Псевдоожиженный слой представляет собой слой частиц, через который пропускается нагнетаемый снизу воздух. При увеличении скорости воздушного потока происходит квадратичное по отношению к скорости падение давления над слоем топлива. Затем при определенной скорости воздушного потока падение давления становится постоянным. Эту скорость называют минимальной скоростью сжижения. При этой скорости частицы начинают интенсивно перемещаться в потоке воздуха, приобретая свойства, напоминающие свойства жидкостей. Если скорость воздушного потока меньше этого предельного значения скорости, слой топлива остается статичным.
Если скорость воздушного потока превышает минимальную скорость сжижения, падение давления над слоем топлива более не увеличивается.
Сжигание топлива в псевдоожиженном слое происходит внутри него. В псевдоожиженном слое содержится только несколько процентов топлива, например щепы или торфа. Остальное вещество слоя состоит из инертных материалов - песка или золы.
Благодаря интенсивному теплопереносу в псевдоожиженном слое происходит быстрое высушивание и испарение частиц, вовлекаемых в слой. Испаряющиеся частицы называют "угольной массой". Летучие компоненты сжигаются как газ вместе с частицами топлива.
При этом критическими факторами становятся время пребывания в слое газа и время воздействия воздушного потока, которое должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить полное сжигание летучих компонентов. Равномерное распределение топлива в объеме слоя обеспечивает эффективное сгорание топлива.
В псевдоожиженном слое поддерживается относительно низкая температура горения, около 850 °С, с тем, чтобы не допустить спекания частиц золы и создать максимально благоприятные условия для связывания серы в слое, в который с этой целью добавляют доломит или известняк.
В процессе горения в результате дробления увеличивается количество отдельных частиц. Когда частицы становятся достаточно мелкими, их можно удалить из слоя. Этот процесс называется сепарацией.
Находясь в псевдоожиженном слое, частицы подвергаются воздействию относительно высокой температуры. Эта температура приблизительно на 100-300 °С выше, чем средняя температура слоя. При удалении из слоя частиц температура быстро уменьшается до значения ниже 700 °С и прекращается сгорание частиц угольной массы. Присутствие несгоревших частиц в золе нельзя исключить, но возможно минимизировать, поддерживая соответствующую скорость воздушного потока и используя топку соответствующей конструкции.
Контроль параметров псевдоожиженного слоя
Контроль параметров слоя можно осуществлять с использованием следующих трех методов или сочетаний этих методов.
Регулирование количества топлива и воздуха, подаваемых в топку, обеспечивающее поддержание постоянной температуры циркулирующей воды. Поддерживается постоянное отношение количество топлива/количество воздуха с тем, чтобы получить требуемое содержание О2 в отходящих газах.
Псевдоожиженный слой разделен на зоны с тем, чтобы перекрыть поток воздуха в отдельные части слоя.
Этот метод нельзя использовать при сжигании топлива с низкой зольностью.
При уменьшении количества материала слоя отключаются охлаждающие трубы слоя. Одновременно следует уменьшить количество топлива и воздуха.
Топливо может подаваться в топку либо снизу вверх над дном топки, либо над поверхностью слоя топлива. Подача топлива может производиться пневматическим или винтовым питателями. Для того, чтобы обеспечить равномерное распределение топлива в объеме топки, необходимо предусмотреть несколько точек подачи.
При активации псевдоожиженного слоя материал слоя должен быть нагрет до температуры приблизительно 600 °С с помощью стартовой горелки. Это сокращает период инициирования устройством процесса сжижения.
Псевдоожиженный слой обычного типа
Псевдоожиженный слой обычного типа подразделяется на две категории: кипящий слой и турбулентный слой. Когда над слоем больше не увеличивается падение давления, "избыточный воздух" начинает проходить через слой в форме пузырьков воздуха, создавая кипящий слой.
С повышением скорости воздушного потока увеличивается образование пузырьков, появляющихся и исчезающих в различных частях слоя. Такой слой называется турбулентным. При использовании в качестве топлива коры и щепы, имеющих низкую теплоту сгорания, охлаждать слой обычно не требуется. Зола удаляется вместе с отходящими газами и задерживается пылеуловителем.
Циркулирующий псевдоожиженный слой
В циркулирующем псевдоожиженном слое скорость воздушного потока возрастает до уровня, при котором топливные частицы выносятся за пределы слоя. Части угольной массы, которые не успевают полностью сгореть, отделяются и переносятся в нижнюю часть топки.
Таким образом, условия сжигания топлива в такой топке несколько отличаются от условий сжигания в кипящем слое - в основном по времени действия воздушного потока и степени перемешивания частиц, которое в этой топке происходит более эффективно.
Концентрация частиц в слое может изменяться в зависимости от параметров рециркулирующего потока. Это позволяет использовать различные виды топлива, так как управляемость этого слоя значительно выше, чем управляемость кипящего слоя.
Сжигание топлива в нескольких псевдоожиженных слоях
При сжигании топлива в нескольких псевдоожиженных слоях псевдоожиженные слои располагаются последовательно над участком подачи воздуха. В первом слое сжигание топлива осуществляется при температуре 900-950 °С. Так называемое вторичное сжигание происходит при температуре около 850 °С во втором (верхнем) слое.
Первичный воздух, подаваемый для поддержания процесса горения, равномерно распределяется над слоем топлива с помощью охлаждающей плиты, расположенной на дне топки. После образования псевдоожиженного слоя в него подается топливо. Под воздействием газов, образующихся при сжигании топлива в первом слое, и потока вторичного воздуха, нагнетаемого через распределительное устройство подачи воздуха второго слоя, происходит флюидизация второго слоя. Несгоревшие частицы, увлекаемые отходящими газами первого слоя, захватываются вторым слоем для вторичного сжигания.
