УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ СЫПУЧИХ ОТХОДОВ В ЗАЖАТОМ СЛОЕ

Область техники
Полезная модель относится к конструкции устройств для скоростного высокотемпературного сжигания в зажатом слое такого возобновляемого твердого топлива, как сыпучие бытовые отходы, опавшая листва, щепа, опилки и древесная стружка, торф, лузга семян масличных культур, скорлупа орехов и т.п.и их произвольных смесей. Устройства могут быть использованы как средства очистки природной среды от преимущественно техногенных загрязнений и попутного получения энергии на мусоросжигательных заводах и как средства по меньшей мере частичного самообеспечения энергией предприятий по переработке растительного сырья.
Уровень техники
К сожалению, указанные выше отходы обычно загрязнены негорючими минеральными примесями и имеют влажность, которая может колебаться в широких пределах. Поэтому они трудно воспламеняются и плохо горят, в связи с чем их нередко сжигают с добавкой высококалорийного топлива (см., например: SU 1079954, SU 1163088, SU 1198322 и т.п.).
Очевидно, что удельный расход добавочного топлива тем больше, чем выше влажность и ниже теплотворная способность подаваемых на сжигание сыпучих отходов.
Ослабление этого недостатка основано на сушке сырых отходов за счет их собственной теплотворной способности и как можно более полной утилизации остатка горючих компонентов. Для этого обычно поступают так:
массу сырых отходов постепенно сушат,
некоторую часть подсушенных отходов частично сжигают, используя продукты сгорания для сушки подаваемых на сжигание сырых отходов,
основную часть высушенных отходов пиролизируют при дефиците окислителя с получением аэрозоля, состоящего из горючих газов и мелкодисперсных твердых горючих частиц, и
дожигают такой аэрозоль в топке, которая может служить компонентом водогрейного или парового котла или иного потребителя тепла.
Из UA №17013 U известно устройство для осуществления такого процесса, имеющее:
симметричный в плане герметично закрытый сверху внешний корпус, в боковой стенке которого внизу предусмотрено по меньшей мере одно отверстие для подачи воздуха;
симметричный в плане внутренний корпус меньшего поперечного сечения, который коаксиально закреплен внутри внешнего корпуса с кольцеобразным зазором, оснащен вверху центральным загрузочным патрубком для подачи сырых сыпучих отходов, перфорирован не менее чем на половину высоты и в перфорированной части служит воздухораспределителем;
симметричную в плане камеру окислительного пиролиза, которая коаксиально расположена с кольцеобразным зазором во внутреннем корпусе под загрузочным патрубком и ограничена сменным конусообразным или пирамидальным рассекателем сыпучих отходов, состоящим по меньшей мере из трех установленных с осевыми зазорами кольцеобразных элементов;
составную жаровую трубу для отвода горючего аэрозоля к потребителю, вход в которую подключен к выходу из камеры окислительного пиролиза и в прямую выходную часть которой (как правило, коаксиально) введен патрубок для нагнетания воздуха для дожигания аэрозоля;
открытый снизу зольник, стенки которого служат днищем внешнего корпуса и наклонены к горизонтали под углом, превышающим угол естественного откоса золы, поступающей из кольцеобразного зазора между внутренним корпусом и камерой окислительного пиролиза.
Для запуска используют порцию сухого запального топлива типа дров или пропитанного жидким горючим тряпья. В стационарном режиме топливом служат только бытовой мусор и/или растительные отходы, непрерывно подаваемые через загрузочный патрубок. При этом продукты сушки и неполного сгорания этих отходов заполняют практически весь кольцеобразный зазор между стенками внутреннего корпуса и камеры окислительного пиролиза. Действительно:
перед входом в этот зазор влажные отходы нагреваются частью газообразных продуктов сгорания и теряют избыточную влагу,
в верхней части этого зазора посушенные отходы постепенно уплотняются, частично сгорают в струях воздуха, поступающего через перфорационные отверстия, и распадаются на полидисперсную смесь твердых горючих частиц и минеральных примесей,
в нижней части этого зазора грубодисперсные горючие частицы догорают с пересыпанием золы в зольник, а аэрозоль из тонкодисперсных горючих твердых частиц и горючего газа принудительно всасывается через зазоры между кольцеобразными элементами камеры окислительного пиролиза в жаровую трубу для последующего дожигания.
Образующийся при сушке водяной пар и отработавшие на его образование продукты частичного сжигания проходят сквозь весь рыхлый слой загружаемых влажных сыпучих отходов и удаляются в атмосферу через центральный загрузочный патрубок, а для сбора и удаления золы в отвал могут быть использованы инвентарные периодически сменяемые поддоны.
Однако при такой фильтрации образуется тем больше конденсата, чем ниже температура и выше исходная влажность загружаемых сыпучих отходов. Поэтому нередко отходы слипаются и зависают на входе в кольцеобразный зазор между внутренним корпусом и рассекателем. Это вынуждает аварийно останавливать устройство на очистку и перезапуск. Зависание отходов и аварийная остановка возможны также из-за случайных задержек с удалением золы. Очевидно, что расход тепла на повторное испарение конденсата и его потери на перезапуск снижают тепловой КПД устройства в целом.
Более эффективное и наиболее близкое к предлагаемому по технической сущности устройство для сжигания сыпучих отходов в зажатом слое известно из RU №77665 U Оно имеет:
источник сыпучих отходов, оснащенный на выходе регулируемым объемным питателем,
камеру предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов, установленную на выходе регулируемого объемного питателя и оснащенную по меньшей мере одной вестовой трубой для выпуска в атмосферу водяного пара и отработавших на предварительной сушке продуктов частичного сгорания подсушенных отходов;
проточный корпус, разделенный на камеру частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов и камеру окислительного пиролиза основной массы сухих отходов;
средство вывода продуктов окислительного пиролиза в виде горючего аэрозоля на дожигание в произвольной внешней топке;
смеситель горючего аэрозоля, выходящего из камеры окислительного пиролиза, с воздухом, необходимым для дожигания указанного аэрозоля, и
средство удаления золы из донной части корпуса.
Упомянутый проточный корпус состоит из двух симметричных в плане частей, а именно: герметично закрытого сверху сплошного внешнего корпуса, имеющего плоское днище с центральным проемом и по меньшей мере одно отверстие для подачи воздуха в нижней части боковой стенки, и
внутреннего корпуса меньшего поперечного сечения, который имеет вверху центральный загрузочный патрубок для подачи сыпучих отходов, коаксиально закреплен во внешнем корпусе с кольцеобразным зазором относительно его боковой стенки и с осевым зазором относительно его плоского днища и перфорирован не менее чем на половину своей высоты.
Оба корпуса вверху имеют вид обращенного раструбом вниз усеченного конуса или усеченной пирамиды, а в остальной части - вид цилиндра или призмы. При этом верхняя часть внутреннего корпуса служит камерой предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов, верхняя часть внешнего корпуса является теплоизоляционной рубашкой этой камеры, а перфорированная часть внутреннего корпуса служит воздухораспределителем.
Упомянутая камера окислительного пиролиза ограничена конусообразным или пирамидальным рассекателем подсушенных сыпучих отходов, собранным из сменных кольцеобразных элементов, установленных один под другим с осевыми зазорами. Этот рассекатель коаксиально с кольцеобразным зазором расположен во внутреннем корпусе под загрузочным патрубком.
Упомянутое средство вывода продуктов окислительного пиролиза на дожигание имеет вид составной жаровой трубы, включающей вертикальный конфузор, сообщающийся с полостью камеры окислительного пиролиза и перекрывающий центральный проем в плоском днище внешнего корпуса, и соединительное колено, переходящее в прямой патрубок для подачи горючего аэрозоля в произвольную внешнюю топку.
Упомянутый смеситель горючего аэрозоля с воздухом расположен под плоским днищем внешнего корпуса, охватывает по меньшей мере прямой патрубок жаровой трубы, подключен к средству нагнетания воздуха в направлении выхода из прямого патрубка жаровой трубы и снабжен подходящим средством присоединения к упомянутой внешней топке.
Упомянутое средство удаления золы из донной части корпуса (а именно - из зазора между внутренним корпусом и камерой окислительного пиролиза) размещено в осевом зазоре между нижним торцом внутреннего корпуса и плоским днищем внешнего корпуса.
В устройстве-прототипе, как и в указанном выше аналоге, формируются и в стационарном режиме «автоматически» поддерживаются три плавно переходящих один в другой слоя утилизируемых отходов, а именно:
верхний слой (между выходом из загрузочного патрубка и верхней границей перфорированной части внутреннего корпуса), где влажные отходы нагреваются и теряют избыточную влагу и откуда смесь водяного пара и отработавших продуктов сгорания удаляется в атмосферу через вестовую трубу, минуя сырые отходы в тракте их подачи;
средний слой (между верхней границей перфорированной части внутреннего корпуса и верхней частью рассекателя), где подсушенные отходы постепенно уплотняются, окончательно высыхают, начинают гореть в струях воздуха, поступающего через перфорационные отверстия во внутреннем корпусе (с выходом продуктов сгорания в верхний слой), и превращаются в разрыхляемую струями воздуха полидисперсную смесь твердых горючих частиц и минеральных примесей; и
нижний слой, который зажат между массой вышерасположенных подсушиваемых и частично сжигаемых отходов и плоским днищем внешнего корпуса и в который через перфорационные отверстия во внутреннем корпусе поступает воздух, вдуваемый во внешний корпус.
В этом зажатом нижнем слое одновременно происходят два процесса:
диспергирование горящих при недостатке воздуха сухих отходов с образованием мелкодисперсных горючих твердых частиц и горючих газов, которые принудительно всасываются через зазоры между кольцеобразными элементами рассекателя в камеру окислительного пиролиза, где окончательно формируется горючий аэрозоль, и
образование золы, которая включает минеральные примеси и спекшиеся частицы отходов и самопроизвольно пересыпается в донную часть корпуса для периодического удаления.
Это устройство обеспечивает эффективное удаление водяного пара, продуктов сгорания, отработавших при предварительной сушке, и золы, и практически исключает зависание отходов на входе в кольцеобразный зазор между внутренним корпусом и рассекателем.
Однако сыпучесть и, соответственно, скорость вертикального перемещения подсушенных отходов в зазоре между внутренним корпусом и рассекателем существенно зависит от их химического и гранулометрического состава. Поэтому утилизируемые отходы предварительно сортируют, для каждой партии отходов путем последовательного сжигания нескольких проб экспериментально подбирают подходящий по поперечным размерам рассекатель и только затем приступают к поточному сжиганию соответствующей партии. Кроме того, формирование горючего аэрозоля только в режиме отсоса мелкодисперсных твердых частиц и газообразных продуктов неполного сгорания отходов через зазоры между кольцеобразными элементами рассекателя может быть затруднено временным блокированием этих зазоров грубодисперсными частицами склонных к спеканию отходов, что особенно заметно при сжигании лома металлизированных или армированных пластмасс. Все это снижает производительность устройства.
Краткое изложение сущности полезной модели
В основу полезной модели положена задача усовершенствованием указанных выше узлов и их взаимного расположения создать устройство, пригодное для настройки на оптимальные режимы непосредственно в процессе утилизации отходов и, тем самым, повысить производительность их сжигания независимо от исходного химического и гранулометрического состава и влажности.
Эта задача решена тем, что в устройстве для сжигания сыпучих отходов в зажатом слое, содержащем:
источник сыпучих отходов, оснащенный на выходе регулируемым объемным питателем,
камеру предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов, установленную на выходе регулируемого объемного питателя и оснащенную по меньшей мере одной вестовой трубой для выпуска в атмосферу водяного пара и отработавших на предварительной сушке продуктов частичного сгорания подсушенных отходов;
проточный корпус, разделенный на камеру частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов и камеру окислительного пиролиза основной массы сухих отходов;
средство вывода продуктов окислительного пиролиза в виде горючего аэрозоля на дожигание в произвольной внешней топке;
смеситель горючего аэрозоля, выходящего из камеры окислительного пиролиза, с воздухом, необходимым для дожигания указанного аэрозоля, и
средство удаления золы из донной части корпуса,
согласно изобретательскому замыслу
камера предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов выполнена в виде отдельного теплоизолированного короба, контур поперечного сечения которого конгруэнтен контуру входного отверстия в камере частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов;
проточный корпус имеет два коаксиальных горизонтальных выступа, между которыми расположена камера частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов, и футерован внутри огнеупорным материалом;
в одном из указанных горизонтальных выступов корпуса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения подключенный к источнику воздуха полый толкатель, несущий на торце, обращенном в камеру частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов, жаропрочную решетку, которая в рабочем положении служит распределителем воздуха, вдуваемого в зажатый слой утилизируемых отходов и прижимом для удержания этого слоя;
второй указанный горизонтальный выступ корпуса имеет круглое поперечное сечение, включает цилиндрическую часть и концевую коническую часть и служит камерой окислительного пиролиза основной массы сухих отходов, при этом цилиндрическая часть оснащена на входе - практически вертикальной неподвижной жаропрочной решеткой-рассекателем и перед концевой конической частью - по меньшей одним подключенным к источнику нагретого воздуха соплом, установленным в тангенциальном отверстии в боковой стенке выступа;
указанное средство вывода продуктов окислительного пиролиза в виде горючего аэрозоля выполнено на основе диффузора, входной раструб которого соединен со средней частью стенки указанной концевой конической части камеры окислительного пиролиза;
указанный смеситель горючего аэрозоля с воздухом выполнен в виде по меньшей мере одного сопла для подачи воздуха на дожигание аэрозоля, тангенциально установленного на выходе указанного диффузора, а
указанное средство удаления золы из донной части корпуса выполнено в виде бункера-накопителя, который жестко связан с указанным корпусом под выходным отверстием указанной камеры частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов и оснащен средствами удержания и выгрузки золы.
В таком устройстве рабочий зазор, в котором располагается зажатый слой высушенных отходов, можно регулировать по ходу процесса возвратно-поступательным перемещением толкателя, несущего воздухораспределительную прижимную жаропрочную решетку. Это обеспечивает удобную начальную настройку и текущую подстройку толщины и высоты зажатого слоя в зависимости от химического и гранулометрического состава подсушенных отходов. Соответственно, существенно сокращается время запуска и выведения устройства на стационарный режим и регулирования условий сжигания при изменениях состава отходов и возрастает производительность.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что каждое сопло для подачи нагретого воздуха в камеру окислительного пиролиза является соплом Лаваля. Это существенно интенсифицирует перемешивание пиролизуемых твердых частиц с воздухом и способствует их превращению в горючие газы даже в процессах утилизации склонных к спеканию отходов.
Второе дополнительное отличие состоит а том, что указанный диффузор средства вывода продуктов окислительного пиролиза дополнен выходным конфузором и цилиндрической насадкой, имеющей по меньшей мере два расположенные на равных угловых расстояниях тангенциальных отверстия, в которых закреплены сопла для подачи воздуха на дожигание аэрозоля. Это способствует стабилизации факела во внешней топке.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что установленная на входе в камеру окислительного пиролиза жаропрочная решетка-рассекатель выполнена из труб, связанных входным и выходным коллекторами для подачи свежего и отвода отработанного хладагента. Это позволяет изготовлять указанную решетку-рассекатель из жаропрочной стали.
Четвертое, дополнительное к третьему отличие состоит в том, что указанная жаропрочная решетка-рассекатель выполнена воздухоохлаждаемой и ее входной и выходной коллекторы подключены соответственно к атмосфере и к по меньшей мере одному выше указанному соплу для подачи нагретого воздуха в камеру окислительного пиролиза. Это способствует рекуперации тепла по ходу процесса.
Пятое дополнительное отличие состоит в том, что в боковой стенке футерованного огнеупорным материалом проточного корпуса в зоне расположения камеры частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие для ввода запального факела. Это упрощает запуск устройства.
Шестое дополнительное отличие состоит в том, что указанный источник сыпучих отходов выполнен в виде бункера, оснащенного по меньшей мере одним откидным или сдвижным загрузочным люком. Это облегчает питание устройства утилизируемыми отходами.
Седьмое дополнительное отличие состоит в том, что устройство установлено на раме с катками. Это позволяет подавать устройство на рабочую позицию к входу во внешнюю топку и выводить его с этой позиции для технического обслуживания или ремонта.
Восьмое дополнительное отличие состоит в том, что проточный корпус футерован огнеупорным бетоном с дисперсной жаростойкой арматурой. Это позволяет существенно увеличить длительность межремонтного периода.
Девятое дополнительное отличие состоит в том, что бункер-накопитель золы оснащен поворотными колосниками на входе и поворотным или сдвижным люком на выходе. Такие средства удержания и выгрузки золы практически исключают выход продуктов сгорания пускового топлива через бункер-накопитель.
Краткое описание чертежей
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы предложенного устройства со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг. 1 - устройство для сжигания сыпучих отходов в зажатом слое (общий вид спереди);
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1 (вид сбоку с частичным разрезом корпуса вертикальной плоскостью симметрии ниже камеры предварительной сушки).
Наилучшие варианты осуществления изобретательского замысла
Устройство для сжигания сыпучих отходов в зажатом слое имеет (см. фигуры 1 и 2):
источник сыпучих отходов, предпочтительно выполненный в виде бункера 1, оснащенного по меньшей мере одним откидным или сдвижным загрузочным люком 2 (а обычно двумя люками 2, один из которых служит для ручной закладки отходов, а второй для их подачи транспортером) и не обозначенным особо смотровым окном для визуального контроля уровня отходов;
регулируемый объемный питатель 3, установленный на выходе бункера 1;
выполненную в виде теплоизолированного короба камеру 4 предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов, установленную на выходе указанного питателя 3 и оснащенную по меньшей мере одной вестовой трубой 5 для выпуска в атмосферу водяного пара и отработавших на предварительной сушке продуктов частичного сгорания подсушенных отходов;
футерованный внутри огнеупорным материалом проточный корпус 6, имеющий два коаксиальных горизонтальных выступа 7 и 8, между которыми расположена камера 9 частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов (при этом контур входного отверстия в эту камеру 9 конгруэнтен контуру поперечного сечения указанной выше камеры 4);
полый толкатель 10, который размещен в горизонтальном выступе 7 корпуса 6, подключен к условно обозначенному встречными параллельными стрелками приводу возвратно-поступательного перемещения и к источнику воздуха (в частности, непосредственно к атмосфере, а предпочтительно - к не показанной особо воздуходувке), оснащен регулятором расхода воздуха (например, в виде показанной на фиг. 1 поворотной заслонки 11) и несет на торце, обращенном в камеру 9, изготовленную из жаропрочного материала (например, спеченного оксида алюминия) решетку 12, которая в рабочем положении служит распределителем воздуха, вдуваемого в зажатый слой утилизируемых отходов, и прижимом для удержания этого слоя;
камеру 13 окислительного пиролиза основной массы сухих отходов, которая расположена внутри второго горизонтального выступа 8 корпуса 6, имеет круглое поперечное сечение, включает цилиндрическую часть 14 и сужающуюся концевую коническую часть 15 и оснащена на входе - практически вертикальной неподвижной жаропрочной решеткой-рассекателем 16, а перед концевой конической частью - по меньшей одним установленным в тангенциальном отверстии в боковой стенке и подключенным к источнику нагретого воздуха соплом 17, которое предпочтительно является соплом Лаваля;
средство вывода продуктов окислительного пиролиза в виде горючего аэрозоля на дожигание в произвольной внешней топке, выполненное на основе диффузора 18, входной раструб которого соединен со средней частью стенки концевой конической части 15 камеры 13 окислительного пиролиза таким образом, что на стыке этих деталей 15 и 18 внутри камеры 13 имеется кольцевой карман;
смеситель горючего аэрозоля, выходящего из камеры окислительного пиролиза, с воздухом, имеющий вид по меньшей мере одного сопла 19, которое тангенциально установлено на выходе диффузора 18 и служит для подачи предпочтительно нагретого воздуха; и
средство удаления золы из донной части корпуса в виде бункера-накопителя 20, который жестко связан с корпусом 6 под выходным отверстием камеры 9 частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов и оснащен поворотными колосниками 21 на входе и поворотным или сдвижным люком 22 на выходе.
Желательно, чтобы диффузор 18 средства вывода продуктов окислительного пиролиза был дополнен выходным конфузором 23 и цилиндрической насадкой 24, имеющей по меньшей мере два расположенные на равных угловых расстояниях тангенциальных отверстия, в которых закреплены выше упомянутые сопла 19 для подмешивания воздуха к аэрозолю перед его дожиганием во внешней топке.
Жаропрочная решетка-рассекатель 16 может быть изготовлена из труб, связанных входным 25 и выходным 26 коллекторами для подачи свежего и отвода отработанного хладагента, которым, как правило, служит атмосферный воздух, подаваемый после нагрева в камеру 13 окислительного пиролиза через сопло (сопла) 17 и в поток горючего аэрозоля через сопла 19.
Для упрощения запуска устройства целесообразно, чтобы в боковой стенке футерованного огнеупорным материалом проточного корпуса 6 в зоне расположения камеры 9 частичного сжигания подсушенных сыпучих отходов было выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие 27 для ввода запального факела от внешней горелки.
Также целесообразно, чтобы устройство в целом было установлено на раме 28 с катками.
И, наконец, желательно, чтобы проточный корпус 6 был футерован огнеупорным бетоном с дисперсной арматурой (в частности, в виде иголок из жаростойкой стали диаметром около 0,5 мм и длиной в интервале от 15 до 20 мм).
Специалисту понятно, что описанные примеры конструкции устройства не ограничивают объем прав, определяемый только на основе первого пункта формулы полезной модели, и что в процессе реализации изобретательского замысла возможны его дополнения и/или уточнения с использованием обычных инженерных познаний.
Так, очевидно, что камера 4 предварительной сушки загружаемых сыпучих отходов может быть оснащена взрывным клапаном 29 для аварийного сброса давления и не показанным особо уровнемером. Также очевидно, что устройство в целом снабжено не показанными на чертежах и не описанными выше:
средствами подачи воздуха (в частности, высоконапорными воздуходувками или компрессорами непрерывного действия);
средствами разъемного соединения камеры 13 окислительного пиролиза с внешней топкой и термостойкими уплотнениями соответствующих разъемов и
автоматизированной системой управления (АСУ), включающей доступные на рынке датчики влажности отходов, давления, температуры и расхода воздуха, уровнемер золы в бункере-накопителе 20, блок программного управления с задатчиками регулируемых параметров и исполнительные механизмы.
Описанное устройство работает следующим образом.
Перед запуском устройство на раме 28 подкатывают к внешней топке и стыкуют с нею по цилиндрической насадке 24 на выходе из камеры 13 окислительного пиролиза. Бункер 1 подключают к средству подачи отходов (например, к не показанному регулируемому ленточному или скребковому транспортеру) и заполняют его через один из люков 2. Поворотные колосники 21 бункера-накопителя 20 золы устанавливают в горизонтальное положение и люк 22 плотно закрывают. Кратковременным включением регулируемого объемного питателя 3 заполняют отходами большую часть объема камеры 4 предварительной сушки и камеры 9.
Затем огнеупорную футеровку всего корпуса 6, решетку 12, решетку-рассекатель 16 и поворотные колосники 21 прогревают до температуры, которая достаточна для подсушки отходов внутри камер 9 и 4, поджигания подсушенных отходов и исключения самопроизвольного затухания верхнего слоя отходов в камере 9 после удаления запального факела.
Тепло продуктов сгорания пускового топлива подсушивает отходы, загруженные в камеры 9 и 4, и смесь этих отработавших продуктов с выделившимся из отходов водяным паром через вестовую трубу (или несколько таких труб) 5 из камеры 4 удаляется в атмосферу. На этом этапе воздух подсасывается в камеру 9 из атмосферы через сквозное отверстие 27 (или несколько таких отверстий) и через полость толкателя 10 при открытой поворотной заслонке 11 под тягой, создаваемой запальным факелом (или несколькими такими факелами).
Когда остаточная влажность первой порции загруженных отходов достигнет величины, при которой их горение в камере 9 стабилизируется и на поворотных колосниках 21 возникнет слой сухих отходов, начинают подавать воздух в решетку-рассекатель 16 (как хладагент) и в сопла 17 и 19 (как окислитель), включают в постоянную работу объемный питатель 3, пусковые горелки отключают, а отверстия 27 для ввода запальных факелов, как правило, закрывают.
Для настройки на сжигание определенных отходов поворотом заслонки 11 задают расход воздуха, достаточный для эффективной продувки формируемого зажатого слоя сухих отходов, а перемещениями толкателя 10 и регулированием числа оборотов питателя 3 устанавливают толщину и высоту зажатого слоя, которые достаточны для его динамической стабильности.
После выхода на стационарный режим в верхней части камеры 9 подсушенные сыпучие отходы частично сгорают при дефиците окислителя и по мере опускания диспергируются с образованием грубодисперсных горючих твердых частиц и горючих газов и золы.
Горючие частицы и газы, принудительно всасываются через решетку-рассекатель 16 в камеру 13 окислительного пиролиза, где под действием поступающего через сопло (или сопла) 17 Лаваля закрученного сверхзвукового потока нагретого воздуха окончательно формируется горючий аэрозоль. При этом крупные твердые горючие частицы отбрасываются к стенке камеры 13 и попадают далее в кольцевой карман на стыке конической части 15 камеры 13 и диффузора 18. В этом кармане они окончательно измельчаются и вытесняются в выходной канал, то есть в раструб диффузора 18 и далее в выходной конфузор 23 и цилиндрическую насадку 24.
Здесь горючий аэрозоль смешивается с, как правило, нагретым воздухом, подаваемым через тангенциально ориентированное сопло (или сопла) 19, закручивается и в виде факела и поступает в не показанную внешнюю топку на окончательное сжигание.
Образующаяся зола, которая включает минеральные примеси и спекшиеся частицы отходов, самопроизвольно пересыпается в донную часть камеры 9, откуда ее периодически стряхивают в бункер-накопитель 20 поворотами колосников 21. По мере заполнения этого бункера-накопителя 20 золу окончательно удаляют из работающего устройства через люк 22.
Запас отходов в бункере 1 периодически пополняют с таким расчетом, чтобы вход в регулируемый объемный питатель 3 был всегда перекрыт слоем отходов.
Промышленная применимость
Предложенное устройство можно серийно изготовлять из доступных конструкционных материалов и комплектующих узлов.
Оно легко сочетается с водогрейными или паровыми котлами и может быть использовано преимущественно в системах отопления и/или горячего водоснабжения отдельно стоящих жилых, общественных и производственных зданий. Кроме того, при сжигании растительных отходов генерируемый устройством горючий аэрозоль может быть использован для формирования газообразного теплоносителя для сушилок таких сыпучих материалов, как зерна злаков или семена бобовых культур.
Устройство особенно эффективно при высокотемпературном сжигании бытового мусора, который стал одним из основных загрязнителей окружающей природной среды, поскольку в камере окислительного пиролиза происходит глубокая термодеструкция полимеров и пищевых отходов и вследствие их дожигания во внешней топке практически не возникают токсичные и/или дурно пахнущие выбросы в атмосферу.