Сжигание топлива в низкотемпературном кипящем слое

Кипящий слой – это слой твердых частиц, приводимый в движение потоком воздуха, который подается снизу через газораспределительное устройство. Поток воздуха выступает в качестве ожижающего агента и поставщика кислорода в зону горения. Кипящий слой образуется наполнителем, в качестве которого обычно используется зернистый материал (песок, шлак, зола, шамот и т. п.). Массовая доля топлива в кипящем слое составляет обычно 1-3%. Это позволяет выводить золу из любой точки слоя с минимальными потерями от механического недожога.

В топках с кипящим слоем можно сжигать низкокалорийное топливо с высокой зольностью или отходы с низкой теплотой сгорания.

Наиболее благоприятная температура для сжигания топлива в кипящем слое равна 800-900 С. Снижение температуры вызывает увеличения СО, а при более высоких температурах происходит размягчение золы и возрастает опасность появления спекшихся остатков. При повышении температуры до 1000 С может произойти шлакование слоя.

Расчеты выгорания показали, что для частичек размером менее 0,3 мм время выгорания составляет 15-20 с. В общем же случае можно сказать, что для частичек dч<0,3 мм время пребывания в слое всегда меньше, чем время, необходимое для выгорания. Следовательно, высокая доля мелких частиц топлива нежелательна. Этот недостаток можно устранить, если процесс горения вынесенных частиц организовать в пространстве над кипящим слоем.

В псевдоожиженном слое процесс горения углеродных частиц существенно интенсифицируется по сравнению со слоевым сжиганием, так как доступ кислорода воздуха к поверхности частицы здесь значительно больше, чем к топливу, сжигаемого слоевым способом.

Возможность сжечь измельченное топливо делает этот процесс сжигания похожим на сжигание в факельной топке с тем преимуществом, что время пребывания частиц у в псевдоожиженном слое можно регулировать. Это не удается сделать в факельных топках. Длительное пребывание сравнительно мелких частиц в топке дает возможность снизить механический недожог углерода в частице топлива. Особенно ценным является возможность глубокого выгорания углерода в высокозольных частицах при сравнительно невысоких температурах, равных 850-950^оС.

Известно, что процесс горения в псевдоожиженном слое происходит в три стадии:

1. нагрев до температуры, при которой начинают выделяться летучие;

2. выделение и сгорание летучих;

3. сгорание оставшегося углерода.

Предполагается, что горение углеродной частицы определяется переносом кислорода воздуха, ожижающего слой, к частицам золы, окружающих отдельные пузыри, и последующей диффузией кислорода в плотной фазе. Кроме этого считается, что диоксид углерода частично окисляет углерод, а образующийся оксид углерода реагирует с кислородом возле твердой частицы.

Сжигание в кипящем слое позволяет решить проблему ликвидации выбросов SO2. Одновременно существенно снижаются выбросы оксидов азота, поскольку при этих температурах азот воздуха не окисляется.