ТОПКА-КОТЕЛ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1998 года по МПК F23B1/12 

Изобретение относится к области сжигания органического топлива, в частности может быть использовано для создания более совершенных топочных устройств различной мощности, работающих на мелких древесных отходах.

В настоящее время для сжигания таких отходов широкое распространение за рубежом нашли кучевые топки [1], а в нашей стране - топки скоростного горения с зажатым слоем системы Померанцева [2]. Топки скоростного горения включают в себя камеры горения и дожигания, разделенные зажимающей решеткой. Сжигание топлива в этих топках происходит в слое и плоском факеле. Топки имеют большие возможности для форсирования процесса сжигания сравнительно с кучевыми, просты в эксплуатации и изготовлении. Однако эти топочные устройства имеют отдельные недостатки. Так, при сжигании высоковлажного древесного топлива не обеспечивается устойчивое воспламенение газов за зажимающей решеткой, что приводит к увеличению механического и химического недожогов и, соответственно, повышению выбросов токсичных и канцерогенных веществ уходящими газами котлов.

Известна конструкция топочного устройства, выбранная в качестве прототипа, содержащая две камеры сжигания, разделенные зажимающей решеткой, в которой камера дожигания выполнена цилиндрической в горизонтальной плоскости [3] . Газы из камеры сжигания вводятся в камеру дожигания тангенциально с потоками эжектирующего воздуха. За счет цилиндрической формы камеры дожигания и тангенциального ввода топливно-воздушной смеси, в ней предполагается организация вихревого движения газов, интенсификация процессов сжигания с увеличением времени нахождения продуктов горения в этой камере и, соответственно, повышение экономических показателей топочного процесса.

Вместе с тем необходимо отметить следующие недостатки рассматриваемого топочного устройства. Процессы горения и дожигания в камерах отделены друг от друга. Вихревое движение газов в цилиндрической камере не способствует повышению устойчивости процесса воспламенения топлива в камере сгорания. Следовательно, при использовании очень влажного топлива сжигание может быть неустойчивым, а в дымовых газах будут присутствовать продукты неполного горения.

В конструкции топки отсутствует устройство для регулирования топочного процесса в зависимости от качества топлива. Поэтому при применении сухого топлива возможна его газификация и частичное горение в слое выше зажимающей решетки с выходом продуктов пиролиза (в том числе токсичных) через топливный бункер в помещение котельной либо через соединительный газоход - с уходящими газами котла в атмосферу.

Конструкция топки также не позволяет механизировать трудоемкие процессы удаления шлака.

Таким образом, эксплуатация топки возможна только при использовании топлива усредненного качества и с применением ручного труда.

Следует также отметить, что конструкции котлов, включающие рассмотренные топки, имеют большие габаритные размеры и высокую металлоемкость.

Целью изобретения является разработка малогабаритного топочного устройства для сжигания мелких древесных отходов различной влажности и зольности, обеспечивающего устойчивое зажигание и горение топлива, снижение вредных выбросов и механизацию операции удаления шлака.

Указанная цель достигается тем, что в топке, содержащей две камеры горения, шахтную камеру сгорания устанавливают в цилиндрической камере дожигания коаксиально. Камеры горения размещают в пространстве таким образом, что они имеют общую ось в вертикальной плоскости, а зажимающая решетка из охлаждаемых труб образует усеченный конус, расширяющийся книзу. В нижней части камеры сгорания устанавливают полый цилиндр с отверстиями и поршнем для подачи первичного воздуха и его регулирования по высоте слоя топлива. На цилиндре закрепляют скрепки для удаления шлака и золы, а сам цилиндр оснащают приводом для вращения вокруг своей оси. В камере дожигания устанавливают сопла для тангенциальной подачи вторичного воздуха.

В средней части камеры сгорания на вертикальной штанге закрепляют регулировочный конус с основанием, обращенным вниз. С наружной стороны конуса монтируют стержни для ворошения топлива, а штангу соединяют с приводом вертикального перемещения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение топки.

Шахтная камера сгорания 1 смонтирована соосно в цилиндрической камере дожигания 2. Камеры горения и зажигания разделены зажимающей решеткой 3. Первичный воздух подведен в камеру сгорания снизу через цилиндр 4 с отверстиями. Внутри цилиндра установлен поршень 5, а с его наружной стороны закреплены скребки 6. Выше цилиндра на вертикальной штанге подвешен конус 7 со стержнями 8.

Реализация предложенной компоновки топочных устройств позволит обеспечить минимальные габариты и металлоемкость котла в целом, поскольку при экранировании стен камеры дожигания охлаждаемыми трубами увеличивается скорость охлаждения продуктов сгорания и, соответственно, повышается съем тепла подобно тому, как это происходит в кольцевых топках.

Топка работает следующим образом. Под действием силы тяжести топливо поступает в камеру сгорания сверху из топливного бункера 9. Для уменьшения давления топлива на горящий слой в средней части камеры установлен регулировочный конус 7. В период загрузки топлива в топливный бункер конус поднимают, при этом уменьшается площадь проходного сечения и общее динамическое давление на слой падает. После загрузки конус постепенно возвращают в исходное положение.

Ниже конуса топливо движется в зажатом слое, подсушивается и после взаимодействия с кислородом первичного воздуха воспламеняется. Распределение первичного воздуха по высоте горящего слоя в зависимости от качества топлива осуществляют перемещением поршня 5. При сжигании влажного топлива поршень поднимают вверх, топливо в основном сгорает в слое, и долю первичного воздуха увеличивают. При использовании сухого топлива поршень опускают вниз, оставляя на цилиндре 4 открытыми один и два нижних ряда отверстий, значительная часть топлива в слое газифицируется, и долю вторичного воздуха увеличивают.

Для удаления образующегося шлака цилиндр со скребками периодически вращают, перемещая шлак в сбросной желоб 11.

Вторичный воздух подают в камеру дожигания тангенциально через сопла 10, организуя восходящий вихрь с вертикальной осью. При вихревом движении газом абсолютное давление внутри вихря значительно меньше, чем на периферии. Поэтому часть газов из верхней части топки рециркулирует внутри вихря вниз, вращаясь вокруг камеры сжигания; активные частицы (радикалы) взаимодействуют с топливом и топливно-воздушной смесью, инициируя их раннюю газификацию и воспламенение. Поскольку давление в центральной части камеры дожигания минимально, то газы, образующиеся при газификации топлива выше горящего слоя, увлекаются с периферии камеры горения нисходящим вихрем в зону горения.

Из изложенного следует, что вихревое горение, организованное в камере дожигания, способствует воспламенению топлива в камере горения; устойчивость работы топки в целом повышается.

Поскольку конструкция топки предусматривает механическое удаление шлака без останова котла, то в ней возможно сжигание топлива с большей зольностью, чем в топках с ручным удалением шлака.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволит сжигать мелкое древесное топливо самого различного качества, в том числе с повышенными влажностью и зольностью, которое не востребовано в настоящее время. При этом экономические и экологические показатели топок возрастут. Так, согласно предварительным расчетам, КПД предлагаемой топки может быть повышен сравнительно с аналогами на ≈ 5% и более от уменьшения химического и механического недожогов.

Использование: для создания топочных устройств разной мощности, работающих на мелких древесных отходах самого различного качества. Сущность изобретения: топка содержит шахтную камеру сгорания и цилиндрическую камеру дожигания, которые разделены зажимающей решеткой. Камера сгорания размещена внутри камеры дожигания коаксиально, зажимающая решетка из охлаждаемых труб образует усеченный конус, расширяющийся книзу, а в камере сгорания установлены регулировочный конус и цилиндр с отверстиями, поршнем, скребками. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Топка для сжигания древесных отходов, содержащая шахтную камеру сгорания, цилиндрическую камеру дожигания с тангенциальным подводом вторичного воздуха, зажимающую решетку из охлаждаемых труб, отличающаяся тем, что камера сгорания установлена коаксиально внутри камеры дожигания, трубы зажимающей решетки образуют усеченный конус, расширяющийся к низу, в средней части которого смонтирован регулировочный конус с основанием, обращенным вниз, а в нижней части - полый цилиндр с поршнем, отверстиями для ввода первичного воздуха и скребками для удаления золы и шлака. 2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что на регулировочном конусе с наружной стороны устанавливаются стержни для ворошения топлива, а штанга для подвески конуса снабжена приводом вертикального перемещения. 3. Топка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндр с отверстиями и скребками оснащен приводом для вращения вокруг своей оси.