устройство для сжигания твердого топлива

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА преимущественно древесных отходов и торфа, содержащее камеру сгорания с опускной шахтой для подвода топлива, тангенциально расположенными соплами острого дутья с наклонной колосниковой и дожигательной решетками и газовыпускным окном, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности сгорания за счет обеспечения равномерности выжигания топлива, оно снабжено цилиндрической камерой дожигания, расположенной под углом 40 - 60^o к камере сгорания, имеющей тангенциально размещенные сопла острого дутья и расположенное на выходе газовыпускное окно, диаметр которого равен 0,5 - 0,7 диаметра камеры дожигания, причем колосниковая решетка камеры сгорания выполнена с изменяющимся от 45 до 12^o углом наклона к горизонту, а отношение длины колосниковой решетки и опускной шахты к длине камеры сгорания составляет 0,6 - 0,8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для сжигания твердого топлива, преимущественно древесных отходов, например щепы, коры, опилок, торфа.

Известна топка для сжигания древесного топлива, принятая нами за прототип, содержащая наклонную колосниковую и дожигательную решетку с опускной шахтой для подвода топлива, камеру сгорания с тангенциально расположенными соплами острого дутья и газовыпускным окном в торцовой стене камеры сгорания.

Недостатком такого устройства является подача топлива по всей длине камеры сгорания на колосниковую решетку, установленную под углом 45^о к горизонту (углом естественного откоса), и на расположенную в конце ее дожигательную решетку. При такой конструкции колосниковая и дожигательная решетки будут загружены равномерным слоем топлива на всю площадь, что не обеспечит равномерного сгорания топлива (в основном летучих) по всей площади колосниковой и дожигательной решеток, особенно в конце камеры сгорания. Из камеры сгорания через газовыпускное окно будут выноситься несгоревшие частицы топлива, летучие и зола.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса горения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для сжигания твердого топлива, содержащее камеру сгорания с опускной шахтой для подвода топлива, тангенциально расположенными соплами острого дутья с наклонной колосниковой и дожигательной решетками и газовыпускным окном, снабжено цилиндрической камерой дожигания, расположенной под углом 40-60^о к камере сгорания, имеющей тангенциально размещенные сопла острого дутья и расположенное на выходе газовыпускное окно, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра камеры дожигания. Колосниковая решетка камеры сгорания выполнена с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту, а отношение длины колосниковой решетки и опускной шахты к длине камеры сгорания составляет 0,6-0,8.

Следовательно, предложенное техническое решение является новым.

Использование предложенного устройства позволяет повысить эффективность сгорания за счет обеспечения равномерности выжигания топлива, что свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "положительный эффект".

При поиске в патентной и научно-технической литературе устройство для сжигания твердого топлива, снабженное цилиндрической камерой дожигания, расположенной под углом 40-80^о к камере сгорания, имеющей тангенциально размещенные сопла острого дутья и расположенное на выходе газовыпускное окно, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра камеры дожигания, не обнаружено. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Устройство содержит цилиндрическую камеру сгорания 1 и примыкающую к ней опускную шахту 2 с отверстием 3 для подачи топлива на наклонную колосниковую решетку 4, под которой находятся зоны 5 для подвода идущего на сгорание воздуха. Колосниковая решетка 4 выполнена с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту. Отношение длины колосниковой решетки 4 и опускной шахты 2 к длине камеры сгорания 1 составляет 0,6-0,8. В конце колосниковой решетки расположены дожигательная решетка 6, под которую подается воздух. В камере сгорания тангенциально установлены сопла острого дутья 7. К камере сгораниия под углом 40-60^о к горизонту примыкает цилиндрическая камера дожигания 8 с установленными тангенциально соплами острого дутья 7 и расположенным на выходе газовыпускным окном 9. Под дожигательной решеткой расположена золовая камера 10, из которой зола и шлак подаются шнеком 11 в контейнер 12. Растопка устройства производится горелкой 13, работающей на жидком топливе или природном газе.

Устройство работает следующим образом. Топливо из опускной шахты 2 через отверстие 3 поступает на наклонную колосниковую решетку 4, которая расположена в камере сгорания 1, и своим весом сдвигает рассыпавшееся на колосниковой решетке топливо, которое во время перемещения подсушивается циркулирующими в камере сгорания дымовыми газами, нагревается, выделяет летучие, воспламеняется и горит. Выполнение колосниковой решетки 4 с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту и отношением ее длины и опускной шахты к длине камеры сгорания, равным 0,6-0,8, обеспечивает рассыпание топлива под углом естественного откоса в сторону выхода продуктов сгорания и дает возможность образовать по всей длине решетки различную толщину слоя топлива: от максимального в начале до минимального в конце, что приводит к полному выгоранию в конце наклонной колосниковой решетки. Горение топлива регулируется подачей воздуха по зонам 5. С последнего слабонаклоненного участка колосниковой решетки 4 частицы недогоревшего топлива, зола и шлак поступают на дожигательную решетку 6, оборудованную опрокидными колосниками, под которые подается воздух для выжигания остатков топлива. Таким образом, в камере дожигания происходит удержание взвешенных частиц несгоревшего топлива, которые отбрасываются к стенке камеры вихревым газовоздушным потоком.

Наклонное расположение камеры обеспечивает сход твердых частиц и золы на колосниковую дожигательную решетку. Угол наклона камеры выбран для принятой скорости закрутки газового потока равным 40-60^о, с тем чтобы обеспечивать возврат мелких несгоревших частиц в зону горения, а золы - на удаление. Это было определено экспериментальным путем на макетной установке, моделирующей газодинамику печи.

Отношение длины колосниковой решетки и выпускной шахты ;к длине камеры сгорания, равное 0,6-0,8, позволяет обеспечить заполнение топливом камеры сгорания таким образом, что при горении вынос его в камеру дожигания минимален. Уменьшение этого отношения (меньше 0,6) неоправданно увеличивает нерабочий объем камеры, а увеличение ( свыше 0,8) приводит к заполнению камеры дожигания топливом, в результате чего резко возрастет вынос несгоревшего топлива через газовыпускное окно, то есть снижается эффективность сгорания.

Конструкция колосниковой решетки с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту обеспечивает оптимальные условия предварительного подсушивания топлива и последующего горения измельченной древесины. Это обусловлено постепенным (по мере изменения угла наклона) уменьшением коэффициента сцепления топлива различной влажности с колосниками, а также его толщины. В итоге поступающее свежее топливо, угол естественного откоса которого составляет 45^о, сдвигает его на слабонаклонные участки, обеспечивая его более полное выгорание.

Правильность выбранных отношений подтверждена экспериментально. Так, при испытании опытного образца печи в результате неправильной ее установки по отношению к горизонту (значения углов наклона колосниковой решетки были ниже выбранных) горение твердых отходов наблюдалось на непровальных колосниках, что показывало отсутствие полного схода топлива. Зола и шлак периодически при повороте опрокидных колосников удаляются из камеры сгорания 1 в золовую камеру 10, откуда шнеком 11 направляются в контейнер 12. В камере сгорания установлены сопла острого дутья 7, в которые подается воздух на создание вихревого процесса горения взвешенных частиц топлива и летучих, выделившихся в результате термического разложения древесины.

Продукты сгорания, взвешенные частицы топлива и летучие поступают в примыкающую к камере сгорания 1 под углом 40-60^о к горизонту камеру дожигания 8 с расположенными в ней соплами острого дутья 7, в которые подается воздух для создания вихревого процесса горения. Наклонное расположение камеры дожигания 8 обеспечивает сход выносимой и образующейся минеральной части топлива (золы) на опрокидные колосники дожигательной решетки 5. В конце камеры дожигания 8 расположено газовыпускное окно 9 (пережим), выполненное диаметром 0,5-0,7 от диаметра камеры дожигания 8, что также создает условия дожигания компонентов топлива, задерживает вынос золы и обеспечивает выход чистых продуктов сгорания. При этом воздух, подаваемый в расположенные в камере дожигания сопла острого дутья, создает вихревой поток, закручивающий поступающие из камеры сгорания газы со взвешенными частицами топлива. Последние центробежной силой отбрасываются к стенкам камеры, где и происходит их дожигание за счет увеличения времени их пребывания.

Отношение диаметра газовыпускного окна к диаметру камеры дожигания, равное 0,5-0,7, выбрано исходя из оптимального сопротивления пережима, по известной формуле:

h= , которое обеспечивает максимальную задержку частиц топлива в камере дожигания.

При значениях отношений диаметров менее 0,5 скорость газов на выходе очень велика и происходит интенсивный вынос наиболее мелких частиц несгоревшего топлива с газовым потоком, входящим в камеру дожигания и не успевшим еще приобрести вихревое движение. При значениях отношений диаметров более 0,7 происходит вынос крупных частиц топлива, так как они в отличие от мелких частиц, требуют для своего разгона большего времени.

Использование предложенного устройства позволяет уменьшить механический недожог с 2 до 0,5%, а химический - с 1 до 0,1%.