РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ ГОРЕЛКА
ROTARY PISTON BURNER

Изобретение относится к установкам для получения тепловой энергии из твердого топлива в виде древесных, угольных, торфяных гранул или древесной щепы и может найти применение в котельных жилищно-коммунального хозяйства, а также в установках промышленного назначения.
Известно устройство (RU 83122, МПК F23B 30/00, опубл.: 20.05.2009) полезная модель для сжигания твердого топлива, содержащее корпус с вращающейся колосниковой решеткой с приводным механизмом, выполненной цилиндрической, непровальной, воздухопродуваемой, снабженной лопастями на внутренней ее поверхности, бункер для топлива, снабженный механизмом подачи топлива, и систему подачи воздуха, отличающееся тем, что корпус выполнен с полыми стенками, внутри которого установлены расположенные на одной оси вращения, один в другом цилиндрический кожух, который закреплен на полом валу, и колосниковая решетка, которая закреплена на гильзе, установленной внутри полого вала и закрепленной на нем с помощью радиальных ребер, которые формируют сегментные каналы, образуя полыми стенками корпуса, воздуховодом, сегментными каналами и пространством между цилиндрическим кожухом и колосниковой решеткой канал для прохода воздуха в зону горения, при этом полый вал установлен в подшипниковом узле, закрепленном на корпусе, и кинематически связан с приводом колосниковой решетки, внутри гильзы полого вала концентрично размещен шнек для подачи топлива с приводом, а на свободном конце колосниковой решетки установлено сопло.
Недостатком этого устройства является сложность его промышленного использования.
Известна вертикальная горелка (патент RU 2294483, МПК F23B 40/00, F23C 5/08, опубл.: 27.02.2007), выполненная в виде оболочки усеченного конуса с отверстиями для прокачки воздуха и соединенная узкой стороной с устройством подачи топлива и воздуха, представляющего собой коллектор, соединенный с вентилятором, при этом устройство подачи топлива снабжено шнековым конвейером, часть трубы которого, находящаяся в коллекторе, снабжена отверстиями для воздуха. Топливо и воздух подают в зону горения по заранее заданному алгоритму, обеспечивающему мощность топки и полноту сгорания топлива. Газовые остатки горения отводят в атмосферу через теплообменник, а твердые остатки - в золосборник. Топливо в зону горения подают вместе с воздухом снизу вверх.
Недостатком этой горелки является сложность ее использования для получения полного сгорания топлива, кроме того при сжигании топлива неизбежна неравномерность слоя топлива в горелке при заявленном способе подачи топлива.
Известна колосниковая решетка (DE, PS 4138786, опубл. 03.12.92 - №49, F23H 17/08), содержащая параллельные одна другой штанги, поворачивающие колосники в направлении подачи топлива, при этом в зависимости от назначения штанг и местоположения штанг последние отличаются конструкцией и величиной перемещения. В другой конструкции (заявка ФРГ (DE) №3612391, F23H 7/60, опубл. 15.10.87, УДК 662.93) также содержатся расположенные на нижней раме толкающие стержни.
Их недостатком является также неравномерность расположения топлива на колосниковой решетке.
Наиболее близким техническим решением является топка для сжигания твердого топлива (полезная модель RU 93934, МПК F23B 30/02, F23H 3/02, опубл. 10.05.2010), предназначена для слоевого сжигания твердого топлива, в том числе низкосортного, например, бурых и каменных углей, торфа, отходов деревообработки. Топка содержит камеру сгорания, загрузочный бункер для подачи топлива в камеру сгорания, бункер для уборки золы из камеры сгорания; вибропривод, связанный с колосниковой решеткой; и воздушный короб, размещенный между колосниковой решеткой и основанием. Колосниковая решетка закреплена на основании с помощью рессор и имеет возможность возвратно-поступательного движения. Колосниковая решетка выполнена из водоохлаждаемых труб с закрепленными на их боковых поверхностях полутрубами. Полутрубы обращены вогнутыми частями навстречу друг к другу, перекрывают друг друга, образуя каналы для подачи воздуха.
Недостатком данной топки является неравномерность подачи топлива в топку.
Задачей изобретения является создание простой и удобной в эксплуатации горелки, обеспечивающей эффективное горение топлива.
Поставленная задача решается с помощью роторно-поршневой горелки, включающей:
колосник, выполненный с возможностью прохода воздуха и вращающийся вокруг своей оси,
узел подачи топлива на колосник,
узел подачи воздуха под колосник,
установленного над колосником поршня-толкателя с возможностью совершения возвратно-поступательных движений относительно оси колосника или совершения возвратно-поступательных движений по дуге окружности колосника.
Предпочтительно колосник имеет форму плоского диска или форму барабана.
Предпочтительно дисковый колосник выполнен с возможностью вращения вокруг оси при помощи поршня-толкателя или снабжен отдельным приводом.
Предпочтительно колосник разделен на следующие зоны: зону подачи топлива, зону горения, зону дожигания топлива и зону удаления золы.
Предпочтительно узел подачи воздуха и конструкция колосника позволяют с помощью ребер колосника дозированно подавать воздух в разные его зоны.
Предпочтительно поршень-толкатель имеет дополнительный элемент для передвижения угля.
На фиг. 1 показан общий вид колосника с поршнем-толкателем, на фиг. 2 показаны перемещения колосника и поршня толкателя, на фиг. 3 показаны зоны роторно-поршневой горелки, на фиг. 4 показано использование роторно-поршневой горелки в водогрейном котле, на фиг. 5 показано сгорание топлива в роторно-поршневой горелке, на фиг. 6 показан поршень-толкатель в виде пластины, на фиг. 7 показано перемещение поршня-толкателя с пластиной при ходе вперед, на фиг. 8 показан обратный ход поршня с пластиной.
Роторно-поршневая горелка состоит из поршня-толкателя, причем поршень-толкатель имеет возможность двигаться линейно или по дуге окружности, и вращающегося колосника, причем вращающийся колосник может иметь как форму плоского диска с размещением угля на плоской торцевой его стороне, так и форму барабана с размещением угля на боковой радиусной поверхности. Дисковый колосник 1, снизу разделенный на секторные зоны, благодаря которым может локально регулироваться подвод воздуха к топливу. Дисковый колосник 1 получает вращение вокруг оси 4 под действием специального механизма поршня-толкателя 2 со скребком 3, или от другого дополнительного элемента, например, отдельного привода, сам поршень-толкатель 2 совершает возвратно-поступательное движение вокруг оси 4 под действием своего привода, при ходе поршня-толкателя 2 по часовой стрелке, происходит совместное его движение с колосником 1, при обратном же ходе (против часовой стрелки оси 4) колосник 1 останавливается, а поршень-толкатель 2 движется самостоятельно, при этом после него образуется полость, в которую падает уголь из установленного выше бункера.
Поршень-толкатель снабжают дополнительным элементом, например пластиной в виде уголка. Дополнительный элемент устанавливают при использовании углей с большим содержанием смолистых веществ, ими он не забивается, а самоочищается (трется об уголь) и долго может работать без очистки горелки. На фиг. 6 дополнительный элемент выполнен в виде пластины с разными углами атаки, при ходе вперед угол более отвесный и происходит сдвижка угля (фиг. 7), а при обратном ходе угол более пологий и уголь его огибает сверху (фиг. 8).
Поршень-толкатель 2 имеет механизм, позволяющий двигать колосник 1. В качестве механизма могут быть любые механизмы, известные из уровня техники и предназначенные для этих целей. На колоснике 1 выполнены сквозные отверстия или щели для подвода воздуха к топливу.
Топливо поступает из бункера и заполняет пространство перед поршнем-толкателем 2 (зона I) по выбранному алгоритму, поршень-толкатель 2 совершает ход вдоль колосника 1 и производит перемещение порции топлива. При ходе вперед специальный механизм двигает колосник 1 вместе с поршнем-толкателем 2, а при ходе поршня-толкателя 2 назад колосник 1 останавливается. Далее топливо попадает в зону горения (зона II). После выгорания топлива, появившаяся зола остывает (зона III) и падает с колосника 1 (зона IV) под действием силы тяжести и(или) при помощи скребка 3, прикрепленного к поршню при совершении последним обратного хода. Воздух в зону горения (II) подается через впускной коллектор с окном специальной формы, позволяющим подавать в разные точки колосника 1 разное количество воздуха, что предотвращает несанкционированное проникновение воздуха вдоль колосника. Данный способ подачи топлива в зону горения и отвода золы позволяет производить точную автоматическую позонную настройку параметров подачи воздуха и топлива с помощью известных блоков управления, предназначенных для этой цели, благодаря чему достигается полное его сжигание с минимальным избытком воздуха, что, в конечном счете, практически исключает механический и химический недожог, а также минимизирует разбавление продуктов горения балластным (не участвующим в горении) воздухом, что обеспечивает максимально возможный КПД топки.
Техническим результатом является создание простой и удобной в эксплуатации горелки, обеспечивающей эффективное горение топлива.