Спосіб та пристрій для спалювання вугілля у вихровому потоці
Власники патенту UA 2339874:
Винахід відноситься до низькотемпературного спалювання вугілля в топках промислових та енергетичних котлів. Спосіб спалювання вугілля у вихровому потоці включає тангенційне введення газу, подачу вугілля та видалення продуктів згоряння. Процес спалювання вугілля ведуть з використанням інертного матеріалу в зоні взаємодії двох вихрових потоків, що розташовуються послідовно один за одним по ходу руху пального газу, при цьому частинки незгорілого вугілля та інертного матеріалу вловлюють після виходу з другого вихрового потоку за допомогою відцентрового поля і знову повертають подачі вугілля на повторний допалювання в перший вихровий потік. Оптимальне значення швидкості витання частинок вугілля та інертного матеріалу у вихрових потоках досягають за рахунок зміни прохідного перерізу каналів із тангенціальним введенням газу. Винахід забезпечує ефективний спосіб спалювання вугілля з покращеними технологічними та екологічними параметрами. 2 зв. та 1 з.п. ф-ли, 2 іл.
Винахід відноситься до галузі енергетики, а саме - низькотемпературного спалювання вугілля в топках промислових і енергетичних котлів, і може бути застосовано в інших галузях промисловості, зокрема в установках з глибокої переробки вугілля в інші види палива.
Велике різноманіття способів та пристроїв для спалювання вугілля свідчить лише про одне - процес далекий від досконалості і не втрачає своєї актуальності через зростання цін на інші види палива та наявність великих запасів вугілля в нашій країні.
Відомий спосіб спалювання вугілля (патент Україна №2230981С2, 2002 р., F23B 7/00), в якому, з метою поліпшення процесу згоряння та покращення екологічних параметрів, регулюють розподіл частинок вугілля перед упорскуванням його в топку та забезпечуютьоптимальне значення складових швидкості вихрового потоку шляхом турбулізації та підкручування газу.
До причин, що перешкоджають досягненню вказаного нижче технічного результату при використанні відомого способу, прийнятого за прототип, відноситься те, що у відомому способі відсутні технологічні прийоми і режимні умови, що забезпечують більш ефективне спалювання вугілля при мінімальному винесенні в атмосферу вогнищ, що не згоріли, з горючи.
Найбільш близьким за сукупністю ознак до заявляється пристрою в групі винаходів, що заявляється, є вихрова камера згоряння (патент Україна №2132512, 1997 р., F23C 5/24), що включає корпус з екранами, тангенціальні сопла для вдува повітря, пристрій введення вугілля і випускне виходу пального газу. У відомій вихровій камері передбачені спеціальний накопичувач з нагріваючими поверхнями для вогню, що не згоріли, і пристрій для повернення цих частинок в вихрову камеру.
До причин, що перешкоджають досягненню вказаного нижче технічного результату при використанні пристрою, прийнятого за прототип, відноситься те, що у відомому пристрої використовується несиметрична камера з утворенням вихрового плоского потоку і сепараційний пристрій на шляху його прямування, а також бічне вікно для виведення горючих газів. Ця схема освіти вихрового потоку малоефективна і ненадійна експлуатації, т.к. сепараційний пристрій постійно буде забито вугіллям та шлаком, ліквідація яких за допомогою додаткового нагріву не дасть бажаного результату. До того ж, вихід горючих газів через вікно бічної стінки камери також не сприяє нормальному вихроутворенню, а отже, не дозволяє організувати стійкий шар, що обертається, згоряються частинок вугілля всередині цієї камери. Слід такожпомітити, що тангенціальні введення повітря розташовані в цьому пристрої несиметрично щодо осі камери та випускного вікна для пального газу. Все це призводить до додаткового вихроутворення в зоні їх входу і не дозволяє утворити зрештою велику поверхню згоряння. Частинки вугілля і шлаку будуть постійно відбиватися потоком повітря, що набігає, до протилежної стінки і осідати на ній у вигляді рідкої плівки, що мимоволі стікає на дно вихрової камери і в накопичувальну ємність сепараційного пристрою. Але навіть у тому випадку, коли частинки вугілля та золи будуть у твердому стані, забезпечити їх циркуляцію за такої схеми досить проблематично.
Завданням заявляється групи винаходів є усунення перерахованих вище недоліків шляхом реалізації нового способу і нового пристрою для спалювання вугілля у вихровому потоці.
Зазначене завдання вирішується за рахунок досягнення технічного результату, що полягає в отриманні більш ефективного способу спалювання вугілля з поліпшеними технологічними та екологічними параметрами, включаючи економічність і мінімальний викид в атмосферу частинок вугілля, що не згоріли.
Зазначений технічний результат по об'єкту-способу досягається відомим способом спалювання вугілля, що включає тангенційне введення газу, подачу вугілля та видалення продуктів згоряння. Відмінністю запропонованого способу є те, що процес спалювання вугілля ведуть з використанням інертного матеріалу в зоні взаємодії двох вихрових потоків, що розташовуються послідовно один за одним по ходу руху пального газу, при цьому частинки вугілля, що незгорів, і інертного матеріалу вловлюють після виходу з другого вихрового потоку з допомогою відцентрового поля і знову повертають через вузол подачі вугілля на повторний допал у перший вихровий потік.
Зазначений технічний результат досягається тим, що оптимальне значення швидкості витання частинок вугілля та інертного матеріалу вихрових потоках забезпечують за рахунок зміни прохідного перерізу каналів з введенням тангенціальним газу.
При дослідженні відмітних ознак описуваного способу спалювання вугілля у вихровому потоці не виявлено будь-яких аналогічних рішень щодо застосування двох вихрових потоків безпосередньо по ходу руху горючих газів. Не виявлено також аналоги, що стосуються уловлювання та повернення незгорілих частинок вугілля і частинок інертного матеріалу з другого вихрового потоку в перший, як і аналоги, що стосуються регулювання основних параметрів швидкості витання твердих частинок вихрових потоках за рахунок зміни прохідного перерізу каналів тангенційних підводів газу.
Поставлене завдання вирішується тим, що пристрій для спалювання вугілля у вихровому потоці містить корпус з вузлом для підведення газу та патрубком для виведення продуктів згоряння, а також вузол подачі вугілля, згідно винаходу корпус цього пристрою виконаний у вигляді порожнистого циліндра, до торців якого приєднані дві вихрові камери з тангенціальними щілинними каналами підведення газу, при цьому на нижньому торці першої вихрової камери закріплений патрубок для видалення зольних відкладень, а на вихідному патрубку другої вихрової камери встановлений відцентровий уловлювач для твердих частинок, гідравлічно пов'язаний через циклон з вузлом подачі уг.
При дослідженні відмітних ознак описуваного пристрою для спалювання вугілля у вихровому потоці не виявлено жодних аналогічних рішень щодо виконання конструкції корпусу та встановлення на ньому двох вихрових камер з тангенціальними щілинними каналами підведення газу. Також не виявлено будь-яких відомих аналогічних рішень,що стосуються установки на вихідному патрубку другої вихрової камери спеціального уловлювача твердих частинок та його приєднання до першої вихрової камери через циклон і вузол подачі вугілля.
Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук за патентними та науково-технічними джерелами інформації, і виявлення джерел, що містять відомості про аналоги групи винаходів, дозволив констатувати, що заявник не виявив джерела, що характеризуються ознаками, тотожними всім істотним ознаками заявленої групи винаходів. Визначення з переліку аналогів-прототипів найбільш близьких за сукупністю ознак дозволило виявити сукупність істотних по відношенню до вбачається заявником технічного результату відмітних ознак для заявляється способу і заявляється пристрою, викладених у формулі винаходу.
Отже, кожен об'єкт групи винаходів, що заявляється, відповідає умові "новизна" за чинним законодавством.
Для перевірки кожного об'єкта заявляється групи умовою "винахідницький рівень" заявник провів додатковий аналіз відомих рішень з метою виявлення ознак, що збігаються з відмінними від вибраних прототипів ознаками для кожного об'єкта групи, що заявляється. Результати аналізу показали, що кожен об'єкт групи винаходів не випливає явним чином для фахівця з відомого рівня техніки, оскільки не випливає з нього логічно і міг бути отриманий тільки при глибокому і всебічному вивченні питання. Отже, група винаходів, що заявляється, відповідає вимогі "винахідницький рівень" за чинним законодавством.
Відомості, що підтверджують можливість здійснення кожного об'єкта заявляється групи винаходів з отриманнямвищезазначеного технічного результату, полягають у наступному.
Для здійснення заявляється способу спалювання вугілля пропонується пристрій спалювання вугілля у вихровому потоці інертного матеріалу.
На фіг.1 представлений загальний вигляд пристрою для спалювання вугілля у вихровому потоці. На фіг.2 зображено пристрій для підведення газу (перетин А-А).
Даний пристрій включає корпус 7 (фіг.1), вихрову камеру 2 з тангенціальними щілинними каналами підведення газу 3, вихрову камеру 4 з тангенціальними щілинними каналами підведення газу 5 (фіг.2), патрубок для видалення зольних відкладень 6, відцентровий уловлювач 7 циклон 8 вузол подачі вугілля 9 з бункером 10 пальник 11 і патрубок для виходу продуктів згоряння 12.
Пристрій працює наступним чином. Через тангенціальні щілинні канали 3 подається газ. Попередньо підготовлене вугілля з бункера 10 через пристрій введення 9 вводиться в вихровий потік інертного матеріалу вихрової камери 2 і включається пальник 11. Одночасно через тангенціальний введення 5 подається газ в вихрову камеру 4. у вихрову камеру 4. У вихровій камері 4 відбувається подальше горіння вугілля та продуктів його газифікації. У той же час негорючі частинки мінералів, що входять до складу вугілля, перетворюються на тверді оксиди і спільно з недогорілими частинками вугілля надходять у відцентровий уловлювач 7. У ньому тверді частинки за допомогою відцентрового поля вловлюються і направляються в циклон 8. У циклоні 8 здійснюється очищення газу, що минає, від вогню, що не згоріли, і золи. З циклону через 8 вузол подачі вугілля 9 частинки вугілля і зола повертаються в вихрову камеру 2 на повторний допалювання. Під час допалу та циркуляції важкі частки золи підвпливом відцентрового поля і високої температури починають коагулюватися, у міру зростання їх маси втрачають здатність до спільного руху з горючим газом, починають осідати і накопичуватися в патрубку 6 вихрової камери 2, з якої вони вже при необхідності виводяться через патрубок 6 для подальшої переробки або використання . Продукти згоряння виводяться через патрубок 12 і циклону 8.
Технічний ефект від використання запропонованої групи винаходів полягає у наступному.
Запропонований спосіб спалювання вугілля в двостадійному вихровому потоці дозволяє досягти повного згоряння вугілля з максимальним виділенням горючих газів з вихідного продукту. Тугоплавкі незгоряні залишки, що утворилися в результаті такого спалювання вугілля, можуть знайти широке застосування в промисловості.
Запропонований пристрій для спалювання вугілля у вихровому потоці просто у виготовленні та легко піддається автоматизації. З екологічної точки зору воно більш ефективне та безпечне в експлуатації і не вимагає будь-яких нових рішень щодо очищення пального газу.
Таким чином, викладені вище відомості показують, що при використанні заявляється групи винаходів виконана наступна сукупність умов:
- засоби, що втілюють групу винаходів при їх здійсненні, призначені для використання в промисловості, а саме при спалюванні вугілля в топках енергетичних установок за новою технологією;
- для заявляється групи винаходів у тому вигляді, як вони охарактеризовані в незалежних пунктах формули винаходів, підтверджена можливість здійснення за допомогою вищеописаних у заявці або відомих до дати пріоритету засобів та методів;
- засоби, що втілюють заявляється групу винаходів при їх здійсненні, здатнізабезпечити досягнення технічного результату, що вбачається заявником.
Перевага заявляється групи винаходів полягає в тому, що використання способу та пристрою для спалювання вугілля у вихровому потоці суттєво покращує процес спалювання вугілля та зменшує всі види витрат, включаючи експлуатаційні, забезпечуючи при цьому високу якість та високу ефективність у поєднанні з високою надійністю.
Отже, заявляється група винаходів відповідає умові «промислова застосовність» за чинним законодавством.
1. Спосіб спалювання вугілля у вихровому потоці, що включає тангенціальне введення газу, подачу вугілля та видалення продуктів згоряння, який відрізняється тим, що процес спалювання вугілля ведуть з використанням інертного матеріалу в зоні взаємодії двох вихрових потоків, що розташовуються послідовно один за одним по ходу руху пального При цьому частинки незгорілого вугілля та інертного матеріалу вловлюють після виходу з другого вихрового потоку за допомогою відцентрового поля і знову повертають через вузол подачі вугілля на повторний допалювання в перший вихровий потік.
2. Спосіб спалювання вугілля по п.1, який відрізняється тим, що оптимальне значення швидкості витання частинок вугілля та інертного матеріалу вихрових потоках досягають за рахунок зміни прохідного перерізу каналів з тангенціальним введенням газу.
3. Пристрій для спалювання вугілля у вихровому потоці, що включає корпус з вузлом підведення газу та патрубком для виведення продуктів згоряння, а також вузол подачі вугілля, що відрізняється тим, що корпус його виконаний у вигляді порожнистого циліндра, до торців якого приєднані дві вихрові камери з тангенціальними щілинними каналами підведення газу, при цьому на нижньому торці першої вихрової камери закріплений патрубок для видалення зольних відкладень, а на вихідномупатрубку другої вихрової камери встановлено відцентровий уловлювач для твердих частинок, гідравлічно пов'язаний через циклон з вузлом подачі вугілля.