ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК F23D5/04 

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике.

Известны топки скоростного горения системы В.В.Померанцева, представляющие собой вертикальную камеру, ограниченную с трех сторон кирпичной кладкой, а со стороны топочной камеры - зажимающей решеткой из стальных ошипованных труб, включенных в систему циркуляции котла и являющихся фронтовым экраном. Данные топки имеют неподвижный и подвижный пережимы, под которые подается воздух, обеспечивающий сгорание топлива в зажатом вертикальном слое. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из вертикального слоя, под топки "подметает" поток вторичного воздуха, движущийся сплошным потоком от задней стены топки к фронтовой [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В. И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 51-52].

Для расширения диапазона энергетического использования древесных отходов с повышенным содержанием минеральных примесей применяются топочные устройства ВО-110 и топки скоростного горения СевНИИП - ЦКТИ с обращенным дутьем, в которых также используется принцип зажатого слоя [Головков С.И., Коперин И. Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 52-54, с. 94-95].

Принцип зажатого слоя используется и в топках для сжигания древесных отходов [Авторское свидетельство СССР 1615463 А1, 5 F 23 В 5/04, 1990], где для повышения экономичности сжигания топлива применяются автономный подвод и индивидуальное регулирование первичного воздуха по ширине топки.

На котлоагрегатах типа КЕ для сжигания древесных отходов применяют топку скоростного горения, у которой фронтовая наклонная стенка выполнена из чугунных плит-колосников, установленных на трубах диаметром 51х5 мм, включенных в циркуляционный контур котла. В нижней части предтопка установлены два яруса колосников, верхний - выполняет роль дополнительного пережима, а нижний - "решетчатого дна"; при этом под все колосники, включая накладные, подается горячий воздух. Для догорания мелких фракций топлива, выносимых из вертикального слоя, подтопки "подметают" струи вторичного воздуха, движущиеся сплошными потоками от задней и фронтовой стен топки навстречу друг другу [Головков С. И. , Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987, с. 104-107]. Данное топочное устройство принято нами за прототип.

Однако опыт длительной эксплуатации данных топочных устройств показал, что они пригодны для сжигания малозольных предварительно измельченных древесных отходов с содержанием мелких частиц (опилка) в топливной смеси не более 50% при относительной влажности отходов до 55%. Увеличение доли опилка в топливной смеси более 50% или повышение влажности отходов вызывают резкое снижение технико-экономических и экологических показателей работы топочных устройств.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технико-экономических и экологических показателей работы топочного устройства для сжигания древесных отходов с влажностью на рабочую массу до 60% и обеспечение сжигания топливной смеси с широким диапазоном изменения состава, вплоть до сжигания только опилка.

Это достигается тем, что у топочного устройства, содержащего разделенные зажимающей решеткой камеры сгорания и дожигания, в камере сгорания промежутки между трубами фронтовой наклонной стенки снабжены проставками, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, а дополнительный пережим расположен в нижней части камеры сгорания и выполнен из двух горизонтальных водоохлаждаемых труб, имеющих поперечные вертикальные связи из труб меньшего диаметра, камера дожигания снабжена соплами подачи третичного воздуха, причем сопла подачи третичного воздуха расположены на уровне верхнего коллектора зажимающей решетки над соплами подачи вторичного воздуха, а продольные оси сопл каждой стены находятся в одних вертикальных плоскостях, которые смещены на полшага для сопл противоположных стен, при этом сопла третичного воздуха наклонены вниз под углом к вертикали, равным ϕ...(ϕ+5^°), а скат задней стены выполнен под углом к вертикали ψ=30...35^o.

На фиг.1 изображено предлагаемое топочное устройство, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальный разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В фронтовой наклонной стенки.

Топочное устройство содержит камеры сгорания 1 и дожигания 2, разделенные зажимающей решеткой 3. В камере сгорания 1 фронтовая наклонная стенка 4 выполнена из труб, включенных в контур циркуляции котла, промежутки между трубами закрыты стальными проставками 5 длиной до 200 мм и с зазором 5...7 мм, приваренными к данным трубам, в нижней части камеры сгорания горизонтально в одной вертикальной плоскости установлены две трубы 6, имеющие поперечные связи 7, выполненные из труб меньшего диаметра. В нижней части камеры сгорания установлены колосники 8, образующие "решетчатое дно", под которые подается вторичный воздух со стороны боковых стен топки, первичный воздух подается со стороны фронтовой стены. В камере дожигания под нижним коллектором 9 зажимающей решетки 3 и вдоль задней стены установлены фронтовой 10 и задний 11 короба вторичного воздуха, при этом выходные сопла 12 прямоугольного поперечного сечения заднего короба 11 смещены на полшага относительно сопл 13 фронтового короба 10, на уровне верхнего коллектора 14 зажимающей решетки 3 в одной горизонтальной плоскости расположены фронтовой 15 и задний 16 короба третичного воздуха, выходные сопла 17,18 которых имеют прямоугольное сечение, смещены на полшага относительно друг друга и направлены вниз под углом к вертикали, равным ϕ...(ϕ+5^°), продольные оси нижних 12 и верхних 18 сопл задней стены расположены в одних вертикальных плоскостях, а продольные оси нижних 13 и верхних 17 сопл фронтовой стены также расположены в вертикальных плоскостях, но смещенных на полшага относительно предыдущих, скат 19 задней стены выполнен под углом к вертикали ψ=30...35^o.

Работа топочного устройства для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом.

Древесные отходы из бункера по рукавам каскадно-лоткового типа подаются в камеру сгорания 1, где с помощью фронтовой наклонной стенки 4, зажимающей решетки 3 и основного и дополнительного пережимов формируется вертикальный слой топлива, который пронизывается основным потоком первичного воздуха, обеспечивающим его активное выгорание, другая часть первичного воздуха проходит через зазоры между проставками 5 фронтовой наклонной стенки 4, обеспечивая термообработку и воспламенение слоя, образующиеся продукты сгорания в основном через щели зажимающей решетки 3 выходят в камеру дожигания 2, а другая их часть поднимается в зону термической подготовки отходов, обеспечивая их подсушку. Дополнительный пережим, выполненный из водоохлаждаемой трубной системы 6, 7, стабилизирует воспламенение топлива и значительно повышает эффективность работы "решетчатого дна". С увеличением в топливной смеси мелких фракций (опилка) их вынос в камеру дожигания увеличивается, где они сгорают в системе вихрей, образующихся при взаимодействии встречно-смещенных потоков, выходящих из сопл вторичного воздуха 12, 13. Недогоревшие частицы топлива с помощью встречно-смещенных струй третичного воздуха, выходящих из сопл 17, 18, направленных вниз под углом к вертикали, равным ϕ...(ϕ+5^°), частично сепарируют в нижнюю часть камеры дожигания 2, а другая их часть вместе с продуктами пиролиза, выделяющимися в зоне термической подготовки древесных отходов, вовлекается в вихревые потоки, имеющие вертикальные оси вращения. Наличие системы вихревых потоков в камере дожигания 2 интенсифицирует тепло- и массообменные процессы не только в ее нижней части, но и по всей ее высоте, что особенно важно для участка зажимающей решетки, где идет процесс термической подготовки сырого топлива. Расход горячего воздуха через сопла 12, 13 вторичного и третичного 17, 18 дутья зависит от фракционного состава древесных отходов и их влажности. Увеличение угла наклона ската 19 задней стены камеры дожигания позволяет исключить образование на нем зон с кучевым горением древесных отходов, генерирующих большое количество оксида углерода. По мере накопления очаговых остатков на поду камеры дожигания 2 и в нижней части камеры сгорания 1 котлоагрегат останавливают для расшлаковки топочного устройства.

Исследования показали, что данное топочное устройство позволяет обеспечить эффективное сжигание высоковлажных древесных отходов с широким диапазоном изменения состава топливной смеси, вплоть до сжигания только опилка, и позволяет значительно уменьшить выбросы оксидов азота и монооксида углерода. Кампания работы котла мощностью 6,5 МВт между расшлаковками при сжигании высоковлажного опилка составляет не менее месяца.

В камере сгорания промежутки между трубами фронтовой наклонной стенки снабжены проставками, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, а дополнительный пережим расположен в нижней части камеры сгорания и выполнен из двух горизонтальных водоохлаждаемых труб, имеющих поперечные вертикальные связи из труб меньшего диаметра, камера дожигания снабжена соплами подачи третичного воздуха. Сопла подачи третичного воздуха расположены на уровне верхнего коллектора зажимающей решетки над соплами подачи вторичного воздуха, а продольные оси сопл каждой стены находятся в одних вертикальных плоскостях, которые смещены на полшага для сопл противоположных стен, при этом сопла третичного воздуха наклонены вниз под углом к вертикали, равным ϕ...(ϕ+5^°), а скат задней стены выполнен под углом к вертикали ψ = 30...35^o. Данное топочное устройство позволяет обеспечить эффективное сжигание высоковлажных древесных отходов с широким диапазоном изменения состава топливной смеси, вплоть до сжигания только опилок, и позволяет значительно уменьшить выбросы окислов азота и монооксида углерода. 3 ил.

Топочное устройство для сжигания древесных отходов, содержащее разделенные зажимающей решеткой камеру сгорания, снабженную устройствами подачи первичного и вторичного воздуха, устройством подачи топлива в виде рукавов каскадно-лоткового типа, фронтовой наклонной стенкой, выполненной из труб, включенных в контур циркуляции котла, в нижней части дополнительным пережимом и колосниками, образующими решетчатое дно, и камеру дожигания с устройствами подачи вторичного воздуха, отличающееся тем, что в камере сгорания промежутки между трубами фронтовой наклонной стенки снабжены проставками, имеющими зазоры для прохода первичного воздуха, а дополнительный пережим расположен в нижней части камеры сгорания и выполнен из двух горизонтальных водоохлаждаемых труб, имеющих поперечные вертикальные связи из труб меньшего диаметра, камера дожигания снабжена соплами подачи третичного воздуха, причем сопла подачи третичного воздуха расположены на уровне верхнего коллектора зажимающей решетки над соплами подачи вторичного воздуха, а продольные оси сопл каждой стены находятся в одних вертикальных плоскостях, которые смещены на полшага для сопл противоположных стен, при этом сопла третичного воздуха наклонены вниз под углом к вертикали, равным ϕ...(ϕ + 5°), а скат задней стены выполнен под углом к вертикали ψ = 30...35°.