УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2002 года по МПК F23C10/18 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургической, строительной и других отраслях промышленности для сжигания твердого топлива (торф, горючие сланцы, уголь).

Известны типовые промышленно используемые устройства для сжигания топлива, содержащие камеру сгорания с системами подачи топлива и воздуха, воспламенения горючей смеси и трубопроводы для отвода теплоносителя(топки, печи) [см. , например, Е. И. Ходоров "Печи цементной промышленности". - Л., Стройиздат, 1996 г.; Ю.В.Иванов "Газогорелочные устройства", М., Недра, 1972 г. и др.].

Недостатки указанных устройств заключаются в
- возможности сжигания только измельченного высококачественного твердого топлива;
- низком КПД (не более 70%);
- недожеге, обуславливающем выброс экологически опасных газов в атмосферу;
- габаритности.

Известны разнообразные устройства для сжигания твердого топлива, в которых имеются различные приспособления для его перемешивания с целью улучшения условий горения: механические мешалки (шурователи); источники, создающие колебательные движения воздуха или твердого материала; псевдоожижители.

Известно, например, устройство для сжигания твердого топлива, содержащее вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с колосниковой решеткой, загрузочным устройством в виде трубы, расположенной вертикально над шурующей планкой, установленной на выходном валу привода с возможностью вращения [см. патент РФ 2126933, МПК F 23 B 7/00, заявл. 30.09.1996 г., опубл. 27.02.1999 г.].

Недостатком данного устройства является низкая эффективность (КПД около 80%) из-за ограниченной поверхности соприкосновения твердого топлива с кислородом воздуха, создаваемой только за счет вращения шурующей планки в верхнем слое сжигаемого материала, а также громоздкость и габаритность.

Известны также устройства для сжигания твердого топлива, содержащие вертикальные или горизонтальные камеры сгорания с генераторами газодинамических, акустических колебаний твердой фазы или приспособления для создания пульсаций воздуха [см. а.с. СССР 850984, МПК F 23 C 11/02, заявл. 21.11.1979 г. , опубл. 30.07.1981 г. ; патент СССР 1584758, МПК F 23 В 7/00, F 23 C 11/00, заявл. 29.11.1984 г., опубл. 07.08.1990 г.; а.с. СССР 964339, МПК F 23 C 11/02, заявл. 17.12.1980 г., опубл. 07.10.1982 г.].

Недостатки этих устройств состоят в
- низкой эффективности сжигания топлива (КПД не более 80%);
- трудности управления процессами горения;
- сложности, громоздкости и габаритности конструкций.

Кроме того, известны устройства для сжигания твердого топлива, содержащие вертикальные камеры сгорания с инертной засыпкой, обеспечивающие ведение процесса сжигания в псевдоожиженном слое [см. а.с. СССР 840568, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1979 г., опубл. 23.06.1981 г.; а.с. СССР 866336, МПК F 23 C 11/02, заявл. 21.01.1980 г., опубл. 23.09.1981 г.].

Недостатки устройств подобного типа заключаются в ограниченной эффективности процессов сжигания топлива из-за значительного его уноса из зоны горения, а также экологической опасности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для сжигания твердого топлива (топка кипящего слоя), содержащее вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части - с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку. Пучок перфорированных горизонтальных труб образует провальную решетку для отвода золы в бункер, расположенный в нижней части топки [см. а.с. СССР 1177596, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1984 г., опубл. 7.09.1985 г.].

Недостатки прототипа следующие:
- использование устройства преимущественно для сжигания легковоспламеняемых материалов;
- неполное сжигание топлива, обусловленное преждевременным уносом недогоревших частиц через провальную решетку в бункер золы, понижающее КПД устройства до 85%;
- неэффективное сжигание топлива из-за выноса пылевидных частиц топлива с отходящими газами, также понижающее КПД устройства на 3-5%;
- громоздкость и габаритность устройства.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД устройства за счет формирования эффективного фронта горения, образованного многочисленными постоянно действующими очагами воспламенения топлива, позволяющего обеспечить максимальную теплонапряженность объема топки и сократить ее габариты.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для сжигания твердого топлива, содержащем вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части - с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку, согласно изобретению питатель выполнен в виде пневмомеханического забрасывателя; газораздающий коллектор установлен соосно стенкам камеры и состоит из двух частей - неподвижной, соединенной с днищем и подвижной, установленной с возможностью вращения на выходном валу привода; трубы размещены радиально на подвижной части коллектора, причем, их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала; над инертной засыпкой фракции 0,1-2,0 мм расположен слой крупнокускового огнеупорного материала с размером кусков 20,0-50,0 мм, над которым в боковой стенке камеры выполнен переливной порог, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки.

Пневмомеханический забрасыватель обеспечивает бесперебойную подачу топлива в камеру сгорания, равномерно распределяя его по поверхности крупнокускового огнеупорного материала, что приводит к повышению эффективности воспламенения и последующего сгорания топлива с повышением КПД устройства на 7-8%.

Предлагаемая конструкция газораздающего коллектора с перфорированными трубами обеспечивает не только равномерную подачу воздуха, но и создание волновых колебаний инертной засыпки, вызывающих перевертывание крупных кусков ее верхнего слоя, служащих воспламенителями топлива, что приводит к интенсификации процесса сжигания и повышению КПД устройства на 3-4%.

Односторонняя перфорация труб коллектора, совпадающая с направлением движения вала, усиливает волнообразование в инертной засыпке, а следовательно, и рыхление псевдоожиженного слоя, что приводит к интенсификации процесса горения и повышению КПД устройства на 3-5%.

Заявляемый размер частиц инертной засыпки (0,1-2,0 мм) и слоя крупнокускового огнеупорного материала (20,0-50,0 мм) обеспечивает возможность эффективного перевертывания кусков - воспламенителей топлива без их погружения в мелкозернистый слой, что повышает эффективность горения и, следовательно, КПД устройства на 1-2%.

Наличие переливного порога позволяет поддерживать постоянный уровень псевдоожиженного слоя и регулировать процесс сжигания топлива, что также повышает КПД устройства на 1-2%.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность изготовления устройства для сжигания твердого топлива на отечественных предприятиях машиностроения свидетельствует о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На чертеже схематично представлено заявляемое устройство для сжигания твердого топлива.

Обозначения на чертеже:
1 - вертикальная цилиндрическая камера сгорания;
2 - питатель (пневмомеханический забрасыватель);
3 - патрубок вывода топочных газов;
4 - пучок перфорированных горизонтальных труб;
5 - неподвижная часть газораздающего коллектора;
6 - подвижная часть газораздающего коллектора;
7 - мелкозернистый слой инертной засыпки;
8 - слой крупнокускового огнеупорного материала;
9 - привод;
10 - выходной вал привода;
11 - переливной порог;
12 - емкость для сбора излишков инертной засыпки.

Заявляемое устройство для сжигания твердого топлива состоит из вертикальной цилиндрической камеры сгорания 1, футерованной изнутри огнеупорным кирпичом, с питателем в виде пневмомеханического забрасывателя 2 и патрубком вывода топочных газов 3 в его верхней части. В нижней части камеры сгорания 1 установлен соосно ее стенкам газораздающий коллектор, состоящий из неподвижной части 5 и подвижной части 6 с пучком перфорированных горизонтальных труб 4 с заглушенным торцом, жестко закрепленных в подвижной части 6 газораздающего коллектора и погруженных в мелкозернистый слой 7 инертной засыпки. Подвижная часть 6 газораздающего коллектора установлена с возможностью вращения на выходном валу 10 привода 9. Трубы 4 в количестве 3 - 4 штуки размещены радиально на подвижной части 6 коллектора, причем их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала 10. Над инертной засыпкой 7 фракции 0,1 - 2,0 мм (речной песок, дробленый мрамор и т.п. ) расположен слой крупнокускового огнеупорного материала 8 с размером кусков 20,0 - 50,0 мм (битый шамотный кирпич, керамика и пр.). Над слоем 8 в боковой стенке камеры 1 выполнен переливной порог 11, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки 12.

Заявляемое устройство для сжигания твердого топлива работает следующим образом.

Предварительно на поверхность инертной засыпки 8 в камеру сгорания 1 подают внешнее топливо (дрова, опилки, ветошь) и зажигают его. Одновременно включают привод 9 и начинают подачу воздуха в газораздающий коллектор. При этом за счет открытого огня в условиях интенсивного перемешивания горящих частиц осуществляют формирование раскаленной поверхности слоя мелкозернистой инертной засыпки 7 и расположенного над ним слоя крупнокускового огнеупорного материала 8. После достижения температуры, необходимой для воспламенения топлива, включают питатель 2 и начинают непрерывную подачу торфа на раскаленную поверхность инертной засыпки. Под воздействием волн, создаваемых пучком перфорированных горизонтальных труб 4, куски огнеупорного материала 8 изменяют свое положение и подминают под себя частицы торфа. Последние под воздействием тепла этих крупных кусков в течение 2-3 секунд теряют влагу и начинают выделение летучих веществ. При изменении положения кусков 8 происходит контакт летучих веществ топлива с окислителем (воздухом), их воспламенение с одновременным воспламенением отдельных частиц торфа и полное сжигание всех компонентов торфа. Вокруг каждого крупного куска слоя 8 формируются участки воспламенения топлива, которые образуют многофакельный фронт горения по всей поверхности инертной засыпки.

Образующиеся топочные газы (теплоноситель) через патрубок 3 направляют к потребителю. Коэффициент полезного действия устройства достигает 98%.

Для предотвращения увеличения объема мелкозернистого слоя инертной засыпки 7 за счет образующейся золы в процессе работы камеры сгорания 1 осуществляют сливание излишков инертной засыпки через переливной порог 11 в емкость 12.

Использование заявляемого устройства для сжигания твердого топлива по сравнению с известным устройством, взятым за прототип [см. а.с. СССР 1177596, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1984 г., опубл. 7.09.1985 г.], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- повышение КПД (до 95-98%);
- обеспечение полного сжигания топлива за счет создания режима максимальной теплонапряженности объема топки;
возможность сжигания различных видов твердого топлива;
экологическая чистота;
простота и безопасность обслуживания;
снижение габаритов.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургической, строительной и других отраслях промышленности. Устройство содержит вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем в виде пневмомеханического забрасывателя и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части - с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку фракции 0,1-2,0 мм. Газораздающий коллектор установлен соосно стенкам камеры и состоит из двух частей - неподвижной, соединенной с днищем, и подвижной, установленной с возможностью вращения на выходном валу привода. Трубы размещены радиально на подвижной части коллектора, причем, их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала. Над инертной засыпкой расположен слой крупнокускового огнеупорного материала с размером кусков 20,0-50,0 мм, над которым в боковой стенке камеры выполнен переливной порог, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки. Технический результат: повышение КПД до 95-98%, обеспечение полного сжигания топлива, возможность сжигания различных видов твердого топлива, экологическая чистота, простота и безопасность обслуживания, снижение габаритов. 1 ил.

Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части - с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку, отличающееся тем, что питатель выполнен в виде пневмомеханического забрасывателя, газораздающий коллектор установлен соосно стенкам камеры и состоит из двух частей - неподвижной, соединенной с днищем, и подвижной, установленной с возможностью вращения на выходном валу привода, трубы размещены радиально на подвижной части коллектора, причем их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала, над инертной засыпкой фракции 0,1-2,0 мм расположен слой крупнокускового огнеупорного материала с размером кусков 20,0-50,0 мм, над которым в боковой стенке камеры выполнен переливной порог, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки.