из отводящего газохода 19 с регулировкой их расхода. Полноту сгорания возможных остатков топлива и продуктов его неполного сгорания, поступающих в эту третичную зону горения с общим потоков газов из первичной зоны активного горения основного топлива и вторичной зоны горения восстановительного топлива, обеспечивают эффективным перемешиванием указанных потоков газов с чистым (вторичным) воздухом и регулировкой расхода последнего в указанных ранее пределах. Некоторая регулировка полноты сгорания топлива обеспечивается регулировкой расхода вторичного воздуха в сопла 43. Контроль содержания продуктов неполного сгорания топлива в уходящих дымовых газах осуществляют по результатам анализа их проб.

Таким образом, оба объекта заявляемой группы изобретений при их совместном использовании обеспечивают получение указанного ранее единого технического результата как решения общей для обоих объектов задачи.

Источники информации

1. Расчеты проектирования пылеприготовительных установок котельных агрегатов: Нормативный метод / ЦКТИ - ВТИ - Л., 1971, - с.24, рис.2,5.

2. Патент РФ №2202739, МПК F 23 K 1/00, от 27.11.2000 - прототип обоих объектов.