Устройство для сжигания топлива

Изобретение относится к топочным устройствам, предназначено для сжигания различных видов топлива и может быть использовано в котельных агрегатах, работающих на высоковлажном топливе, например, на древесных отходах или торфе. Поставленная задача решается за счет того, что устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания, соединенную с ней камеру дожига, расположенные в камере сгорания шахту с отверстием для подачи топлива и наклонную колосниковую решетку. При этом шахта выполнена подъемной, камера сгорания снабжена кирпичной зажигательной стенкой, образующей заднюю стенку подъемной шахты, передняя стенка которой образована тыльной стороной наклонной колосниковой решетки и выполнена с прорезями для подачи первичного воздуха, а отверстие для подачи топлива расположено снизу камеры сгорания в нижней части подъемной шахты и снабжено винтовым питателем. В зажигательной стенке могут быть выполнены отверстия для отвода из подъемной шахты водяных паров и газообразных продуктов термического разложения топлив. Кроме того, камера дожига может быть разделена перегородкой на две отдельные камеры, соединяемые газовым окном в низу перегородки. Изобретение позволяет создать экономичное устройство для сжигания топлива с высокой управляемостью топочным процессом, обеспечивающее повышенную эффективность сжигания мелкофракционного топлива высокой влажности, снижение тепловых потерь с химическим и механическим недожогом и высокую чистоту отходящих газов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к топочным устройствам, предназначено для сжигания различных видов топлива и может быть использовано в котельных агрегатах, работающих на высоковлажном топливе, например, на древесных отходах или торфе.

Известна слоевая топка (Рабинович О.М. Котельные агрегаты. - М.-Л.: Машгиз, 1963, с.114) с верхней подачей топлива в камеру сгорания через шахту, включающая шахту, наклонную колосниковую решетку и камеру сгорания. Недостатком топки данной конструкции является повышенный вертикальный габарит топки вследствие наличия в ее составе шахты с верхней загрузкой и низкая эффективность работы. Другим недостатком такой топки является плохая приспособленность к сжиганию высоковлажных топлив из-за склонности последних к «зависанию» в шахте, что приводит к затруднениям в регулировании подачи топлива. Кроме того, в топках с верхней загрузкой топлива через шахту поперечное сечение шахты занимает часть потолочного пространства камеры сгорания, что ограничивает возможность использования его в качестве дополнительного излучающего экрана, тем самым снижая эффективность использования лучистой энергии, выделяющейся в процессе горения.

Известна слоевая топка (Рабинович О.М. Котельные агрегаты. - М.-Л.: Машгиз, 1963, с.101) с центральной нижней подачей топлива в камеру сгорания посредством винтового питателя и выталкиванием подаваемого топлива на колосниковые решетки по обе стороны от винта, на которых и происходит процесс горения. В таких топках проще и точнее можно регулировать процесс подачи топлива. Однако они также недостаточно приспособлены к сжиганию высоковлажных топлив. Это связано с тем, что в целях защиты колосников от действия высоких температур их необходимо охлаждать потоком подаваемого снизу воздуха, что ограничивает возможности использования температуры поверхности колосников для предварительной подсушки и термического разложения топлива. В этом случае при работе на высоковлажном топливе процесс подсушки требует увеличения времени пребывания топлива на колосниковой решетке, что без снижения тепловой мощности топки может быть достигнуто только за счет увеличения размеров колосниковой решетки, а значит, приводит к росту габаритов топки по горизонтали.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции является двухкамерная топка для сжигания древесных отходов и другого мелкого топлива (Авторское свидетельство СССР N 108366, МПК F 23 В 1/12, 1956). Топка имеет две камеры, разделенные зажимающей решеткой и соединенные в верхней части газовым окном. Топливо через вертикальную шахту с верхней загрузкой поступает на наклонную колосниковую решетку, где в процессе его опускного движения при взаимодействии с воздухом, подаваемым под слой топлива, и вертикальным потоком топочных газов в камере сгорания происходит последовательно подсушка, частичное термическое разложение, зажигание и горение топлива. Удержание слоя топлива в первой камере сгорания в течение времени, необходимого для его подсушки, термического разложения и горения, производится за счет зажимающей решетки. Недогоревшие частицы кокса и газообразные продукты термического разложения древесины дожигаются во второй камере дожига.

Однако данная топка обладает рядом недостатков: шахта с верхней загрузкой топлива ограничивает возможности для создания мощных транспортабельных котельных агрегатов из-за относительно большого габарита топки по вертикали; наличие шахты с верхней загрузкой топлива исключает возможность использования части площади потолочного пространства топки в качестве излучающего экрана, что снижает эффективность использования теплового излучения для подсушки топлива, а это имеет большое значение при работе на топливах с высокой влажностью; при работе на высоковлажном топливе ограничены возможности точного регулирования подачи топлива из-за его склонности к «зависанию» в шахте, что нарушает нормальное течение топочного процесса; не в полной мере используется возможность для подсушки и предварительного термического разложения топлива за счет его контакта с нагретой зажимающей решеткой посредством теплопроводности, т.к. лишь незначительная часть находящегося в камере сгорания топлива непосредственно близко контактирует с решеткой; цилиндрическая форма вихревой камеры дожига менее технологична для изготовления мобильных котельных агрегатов в модульном исполнении.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, экономичного, транспортабельного, с возможностью использования в мобильных котельных агрегатах устройства для сжигания топлива с высокой управляемостью топочным процессом, обеспечивающего повышенную эффективность сжигания мелкофракционного топлива высокой влажности, снижение тепловых потерь с химическим и механическим недожогом и высокую чистоту отходящих газов.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания, соединенную с ней камеру дожига, расположенные в камере сгорания шахту с отверстием для подачи топлива и наклонную колосниковую решетку. При этом шахта выполнена подъемной, камера сгорания снабжена кирпичной зажигательной стенкой, образующей заднюю стенку подъемной шахты, передняя стенка которой образована тыльной стороной наклонной колосниковой решетки и выполнена с прорезями для подачи первичного воздуха, а отверстие для подачи топлива расположено снизу камеры сгорания в нижней части подъемной шахты и снабжено винтовым питателем.

В зажигательной стенке могут быть выполнены отверстия для отвода из подъемной шахты водяных паров и газообразных продуктов термического разложения топлив.

Кроме того, камера дожига может быть разделена перегородкой на две отдельные камеры, соединяемые газовым окном внизу перегородки.

Перемещаясь вдоль раскаленной поверхности зажигательной стенки снизу вверх, слой топлива внутри шахты подсушивается и подвергается частичному термическому разложению, и, достигнув верха шахты, топливо уже хорошо подготовлено к последующему сгоранию, которое происходит в процессе обратного движения топлива сверху вниз по наклонной колосниковой решетке при взаимодействии с потоком первичного воздуха, подаваемым снизу под колосниковую решетку. Газообразные продукты термического разложения топлива и недогоревшие частицы кокса дожигаются в камере дожига, взаимодействуя с вторичным воздухом, причем для повышения эффективности дожига камера дожига разделена перегородкой на две камеры, соединенные газовым окном внизу, что обеспечивает движение газового потока из камеры в камеру по зигзагообразной траектории. Это нужно для увеличения времени пребывания недогоревших частиц в топочном объеме с целью их более полного дожига. Возможность создания устройства для сжигания топлива высокой мощности, работающего на высоковлажном топливе, обеспечивается в данной конструкции за счет того, что, во-первых, вместо отверстия или шахты с верхней подачей топлива используется подъемная шахта с нижней подачей топлива, целиком размещаемая внутри камеры сгорания. Это снижает вертикальный габарит устройства для сжигания топлива, создает возможность выполнить его сводчатым, образуя дополнительную излучающую поверхность, повышая тем самым эффективность использования лучистой энергии, выделяющейся при горении. Кроме того, при этом высвобождается дополнительное пространство наверху устройства для сжигания топлива, в котором может быть размещена дополнительная теплообменная поверхность, что особенно актуально при создании малогабаритных мобильных котельных агрегатов высокой мощности. Во-вторых, использование подъемной шахты позволяет сократить горизонтальный габарит топки при работе на влажном топливе, так как для устройств для сжигания топлива с его нижней подачей с целью обеспечения необходимой поверхности для подсушки топлива обычно используется подача топлива на две колосниковые решетки, расположенные по обе стороны от винта. В данной конструкции появляется возможность отказаться от одной из колосниковых решеток за счет того, что необходимая поверхность для подсушки топлива сокращается как за счет высокой температуры зажигательной стенки, что интенсифицирует процесс сушки, так и вследствие того, что эта поверхность образуется за счет ее развития по вертикали, а не по горизонтали. Поверхность оставшейся одной колосниковой решетки при этом несколько возрастает без увеличения горизонтального габарита топки вследствие возможности более компактного ее размещения по диагонали в камере сгорания. Повышение управляемости топочным процессом обеспечивается за счет замены верхней подачи топлива, что при работе на высоковлажном топливе является причиной его «зависания» в шахте, нижней винтовой подачей топлива в подъемную шахту. Этот способ позволяет более тонко регулировать топливоподачу, и при этом отпадает необходимость борьбы с «зависанием» топлива в шахте. Кроме того, повышается эффективность работы устройства, а также за счет дожига снижаются потери и выбросы вредных веществ.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства для сжигания топлива.

Устройство для сжигания топлива включает камеру сгорания 1, соединенные с ней камеры дожига 2 и 3, разделенные перегородкой 4, расположенные в камере сгорания 1 подъемную шахту 5 с отверстием 6 для подачи топлива и наклонную колосниковую решетку 7. Камера сгорания 1 снабжена кирпичной зажигательной стенкой 8, образующей заднюю стенку подъемной шахты 5, передняя стенка 9 которой образована тыльной стороной наклонной колосниковой решетки 7 и выполнена с прорезями 10 для подачи первичного воздуха в слой топлива. Отверстие 6 для подачи топлива расположено с низу камеры сгорания 1 в нижней части подъемной шахты 5 и снабжено винтовым питателем 11. В зажигательной стенке 8 выполнены отверстия 12 для выхода из подъемной шахты 5 водяных паров и газообразных продуктов термического разложения топлива. Камеры 1, 2 и 3 соединены газовыми окнами: верхним 13 и нижним 14. Верхнее газовое окно 13 расположено в верху кирпичной зажигательной стенки 8, а нижнее газовое окно 14 расположено в низу перегородки 4. Устройство для сжигания топлива снабжено зольником 15.

Устройство для сжигания топлива работает следующим образом. Влажное топливо винтовым питателем 11 подается через отверстие 6 в нижнюю часть подъемной шахты 5, где под действием выталкивающей силы, создаваемой новыми порциями подаваемого снизу топлива, перемещается снизу вверх вдоль раскаленной поверхности зажигательной стенки 8. Подача топлива регулируется в зависимости от требуемой температуры и мощности. В результате непосредственного контакта слоя топлива в подъемной шахте 5 с раскаленной поверхностью зажигательной стенки 8 происходит его интенсивная подсушка и частичное термическое разложение. Водяные пары и газообразные продукты термического разложения древесины или другого топлива частично удаляются через отверстия 12 в зажигательной стенке 8 непосредственно в камеру дожига 2, а частично попадают в камеру сгорания 1, откуда через верхнее газовое окно 13 также попадают в камеру дожига 2. Для интенсификации тепломассообмена в подъемной шахте 5 в нее через прорези 10 в передней стенке 9 подъемной шахты 5 подается поток первичного воздуха. Достигнув верха передней стенки 9 подъемной шахты 5, сухое и частично термически разложившееся топливо загорается и догорает, двигаясь сверху вниз по наклонной колосниковой решетке 7, взаимодействуя с потоком первичного воздуха, подаваемым снизу колосниковой решетки 7 под слой топлива на колосниках. Активизации процесса горения способствует также то, что в предлагаемом изобретении потолочная часть камеры сгорания 1 не занята подъемной шахтой 5, а значит, может полностью использоваться в качестве излучающего экрана для более эффективного использования энергии теплового излучения. Топочные газы и недогоревшие частицы топлива из камеры сгорания 1 для повышения эффективности дожига поступают в расположенные друг за другом камеры дожига 2 и 3 через газовые окна 13 и 14, где в процессе движения взаимодействуют с вторичным воздухом и дожигаются. Таким образом, обеспечивается движение газового потока из камеры в камеру по зигзагообразной траектории. Увеличение времени пребывания недогоревших частиц в топочном объеме позволяет достичь их более полного дожига. Зигзагообразная траектория движения недогоревших частиц топлива через камеры дожига 2 и 3 обеспечивает высокую полноту их сгорания, а значит, высокую степень чистоты отходящих газов.

Таким образом, предложенное устройство для сжигания топлива позволяет работать с возможностью регулирования топливоподачи, что повышает эффективность сжигания топлива.

1. Устройство для сжигания топлива, включающее камеру сгорания, соединенную с ней камеру дожига, расположенные в камере сгорания шахту с отверстием для подачи топлива и наклонную колосниковую решетку, отличающееся тем, что шахта выполнена подъемной, камера сгорания снабжена кирпичной зажигательной стенкой, образующей заднюю стенку подъемной шахты, передняя стенка которой образована тыльной стороной наклонной колосниковой решетки и выполнена с прорезями для подачи первичного воздуха, а отверстие для подачи топлива расположено снизу камеры сгорания в нижней части подъемной шахты и снабжено винтовым питателем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в зажигательной стенке выполнены отверстия для отвода из подъемной шахты водяных паров и газообразных продуктов термического разложения топлив.

3. Устройство для сжигания топлива по п.1 или 2, отличающееся тем, что камера дожига разделена перегородкой на две отдельные камеры, соединяемые газовым окном внизу перегородки.