УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ УГОЛЬНОГО ШЛАМА Российский патент 2025 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к области уничтожения отходов или низкосортных топлив сжиганием, а именно к устройствам, предназначенным для сжигания угольного шлама.

Известно устройство для сжигания низкосортных и низкореакционных твердых топлив [RU 93032 U1, МПК B01D 29/72 (2006.01), B01D 35/00 (2006.01), опубл. 20.04.2010], содержащее вихревую топку с вертикальной осью с газовыпускным окном, расположенным по оси топки, соплами вторичного воздушного дутья и выгружателем шлака, расположенным внизу топки, конвективного пучка с системой возврата уноса, питателя дробленого угля. Вихревая топка дополнительно оборудована горелочными устройствами с форсунками для подачи суспензионного угольного топлива, расположенными в один или несколько ярусов напротив друг друга. На этих же уровнях расположены сопла вторичного дутья. При этом горелочные устройства с форсунками расположены равномерно между соплами вторичного дутья. Направления струй распыленного первичным воздухом суспензионного угольного топлива совпадают с направлением потоков вторичного дутья и сопел системы возврата уноса. Диаметр условной цилиндрической поверхности, тангенциально которой организована подача суспензионного угольного топлива, вторичного воздуха и острого дутья с возвратом уноса в вихревую топку, меньше диаметра пережимного окна последней.

Однако в данном устройстве отсутствует система охлаждения дымовых газов и в качестве высококалорийного топлива используют уголь, что приводит к высокому уровню вредных газовых выбросов.

Известно устройство для сжигания смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана [RU 2815849 С1, МПК F23G 5/00 (2023.01), опубл. 22.03.2024], выбранное в качестве прототипа, содержащее камеру сжигания в виде параллелепипеда, внутри которого одна боковая стенка оснащена нагревательным элементом, соединенным с блоком регулирования температуры. Блок регулирования температуры подключен к источнику питания. Сверху в камере сжигания выполнено входное отверстие для подачи смеси твердого низкосортного топлива с гранулами гидрата метана. Внутрь камеры сжигания вмонтирован датчик температуры, который подключен к блоку регулирования температуры. К источнику питания подключен блок искрового розжига, к которому подсоединены два электрода, вмонтированные внутрь камеры сжигания через две соседние боковые стенки перпендикулярно друг другу. В верхнюю часть камеры сжигания вмонтирован штуцер, который соединен с источником воздуха, выполненным в виде компрессорной установки. На дне камеры сжигания выполнено выпускное отверстие с крышкой. В верхнюю часть боковой стенки камеры сжигания вмонтирован щуп, который соединен с газоанализатором, подключенным к персональному компьютеру.

В этом устройстве твердое низкосортное топливо подают совместно с гранулами гидрата метана, поэтому при высокой температуре происходит диссоциация гидрата метана, сопровождающаяся образованием большое количество воды, что нарушает устойчивость процесса горения топлива.

Техническим результатом предложенного нами изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечить устойчивое горение угольного шлама.

Предложенное устройство для сжигания угольного шлама, так же как в прототипе, содержит источник питания, персональный компьютер, газоанализатор, камеру сгорания, соединенную с источником воздуха, выполненную в виде параллелепипеда, внутрь которого вмонтированы два электрода и первый датчик температуры.

Согласно изобретению, передняя стенка камеры сгорания снабжена дверью с окном. В качестве источника воздуха использован вентилятор, который воздуховодом соединен с отверстием в первой боковой стенке камеры сгорания. В центральную часть второй боковой стенки камеры сгорания параллельно дну вмонтирована форсунка, по обе стороны от которой параллельно дну вмонтированы два электрода, а над форсункой вмонтирован первый датчик температуры. В верхнюю стенку камеры сгорания вмонтирован второй датчик температуры. Форсунка трубопроводом соединена с первым компрессором и через клапан соединена с отверстием в крышке блока диссоциации, который выполнен в виде цилиндрической емкости с двойными боковыми стенками, между которыми расположен электронагревательный кабель. В крышку блока диссоциации вмонтированы третий датчик температуры и датчик давления. В нижнюю часть второй боковой стенки камеры сгорания под углом 60° относительно ее дна вмонтирована горелка, которая трубопроводом через второй компрессор соединена с баком для хранения угольного шлама, оснащенным вибрационным устройством. Верхняя часть камеры сгорания через отверстие в первой боковой стенке соединена с теплообменником, внутри которого расположена змееобразно изогнутая труба, концы которой выведены наружу и подсоединены к баку, наполненному водой. Один конец трубы оснащен насосом и четвертым датчиком температуры, а второй конец трубы оснащен пятым датчиком температуры. От теплообменника вверх выведен дымоход, оснащенный газоанализатором, шестым датчиком температуры и дымососом. Шкаф управления содержит пьезоэлемент, нагреватель и источник питания, которые подключены к программируемому логическому контроллеру, соединенному с персональным компьютером. К пьезоэлементу подключены электроды. Нагреватель подключен к электронагревательному кабелю блока диссоциации. К программируемому логическому контроллеру подключены датчики температуры, вентилятор, компрессоры, клапан, датчик давления, вибрационное устройство, насос, газоанализатор и дымосос.

Предложенная конструкция позволяет добавить к угольному шламу метан, извлекаемый из гидрата метана, что повышает теплотворную способность топлива и обеспечивает устойчивый процесс горения.

Образующиеся при диссоциации гидрата метана пары воды, снижают концентрацию антропогенных веществ в составе дымовых газов: монооксида углерода CO, оксидов азота NO_x, оксида серы SO₂. Наличие теплообменника, в котором снижают температуру дымовых газов, приводит к уменьшению концентрации выбросов CO, NO_x, SO₂ и позволяет использовать нагретую воду в промышленных целях.

Устройство для сжигания угольного шлама позволяет не только утилизировать отходы угольной промышленности, но и использовать их в качестве альтернативного вида топлива для получения тепловой энергии.

На фиг. 1 показана схема устройства для сжигания угольного шлама.

На фиг. 2 представлен вид камеры сгорания сверху в разрезе.

На фиг. 3 показана структурная схема шкафа управления.

Устройства для сжигания угольного шлама содержит стальную камеру сгорания 1 в виде параллелепипеда на четырех опорах (фиг. 1). В передней стенке камеры сгорания 1 выполнена дверь с окном 2. В центральную часть первой боковой стенки камеры сгорания 1 параллельно дну вмонтирована форсунка 3. Внутрь камеры сгорания 1 по обе стороны от форсунки 3 параллельно дну вмонтированы два электрода 4 (фиг. 2). В первую боковую стенку камеру сгорания 1 над форсункой 3 вмонтирован первый датчик температуры 5. В центральную часть верхней стенки камеры сгорания 1 вмонтирован второй датчик температуры 6 (фиг. 1). Отверстие во второй боковой стенке воздуховодом соединено с вентилятором 7.

Форсунка 3 трубопроводами соединена с первым компрессором 8 (К1) и через клапан 9 с блоком диссоциации 10, который представляет собой цилиндрическую емкость с крышкой. Блок диссоциации 10 выполнен с двойными боковыми стенками, между которыми расположен электронагревательный кабель 11. В крышку блока диссоциации 10 вмонтированы третий датчик температуры 12, датчик давления 13.

В нижнюю часть первой боковой стенки камеры сгорания 1 под углом 60° относительно ее дна вмонтирована горелка 14, которая трубопроводом через второй компрессор 15 (К2) соединена с баком для хранения угольного шлама 16 (БУ), который оснащен вибрационным устройством 17 (ВУ).

Верхняя часть камеры сгорания 1 через отверстие во второй боковой стенке соединена с теплообменником 18, внутри которого расположена змееобразно изогнутая труба 19, концы которой выведены наружу и подсоединены к баку, наполненному водой 20 (БВ). Один конец трубы 19 оснащен насосом 21 и четвертым датчиком температуры 22. Второй конец трубы 19 содержит пятый датчик температуры 23. От теплообменника 18 вверх выведен дымоход 24, содержащий газоанализатор 25 (ГА), шестой датчик температуры 26 и дымосос 27.

Шкаф управления 28 (ШУ) содержит пьезоэлемент 29 (ПЭ), нагреватель 30 (Н) и источник питания 31 (ИП), которые подключены к программируемому логическому контроллеру 32 (ПЛК), соединенному с персональным компьютером 33 (ПК) (фиг. 3).

Электроды 4 подключены к пьезоэлементу 29 (ПЭ). Электронагревательный кабель 11 подключен к нагревателю 30 (Н). Первый 5, второй 6, третий 12, четвертый 22, пятый 23 и шестой 26 датчики температуры, вентилятор 7, первый компрессор 8 (К1), клапан 9, датчик давления 13, второй компрессор 15 (К2), вибрационное устройство 17 (ВУ), насос 21, газоанализатор 25 (ГА) и дымосос 27 подключены к программируемому логическому контроллеру 32 (ПЛК).

В качестве первого 8 (К1) и второго 15 (К2) компрессоров использованы компрессоры марки ВД RealArm SMART (1800W), в качестве вибрационного устройства 17 (ВУ) - электровибратор NetterVibration серии NEA, в качестве газоанализатора 25 (ГА) - газоанализатор Тест-1, в качестве источника питания 31 (ИП) - блок питания Овен БП60А-24. Использован программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) марки Овен ПЛК200.

В блок диссоциации 10, сняв крышку, насыпают гидрат метана в объеме 300 мл. Затем крышку закрывают и с помощью программы из персонального компьютера 33 (ПК) посылают сигнал в программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) для запуска нагревателя 30 (Н), который накаливает электронагревательный кабель 11. В блоке диссоциации 10 температуру повышают до 70°С. Гидрат метана под действием высокой температуры диссоциирует на газ и воду. Температуру и давление в блоке диссоциации 10 измеряют с помощью третьего датчика температуры 12 и датчика давления 13. Данные от третьего датчика температуры 12 и датчика давления 13 поступают в программируемый логический контроллер 32 (ПЛК), откуда передаются в персональный компьютер 33 (ПК). С увеличением количества газа в блоке диссоциации 10 растет давление. При достижении в блоке диссоциации 10 давления 20 бар программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) посылает сигнал на отключение нагревателя 30 (Н) и открытие клапана 9. Под действием давления метан поступает в камеру сгорания 1 через форсунку 3. Одновременно с этим программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) запускает первый компрессор 8 (К1), который в камеру сгорания 1 подает воздух через форсунку 3. Затем программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) подает сигнал на пьезоэлемент 29 (ПЭ) для подачи тока на электроды 4. Между электродами 4 возникает короткое замыкание, которое приводит к появлению электро-разрядной дуги, поджигающей газо-воздушную смесь. Температуру газовоздушного факела измеряют первым датчиком температуры 5, а температуру в камере сгорания 1 - вторым датчиком температуры. Данные от первого 5 и второго 6 датчиков температуры через программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) поступают в персональный компьютер 33 (ПК). С помощью программы в персональном компьютере 33 (ПК) посылают сигнал в программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) для запуска вибрационного устройства 17 (ВУ), которое предотвращает слипание частиц топлива в баке для хранения угольного шлама 16 (БУ). При достижении температуры в камере сгорания 500°С программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) подает сигнал на запуск второго компрессора 15 (К2), который подает воздух в бак для хранения угольного шлама 16 (БУ). Там воздух смешивается с пылевидным угольным шламом и готовую смесь под давлением подают в камеру сгорания 1 через горелку 14. Пылеугольную смесь, проходящую через газовоздушный факел, поджигают. Для поддержания необходимого избытка воздуха в камеру сгорания 1 дополнительно подают воздух с помощью вентилятора 7, который запускают с помощью программируемого логического контроллера 32 (ПЛК) по сигналу, поступающему от персонального компьютера 33 (ПК). Дымовые газы удаляют из камеры сгорания 1 через дымоход 24 с помощью дымососа 27, который запускают с помощью программируемого логического контроллера 32 (ПЛК) по сигналу, поступающему от персонального компьютера 33 (ПК). Дымовые газы, прежде чем попасть в дымоход 27, проходят через теплообменник 18, нагревая воду, циркулирующую по трубе 19 от бака, наполненного водой 20 (БВ), в теплообменник 18 и обратно. Циркуляцию воды обеспечивает насос 21, который запускают с помощью программируемого логического контроллера 32 (ПЛК) по сигналу, поступающему от персонального компьютера 33 (ПК). Температуру воды на выходе из бака, наполненного водой 20 (ЕВ), и на входе в него измеряют четвертым 22 и пятым 23 датчиками температуры соответственно. Сигнал от четвертого 22 и пятого 23 датчиков температуры через программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) передают в персональный компьютер 33 (ПК). Состав дымовых газов на выходе из теплообменника 18 фиксируют с помощью газоанализатора 25 (ГА), данные от которого через программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) передают в персональный компьютер 33 (ПК). Температуру дымовых газов измеряют в дымоходе 24 с помощью шестого датчика температуры 26, данные от которого через программируемый логический контроллер 32 (ПЛК) передают в персональный компьютер 33 (ПК). Дымовые газы, пропуская через теплообменник 18, охлаждают. При снижении температуры в их составе уменьшается концентрация вредных антропогенных веществ.

Изобретение относится к области уничтожения отходов или низкосортных топлив сжиганием, а именно к устройствам, предназначенным для сжигания угольного шлама. Устройство для сжигания угольного шлама содержит камеру сгорания (1) в виде параллелепипеда. Передняя стенка камеры сгорания снабжена дверью с окном (2). К отверстию в первой боковой стенке камеры сгорания (1) воздуховодом подсоединен вентилятор (7). В центральную часть второй боковой стенки камеры сгорания (1) параллельно дну вмонтирована форсунка (3), по обе стороны от которой параллельно дну вмонтированы два электрода (4), а над форсункой (3) вмонтирован первый датчик температуры (5). В верхнюю стенку камеры сгорания (1) вмонтирован второй датчик температуры (6). Форсунка (3) трубопроводом соединена с первым компрессором (8) и через клапан (9) с отверстием в крышке блока диссоциации (10), который выполнен в виде цилиндрической емкости с двойными боковыми стенками, между которыми расположен электронагревательный кабель (11). В крышку блока диссоциации (10) вмонтированы третий датчик температуры (12) и датчик давления (13). В нижнюю часть второй боковой стенки камеры сгорания (1) под углом 60° относительно ее дна вмонтирована горелка (14), которая трубопроводом через второй компрессор (15) соединена с баком для хранения угольного шлама (16), оснащенным вибрационным устройством (17). Верхняя часть камеры сгорания (1) через отверстие в первой боковой стенке соединена с теплообменником (18), внутри которого расположена змееобразно изогнутая труба (19), концы которой выведены наружу и подсоединены к баку, наполненному водой (20). Один конец трубы (19) оснащен насосом (21) и четвертым датчиком температуры (22), а второй конец трубы (19) оснащен пятым датчиком температуры (23). От теплообменника (18) вверх выведен дымоход (24), оснащенный газоанализатором (25), шестым датчиком температуры (26) и дымососом (27). Шкаф управления (28) содержит пьезоэлемент (29), нагреватель (30) и источник питания (31), которые подключены к программируемому логическому контроллеру (32), соединенному с персональным компьютером (33). К пьезоэлементу (29) подключены электроды (4). Нагреватель (30) соединен с электронагревательным кабелем (11) блока диссоциации (10). К программируемому логическому контроллеру (32) подключены датчики температуры (5, 6, 12, 22, 23 и 26), вентилятор (7), компрессоры (8, 15), клапан (9), датчик давления (13), вибрационное устройство (17), насос (21), газоанализатор (25) и дымосос (27). Технический результат: устойчивый процесс горения. Изобретение позволяет обеспечить устойчивое горение угольного шлама. 3 ил.

Устройство для сжигания угольного шлама, содержащее источник питания (31), персональный компьютер (33), газоанализатор (25), камеру сгорания (1), соединенную с источником воздуха, выполненную в виде параллелепипеда, внутрь которого вмонтированы два электрода (4) и первый датчик температуры (5), отличающееся тем, что передняя стенка камеры сгорания снабжена дверью с окном (2), в качестве источника воздуха использован вентилятор (7), который воздуховодом соединен с отверстием в первой боковой стенке камеры сгорания (1), в центральную часть второй боковой стенки камеры сгорания (1) параллельно дну вмонтирована форсунка (3), по обе стороны от которой параллельно дну вмонтированы два электрода (4), а над форсункой (3) вмонтирован первый датчик температуры (5), в верхнюю стенку камеры сгорания (1) вмонтирован второй датчик температуры (6), форсунка (3) трубопроводом соединена с первым компрессором (8) и через клапан (9) с отверстием в крышке блока диссоциации (10), который выполнен в виде цилиндрической емкости с двойными боковыми стенками, между которыми расположен электронагревательный кабель (11), в крышку блока диссоциации (10) вмонтированы третий датчик температуры (12) и датчик давления (13), в нижнюю часть второй боковой стенки камеры сгорания (1) под углом 60° относительно ее дна вмонтирована горелка (14), которая трубопроводом через второй компрессор (15) соединена с баком для хранения угольного шлама (16), оснащенным вибрационным устройством (17), верхняя часть камеры сгорания (1) через отверстие в первой боковой стенке соединена с теплообменником (18), внутри которого расположена змееобразно изогнутая труба (19), концы которой выведены наружу и подсоединены к баку, наполненному водой (20), причем один конец трубы (19) оснащен насосом (21) и четвертым датчиком температуры (22), а второй конец трубы (19) оснащен пятым датчиком температуры (23), от теплообменника (18) вверх выведен дымоход (24), оснащенный газоанализатором (25), шестым датчиком температуры (26) и дымососом (27), шкаф управления (28) содержит пьезоэлемент (29), нагреватель (30) и источник питания (31), которые подключены к программируемому логическому контроллеру (32), соединенному с персональным компьютером (33), причем к пьезоэлементу (29) подключены электроды (4), нагреватель (30) соединен с электронагревательным кабелем (11) блока диссоциации (10), а к программируемому логическому контроллеру (32) подключены датчики температуры (5, 6, 12, 22, 23 и 26), вентилятор (7), компрессоры (8, 15), клапан (9), датчик давления (13), вибрационное устройство (17), насос (21), газоанализатор (25) и дымосос (27).