способ сжигания и сухой перегонки твердого топлива

Формула изобретения

1. Способ сжигания и сухой перегонки твердого топлива, включающий помещение топлива в камеру, нагревание его до температуры выхода летучих, разделение паровой и твердой фаз и сжигание последней в топке, отличающийся тем, что перед помещением топлива в камеру ее нагревают изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих, а помещение топлива в камеру сопровождают ударением его о стенки камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжигание топлива производят порциями.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нагреванием камеры изнутри прекращают разделение паровой и твердой фаз.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагревание камеры изнутри совмещают с началом сжигания твердой фазы топлива.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровую и твердую фазы разделяют в процессе нагревания, которое проводят в топке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива и получения энергетического (технологического) газа.

Известен способ сжигания твердого топлива путем подачи его шнеком через реторту в горящий слой камеры сгорания с последующим дожиганием на медленно вращающихся барабанах и удалением шлака [1].

Недостатками данного способа являются:

- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что попадающие на барабан уже частично сгоревшие большие куски топлива не успеют сгореть полностью, прежде чем упадут в сборник шлака. Если попытаться при этом вращать барабан медленнее, то эти куски будут засыпаться шлаком прошедшего через реторту и уже сгоревшего мелкокускового топлива. Причем поскольку падающие на барабан куски топлива разрознены и в процессе его вращения удаляются от высокотемпературной зоны горения, то интенсивность горения уменьшается, что не позволяет им полностью сгореть. Если для интенсификации горения кусков на барабане располагать последний ближе к высокотемпературной зоне, то удаляемый в последствии шлак будет иметь высокую температуру, что приведет к увеличению тепловых потерь и, в конечном счете, - к снижению КПД топки;

- устройство, реализующее этот способ, требует значительных затрат энергии для привода шнеков и барабанов, что также снижает общий КПД установки.

Известен способ сжигания твердых топлив, включающий подачу топлива в зону горения, его зажигание и сжигание с одновременным дроблением крупных кусков, удаление мелких фракций шлака через щель колосника, которую периодически расширяют для вывода более крупных фракций из зоны горения [2].

Недостатками данного способа являются:

- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что его куски, соизмеримые с размерами щели колосника, проваливаются вместе со шлаком в отвал. Если щель сделать очень маленькую, то образующийся шлак будет плохо удаляться из зоны горения и препятствовать последнему;

- дробление кусков топлива предполагает дополнительные энергетические затраты, что снижает КПД установки;

- неустойчивость процесса горения во времени (особенно при сгорании малых количеств топлив) вследствие частичного или полного прекращения горения при засыпании остатков прежней порции свежим топливом.

Прототипом является способ сжигания и сухой перегонки твердого топлива, включающий помещение топлива в камеру, нагревание его до температуры выхода летучих, разделение паровой и твердой фаз и сжигание последней в топке [3].

Недостатками прототипа являются:

- неполное сгорание топлива, связанное с механическим уносом угольной пыли, что, в конечном счете, снижает КПД топки;

- сложность конструкции установки, реализующей способ;

- узкий диапазон степени термического разложения твердого топлива.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение полноты сгорания топлива, упрощение конструкции топки и повышение ее КПД, а также увеличение диапазона термического разложения топлива и получение качественного энергетического газа. Задача решается тем, что в способе сжигания и сухой перегонки твердого топлива, включающем помещение топлива в камеру, нагревание его до температуры выхода летучих, разделение паровой и твердой фаз и сжигание последней в топке, перед помещением топлива в камеру ее нагревают изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих, а помещение топлива в камеру сопровождают ударением его о стенки камеры.

Сжигание топлива производят порциями. Перед нагреванием камеры изнутри прекращают разделение паровой и твердой фаз. Нагревание камеры изнутри совмещают с началом сжигания твердой фазы топлива. Паровую и твердую фазы разделяют в процессе нагревания, которое проводят в топке.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в увеличении полноты сгорания топлива, упрощении конструкции топки и повышении ее КПД, а также в увеличении диапазона термического разложения топлива и получения качественного энергетического газа.

Сущность изобретения отражают операции:

- перед помещением топлива в камеру ее нагревают изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих;

- помещение топлива в камеру сопровождают ударением его о стенки камеры;

- сжигание топлива производят порциями;

- перед нагреванием камеры изнутри прекращают разделение паровой и твердой фаз;

- нагревание камеры изнутри совмещают с началом сжигания твердой фазы топлива;

- паровую и твердую фазы разделяют в процессе нагревания, которое проводят в топке.

Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Нагревание камеры изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих, перед помещением в нее топлива уменьшает механический унос угольной пыли, которая, касаясь нагретых стенок камеры, переходит в пластическое состояние и прилипает к стенкам. Причем нагревание осуществляют, например, топочными газами, направляя их непосредственно на внутреннюю поверхность камеры. В результате этого увеличивается полнота сгорания топлива и КПД.

Ударение топлива о стенки камеры при помещении его в камеру также уменьшает механический унос угольной пыли, которая при ударе слетает с твердой фазы (кусков) топлива и прилипает к нагретым стенкам. Куски топлива очищаются при этом и, попадая в топку, уже не создают облака пыли, которая уносится топочными газами. Ударение производят, например, бросая уголь с некоторой высоты.

Сжигание топлива порциями позволяет оперативно управлять процессами термического разложения топлива и горения, а также способствует лучшей очистке кусков топлив от угольной пыли. Все это повышает КПД и увеличивает полноту сгорания топлива.

Прекращение разделения паровой и твердой фаз перед нагреванием камеры изнутри дает возможность исключить попадание воздуха или продуктов сгорания в получаемый при термическом разложении топлива газ, что повышает его качество.

Совмещение нагревания камеры изнутри с началом сжигания твердой фазы топлива не позволяет ей сильно остывать после завершения в ней процесса термического разложения топлива, что снижает потери тепла на нагрев ее стенок изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих. Это повышает КПД топки.

Разделение паровой и твердой фаз в процессе нагревания, которое проводят в топке, позволяет упростить конструкцию устройства, реализующего способ, и обеспечить увеличение диапазона термического разложения топлива.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено устройство для сжигания и сухой перегонки твердого топлива.

На фиг.2 изображено устройство для сжигания и сухой перегонки твердого топлива в процессе термического разложения порции топлива.

На фиг.3 изображено устройство для сжигания и сухой перегонки твердого топлива после окончания процесса термического разложения порции топлива.

Устройство для сжигания и сухой перегонки твердого топлива содержит котел 1 с водой 2 и топкой 3, в которой размещена камера 4 с откидывающимися дном 5 и крышкой 6. Камера соединена с коробом 7 для загрузки топлива 8 и через клапан 9 - с теплообменником 10, имеющим тепловой контакт с водой.

Устройство работает следующим образом.

Перед загрузкой очередной порции топлива 8 крышка 6 и дно 5 камеры 4, а также клапан 9 закрыты (фиг.1). Открывают крышку 6 и заполняют весь внутренний объем камеры 4 топливом 8 (например, углем). При этом помещение топлива в камеру сопровождают ударением его о стенки камеры, которое возникает в результате столкновения со стенками движущегося по наклонному коробу 7 топлива.

Затем закрывают крышку камеры, открывают клапан 9, нагревают камеру до температуры выхода летучих и одновременно разделяют паровую и твердую фазы путем отсасывания через теплообменник 10 выделяющегося при термическом разложении газа (фиг.2). Проходя через теплообменник, газ отдает свое тепло воде, в результате чего происходит его охлаждение, а также повышается КПД топки котла. Получающийся газ можно использовать для бытовых нужд.

После выделения основной массы летучих прекращают разделение паровой и твердой фаз (путем закрытия клапана 9 и открытия дна 5 камеры) и сжигают твердую фазу топлива непосредственно в топке 3 (фиг.3). Заметим, что в зависимости от температуры нагрева камеры можно получить кокс или полукокс, т.е. помещая камеру в соответствующую температурную зону топки (бертинирование - t=180÷350°С, полукоксование - t=550°C, коксование = 900÷1100°С), получают требуемое качество твердой фазы и газа. Одновременно нагревают камеру изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих. Нагревание производят, например, раскаленными продуктами горения, направляя их непосредственно на внутреннюю поверхность камеры (фиг.3). При достижении нужной температуры закрывают дно 5 камеры, открывают крышку 6 и заполняют внутренний объем камеры очередной порцией топлива. После чего повторяют процесс. Заметим, что получаемый газ можно использовать и для сжигания в топке.

Внедрение изобретения позволит значительно повысить экономичность топочных устройств за счет сокращения механического уноса топлива, снизить загрязнение окружающей атмосферы городов и поселков, а также даст возможность получать газ для бытовых нужд.

Источники информации

1. А.с. СССР №1281814, F23В 1/32, 1987 - аналог.

2. А.с. СССР №1165849, F23H 9/00, 1980 - аналог.

3. А.с. СССР №87639, кл. С10J 3/46, 1950 - прототип.