Испытания нововведения показали, что его применение положительно сказалось на всех характеристиках топки, включая экологические. Обеспечивается быстрый старт и возможность увеличения мощности топки на 15-25%. Концентрация NOx снизилась примерно в 1,5раза, а СО в 3-5 раз, рис. 5, причем дальнейшее снижение эмиссии вредных выбросов может обеспечиваться ещё и системой дожигания выхлопа вихревой топки.
Рис. 5. Концентрации выбросов в дымовой трубе приот избытков воздуха и схемы сжигания.
Эта схема применяется не только для высокореакционных, быстро сгорающих частиц (лузга, опилки и др.). Для других топлив, например, дробленых углей и сырой древесины в топке «Торнадо» использование слоевого сжигания необходимо в связи с их длительным пребыванием и накоплением в топке. Таким образом, совместное слоевое и факельно-вихревое сжигание с удержанием и дожиганием уносимых частиц острым дутьем реализуется с указанными преимуществами для всех видов топлив.
Обоснованные на научных разработках топки «Торнадо» отличаются тем, что:
- крупные фракции топлива, например, каменный уголь не крупнее 13-20мм, непрерывно подаются и сжигаются в слое на колосниковой решетке с полностью механизированной и автоматизированной шуровкой слоя, выгрузкой и возможно с дополнительным дожиганием шлака и очаговых остатков;
- мелкие частицы удерживаются в топке над слоем и заполняют вихрь потоком горящих излучающих частиц с распространением топочного процесса на весь топочный объём, обеспечивая взаимное поддержание слоевого и объёмного горения;
- заполнение топки частицами обеспечивает равномерное, повышенное тепловосприятие топки и низкотемпературный топочный процесс, подавляет возгонку золы – экраны топки чистые и это позволяет вписать вихревую топку «Торнадо» в топочный объём большинства котлов, минимизирует их массогабаритные характеристики;
- низкотемпературное дожигание выхлопа с применением ступенчатой подачи дутья дополнительно подавляет эмиссию вредных оксидов СО, NOх и SO2 (естественное поглощение SO2 зависит от состава золы) и снижает химический и механический недожог топлива – котлы не дымят и имеют высокий КПД.
При этом собственно колосниковые слоевые топки, встраиваемые в нижней части вихревой камеры, исполняются в соответствии с применяемым топливом. Это топки: ретортного типа – для угля; с наклонным колосником двухстороннего воспламенения – для сырых и крупных древесных отходов; охлаждаемые водой колосниковые топки с шурующей планкой – для угля, мелких отсевов угля и углесодержащих отходов; механические топки прямого и обратного хода и топки с высокотемпературным и циркулирующим кипящим слоем – для углей. Выбор типа колосника слоевых топок определяется шлакующими свойствами топлива, их влажностью и особенностями поведением очаговых остатков.
Разработка топок «Торнадо» касается широкого круга вопросов, включая обеспечение чистоты экранов, равномерного заполнения топки низкотемпературным топочным процессом с удержанием частиц и дожиганием в газоотводящем окне на сегодня выполнена с подачей и регистрацией 17 патентов РФ и заявок на патенты. Заявленные топки «Торнадо» могут иметь вихрь с горизонтальной и вертикальной осью вращения или выполняться в виде сдвоенной, дубль топки, рис.6 и 8, с двукратно повышенной площадью экранирования. Дубль топки важны именно для шлакующей лузги подсолнечника. Они позволяют поднять паропроизодительность котлов до 25 и даже 50т/ч (блочный котел).
Мониторинг котельных маслозаводов РФ показал, что установленные там котлы с вихревыми и другими топками зачастую спроектированы неправильно. В топках низкотемпературный режим горения не выдерживается, котлы интенсивно зашлаковываются, часто останавливаются на длительную очистку и работают с понижением паропроизводительности в 2‑3 раза. Иногда для уменьшения отложений лузгу сжигают с большим недожогом, не экономично и с большими выбросами загрязнений. Практически на всех обследованных котельных наблюдаются выбросы искр, короба дымоходов и циклоны ржавые, покоробленные и иногда прогоревшие от частых пожаров.
Рис. 6. Моделирование аэродинамической обстановки в вихревой дубль- топке «Торнадо»
Проектирование конкретных объектов, в том числе и реконструкции неэффективно работающих ДКВ, ДКВр, КЕ, ДЕ и других котлов, производятся с проведением численного моделирования, рис. 6. При моделировании просчитываются поля скоростей, формирование потоков частиц и другие элементы аэродинамической обстановки, оптимизируется профиль топки, вводы топлива, распределение дутья, размеры и геометрия газоотводящих окон и др. Это позволяет уверенно обосновать и принять технические решения.
Для примера на рис.7 показан один из двух модернизированных котлов в котельной ООО «Донское золото». На момент запроса о реконструкции котлы останавливались на очистку каждую неделю с удалением вручную до тонны отложений. В работе на лузге постоянно мог находиться один котел, а недостаток технологического пара обеспечивался двумя газовыми котлами. При модернизации в котлах были установлены топки «Торнадо» с вертикальной осью вихря, по две установки УПО-250 и тракты автоматического удаления золы.