Метод и устройство за изгаряне на въглища във вихров поток
Собственици на патент RU 2339874:
Изобретението се отнася до нискотемпературно изгаряне на въглища в пещите на промишлени и енергийни котли. Методът за изгаряне на въглища във вихров поток включва тангенциално подаване на газ, подаване на въглища и отстраняване на продуктите от горенето. Процесът на изгаряне на въглища се извършва с помощта на инертен материал в зоната на взаимодействие на два вихрови потока, разположени един след друг по посока на горимия газ, докато частици от неизгорели въглища и инертен материал се улавят след напускане на втория вихров поток с помощта на центробежно поле и отново се връщат през блока за подаване на въглища за повторно изгаряне в първия вихров поток. Оптималната стойност на скоростта на издигане на частици от въглища и инертен материал във вихрови потоци се постига чрез промяна на площта на потока на канали с тангенциален вход на газ. Изобретението осигурява ефективен метод за изгаряне на въглища с подобрени технологични и екологични параметри. 2 п. и 1 з.п. f-ly, 2 ил.
Изобретението се отнася до областта на енергетиката, а именно до нискотемпературно изгаряне на въглища в пещи на промишлени и енергийни котли и може да се прилага в други отрасли, по-специално в инсталации за дълбока преработка на въглища в други видове гориво.
Голямото разнообразие от методи и устройства за изгаряне на въглища показва само едно - процесът далеч не е перфектен и не губи своята актуалност поради повишаването на цените на други видове гориво и наличието на големи запаси от въглища в нашата страна.
Известен е метод за изгаряне на въглища (патент на България № 2230981C2, 2002 г., F23B 7/00), при който с цел подобряване на горивния процес и подобряване на параметрите на околната среда разпределението на въглищните частици се регулира преди впръскването им в пещта и осигуряваоптималната стойност на компонентите на скоростта на вихровия поток чрез турбулизация и усукване на газ.
Причините, възпрепятстващи постигането на посочения по-долу технически резултат при използване на известния метод, приет като прототип, включват факта, че в известния метод липсват технологични методи и условия на работа, които осигуряват по-ефективно изгаряне на въглища с минимални емисии на неизгорели въглищни частици с горими газове в атмосферата.
Най-близка по набор от признаци до заявеното устройство в заявената група изобретения е вихрова горивна камера (патент на България № 2132512, 1997 г., F23C 5/24), включваща корпус с екрани, тангенциални дюзи за продухване на въздух, входно устройство за въглища и изходен прозорец за изпускане на горими газове. В известната вихрова камера е предвиден специален акумулатор с нагревателни повърхности за неизгорели въглищни частици и устройство за връщане на тези частици във вихровата камера.
Причините, които възпрепятстват постигането на посочения по-долу технически резултат при използване на устройството, прието като прототип, включват факта, че известното устройство използва асиметрична камера с образуване на плосък вихров поток и устройство за разделяне по протежение на неговия маршрут, както и страничен прозорец за изход на горими газове. Тази схема за образуване на вихров поток е неефективна и ненадеждна при работа, т.к устройството за разделяне ще бъде постоянно запушено с въглища и шлака, чието елиминиране чрез допълнително нагряване няма да даде желания резултат. В допълнение, изходът на горими газове през прозореца на страничната стена на камерата също не допринася за нормалното образуване на вихри и следователно не позволява организирането на стабилен въртящ се слой от горими въглищни частици вътре в тази камера. Също така трябваимайте предвид, че тангенциалните входове за въздух са разположени в това устройство асиметрично по отношение на оста на камерата и изходния прозорец за горим газ. Всичко това води до допълнително завихряне в зоната на тяхното навлизане и не позволява образуването на голяма горивна повърхност в крайния резултат. Частиците от въглища и шлака постоянно ще бъдат отбивани от настъпващия въздушен поток към противоположната стена и ще се утаяват върху нея под формата на течен филм, спонтанно течащ надолу към дъното на вихровата камера и в резервоара за съхранение на устройството за разделяне. Но дори и в случай, че частиците от въглища и пепел са в твърдо състояние, е доста проблематично да се осигури тяхната циркулация по такава схема.
Задачата на заявената група изобретения е да отстрани горните недостатъци чрез прилагане на нов метод и ново устройство за изгаряне на въглища във вихров поток.
Този проблем се решава чрез постигане на технически резултат, който се състои в получаване на по-ефективен метод за изгаряне на въглища с подобрени технологични и екологични параметри, включително ефективност и минимални емисии на неизгорели въглищни частици в атмосферата.
Посоченият технически резултат съгласно обекта-метод се постига чрез известен метод за изгаряне на въглища, включващ тангенциално подаване на газ, подаване на въглища и отстраняване на продуктите от горенето. Разликата на предложения метод е, че процесът на изгаряне на въглища се извършва с помощта на инертен материал в зоната на взаимодействие на два вихрови потока, разположени един след друг по посока на горимия газ, докато частици от неизгорели въглища и инертен материал се улавят след напускане на втория вихров поток с помощта на центробежно поле и отново се връщат през блока за подаване на въглища за повторно изгаряне в първия вихров поток.
Посоченият технически резултат се постига чрез факта, че оптималната стойност на скоростта на частиците от въглища и инертен материал във вихровите потоци се осигурява чрез промяна на площта на потока на каналите с тангенциален вход на газ.
При изследване на отличителните черти на описания метод за изгаряне на въглища във вихров поток не бяха открити подобни решения по отношение на използването на два вихрови потока директно в посоката на горимите газове. Също така няма аналози, свързани с улавянето и връщането на неизгорели въглищни частици и частици от инертен материал от втория вихров поток към първия, както и аналози, свързани с регулирането на основните параметри на скоростта на твърдите частици във вихровите потоци чрез промяна на площта на потока на каналите за тангенциално подаване на газ.
Проблемът се решава от факта, че устройството за изгаряне на въглища във вихров поток съдържа корпус с блок за подаване на газ и тръба за отстраняване на продуктите от горенето, както и блок за подаване на въглища, съгласно изобретението, тялото на това устройство е направено под формата на кух цилиндър, към краищата на който са свързани две вихрови камери с тангенциални шлицови канали за подаване на газ, докато в долния край на първия вихър х камера има тръба за отстраняване на пепелни отлагания, а на изходящата тръба на втората. Във вихровата камера е монтиран центробежен уловител за твърди частици, хидравлично свързан чрез циклон с блок за подаване на въглища.
При изследване на отличителните характеристики на описаното устройство за изгаряне на въглища във вихров поток не бяха открити подобни решения по отношение на конструкцията на корпуса и инсталирането на две вихрови камери върху него с тангенциални прорезни канали за подаване на газ. Освен това не са идентифицирани известни подобни решения,относно монтирането на специален уловител на твърди частици на изходящата тръба на втората вихрова камера и свързването му с първата вихрова камера чрез циклон и устройство за подаване на въглища.
Анализът на предшестващото състояние на техниката, извършен от заявителя, включително търсене в патентни и научно-технически източници на информация и идентифициране на източници, съдържащи информация за аналози на заявената група изобретения, позволи да се твърди, че заявителят не е намерил източници, характеризиращи се с характеристики, идентични с всички съществени характеристики на заявената група изобретения. Определянето от списъка на аналози-прототипи на най-близкия по отношение на набор от характеристики позволи да се идентифицира набор от отличителни характеристики, които са съществени по отношение на техническия резултат, възприет от заявителя за заявения метод и за заявеното устройство, посочени в претенциите.
Следователно всеки обект от заявената група изобретения отговаря на условието за "новост" съгласно действащото законодателство.
За да провери всеки обект от заявената група за условието "изобретателско ниво", заявителят извърши допълнителен анализ на известни решения, за да идентифицира характеристики, които съответстват на отличителните характеристики от избраните прототипи за всеки обект от заявената група. Резултатите от анализа показаха, че всеки обект от заявената група изобретения не следва изрично за специалист от предшестващото състояние на техниката, тъй като не произтича логически от него и може да бъде получен само при задълбочено и цялостно проучване на въпроса. Следователно заявената група изобретения отговаря на изискването за "изобретателско ниво" съгласно действащото законодателство.
Информация, потвърждаваща възможността за реализиране на всеки обект от заявената група изобретения с получаванегорният технически резултат е както следва.
За реализиране на предложения метод за изгаряне на въглища се предлага устройство за изгаряне на въглища във вихров поток от инертен материал.
Фигура 1 показва общ изглед на устройството за изгаряне на въглища във вихров поток. Фигура 2 показва устройство за подаване на газ (разрез A-A).
Това устройство включва корпус 7 (фигура 1), вихрова камера 2 с тангенциални канали за подаване на газ 3, вихрова камера 4 с тангенциални канали за подаване на газ 5 (фигура 2), тръба за отстраняване на пепелни отлагания 6, центробежен уловител за твърди частици 7, циклон 8, блок за подаване на въглища 9 с бункер 10, горелка 11 и тръба за изхода на продуктите от горенето 12.
Устройството работи по следния начин. Газът се подава през тангенциални шлицови канали 3. Предварително подготвените въглища от бункера 10 през входното устройство 9 се въвеждат във вихровия поток от инертен материал на вихровата камера 2 и се включва горелката 11. В същото време газът се подава към вихровата камера 4 през тангенциалния вход 5. От вихровата камера 2, продуктите на горенето и неизгорелите въглищни частици, заедно с h, влезте във вихровата камера 4. По-нататъшното изгаряне на въглищата и техните продукти от газификация се извършва във вихровата камера 4. В същото време незапалимите частици от минерали, които са част от въглищата, се превръщат в твърди оксиди и заедно с неизгорелите въглищни частици влизат в центробежния уловител 7. В него твърдите частици се улавят от центробежното поле и се изпращат в циклон 8. В циклон 8 отработените газове се почистват от неизгорели въглищни частици и пепел. От циклона 8, през блока за подаване на въглища 9, въглищните частици и пепелта се връщат във вихровата камера 2 за повторно изгаряне. По време на доизгаряне и циркулация, тежки частици пепел подпод въздействието на центробежно поле и висока температура, те започват да коагулират, тъй като тяхната маса се увеличава, те губят способността си да се движат заедно с горимия газ, започват да се утаяват и натрупват в дюзата 6 на вихровата камера 2, от която вече се отстраняват при необходимост през дюзата 6 за по-нататъшна обработка или използване. Продуктите от горенето се изхвърлят през тръба 12 и извън циклон 8.
Техническият ефект от използването на предложената група изобретения е следният.
Предложеният метод за изгаряне на въглища в двустепенен вихров поток позволява да се постигне по-пълно изгаряне на въглища с максимално отделяне на горими газове от първоначалния продукт. Огнеупорните незапалими остатъци, образувани в резултат на такова изгаряне на въглища, могат да бъдат широко използвани в промишлеността.
Предлаганото устройство за изгаряне на въглища във вихров поток е лесно за производство и лесно за автоматизиране. От екологична гледна точка той е по-ефективен и по-безопасен за работа и не изисква нови решения за пречистване на горими газове.
По този начин горната информация показва, че при използване на заявената група изобретения е изпълнен следният набор от условия:
- средства, които включват заявената група изобретения в тяхното изпълнение, са предназначени за използване в промишлеността, а именно при изгаряне на въглища в пещи на електроцентрали, използващи нова технология;
- за заявената група изобретения във вида, в който са описани в независимите претенции, се потвърждава възможността за изпълнение с помощта на средствата и методите, описани по-горе в заявлението или известни преди датата на приоритета;
- средствата, които въплъщават заявената група изобретения в тяхното изпълнение, са способнигарантира постигането на техническия резултат, предвиден от заявителя.
Предимството на заявената група изобретения е, че използването на метод и устройство за изгаряне на въглища във вихров поток значително подобрява процеса на изгаряне на въглища и намалява всички видове разходи, включително експлоатационни разходи, като същевременно осигурява високо качество и висока ефективност, съчетани с висока надеждност.
Следователно заявената група изобретения отговаря на условието за "промишлена приложимост" съгласно действащото законодателство.
1. Метод за изгаряне на въглища във вихров поток, включващ тангенциално въвеждане на газ, подаване на въглища и отстраняване на продуктите от горенето, характеризиращ се с това, че процесът на изгаряне на въглища се извършва с помощта на инертен материал в зоната на взаимодействие на два вихрови потока, разположени последователно един след друг по посока на горимия газ, докато частици от неизгорели въглища и инертен материал се улавят след излизане от втория вихров поток с центрометър фугално поле и отново се връща през блока за подаване на въглища за повторно изгаряне в първия вихров поток.
2. Методът за изгаряне на въглища съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че оптималната стойност на скоростта на издигане на частици от въглища и инертен материал във вихрови потоци се постига чрез промяна на площта на потока на канали с тангенциален вход на газ.
3. Устройство за изгаряне на въглища във вихров поток, включващо корпус с блок за подаване на газ и тръба за отстраняване на продуктите от горенето, както и блок за подаване на въглища, характеризиращ се с това, че тялото му е направено под формата на кух цилиндър, към краищата на който са свързани две вихрови камери с тангенциални канали за подаване на газ, докато в долния край на първата вихрова камера е фиксирана разклонителна тръба за отстраняване като ч депозити, а на изходаразклонителната тръба на втората вихрова камера е оборудвана с центробежен уловител за твърди частици, хидравлично свързан чрез циклон с блок за подаване на въглища.