УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ КУСКОВОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ПУЛЬСИРУЮЩЕМ ПОТОКЕ
DEVICE TO BURN LUMP SOLID FUEL IN PULSATING FLOW

Изобретение относится к топкам шахтного типа для слоевого сжигания кускового топлива и может быть использовано в теплоэнергетических установках, в газификационных камерах для химической промышленности, в мусоросжигающих мини-заводах.
По основному авторскому свидетельству №556274 известно устройство для сжигания кускового твердого топлива в пульсирующем потоке, содержащее вертикальную шахту с двумя параллельно расположенными горизонтальными колосниковыми решетками, размещенными между ними слоем топлива и установленную над верхней решеткой внутри шахты трубу, сечение которой меньше сечения шахты не более, чем в 4 раза.
Недостатком данного устройства является возникновение периодически повторяющихся интенсивных и слабоинтенсивных колебаний, приводящих к ухудшению горения. Кроме того, верхняя колосниковая решетка имеет короткий срок службы из-за его нахождения в высокотемпературной зоне.
Известно также устройство, принятое за прототип, по авторскому свидетельству №1008571 от 30.03.83 г., бюл. №12, включающее в себя шахту, трубу, две колосниковые решетки, верхняя колосниковая решетка выполнена из охлаждаемой теплообменной трубы, бункер, зольник, регулятор расхода теплоносителя, датчик температуры.
К основному недостатку рассматриваемого устройства следует отнести плохие экологические показатели в газовых выбросах, связанные с сажеобразованием на холодных стенках теплообменной трубы.
Предложено устройство для сжигания кускового твердого топлива в пульсирующем потоке, содержащее вертикальную шахту, слой сжигаемого топлива, трубу, установленную в шахте, сечение которой меньше сечения шахты, регулятор расхода теплоносителя, датчик температуры, характеризуется тем, что шахта содержит одну горизонтально расположенную колосниковую решетку и два бункера, совмещенные с зольниками и расположенными друг против друга, систему непрерывной загрузки твердого топлива толкающего типа, трубу, верхняя часть которой выполняет функцию теплообменника, уловитель механических частиц. При этом на лабораторной установке, созданной и испытанной заявителем в акустической лаборатории, наиболее эффективные результаты получены при соотношении размеров шахты и трубы не более чем в 4 раза.
Предлагаемое устройство позволяет поддерживать устойчивый режим автоколебаний путем поддержания скорости потока воздуха в шахте в заданных пределах. Это достигается регулированием температуры стенок трубы путем изменения расхода теплоносителя, циркулирующего через кольцевой теплообменник, так как тяга трубы в сильной степени зависит от температуры стенки трубы. Факел пламени с холодными стенками теплообменника не контактирует, в результате чего предотвращается образование сажи. Вертикально переместив решетку, которая предусмотрена в прототипе, можно предотвратить сажеобразование. Однако при этом нарушается стабилизация пламени. Верхняя решетка предназначена для обеспечения стабилизации горения и равномерного распределения пламени по всей площади решетки. Условия стабилизации пламени и равномерного распределения тепла по колоснику в данном устройстве выполняются путем подачи кускового твердого топлива на колосниковую решетку в непрерывном режиме одновременно с двух сторон. Процессы горения (воспламенение, выделение горючих газов и их горение, горение коксовой части, золообразование) протекают одновременно по всей площади колосниковой решетки, обеспечивая тем самым равномерное выделение тепла по всей колосниковой решетке. В прототипе кусковое топливо подается с одной стороны, и оно возгорается только по мере приближения к центру колосника. Начальный участок колосника при такой схеме подачи кускового топлива всегда будет выделять меньше тепла, по сравнению с другими участками. Верхняя колосниковая решетка сглаживает неравномерность тепловыделения. При горении кусковое твердое топливо со стороны газового потока подвергается интенсивному механическому и тепловому воздействиям. Это приводит к разрушению кусков горящего топлива и частичному уносу механических частиц.
Несмотря на то что в пульсирующем газовом потоке, где присутствуют узлы и пучности давления, часто наблюдается укрупнение частиц (в дальнейшем эти частицы падают вниз за счет сил гравитации), возникает необходимость в очистке газовых выбросов от механических примесей. В предложенном устройстве эта проблема решена уловителем механических частиц.
Для пояснения сущности изобретения на фиг.1. приведена схема устройства для сжигания кускового твердого топлива в пульсирующем потоке. На фиг.2 показана схема подачи кускового топлива на колосниковую решетку 1.
Устройство включает в себя: шахту 4, в которой коаксиально расположена труба 7. В шахте имеется горизонтальная колосниковая решетка 1, выполняющая функцию колосника. К шахте с двух сторон противоположно друг к другу прикреплены два бункера 8 с зольниками 2. Оба бункера содержат загрузочные устройства 9. В шахте под колосниковой решеткой расположено поджиговое устройство 11. Труба выполнена в виде трубчатого теплообменника 5 с регулятором расхода теплоносителя 13. В верхней части трубы расположен датчик температуры 12 и уловитель 6 механических частиц.
Устройство работает следующим образом. Кусковое твердое топливо 3 при помощи загрузочных устройств 9 подается на горизонтальную колосниковую решетку 1 и поджигается устройством 11. Продукты сгорания поднимаются вверх по трубе 7. В зону горения воздух подается по двум направлениям: через кольцевой зазор, образованный шахтой и трубой; с нижнего среза шахты. В первоначальный момент, до возгорания кускового твердого топлива, требуемая тепловая энергия в устройстве обеспечивается за счет работы поджигового устройства 11. В устройстве возбуждаются продольные автоколебания. После возгорания кускового твердого топлива 3, поджиговое устройство 11 выключается. В дальнейшем, пульсации поддерживаются за счет тепла, выделяемого при горении твердого топлива 3. На горизонтальную колосниковую решетку 1 очередная порция топлива 3 загрузочными устройствами толкающего типа 9 подается одновременно с двух сторон (Фиг.2). Непрерывная подача кускового топлива 3 организована таким образом, что на горизонтальной колосниковой решетке 1 постоянно обеспечивается равномерное горение. Этим достигаются устойчивые автоколебания в акустическом тракте. При чрезмерном увеличении конвективного газового потока в трубе (об этом сигнализирует датчик температуры 12), ее стенки необходимо охлаждать. Охлаждение стенок трубы до необходимой температуры осуществляется циркуляцией теплоносителя, скорость движения которого управляется регулятором расхода 13. В качестве теплоносителя можно использовать воду. Холодная вода подводится к верхнему патрубку, горячая вода отводится через нижний патрубок.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает устойчивый автоколебательный процесс, повышает надежность работы горизонтальной колосниковой решетки, предотвращает сажеобразование и унос механических частиц в окружающую среду. Амплитуда пульсации акустического давления в устройстве (в трубе 7) измерена заявителем посредством измерительного комплекса MIC-200 и составляет около 160 дБ.
На удалении 1 метр от устройства уровень звукового давления составил 110 дБ.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленная совокупность признаков не известна из проанализированного уровня техники.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленная совокупность признаков и достигнутые технические результаты получены благодаря тому, что в заявленном техническом решении обеспечивается создание устойчивого автоколебательного процесса без воздействия дополнительных устройств (например: тяго-дутьевых устройств), что является доказательством соответствия заявленного решения данному критерию.
Заявленное техническое решение соответствует критерию « промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленное техническое решение реализовано в опытно-промышленном образце с использованием обычных материалов и известных технологий.