Процессы псевдоожижения в топках

Рассмотрены процессы псевдоожижения в топках с низкотемпературным кипящим слоем. В процессе псевдоожижения мелкий песок выполняет важные функции: аккумулирование топлива в качестве среды, обеспечивающей псевдоожижение вместе с дутьевым воздухом и в качестве абразивной среды, обеспечивающей истирание частиц топлива. Генерация тепла в псевдоожиженном слое происходит столь эффективно, что процесс горения топлива идет при температуре на несколько сот градусов ниже, чем в традиционных котлах факельного или слоевого сжигания.
Ключевые слова: кипящий слой, инертная масса, частица топлива, песок.

The processes of fluidization in furnaces with low-temperature fluidized bed. During fluidization, the fine sand performs important functions in the accumulation of fuel in an environment providing fluidization with air blow and, as abrasive medium providing attrition fuel particles. The generation of heat in the fluidized bed takes place so efficiently that the process of combustion takes place at a temperature of several hundred degrees lower than in conventional boilers, combustion flare or layers.
Key Words: fluidized bed, the inertial mass of the particle fuel, sand.

В последние годы технология сжигания в низкотемпературном кипящем слое вызывает нарастающий интерес из-за возможного использования низкосортных видов топлива с высокой долей негорючих веществ, большим содержанием влаги и низкой теплотворной способностью. В условиях реструктуризации и перехода к рыночным механизмам в энергетике приоритетными в развитии энергетической науки становятся направления, связанные со снижением себестоимости отпускаемой тепловой и электрической энергии. Сложная экономическая ситуация и отсутствие свободных финансовых ресурсов у генерирующих компаний вызывает необходимость изыскивать малозатратные методы модернизации и повышения эффективности работы теплоэнергетического оборудования.

На частицу топлива и инертной массы, витающую в восходящем псевдоожиженным газом с наполнителем потоке действует две силы: архимедова сила и сила, численно равная сопротивлению частицы кинетической энергии набегающего потока газов и псевдоожиженных частиц.

При определении влияния характеристик псевдоожиженного слоя частиц инертной массы и топлива можно исходить из следующих предпосылок. Верхняя граница псевдоожиженного слоя определяет верхний фронт витания частиц определённого размера.

В восходящем потоке псевдоожиженного слоя каждая частица топлива и инертной массы испытывает трение, в основном соседних частиц, так как вязкость окружающих продуктов горения топлива очень низкая. Естественно, что трение будет тем больше, чем больше концентрация частиц в потоке. Таким образом, увеличение концентрации частиц увеличивает кажущуюся динамическую вязкость потока.

В процессе псевдоожижения мелкий песок выполняет три важных функции: аккумулирование топлива в качестве среды, обеспечивающей псевдоожижение вместе с дутьевым воздухом и в качестве абразивной среды, обеспечивающей истирание частиц топлива.

Мелкий песок можно использовать и в других целях, он увлекает детей к творчеству. Все мы помним с детства как лепили "пасочки". Со временем незыблемое желание творить перерастает в масштабные цели, часть выбирает технические специальности, а часть идут в гуманитарном направлении.

При аккумулировании тепла большое значение имеет наличие фазового перехода в аккумулирующей среде. Так, например, вода и лед обладают значительной аккумулирующей емкостью. В результате этого отвод или подвод тепла не сказывается на изменении температуры двухфазной системы, при этом происходит изменение относительной доли фаз.

Сложность процессов поведения частиц топлива в слое обусловлена также тем, что каждая частица изменяет свою температуру и размеры по мере выгорания. Кроме того, при рециркуляции частиц происходит вынос более мелких частиц, как инертной массы, так и топлива.

Процесс сжигания в псевдоожиженном слое состоит в следующем. В топку, на определенную высоту, заполненную тонким песком, через нижнее распределительное отверстие подается воздух. Он обеспечивает "кипение" и хаотичное переливание частиц песка. Затем витающее частицы песка нагреваются до температуры примерно 480 °С за счет подачи вместе с воздухом природного газа и поджига его.


Рис. 1. Процесс псевдоожижения частиц песка и угля
1 – Стадии процесса псевдоожижения ("кипения") частиц песка при подаче воздуха под распределительную решетку с меньшей интенсивностью.
2 - Стадии процесса псевдоожижения ("кипения") частиц песка при подаче воздуха под распределительную решетку с большей интенсивностью.
3 - Подача угольных частиц в верхнюю часть псевдоожиженного слоя песка.
4 - Перемешивание частиц угля в слое песка.
5 - Процесс медленного разогрева псевдоожиженного слоя.
6 - Процесс горения частиц угля в псевдоожиженном слое.

Генерация тепла в псевдоожиженном слое происходит столь эффективно, что процесс горения топлива идет при температуре на несколько сот градусов ниже, чем в традиционных котлах факельного или слоевого сжигания.

Температура горящих частиц топлива превышает среднюю температуру слоя, чем выше температура слоя, тем меньше разница между температурой частиц топлива и средней температурой слоя.

Выводы. Можно сделать вывод, что сжигание твердого топлива в низкотемпературном кипящем слое при применении песка в качестве инертного материала позволяет наиболее эффективно и экономично использовать низкосортные угли и аккумулировать тепло. Данное решение позволит повысить КПД источников энергии, приведет к уменьшению затрат топлива и материальных ресурсов и улучшению качества энергоносителей, отпускаемых потребителю.