Вертикальная топка пароводогрейного котла для преобразования сыпучих видов топлива в тепловую энергию с камерами дожига пиролизных газов

Изобретение относится к области энергетики. Вертикальная топка пароводогрейного котла для преобразования в тепловую энергию сыпучих видов топлива, под действием силы тяжести опускающихся из находящегося вверху бункера в полностью заполняемую топку с объемом теплопередачи, состоящим из образованных элементами котла и установленными в топке аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха для стабильного режима горения топлива различной степени влажности и теплотворной способности по всему объему топки зон контакта топлива с воздухом, с колосниками, являющимися также аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями необходимого для горения воздуха, поступающего из зольной камеры с регулировочной дверкой через колосники и отверстия в аккумуляторах-проводниках и распределителях подогретого воздуха к зонам контакта. Топка содержит вертикальные и горизонтальные аккумуляторы-проводники высокой температуры и распределители воздуха с каналами и отверстиями для смешивания горючих газов и воздуха и их сжигания в объеме топки и горизонтальные и вертикальную камеры дожига, имеющие системы поступления подогретого воздуха и температуру воспламенения не полностью сгоревших при недостатке кислорода в объеме топки горючих пиролизных газов для их дожига. Изобретение позволяет увеличить регулируемую мощность топки и снизить выброс вредных веществ в окружающую среду. 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для преобразования сыпучих видов топлива, в том числе биологических и синтетических углеродосодержащих отходов производственной и бытовой деятельности, в тепловую энергию при использовании всех компонентов топлива, в том числе в имеющихся в данном устройстве камерах дожига несгоревших в топке горючих пиролизных газов.

Практическое применение находит при создании экономичных механизированных систем для выработки тепловой энергии из сыпучих видов топлива при снижении загрязнения окружающей среды.

Известна топка пароводогрейного котла с рабочим объемом, ограниченным объемом нагревательного элемента котла с аккумуляторами высокой температуры для обеспечения стабильного режима горения отходов деревоперерабатывающей промышленности с различной степенью влажности, заполняющего весь объем топки (см. патент Российской Федерации на изобретение №2310124, МПК F23B 50/06 (2006/01), №2483246).

Недостатком указанных топок является унос несгоревших и неокислившихся в объеме топки горючих пиролизных газов в дымовую трубу.

Это приводит к ограничению возможностей выработки тепловой энергии с минимальными затратами.

Задачей заявленного технического решения является обеспечение стабильного режима термохимической реакции окисления топлива различной степени влажности и теплотворной способности по всему объему топки с переработкой углеводородосодержащих компонентов сыпучего топлива, в том числе и неокислившихся в объеме топки пароводогрейного котла горючих пиролизных газов в камерах дожига, в тепловую энергию.

Техническим результатом данного изобретения является:

1. Интенсификация процесса полной переработки углеводородосодержащих компонентов предварительно нагреваемого и подсушенного топлива при механизированном непрерывном заполнении топки сыпучими видами топлива распределением воздуха и высоких температур воспламенения по внутренней структуре сыпучего топлива с образованием максимальной площади горения в определенном объеме топки и нахождением теплопринимающих элементов пароводогрейного котла в «кипящем слое» сжигаемого топлива при отсутствии нерационального продува топки и уменьшения выбросов тепловой энергии и остатков продуктов горения в атмосферу.

2. Предотвращение нерационального уноса при переработке образованных и неокислившихся при недостатке кислорода в объеме топки горючих пиролизных газов в тепловую энергию в камерах дожига и обеспечение смешения воздуха и горючих газов в объеме топки, а также расширение арсенала топок пароводогрейных котлов, использующих и низкокалорийные сыпучие виды топлива, в том числе отходы.

Технический результат достигается посредством вертикальной топки пароводогрейного котла для преобразования в тепловую энергию сыпучих видов топлива, под действием силы тяжести опускающихся из находящегося вверху бункера в полностью заполняемую топку с объемом теплопередачи, состоящим из образованных элементами котла и установленными в топке аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха для стабильного режима горения топлива различной степени влажности и теплотворной способности по всему объему топки зон контакта топлива с воздухом; с колосниками, являющимися также аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями необходимого для горения воздуха, поступающего из зольной камеры с регулировочной дверкой через колосники и отверстия в аккумуляторах-проводниках и распределителях подогретого воздуха к зонам контакта. Согласно изобретению топка содержит вертикальные и горизонтальные аккумуляторы-проводники высокой температуры и распределители воздуха с каналами и отверстиями для смешивания горючих газов и воздуха и их сжигания в объеме топки и горизонтальные и вертикальную камеры дожига, имеющие системы поступления подогретого воздуха и температуру воспламенения не полностью сгоревших при недостатке кислорода в объеме топки горючих пиролизных газов для их дожига.

На фиг. 1 изображен пароводогрейный котел с топкой.

Топка 23 пароводогрейного котла 11 содержит загрузочное устройство 1 для механизированной загрузки сыпучего топлива 22 и блокирования поступления излишнего воздуха в бункер 7, зоны контакта 24 элементов 10 котла 11 и аккумуляторов - проводников 8 высокой температуры и распределителей воздуха 8, имеющих каналы 9 (отверстия) для движения газов, с необходимым для горения сыпучего топлива 22 воздухом, поступающим из зольной камеры 15 через воздухопроходы 13 в поворотных колосниках 14, горизонтальные камеры дожига 2 с инжекторами 3, вертикальные аккумуляторы-проводники высокой температуры и распределители воздуха 4 с каналами 25 и отверстиями 6 для смешивания газов, вертикальную камеру дожига 12 с системой 28 поступления подогретого воздуха с соплами 5 с коллектором распределения воздуха 26.

На фиг. 2 изображен разрез 1-1.

На разрезе пароводогрейного котла 11 показаны горизонтальная камера дожига 2 с инжекторами 3 для поступления подогретого воздуха, дополнительный люк 17, элементы 10 котла 11, вертикальные аккумуляторы-проводники высокой температуры и распределители воздуха 4 с отверстиями 6 и системой 28 поступления подогретого воздуха через сопла 5 в вертикальную камеру дожига 12, с системой 16 подачи подогретого воздуха в горизонтальную камеру дожига 2, с горизонтальными аккумуляторами-проводниками 8 высокой температуры и распределителями воздуха с каналами 9, элементами 10 котла 11, герметичной топочной дверкой 18, регулировочной дверкой 19 зольной камеры 15, регулировочной дверкой-клапаном 20, шибером 21 газохода, поворотными колосниками 14 с воздухопроходами 13, коллектором распределения воздуха 26.

На фиг. 3 изображен разрез 2-2.

На разрезе показан пароводогрейный котел 11 с элементами котла 10, соплами 5 системы 28 поступления подогретого воздуха в вертикальную камеру дожига 12, вертикальными аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха 4 с отверстиями 6 для смешения газов, горизонтальными аккумуляторами-проводниками 8 высокой температуры и распределителями воздуха с каналами 9, герметичной топочной дверкой 18.

На фиг. 4 и фиг. 5 показаны направления движения сыпучего топлива 22, горючих пиролизных газов и воздуха, шлака и золы, отработанных дымовых газов.

Работа топки 23 пароводогрейного котла 11 осуществляется следующим образом.

При помощи загрузочного устройства 1 сыпучее топливо 22 заполняет бункер 7. Под действием силы тяжести топливо 22 проваливается в топку 23, где подвергается розжигу. При минимальном объеме теплопередачи, состоящем из незаполненных топливом 22 пространств, топка 23 быстро нагревается при сжигании небольшого количества топлива для розжига.

Расположение загрузочно-расходного бункера 7 внутри процессов горения определяет поступление сыпучего топлива 22 в топку 23 после подсушивания и начального нагрева. В объеме топки 23 установлены аккумуляторы-проводники 8 высокой температуры и распределители воздуха и элементы 10 котла 11 с интервалами для продвижения сыпучего топлива 22, образующие зоны контакта 24.

Зоны контакта 24 состоят из поверхности смешанной с воздухом структуры сыпучего топлива 22 с пустотами и заполненными воздухом пространствами, образованными по углу трения при продвижении сыпучего топлива 22 по объему топки 23, контуров аккумуляторов-проводников 8 высокой температуры и распределителей воздуха с каналами 9 и элементов 10 котла 11. Аккумуляторы-проводники 8 высокой температуры и распределители воздуха выполнены из способного накапливать и передавать тепловую энергию материала, а также длительное время выдерживать температуры воспламенения топлива 22, сохраняя форму. Пространственная форма тела аккумуляторов-проводников 8 высокой температуры и распределителей воздуха обеспечивается установленными по внутреннему объему топки 23 элементами 10 котла 11, которые также воспринимают излучение от образующейся в «кипящем слое» сжигаемого топлива 22 тепловой энергии. При продвижении сыпучего топлива 22 из бункера 7 в топку 23 расположение аккумуляторов-проводников 8 высокой температуры и распределителей воздуха с каналами 9, элементов 10 котла 11 формирует в объеме топки 23 вертикальные вставки - слои сыпучего топлива 22, имеющего в своей структуре зоны контакта 24 и заполненные воздухом пространства. По каналам 9 с отверстиями 6 в зоны контакта 24 поступают выделившиеся при розжиге летучие углеводороды в состоянии горения с подогретым воздухом, распространяя температуры воспламенения поверхностей сыпучего топлива 22 по всем зонам контакта 24.

При поступлении воздуха через регулировочную дверку 19 в зольную камеру 15 горение сыпучего топлива 22 и образующихся из него продуктов пиролиза осуществляется непосредственно в топке 23, что дает начало непрерывной управляемой термохимической реакции окисления углеродосодержащего сыпучего топлива 22 с целью получения тепловой энергии. В образующихся в топке 23 вокруг аккумуляторов-проводников высокой температуры и распределителей воздуха 8 в объеме сыпучего топлива 22 локальных реакционных окислительных зонах контакта 24 при поступлении воздуха идет процесс горения с температурой 1000-1300°С с образованием окислов и оксидов и передачей избыточного тепла находящейся в непосредственной близости структуре сыпучего топлива 22 для обеспечения процесса его автотермического разложения по всему объему топки 23. Стабильность термохимической реакции при низкой теплотворной способности и повышенной влажности сыпучего топлива 22 обеспечивается установленными в топке 23 аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха 8, получающими тепловую энергию от горящего сыпучего топлива 22 при поступлении воздуха и распределяющими ее по объему топки 23 для гарантированного получения температуры воспламенения или пиролиза сыпучим топливом 22 в зонах контакта 24. По мере удаления от зон контакта 24 в структуре сыпучего топлива 22 горение прекращается и в условиях нагрева сыпучего топлива 22 до температуры 250-400°С и недостатке кислорода (коэффициент избытка воздуха - 0,3) начинается образование продуктов термического распада, в том числе горючих газов, оксида углерода и жидких фракций, с расходованием некоторого количества тепла. Образовавшиеся пиролизные горючие газы при выходе из плотной структуры сыпучего топлива 22 в зоны контакта 24 с необходимым воздухом воспламеняются.

Несгоревшая твердая и жидкая фракции активного углерода проваливаются на поворотные колосники 14, являющиеся также аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха. В условиях поступления только необходимого воздуха в реакционной восстановительной зоне, образующейся по слою раскаленного углерода на поворотных колосниках 14 при давлении, близком к атмосферному, происходит процесс восстановления активного углерода в горючие газы (метан, водород) и оксида углерода. Оксид углерода при соединении с парами воды также образует водород. Основная часть горючих газов перерабатывается в тепловую энергию, воспламеняясь при контакте с накаленными поворотными колосниками 14 и аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха 8 при распределении ими необходимого для горения воздуха.

В топке 23 установлены вертикальные аккумуляторы-проводники 4 высокой температуры и распределители воздуха, имеющие каналы 25 с отверстиями 6 для смешения воздуха и горючих газов при стабильной термохимической реакции окисления углеродосодержащего сыпучего топлива 22. При наличии горючих газов в верхней части загрузочного бункера 7 они смешиваются через отверстия 6 с нагретым воздухом, поступающим по каналам 25 из зольной камеры 15 при открытой регулировочной дверке 19, получают температуру воспламенения от вертикальных аккумуляторов-проводников 4 высокой температуры и распределителей воздуха и перерабатываются в тепловую энергию в постоянном режиме, что предотвращает вспышки горючих газов в режиме взрыва.

Для полной переработки горючих газов в тепловую энергию в пароводогрейный котел 11 встроены имеющие температуру воспламенения несгоревших при недостатке кислорода в объеме топки 23 горючих пиролизных газов горизонтальные камеры дожига 2 с системой подачи подогретого воздуха 16 и вертикальная камера дожига 12, имеющая систему 28 поступления подогретого воздуха с соплами 5. Система 28 поступления подогретого воздуха и система 16 подачи подогретого воздуха имеют общий распределительный коллектор 26 с регулировочной дверкой-клапаном 20. Имеющие меньший объемный вес по сравнению с остальными газами в топке 23 горючие пиролизные газы поднимаются в верхнюю часть пароводогрейного котла 11 и попадают в горизонтальную камеру дожига 2, где смешиваются с поступающим через инжекторы 3 системы 16 подачи подогретого воздуха воздухом и при наличии температуры воспламенения, получаемой от горящего в топке 23 сыпучего топлива 22, перерабатываются в тепловую энергию, которая передается пароводогрейному котлу 11. Отработанные газы удаляются через открытый шибер 21 газохода или при недостатке тяги через дополнительный люк 17.

В пароводогрейном котле 11 установлена вертикальная камера дожига 12 горючих газов. При герметично закрытом загрузочном устройстве 1 и дополнительном люке 17, а также топочной дверке 18 и регулировочной дверке 19 зольной камеры 15 при недостатке кислорода образовавшиеся и неокислившиеся в объеме топки 23 горючие газы поднимаются в верхнюю часть пароводогрейного котла 11. При этом горючие газы поступают в вертикальную камеру дожига 12, где смешиваются с поступающим через систему 28 поступления подогретого воздуха воздухом, при этом получают температуру воспламенения от вертикальных аккумуляторов-проводников высокой температуры и распределителей воздуха 4 и перерабатываются в тепловую энергию.

Принятой компоновкой элементов достигается увеличение мощности топки при определенном объеме, повышение коэффициента использования топлива при снижении тепловых и зольных выбросов в атмосферу, возможность механизации процесса и расширяется арсенал топок пароводогрейных котлов, использующих низкокалорийные сыпучие виды топлива.

Вертикальная топка пароводогрейного котла для преобразования в тепловую энергию сыпучих видов топлива, под действием силы тяжести опускающихся из находящегося вверху бункера в полностью заполняемую топку с объемом теплопередачи, состоящим из образованных элементами котла и установленными в топке аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями воздуха для стабильного режима горения топлива различной степени влажности и теплотворной способности по всему объему топки зон контакта топлива с воздухом, с колосниками, являющимися также аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями необходимого для горения воздуха, поступающего из зольной камеры с регулировочной дверкой через колосники и отверстия в аккумуляторах-проводниках и распределителях подогретого воздуха к зонам контакта, отличающаяся тем, что содержит вертикальные и горизонтальные аккумуляторы-проводники высокой температуры и распределители воздуха с каналами и отверстиями для смешивания горючих газов и воздуха и их сжигания в объеме топки и горизонтальные и вертикальную камеры дожига, имеющие системы поступления подогретого воздуха и температуру воспламенения не полностью сгоревших при недостатке кислорода в объеме топки горючих пиролизных газов для их дожига.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно к способу оптимизации процесса сжигания угольного топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает использование в режиме запуска энергетической установки угля микропомола с размерами частиц не более 10 мкм, получаемого в трехкамерном дезинтеграторе, в стационарном режиме - угля обычного помола, получаемого в двухступенчатой мельнице с помольными шарами и активатором.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам отопления на твердом топливе, и может быть использовано для создания отопительных приборов с повышенной эффективностью.

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам получения тепловой и электрической энергии путем сжигания твердого углеродсодержащего топлива и может быть использовано для преобразования тепловой энергии в механическую или электрическую энергию, в стационарных и передвижных теплоэлектростанциях, а также в транспортных средствах.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройству для автоматической загрузки дров в твердотопливный котел. Устройство для автоматической загрузки дров в твердотопливный котел содержит бункер для твердого топлива, контроллер, датчик температуры, электрический привод, поворотный элемент, снабженный механизмом для преобразования вращательного движения вала двигателя в поворот данного элемента.

Изобретение относится к промышленной энергетике и касается создания твердотопливных котлов, универсальных по типам сжигаемых топлив и отходов. В камере сгорания твердотопливного котла с вихревой топкой сопла вторичного дутья за счет тангенциальной направленности формируют над горящим слоем топлива вихрь с горизонтальной осью, проходящей через газоотводящие окна, одно или два, симметрично расположенные на боковых стенах.

Изобретение относится к энергетике. Проводят загрузку углеводородного сырья между корпусом устройства и реактором.

Изобретение относится к энерготехнологическому оборудованию, а именно к устройствам термической переработки твердого топлива в горючий газ, и предназначено для производства генераторного газа из бурого угля, смолистой древесины и торфа.

Изобретение относится к области энергетики. Газогенератор содержит загрузочный отсек 1, под которым в топке 23 расположены колосниковая решетка 3 и воздухозаборник 4.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности. Над топочной решеткой топки водогрейного котла на протяжении участка активного горения топлива сформированы нависающие продольные топочные пороги, выполненные в виде гнутых труб боковых экранов, при этом гнутые трубы выполнены Г-образными и чередуются с прямыми, вертикальные участки которых расположены параллельно, а горизонтальные отгибы обращены друг к другу и расположены над топочной решеткой, их концы сообщены друг с другом, а торцы заглушены, при этом пространство между нижними гнутыми трубами заполнено огнеупорным шамотобетоном, кроме того, нижняя сторона горизонтальных отгибов футерована огнеупорной мастикой, при этом топка водогрейного котла дополнительно снабжена системой подачи вторичного дутьевого воздуха, содержащей горизонтальные дутьевые каналы, выполненные по обеим сторонам топки, сообщенные друг с другом поперечным воздухогазопроводом, причем один из горизонтальных дутьевых каналов сообщен с источником дутья, при этом над горизонтальными дутьевыми каналами параллельно им размещены дополнительные продольные горизонтальные каналы, сообщенные с ними вертикальными патрубками, расположенными у конца продольных топочных порогов, кроме того, дополнительные продольные горизонтальные каналы снабжены горизонтальными патрубками, снабженными дутьевыми соплами, ориентированными над топочной решеткой непосредственно над слоем горящего топлива.
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ комплексной глубокой переработки зеленой массы топинамбура включает сбор растительного сырья, его измельчение и метановое сбраживание в метантенках, полученный после сбраживания биогаз подают в газгольдеры для получения тепловой и электрической энергии, а полученный биошлам подают на механическое обезвоживание до относительной влажности 40-50%, причем зеленую массу топинамбура делят на две части, одну из них подают на метановое сбраживание, а вторую часть подают на механическое прессование с целью получения сока, полученный при прессовании жмых досушивают до необходимой влажности, брикетируют и подают в реактор, где без доступа кислорода в результате термохимической конверсии получают пиролизный горючий газ и золу, при этом горючий газ используют в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии, а золу подают на смешивание с обезвоженным биошламом, используемым в качестве органического компонента, полученную органо-минеральную смесь гранулируют, досушивают до необходимой влажности и используют в качестве удобрений.
Наверх