СПОСОБ СЖИГАНИЯ ПОМЕТНО-ПОДСТИЛОЧНОЙ МАССЫ (ППМ) И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F23G7/00 F23G5/27 

Изобретение относится к области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса, преимущественно для сжигания пометно-подстилочной массы (ППМ) и может быть использовано, для сжигания ППМ как в товарном виде, так и с добавками других видов мелкофракционных и пылевидных топлив.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является «Способ сжигания подстилочного помета от напольного содержания птицы и установка для осуществления способа», представленный в описании к патенту РФ №2516671, C2, F23G 7/00, F23G 5/027. Способ сжигания подстилочного помета птицы, включающий: подачу помета на расположенную в топке колосниковую решетку, механическое перемешивание помета, подачу первичного воздуха в получаемый слой и газификацию помета, причем продукты газификации поднимаются вверх полости топки, дожиг продуктов газификации, а также вредных и зловонных газов, выделившихся из помета при управляемой подаче вторичного воздуха в область дожига, расположенную вверху полости топки, отличающийся тем, что в межтрубном пространстве теплообменных поверхностей, расположенных внутри топки после области дожига по ходу движения продуктов газификации, обеспечивают ламинарное движение потока уходящих газов, поступающих из упомянутой области дожига. Известная установка для сжигания подстилочного помета птицы включает топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке беспровальную колосниковую решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, сопла подачи вторичного воздуха, устройство подачи помета. Устройство подачи помета представляет собой наклонную трубу с гравитационной подачей помета или же гидравлический толкатель, при этом конструкция теплообменных поверхностей топки выполнятся обеспечивающей ламинарное движение потока уходящих газов. При использовании гравитационной подачи стенки топки, расположенные вблизи колосниковой решетки, выполнены охлаждаемыми.

Данные способ и устройство по патенту №2516671 имеют ряд недостатков, а именно:

- подсос в топку холодного воздуха из-за чего режим горения становится «взрыво-хлопковый», а факел нестабильный;

- не предусмотрена возможность подсушивания помета непосредственно в топке;

- ламинарное движение потока, уходящих газов;

- наблюдается химический недожег топлива;

- наличие двух режимов горения, что не обеспечивает стабилизацию процесса сжигания.

Практический опыт сжигания ППМ на опилках и соломе с гравитационной подачей топлива сверху вниз на холодном воздухе показал сложность эксплуатации из-за постоянных хлопков, для устранения которых требуется наличие зажигательного пояса в нижней части топки. В свою очередь зажигательный пояс заносится и зарастает жидким шлаком ППМ и не выполняет предназначенные функции.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного, энергоэфективного, ресурсосберегающего и экологичного способа и установки для эффективного сжигания пометно-подстилочной массы.

Задача решается предложенным способом двухкамерного сжигания пометно-подстилочной массы (ППМ), включающим аэродинамическую напорную подачу ППМ с горячим воздухом в нижнюю камеру скоростного горения с единовременной организацией трех параллельных процессов:

- сжигание в факеле продуктов первичного распада нестойких органических соединений с выделением незначительной части легколетучих горючих газов, пылевидных частиц ППМ, лигнина, целлюлозы и парусно-витаемых агломератов соломы;

- организация интенсивной сушки с газогенерацией и максимальным выходом летучих горючих веществ из конуса биотоплива, формируемого на безпровальной решетке в результате аэродинамического выпадения из воздушного потока средних и крупных агломератов ППМ;

- формирование слоя, вокруг конуса, из мелких частиц ППМ размером до 2 мм. с организацией горения в слое с двойным поджигом под перекрестным дутьем сверху и снизу, в сочетании с возвратно поступательными движениями шурующей охлаждаемой планкой;

- организация периферийного, в граничных зонах периметра решетки догорания коксовых остатков в «псевдоожиженном» режиме дожига, обусловленного высокими скоростями прорываемого воздуха через свободные прозоры колосников;

- дожиг: выбросов коксовых остатков, несгоревших частиц ППМ, продуктов газификации в верхней камере, с низким теплонапряжением по отношению к нижней камере, с поддержанием температуры горения в диапазоне температур 800-950°C с длительностью более 2 с, что достаточно для эффективной деструкции супертоксикантов без образования вторичных продуктов и минимизации химического и механического недожогов.

Технический результат от применения предлагаемых способа и устройства заключается в предотвращении подсоса холодного воздуха, в предварительной подсушке ППМ и полном дожиге, что позволяет обеспечить более эффективное сжигание подстилочно-пометной массы.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что установка для сжигания подстилочно-пометной массы включает непосредственно топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке колосниковую решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, устройство подачи вторичного воздуха, устройство гравитационной подачи помета, представляющее собой наклонную трубу, причем топка выполнена двухкамерной, за счет пережимов теплообменных поверхностей, в плоскостях пережимов вставлены фурмы со смещенными осями, в устройстве для подачи помета выполнен шлюзовой питатель, а в верхней части топливной трубы установлена форсунка.

Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что:

- в трубу для подачи помета встроено шлюзовое отверстие, что предотвращает подсос холодного воздуха;

- в верхней части топливной трубы установка обустроена воздушной форсункой на потоке горячего воздуха для завихрения с целью подсушки ППМ (в трубе) и организации факельного горения мелких, пылевидных частиц и парусной соломы в скоростной нижней камере сжигания;

- установка выполнена двухкамерной, нижняя и верхняя камеры разделены пережимом, в плоскость которого вставлены фурмы (окна) со смещенными осями, выполнены фурмы для ввода в топку вторичного воздуха на всю глубину топки с созданием спиралеобразного (тангенциально-встречного) завихрения потока, обеспечивающего полный дожег в вынесенных коксовых остатков и летучих газов, деструкции супертоксикантов.

За счет перечисленных конструктивных отличий предлагаемой установки от прототипа ламинарный характер движения газов в топке заменяется на турбулентно-вихревой: вихревой режим горения в нижней камере, турбулентный спералеобразный режим дожига в верхней камере. Кроме того, в прототипе приводятся два режима горения биотоплива, слоевой и горение коксовых остатков в «псевдожиженном» режиме дожига, а в предложенной техническом решении добавляется третий режим горения - факельный, который является основным для стабилизации всех процессов сжигания. Скоростной режим горения в нижней камере обуславливается эффективным смешением трех разнотемпературных потоков: теплого - 350°C по периферии (прорывы воздуха через прозоры); горячих - 1300-1400°C - в зоне горения слоя и догорания коксовых остатков; факельного - 400-500°C.

Предложенное изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 показана установка для сжигания ППМ вид спереди; фиг. 2 - установка для сжигания ППМ вид сбоку.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

ППМ влажностью до 45% автотранспортом подается в топливный склад, оборудованный стакерами «живое дно» для осуществления равномерной подачи на транспортер. Пройдя магнитную защиту ППМ по системе транспортеров через шлюзовой питатель поступает в наклонную топливную трубу. В топливную трубу через форсунку подается горячий воздух и на выходе из трубы в нижней камере организуется одновременно: сжигание в факеле продуктов первичного распада легколетучих горючих газов, пылевидных частиц ППМ и парусно-витаемых агломератов соломы; эффективный рассев с разделением ППМ на мелкие, средние и крупные агломераты. Средние и крупные агломераты, попадая на беспровальную охлаждаемую колосниковую решетку, образуют конус, где происходит интенсивная сушка и завершающий выход летучих горючих веществ для последующего сжигания. Вокруг конуса организуется слой из мелких частиц и коксовой подошвы, которая растаскивается шурующей охлаждаемой планкой.

На большей части колосниковой решетки происходит процесс сжигания и дожигания биотоплива, в сочетании с возвратно поступательными движениями шурующей охлаждаемой планки, осуществляющей растаскивание высокотемпературной окислительной коксовой зоны «подошвы», газогенерирующего конуса по плоскости решетки, в результате чего происходит слоевое горение с выделением СО и CO₂.

В граничных зонах периметра колосниковой решетки организовано переферийное горение коксовых остатков в «псевдожиженном» режиме дожига, что обусловлено наличием высокоскоростного прорыва воздуха через свободные прозоры колосников.

В нижней камере происходит окончательное выделение летучих газов и эффективное коксование топлива до золовых остатков. Малый временной интервал горения, вихревая турбулентность смеси разных температурных потоков воздуха, дымовых газов и несгоревших летучих соединений, а также разложение супертоксикантов - устраняются организацией эффективного дожига несгоревших газов и вынесенных частиц кокса и биотоплива в верхней камере.

Дожиг организуется встречным дутьем вторичного воздуха тангенциально по смещенным осям. Подача воздуха регулируется в диапазоне избытков 1,5-1,7 с поддержанием температуры факела в верхней камере в диапазоне температур 800-950°C с интервалом более 2 сек., что достаточно для эффективного разложения супертоксикантов без образования вторичных продуктов и минимизации химического и механического недожогов.

Низкотемпературный режим горения позволяет получать порошкообразные сыпучие зольные остатки, которые легко удаляются с экранов и конвективных поверхностей известными способами.

В целях организации эффективного дожига верхняя топочная камера обустраивается высокой с низкими теплонапряжениями 120-180·10^-3ккал/(м³·ч).

Предлагаемая установка включает топку 1 с теплообменными поверхностями, причем топка выполнена двукамерной и состоит из нижней камеры 2 скоростного горения и верхней камеры 3. Нижняя 2 и верхняя 3 камеры топки 1 выполнены из газоплотных плавниковых экранных панелей и разделены пережимом 4, в плоскость которого вставлены фурмы (окна) 5 для подачи вторичного воздуха 21 по всей длине боковых экранных поверхностей, т.е. фурмы 5 предназначены для организации тангенциального завихрения. Непосредственно в топке 1 расположена беспровальная колосниковая решетка 6 с каналами для подачи первичного воздуха. Над колосниковой решеткой 6 установлена охлаждаемая шурующая планка 7 для повышения форсировки слоевого сжигания. Также установка снабжена устройством гравитационной подачи помета, представляющим собой наклонную топливная трубу 8 с выходной горловиной 9 и шлюзовым питателем 10, а в верхней части топливной трубы установлена форсунка 11.

Кроме того, установка оборудована шиберными затворами 12 для перераспределения горячих потоков воздуха.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

ППМ по системе транспортеров через шлюзовой питатель 10 поступает в наклонную топливную трубу 8. Подача горячего воздуха в топливную трубу 8 осуществляется через форсунку 11. Центральная подача ППМ с горячим воздухом в нижнюю камеру 2 обеспечивает одновременно подсушку ППМ с газогенерацией топлива, сгоранием мелких и пылевидных частиц и эффективное сгорание ППМ и коксовых остатков в слоевом режиме. Входная часть топливной трубы 8 охлаждается через выходную горловину 9 деаэрированной водой.

Под колосниковую решетку 6 нижней камеры 2 подается горячий воздух 13 с шиберным регулированием 12. Средние и крупные агломераты, попадая на беспровальную охлаждаемую колосниковую решетку 6, образуют конус 14, где происходит интенсивная сушка и завершающий выход летучих горючих веществ для последующего сжигания. Вокруг конуса организуется слой 15 из мелких частиц и коксовой подошвы, которая растаскивается шурующей охлаждаемой планкой 7. На большей части колосниковой решетки 6 происходит процесс сжигания и дожигания биотоплива, в сочетании с возвратно поступательными движениями шурующей охлаждаемой планки 7.

Дожиг организуется встречным дутьем вторичного воздуха 16 тангенциально по смещенным осям фурм 5.

Порошкообразная зола 17, вследствие легкости и сыпучести, выносится через конвективные поверхности без организации заносов на циклонное механическое удаление на грубую и тонкую сепарацию для предотвращения вредных выбросов в атмосферу.

Изобретение относится к области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса, преимущественно для сжигания пометно-подстилочной массы (ППМ), и может быть использовано для сжигания ППМ как в товарном виде, так и с добавками других видов мелкофракционных и пылевидных топлив. Техническим результатом является предотвращение подсоса холодного воздуха, предварительная подсушка ППМ и полный дожиг, что позволяет обеспечить более эффективное сжигание подстилочно-пометной массы. Способ включает аэродинамическую напорную подачу горячим воздухом ППМ в нижнюю камеру скоростного сжигания сверху вниз через топливную трубу с организацией в камере одновременно: подсушки, газогенерации и факельно-слоевого сжигания ППМ с противоточно-обращенным дутьем на беспровальной колосниковой решетке шурующей планкой, дожиг выноса коксовых остатков и продуктов газификации с деструкцией супертоксикантов в верхней камере с организацией устойчивого горения факела в диапазоне температур 800-950°C и длительностью более 2 с с турбулизацией факела и дымовых газов путем управляемой подачи горячего вторичного воздуха в нижнюю часть верхней камеры тангенциально, с организацией спиралеобразного движения продуктов горения вверх. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ двухкамерного сжигания куриной пометно-подстилочной массы (ППМ) включающий: аэродинамическую напорную подачу горячим воздухом ППМ в нижнюю камеру скоростного сжигания сверху вниз через топливную трубу с организацией в камере одновременно: подсушки, газогенерации и факельно-слоевого сжигания ППМ с противоточно-обращенным дутьем на беспровальной колосниковой решетке шурующей планкой; дожиг выноса коксовых остатков и продуктов газификации с деструкцией супертоксикантов в верхней камере с организацией устойчивого горения факела в диапазоне температур 800-950°C и длительностью более 2 с с турбулизацией факела и дымовых газов путем управляемой подачи горячего вторичного воздуха в нижнюю часть верхней камеры тангенциально, с организацией спиралеобразного движения продуктов горения вверх.

2. Установка для сжигания пометно-подстилочной массы включает непосредственно топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке колосниковую решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, устройство подачи вторичного воздуха, устройство гравитационной подачи помета, представляющее собой наклонную трубу, отличающаяся тем, что топка выполнена двукамерной за счет пережимов теплообменных поверхностей, в плоскостях пережимов вставлены фурмы со смещенными осями, в устройстве для подачи помета выполнен шлюзовой питатель, а в верхней части топливной трубы установлена форсунка.