ПЕЧЬ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК F23G5/24 F23G7/00 F23B1/38 

Изобретение относится к устройствам для сжигания различных древесных отходов, таких, как опилки, кора, дрова, образующихся в больших количествах на предприятиях, связанных с переработкой древесины в лесозаготовительной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности и может быть использована в этих отраслях, как составная часть установок для выработки тепла (теплогенераторов).

На предприятиях указанных выше отраслей постоянно скапливаются в больших количествах древесные отходы, не имеющие спроса и резко нарушающие экологический баланс в районах их захоронения.

Решение проблемы сжигания древесных отходов позволит не только существенно улучшить экологическую обстановку, но и получить дешевую тепловую энергию.

В настоящее время известно довольно большое количество печей для сжигания различных видов отходов, в том числе влажных низкокалорийных, какими являются древесные отходы (Богушевская К.К., Термические методы обезвреживания отходов, Л., Химия, 1975, 150 с, Арзамасова З.А. Санитарная очистка городов, М., Стройиздат, 1966, 220 с.).

Основной характеристикой любой печи, как теплогенератора, является удельный съем тепла с 1 м² пода печи (тепловое напряжение) q_уд (Ккал/м²).

Основными элементами печей для сжигания отходов являются: загрузочный бункер с устройством для предотвращения сводообразования, колосниковая решетка, камера дожигания, подогреватель вторичного воздуха, теплообменник для выработки тепла путем нагревания теплоносителя отходящими из печи дымовыми газами, дымосос и вентилятор.

Известна топка для сжигания древесных отходов (Авторское свидетельство 1296789, кл. F 23 G 7/00, 1987), в которой древесные отходы предварительно прессуются, что значительно усложняет конструкцию и снижает надежность ее работы.

Известна топка для сжигания твердых бытовых отходов (Авторское свидетельство 1756741, кл. F 23 G 5/00, 1992), в которой имеются бункер с воронкой, загрузчик топлива, валковая колосниковая решетка с межвалковыми уплотнителями, системы подачи воздуха к валкам, шлаковыгружатели.

Недостатками этой печи являются громоздкость, сложность в управлении и ненадежность из-за возможности забивания воздушных отверстий в валках.

В установке для пиролиза отходов (Авторское свидетельство 877236, кл. F 23 G 5/027, 05.11.87), включающей вертикальную шахту с бункером, камеры сгорания и дожигания с расположенным в последней подогревателем вторичного воздуха или пиролизных газов, теплообменник и дымосос, существенным недостатком является снижение интенсивности процесса подсушивания отходов в вертикальной шахте из-за относительно невысоких температур стенок шахты, расположенных вне зоны горения или дожигания газов. Кроме того, подогреватель вторичного воздуха, выполненный змеевикового типа, требует для своего размещения увеличение объемов установки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является печь (RU патент 2015450, кл. F 23 B 1/38, 30.06.94) для сжигания древесных отходов. Она состоит из опускной шахты, камеры сгорания с колосниковой решеткой и камеры дожигания.

В этой печи отходы из шахты попадают на колосниковую решетку, сквозь которую продувается первичный воздух, проходящий сквозь слой отходов, подсушивающий и воспламеняющий их. Несгоревшие частицы дожигаются на вспомогательной дожигательной решетке путем пропуска сквозь нее нагретого вторичного воздуха, а несгоревшие газообразные продукты дожигаются в камере дожигания. После этого дымовые газы проходят через газовыпускное окно и далее выбрасываются в атмосферу.

Данная печь имеет следующие недостатки. Процесс подсушки отходов в шахте является малоэффективным из-за того, что стенки ее имеют низкую температуру (на части периметра шахты стенки ее вообще имеют температуру, помещения, где находится печь). Поэтому основной объем сушки происходит на колосниковой решетке, что уменьшает рабочий объем камеры сгорания и соответственно, теплосъем. Толщина слоя отходов на колосниковой решетке сильно ограничена возможностями потери напора первичного воздуха, преодолеваемые дымососом, уменьшается количество первичного воздуха, продуваемого сквозь слой отходов и соответственно, снижается процесс интенсивности горения и теплосъем. Кроме того, расположение камеры дожигания отдельно от шахты приводит к увеличению габаритов печи.

Таким образом, малоэффективный процесс сушки отходов в шахте, ограничение толщины слоя отходов, конструктивные решения по размещению камеры дожигания приводят к снижению количества сжигаемых древесных отходов, увеличению габаритов печи и как следствие, к уменьшению теплопроизводительности (теплосъема) печи и снижению эффективности ее работы в целом.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы печи, т. е. увеличение теплосъема и уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что печь содержит загрузочный бункер, теплообменное устройство и дымосос, шахта выполнена вертикальной с перфорированной нижней частью, снабженной одним или несколькими перфорированными стаканами, расположенными вертикально и опирающимися открытой частью на колосниковую решетку, и с устройством для предотвращения сводообразования, а камера дожигания выполнена кольцеобразного поперечного сечения, ограниченной внутри стенкой вертикальной шахты, а на периферии - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов с горизонтальными кольцами труб между ними, причем один из коллекторов снабжен соплами для подачи нагретого воздуха в камеру сжигания.

На фиг. 1 (а, б) изображена предлагаемая печь для сжигания древесных отходов, продольный и поперечный разрез.

Печь содержит загрузочный бункер 1; вертикальную шахту 2 с устройством 3 для предотвращения сводообразования - древесных отходов. Внизу вертикальная шахта закрыта колосниковой решеткой 4, на которую опирается открытой частью перфорированный стакан 5 (ось стакана расположена вертикально). Нижняя часть вертикальной шахты 2 снабжена перфорацией. Пространство между перфорированными стенками стакана 5 и шахты 2 образует камеру сгорания. Снаружи нижней перфорированной части шахты 2 расположена полость кольцеобразного поперечного сечения, представляющая собой камеру дожигания 6, ограниченную внутри перфорированной стенки шахты 2, а по периферии - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов 7 и 8 с горизонтальными кольцами труб 9 между ними. Один из коллекторов 8 снабжен соплами 10, расположенными таким образом, что их оси направлены внутрь камеры дожигания 6, т. е. в зазор между стенками вертикальной шахты и другого коллектора. Снаружи камера 6 закрыта теплоизоляцией 11, а внутри имеет перегородку 12. Кроме того, печь имеет теплообменник 13 для нагрева теплоносителя, дымосос 14 и растопочную горелку 15.

Печь работает следующим образом. Древесные отходы после загрузки в бункер 1 поступают в вертикальную шахту 2 и заполняют ее всю до колосниковой решетки 4. Включается устройство 3, предотвращающее сводообразование в шахте. После включения дымососа 14 в камере дожигания 6 создается разрежение и первичный воздух через колосниковую решетку 4 и перфорацию стакана 5 начинает фильтроваться сквозь слой древесных отходов, находящихся между стенками стакана и вертикальной шахты. В период запуска печи включается горелка 15, дающая первоначальное тепло. Древесные отходы, находящиеся в нижней части (перфорированной) шахты 2, т.е. в камере сгорания, начинают подсыхать и гореть. Горелку 15 после начала процесса горения отключают, включают источник вторичного воздуха (например, вентилятор), который подают в коллектор 2.

При установившемся режиме сушка отходов начинается в зоне, расположенной выше камеры сгорания, т.е. выше стакана 5, а в самой камере сгорания процесс горения совмещается с пиролизом древесины, т.е. с выделением горючих газообразных продуктов, которые сквозь перфорацию шахты 2 поступают в камеру дожигания 6, где смешиваются с горячим вторичным воздухом, поступающим в нее из сопел 10 коллектора 8 и догорают, поддерживая температуру в камере 6, а следовательно, и нижней части стенки шахты 2 в пределах 900-1000^oC. Образующиеся в результате в камере 6 дымовые газы через теплообменник 13 и дымосос 14 выбрасываются в атмосферу или идут на очистку. В теплообменника 13 дымовые газы отдают тепло теплоносителю, которым может быть воздух или вода, подаваемые в него нагнетателями. Зола, остающаяся после сгорания древесных отходов, проваливается сквозь колосниковую решетку и удаляется.

Наличие перфорированного стакана 5 и перфорации стенки нижней части шахты 2 позволяет создать практически любой требуемый объем камеры сгорания, т. е. пространства, где осуществляется фильтрация первичного воздуха сквозь слой древесных отходов. Для этого необходимо варьировать лишь высотой перфорированного стакана 5 и, соответственно, высотой перфорации в нижней части стенки шахты 2 или количеством стаканов 5. Схематично влияние наличия стакана 5 на размеры образующейся камеры сгорания представлено на фиг. 2.

Таким образом, предлагаемое конструктивное решение позволяет осуществлять процесс сжигания отходов только в вертикальной шахте, в отличие от прототипа по пат. 2015450 и установки по а.с. 877236, где отходы после шахты рассыпаются тонким слоем на колосниковой решетке. Это существенно сокращает габариты печи и повышает производительность ее, т.е. удельный теплосъем q_уд.

Благодаря кольцеобразной форме поперечного сечения камеры дожигания 6 стенки нижней части шахты 2 по всему периметру, в отличие от прототипа находятся в зоне интенсивного нагрева (900-1000^oC). Это способствует быстрой сушке отходов, поступающих в нижнюю часть вертикальной шахты 2. Кольцеобразная форма камеры дожигания 6 и наличие у одного из коллекторов сопел 10, позволяющих вдувать вторичный воздух в камеру 6 таким образом, что газы внутри последней движутся по восходящей спирали, с большой скоростью омывая витки труб подогревателя вторичного воздуха (эта скорость определяется поперечными размерами камеры 6 и расходом вторичного воздуха), позволяют интенсифицировать процесс нагрева вторичного воздуха, в отличие от нагревателя газов в установке по а.с. 877236, находящегося в зоне малых скоростей дымовых газов. Кроме того, кольца труб 9 подогревателя вторичного воздуха помимо прямого назначения (подогревать воздух) являются и силовым конструктивным элементом, образующим периферийную стенку камеры дожигания 6. Все это также способствует повышению теплосъема q_уд. и снижению габаритов предлагаемой печи.

Предлагаемая печь согласно приведенному выше описанию была разработана и изготовлена на предприятии "ИНТЕРМ" и в настоящее время находится в опытной эксплуатации.

В таблице (см. в конце описания) представлены сравнительные характеристики предлагаемой печи и действующих как зарубежных, так и отечественных печей, являющихся аналогами прототипа.

Примечание. Данные получены путем обследования печи, установленной на Выборгском целлюлозно-бумажном комбинате. Ленинградская область.

Таким образом, предлагаемая печь значительно эффективнее действующих современных печей. Кроме того, благодаря интенсификации процесса сушки и горения отходов в предлагаемой печи, она может перерабатывать древесные отходы практически любой влажности (до 80%), в то время, как одна из лучших зарубежных печей для сжигания коры (АО "ОУТОКУМПУ"-Финляндия) использует предварительно отжатую до влажности 50-55% кору, для чего необходимо иметь мощное подготовительное производство.

В настоящее время в ПО "ИНТЕРМ" разработаны рабочие проекты и изготавливаются печи для сжигания древесных отходов тепловой мощностью от 0,5 до 10,0 Гкал/час.

Печь для сжигания древесных отходов содержит загрузочный бункер, теплообменное устройство, дымосос, вертикальную шахту с перфорированной нижней частью, снабженную одним или несколькими перфорированными стаканами и устройством для предотвращения сводообразования. Стаканы расположены вертикально и опираются открытой частью на колосниковую решеткую Камера дожигания выполнена кольцеобразного поперечного сечения, ограничена внутри стенкой вертикальной шахты, снаружи - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов с горизонтальными кольцами труб между ними. Один из коллекторов снабжен соплами для подачи нагретого вторичного воздуха в камеру сжигания. Технический результат: повышение эффективности работы печи. 2 ил., 1 табл.

Печь для сжигания древесных отходов, содержащая шахту, камеру сгорания, колосниковую решетку, камеру дожигания, отличающаяся тем, что она содержит загрузочный бункер, теплообменное устройство и дымосос, шахта выполнена вертикальной с перфорированной нижней частью, снабженной одним или несколькими перфорированными стаканами, расположенными вертикально и опирающимися открытой частью на колосниковую решетку, и с устройством для предотвращения сводообразования, камера дожигания выполнена кольцеобразного поперечного сечения, ограниченной внутри стенкой вертикальной шихты, а на периферии - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов с горизонтальными кольцами труб между ними, причем один из коллекторов снабжен соплами для подачи нагретого вторичного воздуха в камеру сжигания.