УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F23B1/06 F23B1/16 

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться в водогрейных и паровых котлах для сжигания газовых углей.

Известен котел с топочным устройством для сжигания древесных отходов, снабженным колосниковой решеткой с нижней подачей топлива шнековым питателем [1]. Колосниковая решетка предназначена для инвертного сжигания, при котором топливо подводится снизу, а горение происходит сверху. Сжигаются древесные отходы с влажностью до 60%. Шнековый питатель выполнен в виде горизонтального винтового конвейера с вспомогательным вертикальным коротким винтовым шнеком. Система теплообменных труб выполнена в виде водотрубной с естественной циркуляцией воды, газоход трехходовой, реализованный газоплотными вертикальными перегородками.

Недостатком данного котла является низкая экологическая безопасность, т. е. недостаточное обеспечение выгорания вредных летучих примесей.

Известно применение в топочных устройствах котлов, колосников и шнека с бункером [2] , причем шнековый питатель установлен вертикально, с выходным участком в виде конфузора.

Недостатком данного изобретения является невозможность реализации предварительного сжигания твердого топлива для выгорания летучих вредных примесей, содержащихся в газовых углях, для исключения химического недожога.

Известна колосниковая переталкивающая решетка для сжигания забалластированных твердых топлив и горючих отходов [3], содержащая подвижные и неподвижные рамы с рядом подвижных и неподвижных колосников, имеющих специальную форму, а также механизм перемещения подвижных рам, для дискретного или постоянного перемещения в вертикальном направлении и содержит систему удаления механического недожога.

Недостатком такой колосниковой решетки является невозможность удаления твердого топлива при шлаковании и прикипании его к неподвижным колосникам.

Основной задачей технического решения предлагаемого изобретения является улучшение экологической безопасности устройства для сжигания твердого топлива при сжигании газовых углей с большим содержанием горючих летучих веществ, а также понижение температуры горящего твердого топлива при выгорании горючих летучих веществ.

При решении задачи получим следующий технический результат: снижение уровня выброса летучих веществ в атмосферу и увеличение долговечности колосниковой решетки.

Поставленная цель достигается в устройстве для сжигания твердого топлива, состоящего из топочного устройства двухстадийного сжигания, секций водотрубных теплообменных панелей, трехходового газохода, образованного с помощью вертикальных газоплотных перегородок и боковых секций водотрубных теплообменных панелей поворотных камер.

Устройство содержит топочное устройство, состоящее из наклонного шнекового питателя с нижним бункером, вибрационной колосниковой решетки и золошлакового комода с неподвижными колосниками. Шнековый питатель на конце содержит жаропрочную чугунную конфузор-реторту в форме конфузора. По верхнему краю конфузор-реторты выполнены воздушные прозоры, к которым воздуховодом подводится воздух первичного дутья. Шнековый питатель соединен с одной стороны с нижним бункером, а с другой стороны имеет конфузор-реторту с воздуховодом и воздушными прозорами.

Устройство компонуется теплообменными поверхностями водогрейного или парового котла в виде секций водотрубных теплообменных панелей, установленных в центральной части над топочным устройством, а также боковых секций водотрубных теплообменных панелей, расположенных по левую и правую стороны устройства, относительно центрального положения топочного устройства, причем по воде правая и левая части секций водотрубных теплообменных панелей соединены последовательно, а по дымовым газам с противотоком, т.е. вход воды совпадает с выходом дымовых газов.

Устройство содержит трехходовой газоход, организованный использованием вертикальных газоплотных перегородок, приваренных к поверхностям боковых секций водотрубных теплообменных панелей и поворотными камерами. Таким образом, трехходовой газоход организован последовательно соединенными каналами по ходу газов в левой и правой частях устройства.

При увеличении количества сжигаемого топлива, что приведет к увеличению мощности устройства, предполагается использование вместо одного шнекового питателя двух, трех и более. Колосниковая решетка может быть выполнена подвижной прямого хода. Использование этих признаков существенно расширяют область использования устройства для реализации котлов различной мощности. Варианты устройства образуют группу изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом одинакового назначения, для получения одинакового технического результата, а именно снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и увеличение долговечности колосниковой решетки для двух вариантов устройства на малую и среднюю мощность.

Устройство для сжигания твердого топлива по первому варианту изобретения представлено на фиг.1 и 2, на которых 1 - наклонный шнековый питатель, 2 - нижний бункер, 3 - чугунный конфузор-реторта с воздушными прозорами и воздуховодом, 4 - выход газохода, 5 - секции водотрубных теплообменных панелей, 6 - наклонная колосниковая решетка вибрационного типа с механизмом эксцентрикового вибратора, 7 - золошлаковый приемник с неподвижными колосниками, 8 - газоплотные вертикальные перегородки, 9 - поворотные камеры, 10 - боковые секции водотрубных теплообменных панелей, 11 - трехходовой газоход.

Устройство содержит топочное устройство, состоящее из наклонного шнекового питателя 1, который соединен с одной стороны с нижним бункером 2, с другой стороны имеет конфузор-реторту с воздушными прозорами и воздуховодом 3. Вибрационная колосниковая решетка 6 изготовлена из рамы, на которой уложены и закреплены пластины из жаропрочной стали с воздушными поперечными зазорами с перехлестом. Колосниковая решетка имеет наклон от 2 до 20^o. Колосниковая решетка имеет механизм для задания дискретного и/или постоянного под углом 40^o перемещения в диапазоне 3-10 мм, выполненный в виде эксцентрикового вибратора.

Устройство содержит центральные секции водотрубных теплообменных панелей 5 и боковые секции водотрубных теплообменных панелей 10, установленные относительно центрального положения топочного устройства с установленными вертикальными газоплотными перегородками 8.

Трехходовой газоход устройства 11 образован последовательно соединенными каналами по ходу газов в левой и правой частях устройства, использованием вертикальных газоплотных перегородок 8 и поворотных камер 9.

Устройство по первому варианту работает следующим образом: уголь шнеком 1 подается из бункера 2 в чугунную конфузор-реторту 3. Через воздушные прозоры поступающий воздух первичного дутья образует интенсивную зону розжига верхнего пласта твердого топлива. В слое, прилегающем к горящему пласту, под действием тепла происходит термохимический процесс коксования и возгонки летучих веществ без участия воздушного потока. Выделяющиеся из этого слоя летучие горючие вещества попадают в верхнюю зону высокотемпературного коксового жара и, смешиваясь с воздушным потоком, интенсивно сгорают в межкусковых каналах, значительно усиливая температурный эффект самого слоя. Благодаря тому, что происходит полное сгорание летучих веществ, химический недожог в продуктах горения отсутствует. Выталкиваемое шнеком из конфузор-реторты топливо, лишенное на первой стадии горения летучих веществ, затем поступает на колосниковую решетку, на которой и происходит выгорание углерода. Колосниковая решетка дискретно или постоянно вибрирует с определенной частотой от эксцентрикового вибратора. Система подвески колосниковой решетки выполнена так, что колебательные движения от вибратора передаются под углом 40^o к плоскости колосниковой решетки с амплитудой от 3 до 10 мм. При движении колосниковой решетки вверх и вперед горящее твердое топливо перемещается за один импульс на некоторое расстояние. Сгоревшие остатки твердого топлива сваливаются в золошлаковый приемник на неподвижные колосники, откуда поступает в систему золошлакового удаления.

Конфузор-реторта фиксируется в литой рамке с конусными внутренними стенками, что позволяет производить ее замену без значительных трудозатрат.

Эффективности работы устройства способствует рациональная схема движения потока дымовых газов в левой и правой частях устройства за три прохода вдоль водотрубных теплообменных панелей, поворачиваясь в поворотных камерах.

Отличие вариантов устройства заключается в топочных устройствах, процесс горения для обоих вариантов один и тот же и описан выше.

Устройство по второму варианту для сжигания твердого топлива средней мощности содержит топочное устройство, не менее двух шнековых питателей, колосниковую решетку прямого хода, предтопок, выходящий за пределы передней стенки устройства, а также золошлаковый приемник, причем каждый шнековый питатель соединен с одной стороны с нижним бункером, а с другой стороны имеет конфузор-реторту с воздуховодом и воздушными прозорами.

Устройство содержит секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в центральной части устройства и боковые секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в левой и правой частях устройства относительно центрального положения топочного устройства и имеющие вертикальные газоплотные перегородки, причем по воде левая и правая части секций водотрубных теплообменных панелей соединены последовательно, а выход воды совпадает с выходом дымовых газов, трехходовой газоход, образованный использованием вертикальных газоплотных перегородок боковых секций водотрубных теплообменных панелей и поворотных камер.

На фиг.3 изображено устройство по второму варианту изобретения;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1;
и на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1.

Устройство содержит 1 - наклонные шнековые питатели, 2 - нижний бункер, 3 - чугунный конфузор-реторту с воздушными прозорами и воздуховодом, 4 - выход газохода, 5 - секции водотрубных теплообменных панелей, 6 - колосниковую решетку подвижного типа прямого хода, 7 - золошлаковый приемник, 8 - газоплотные вертикальные перегородки, 9 - поворотные камеры, 10 - боковые секции водотрубных теплообменных панелей, 11 - трехходовой газоход, 12 - предтопок, выходящий за пределы передней стенки Устройства.

Устройство работает по второму варианту аналогично первому варианту, все отличия заключаются в том, что горящий уголь из конфузор-реторты, лишенный летучих горючих веществ, сваливается в пределах предтопка на подвижную колосниковую решетку прямого хода, перемещается и дожигается на подвижных колосниках до золошлакового приемника. Предтопок является конструктивным элементом, обеспечивающим установку подвижной колосниковой решетки в топочном устройстве, а также для приема и распределения твердого топлива, "подпрессованного" снизу шнеком, прошедшего первую стадию розжига и возгонки горючих летучих веществ в конфузоре-реторте на подвижной колосниковой решетке для второй стадии сжигания и выгорания углерода, и выходящий за пределы передней стенки устройства.

Сопоставительный анализ с известными аналогами позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

По результатам патентного поиска предлагаемое устройство для сжигания твердого топлива не найдено и данное устройство не следует явным образом из уровня техники, значит представляемое изобретение обладает "изобретательским уровнем".

Возможность осуществления изобретения подтверждается описанием аналогов, описанием предлагаемого изобретения "Устройство для сжигания твердого топлива ", технической документацией заявителей, протоколом лабораторных анализов содержания горючих веществ в шлаке уноса и окиси углерода в дымовых газах.

Результаты лабораторных анализов
1. Содержание горючих веществ в шлаке уноса составило 3,68%, в отличие от слоевого сжигания углей в традиционных топочных устройствах, где эта цифра составила 37,25%.

2. Содержание окиси углерода в дымовых газах составило 13,74 мг/м³, а при слоевом сжигании 94,8 мг/м³.

Реализация предлагаемого изобретения делает устройство для сжигания твердого топлива экономичным, экологически безопасным, технологически простым, долговечным, что способствует получению новых потребительских свойств объекту изобретения.

Используемая литература
1. Проспект фирмы ЧДК ДУКЛА, Шкода - экспорт, Прага, ЧССР.

2. Патент РФ 1698576, F 23 G 5/00, 1989 г.

3. Патент РФ 2013704, F 23 H 11/06, 1991 г.

Изобретение может использоваться в водогрейных и паровых котлах для сжигания газовых углей. Устройство для сжигания твердого топлива содержит топочное устройство, состоящее из наклонного шнекового питателя, который соединен с одной стороны с нижним бункером, с другой стороны имеющий конфузор-реторту с воздуховодом и воздушными прозорами, колосниковую решетку с углом наклона от 2 до 20^o, собранную из пластин жаропрочной стали с поперечными воздушными зазорами, установленных с перехлестом, и имеющую механизм для задания дискретного и/или постоянного под углом 40^o перемещения в диапазоне 3-10 мм, выполненный в виде эксцентрикового вибратора, а также золошлаковый приемник с неподвижными колосниками, секции водотрубных теплообменных панелей и боковые секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в левой и правой частях устройства относительно центрального положения топочного устройства и имеющие вертикальные газоплотные перегородки, причем по воде левая и правая части секций водотрубных теплообменных панелей соединены последовательно, а вход воды совпадает с выходом дымовых газов, трехходовой газоход, образованный использованием вертикальных газоплотных перегородок боковых секций водотрубных теплообменных и поворотных камер. Изобретение позволяет улучшить экологическую безопасность устройства и понизить температуру горящего твердого топлива при выгорании горючих летучих веществ. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее топочное устройство, состоящее из наклонного шнекового питателя, который соединен с одной стороны с нижним бункером, с другой стороны имеющего конфузор-реторту с воздуховодом и воздушными прозорами, колосниковую решетку с углом наклона от 2 до 20^o, собранную из пластин жаропрочной стали с поперечными воздушными зазорами, установленных с перехлестом, и имеющую механизм для задания дискретного и/или постоянного под углом 40^o перемещения в диапазоне 3-10 мм, выполненный в виде эксцентрикового вибратора, а также золошлаковый приемник с неподвижными колосниками, секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в центральной части устройства, и боковые секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в левой и правой частях устройства относительно центрального положения топочного устройства и имеющие вертикальные газоплотные перегородки, причем по воде левая и правая части секций водотрубных теплообменных панелей соединены последовательно, а вход воды совпадает с выходом дымовых газов, трехходовой газоход, образованный использованием вертикальных газоплотных перегородок боковых секций водотрубных теплообменных панелей и поворотных камер. 2. Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее топочное устройство, состоящее из не менее двух наклонных шнековых питателей, каждый из которых соединен с одной стороны с нижним бункером, с другой стороны имеющий конфузор-реторту с воздуховодом и воздушными прозорами, колосниковую решетку подвижного типа прямого хода, предтопок, выходящий за пределы передней стенки устройства, а также золошлаковый приемник, секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в центральной части устройства, и боковые секции водотрубных теплообменных панелей, расположенные в левой и правой частях устройства относительно центрального положения топочного устройства и имеющие вертикальные газоплотные перегородки, причем по воде левая и правая части секций водотрубных теплообменных панелей соединены последовательно, а вход воды совпадает с выходом дымовых газов, трехходовой газоход, образованный использованием вертикальных газоплотных перегородок боковых секций водотрубных теплообменных панелей и поворотных камер.