ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБОТКИ Российский патент 2008 года по МПК F23G7/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве топочного устройства для водогрейных и паровых котлов, в которых топливом являются отходы деревообработки.

Известна топка для сжигания высоковлажных древесных отходов (патент RU №2052713, МПК F23G 7/00), содержащая камеру сгорания и шахту, отделенные друг от друга общей фронтальной стенкой, наклонную колосниковую решетку, образующую дно шахты, горизонтальную колосниковую решетку, расположенную в нижней части камеры сгорания. В верхней части фронтальной стенки, общей для шахты и камеры сгорания, выполнены горизонтальные щели и воздуховоды для вдувания топочных газов, отбираемых из дымохода для подсушки топлива. Под наклонной и горизонтальной решетками расположены раздельные воздуховоды.

Отсутствие предварительного прогрева топлива снижает эффективность подсушки топлива в шахте через щели для вдувания топочных газов.

На наклонной решетке, расположенной на дне шахты, слой топлива, перемещающегося под действием собственного веса, имеет большую толщину. Для дальнейшей подсушки толстого слоя топлива необходима большая интенсивность дутья под наклонную решетку. При этом топливо, подсушенное в верхней части шахты топочными газами, охлаждается, его мелкие части частично выдуваются в камеру сгорания, частично проваливаются, не сгорая, через отверстия горизонтальной решетки, пары воды, образовавшиеся при подсушке, попадают в зону горения, что снижает полноту сгорания топлива.

Недостатком устройства является также сложность конструкции, связанная с необходимостью отбора топочных газов, подачи их в топливную шахту и возврата в газоход.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является топочное устройство для сжигания отходов деревообработки (GB 190405045 А, опубл. 1904 г.), принятое за прототип. Известное устройство содержит камеру сгорания и шахту, отделенные друг от друга общей стенкой, одна сторона которой является фронтальной стенкой шахты, другая сторона - потолочным перекрытием (сводом) камеры сгорания. В нижней части камеры сгорания расположены горизонтальная и наклонная колосниковые решетки. Наклонная колосниковая решетка расположена между наклонным дном шахты и горизонтальной колосниковой решеткой и сопряжена верхней кромкой с наклонным дном шахты. Горизонтальная решетка расположена ниже уровня нижней кромки наклонной решетки. Под колосниковыми решетками выполнена общая полость Р, в которой создается разрежение под действием естественной тяги через дымовые трубы.

Одна сторона общей стенки является фронтальной стенкой шахты, другая - потолочным перекрытием (сводом) в камере сгорания. Разная геометрия сторон общей стенки в шахте и камере сгорания обусловливает переменную толщину общей стенки, резко увеличивающуюся вверх при небольшой ее высоте, что препятствует передаче тепла через стенку из камеры сгорания в шахту. Прогрев топлива, осуществляемый, в основном, на дне шахты, недостаточен для эффективной последующей подсушки топлива на наклонной колосниковой решетке.

При одинаковой величине тяги под колосниковые решетки происходит попадание паров воды, образующихся при подсушке, в зону горения топлива, что снижает эффективность горения. Уступ, образованный между нижней кромкой наклонной решетки и горизонтальной решеткой, расположенной ниже уровня нижней кромки наклонной решетки, частично предотвращает попадание паров воды в зону горения, но при этом экранирует излучение топлива, горящего на горизонтальной решетке, что снижает эффективность подсушки топлива на наклонной решетке.

Кроме того, одинаковая величина тяги под колосниковые решетки не позволяет оптимизировать параметры сушки и горения топлива, для которых эффективная тяга имеет разную величину. Это приводит либо к выбросу мелкого топлива с дымовыми газами, либо к проваливанию его в отверстия колосниковых решеток, к забиванию пеплом и мелким топливом отверстий колосниковых решеток и неполному сгоранию более крупных фракций топлива.

Для очистки отверстий колосниковых решеток использовано виброустройство, усложняющее конструкцию топочного устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности сжигания топлива любой влажности, состоящего из фракций любого размера: от опилок до обрезков бревен, пеньков и веток, при простой и надежной конструкции топочного устройства.

Для достижения цели в топочном устройстве для сжигания отходов деревообработки, содержащем камеру сгорания и шахту, отделенные друг от друга общей стенкой, одна сторона которой является фронтальной стенкой шахты, наклонную и горизонтальную колосниковые решетки, расположенные в нижней части камеры сгорания, причем наклонная колосниковая решетка расположена между наклонным дном шахты и горизонтальной колосниковой решеткой и сопряжена верхней кромкой с наклонным дном шахты, согласно изобретению камера сгорания и шахта отделены друг от друга общей тонкой стенкой, другая сторона которой является фронтальной стенкой камеры сгорания, наклонная колосниковая решетка сопряжена нижней кромкой с горизонтальной колосниковой решеткой, а под каждой колосниковой решеткой расположен регулируемый воздуховод для дутья.

Отсутствие в общей фронтальной стенке камеры сгорания и шахты воздуховодов и щелей увеличивает жесткость стенки, что позволяет сделать ее малой толщины. Выполнение сторон общей стенки фронтальными для камеры сгорания и шахты увеличивает протяженность стенки. Малая толщина и большая протяженность общей стенки позволяет увеличить теплопередающую поверхность и осуществлять эффективный прогрев топлива в шахте благодаря передаче тепла из камеры сгорания в шахту. При этом в первую очередь прогревается часть топлива, контактирующая со стенкой, общей для шахты и камеры сгорания.

Прогрев топлива в шахте позволяет осуществить интенсивную подсушку его уже на наклонном дне шахты под действием излучения топлива, горящего в камере сгорания. Верхний наиболее прогретый слой топлива на наклонном дне шахты, не подвергаемый охлаждению воздухом первичного дутья, частично воспламеняется, подогревая нижний слой топлива.

Расположение наклонной колосниковой решетки в нижней части камеры сгорания и сопряжение одной ее кромки с наклонным дном шахты, а другой кромки с горизонтальной решеткой позволяет осуществить дальнейшую подсушку топлива на наклонной решетке излучением горящего топлива на горизонтальной решетке. При этом на наклонной решетке толщина слоя топлива, перемещающегося под действием собственного веса, значительно меньше, чем на наклонном дне шахты. Это позволяет осуществлять подсушку топлива при малой интенсивности дутья под наклонную решетку, что исключает вынос мелкого топлива с дымовыми газами и способствует его спеканию в более крупные фракции, сгорающие на горизонтальной решетке.

Раздельные воздуховоды, расположенные под наклонной и горизонтальной колосниковыми решетками, позволяют дифференцировать интенсивность дутья, необходимую для подсушки и горения топлива.

Так как интенсивность дутья под колосниковую решетку, необходимая для горения топлива, превышает интенсивность дутья, необходимую для подсушки топлива, пары воды, образующиеся при подсушке топлива, не попадают в зону горения топлива, а поднимаются в верх камеры сгорания и частично шахты. Это позволяет увеличить эффективность горения топлива на горизонтальной решетке и осуществлять его при минимальной интенсивности дутья, необходимой для горения топлива. При этом не происходит выноса несгоревших остатков из камеры сгорания и минимизируется высота топочного объема.

Топочное устройство имеет простую конструкцию, обеспечивающую надежность его работы.

На чертеже приведен общий вид предложенного топливного устройства в разрезе.

Топочное устройство содержит камеру сгорания 1, шахту 2 с наклонным дном 3 и фронтальной стенкой 4, общей для камеры сгорания 1 и шахты 2, наклонную колосниковую решетку 5, сопряженную одной кромкой с наклонным дном 3 шахты, другой кромкой с горизонтальной колосниковой решеткой 6. Под колосниковыми решетками расположены регулируемые воздуховоды 7, 8.

Устройство работает следующим образом. Топливо поступает в верхнюю часть шахты 2 и под действием собственного веса перемещается вниз. При этом размер крупных включений в топливе ограничен только горизонтальным сечением шахты. Благодаря теплопроводности общей фронтальной стенки 4 шахты и камеры сгорания происходит плавление снега и льда, попадающего в шахту вместе с топливом, прогрев топлива. При этом часть топлива, контактирующая со стенкой 4, прогревается в наибольшей степени. Из прогретого топлива, поступающего на наклонное дно 3 шахты 2 и на наклонную колосниковую решетку 5, расположенную в камере сгорания 1, начинает интенсивно испаряться вода под действием излучения горящего топлива. Топливо просыхает и частично воспламеняется. Часть водяных паров поднимается в верх шахты через поры в массе топлива, способствуя дополнительному его прогреву.

Основная часть водяных паров, образовавшихся при подсушке топлива, нагревается благодаря теплоотдаче излучением от горящего топлива и, не попадая в зону горения, за счет теплового расширения поднимается в верхнюю часть камеры сгорания вдоль фронтальной стенки 4. Смешивание водяных паров с дымовыми газами происходит на выходе из камеры сгорания. При этом пары воды не препятствуют горению, так как интенсивность первичного дутья под наклонную колосниковую решетку 5 меньше, чем интенсивность дутья под горизонтальную колосниковую решетку, на которой происходит горение топлива, и воздух подается ниже зоны интенсивной сушки. Благодаря отсутствию водяных паров, образовавшихся при подсушке в топливе и в продуктах пиролиза, продукты пиролиза, выделяющиеся при нагреве топлива, успевают сгорать, не достигая свода камеры сгорания.

На горизонтальной колосниковой решетке происходит полное сгорание топлива. Сгорание продуктов пиролиза происходит при минимальной высоте пламени, а соответственно и высоте топки.

Заявленное топочное устройство опробовано в течение нескольких лет на различных объектах в различных условиях работы и для различных видов топлива. Сжигалось следующее топливо: чистый опил и стружка; опил, пролежавший в отвалах под открытым небом более пяти лет; кора и стружка, полученные в результате обдирки бревен на целлюлозно-бумажном производстве, с влажностью выше 80%; опил с отходами кромления досок; отходы с участков лесозаготовки - ветки, верхушки деревьев, кустарник и прочее. В большинстве случаев топливо хранилось на открытых площадках без навесов. При этом топливо поступало в топочное устройство с комьями снега и кусками льда. Во всех случаях топочное устройство работало надежно без сбоев и нарушений в работе. Топливо сгорало полностью.

Топочное устройство для сжигания отходов деревообработки содержит камеру сгорания и шахту, отделенные друг от друга общей стенкой, одна сторона которой является фронтальной стенкой шахты, наклонную и горизонтальную колосниковые решетки, расположенные в камере сгорания. Наклонная колосниковая решетка расположена между наклонным дном шахты и горизонтальной колосниковой решеткой и сопряжена верхней кромкой с наклонным дном шахты. Другая сторона стенки, отделяющей камеру сгорания и шахту друг от друга, является фронтальной стенкой камеры сгорания. Наклонная колосниковая решетка сопряжена нижней кромкой с горизонтальной колосниковой решеткой, при этом под каждой колосниковой решеткой расположен регулируемый воздуховод для дутья. Технический результат: упрощение конструкции топочного устройства при обеспечении надежности его работы. 1 ил.

Топочное устройство для сжигания отходов деревообработки, содержащее камеру сгорания и шахту, отделенные друг от друга общей стенкой, одна сторона которой является фронтальной стенкой шахты, наклонную и горизонтальную колосниковые решетки, расположенные в камере сгорания, причем наклонная колосниковая решетка расположена между наклонным дном шахты и горизонтальной колосниковой решеткой и сопряжена верхней кромкой с наклонным дном шахты, отличающееся тем, что камера сгорания и шахта отделены друг от друга общей стенкой, другая сторона которой является фронтальной стенкой камеры сгорания, наклонная колосниковая решетка сопряжена нижней кромкой с горизонтальной колосниковой решеткой, при этом под каждой колосниковой решеткой расположен регулируемый воздуховод для дутья.