Устройство топки высокотемпературного кипящего слоя
COMBUSTER DEVICE OF THE HIGH-TEMPERATURE BOILING BED

Настоящее изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к топочному оборудованию, и может быть использовано для создания топки высокотемпературного кипящего слоя (ВТКС).
Известна полезная модель (Патент РФ №82815, МПК F23C 1/00, опубл. 10.05.2009) «Топочное устройство с кипящим слоем», содержащая описание устройства топки с высокотемпературным кипящим слоем (ВТКС). Оно содержит топочную камеру с наклонной колосниковой решеткой, которая, в сущности, представляет собой воздухораспределитель, и многопланочную шурующую рамку с приводом, приемный шлаковый бункер в нижней ее части, сопла вторичного воздуха в верхней части, расходный бункер топлива и питатель-дозатор топлива. Причем воздухораспределительная решетка выполнена неподвижной, а многопланочная шурующая рамка расположена поверх нее и параллельно ей с возможностью осуществления возвратно-поступательного движения над поверхностью (полотном) воздухораспределительной решетки.
Данное известное техническое решение имеет существенные недостатки, а именно низкую эффективность удаления шлака, так как при возвратно-поступательном движении многопланочной рамки крупные куски шлака с одной планки переваливаются на другую и могут спекаться, образуя на воздухораспределительной решетке зашлакованные участки.
Это обусловлено тем, что многопланочная рамка выполнена как шурующая шлаковые образования из-за совершения только возвратно-поступательного движения и потому не может переталкивать шлак по поверхности воздухораспределительной решетки вверх по уклону в провал, но может при возвратном движение перемещать шлак вниз упомянутой решетки, что приводит к скоплению шлака в нижней части топки и, как следствие, к прекращению работы этого устройства.
Аналогичный недостаток проявляется и в следующем известном техническом решении: Полезная модель «Топочное устройство с кипящим слоем» (Патент РФ №135395, МПК F23C 10/18, F23H 7/00, F23H 17/00, опубл. 10.12.2013 года), которое принято за прототип. В сущности – это устройство топки с высокотемпературным кипящим слоем. Оно содержит топочную камеру с наклонной неподвижной колосниковой воздухораспределительной решеткой, многопланочную шурующую рамку, образованную из планок, которые соединены между собой и с приводом, при этом многопланочная шурующая рамка расположена поверх воздухораспределительной решетки и параллельно ей, приемный шлаковый бункер размещен в нижней ее части, сопла вторичного воздуха находятся в верхней части, расходный бункер топлива и питатель-дозатор топлива, причем воздухораспределительная решетка выполнена ступенчатой, а число планок в шурующей рамке равно числу ступеней в этой решетке, при этом расстояние между планками шурующей рамки равно расстоянию между ступенями упомянутой решетки, кроме того, профиль планки шурующей рамки имеет плоскую, перпендикулярную колосниковой решетке толкающую заднюю стенку и вогнутую переднюю шурующую стенку.
Прототип имеет существенные недостатки, а именно низкая эффективность удаления шлаков с поверхности воздухораспределительной решетки, которая выполнена ступенчатой и на нее уложена шурующая рамка с равным количеством планок и ступеней. Это нарушает работу кипящего слоя за счет неубранных крупных частиц на воздухораспределительной решетке, так как планки при движении вниз упираются в шлак, который в свою очередь упирается в ступень, которая препятствует его движению вниз. В результате шлак переваливается через ступень планки вверх на его толкающую часть, но при движении вверх шлак скапливается на передней толкающей части планки и переваливается через нее на очередную ступень. В результате шлак скапливается как в нижней части ступени, так и в верхней, образуя, фактически, завал на межступенчатом пространстве. Кроме этого, даже если шлак перевалился за очередную ступень, то его наличие на следующей ступени решетки нарушает уже нормальную работу кипящего слоя на этой следующей ступени. При этом рабочая поверхность (полотно) воздухораспределительной решетки расположена под углом порядка 15°. При таком угле наклона эффективное удаление шлака путем его перетаскивания через каждую последующую ступеньку планкой проблематично. И любой другой угол наклона полотна так же не позволит удалить скомкованный шлак. Данная конструкция шурующей рамки не нашла применения в серийных топках именно по причине неработоспособности даже при горизонтальном расположении полотна колосниковой решетки, а вверх толкать шлак такая конструкция не имеет физической возможности.
Задачей настоящего изобретения является создание нового устройства топки с высокотемпературным кипящим слоем, обеспечивающего достижение следующего технического результата, а именно: цикличное и эффективное удаление шлака с воздухораспределительной решетки в процессе работы топки.
Поставленная задача решена следующим образом. В известном устройстве топки высокотемпературного кипящего слоя, содержащем топочную камеру с неподвижной воздухораспределительной решеткой, подвижную планку, снабженную приводом ее движения и расположенную поверх воздухораспределительной решетки и параллельно ей, приемный шлаковый бункер в нижней части топочной камеры, расходный бункер топлива и питатель-дозатор топлива, согласно настоящему изобретению подвижная планка выполнена с возможностью продольного перемещения вдоль воздухораспределительной решетки от ее начала до ее конца с возможностью перехода на противоположную сторону упомянутой решетки и возврата под ней в начало рабочей поверхности воздухораспределительной решетки, при этом приемный шлаковый бункер расположен в конце упомянутой решетки.
Предлагаемое изобретение своей совокупностью существенных признаков позволяет создать новое устройство топки с высокотемпературным кипящим слоем, которое обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- обеспечивает цикличное и эффективное удаление шлака;
- упрощает конструкцию средства удаления шлака с воздухораспределительной решетки;
- снижает металлоемкость при одновременном улучшении условия эксплуатации;
- обеспечивается стабильный режим работы кипящего слоя, так как планка не перекрывает выход воздуха из решетки в топку, поскольку период прохода планки краток по времени, с одной стороны, а с другой - площадь планки незначительна для нарушения качественного кипящего слоя на колосниковом полотне.
Указанные технические результаты обусловлены тем, что воздухораспределительная решетка может быть выполнена неподвижной, а вместо шурующей многопланочной рамки создана удаляющая шлак подвижная планка, которая выполнена с возможностью продольного перемещения вдоль воздухораспределительной решетки от ее начала до ее конца с возможностью перехода на противоположную сторону упомянутой решетки и возврата под ней в начало рабочей поверхности воздухораспределительной решетки, при этом в процессе своего перемещения над поверхностью воздухораспределительной решетки планка имеет возможность последовательно удалять шлак в конец упомянутой решетки и сброса его в приемный шлаковый бункер. Причем процесс такого перемещения планки по воздухораспределительной решетке определяется режимом работы топки и видом используемого топлива.
Возможен, например, такой конструктив убирающей шлак планки, когда ее привод образован из пары цепей с выступающими в топку гребнями, на одном с каждой стороны из которых закреплена предлагаемая планка, а между ними параллельно им установлена воздухораспределительная решетка. В результате образуется устройство по удалению шлака из высокотемпературного кипящего слоя, сформированного воздухораспределительной решеткой. Таким образом, упомянутая планка, а она может также иметь свои профили рабочей поверхности, имеет возможность параллельного перемещения над поверхностью воздухораспределительной решетки от начала ее рабочей части до конца, При этом удаление шлаков с поверхности этой решетки происходит равномерно, что определяется скоростью ее перемещения, так как планка упирается в шлак и сдвигает его в провал после каждого своего оборота вокруг колосниковой решетки. Таким образом, удаление шлака происходит путем его сдвигания за один проход одной планкой, совершаемый по определенной программе в зависимости от сорта топлива и режимов работы топки, в провал за воздухораспределительной решеткой, выполняющей функцию колосниковой решетки. Необходимо отметить, что приведенные существенные признаки необходимы и достаточны для достижения перечисленных технических результатов. Исключение любого из них приведет к потере причинно-следственной связи по достижении указанных технических результатов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося совокупностью существенных признаков, тождественных или эквивалентных предлагаемым. При этом предлагаемое изобретение логически не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Причем определение из выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности существенных признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к рассматриваемым заявителем техническим результатам, достигаемых устройством, охарактеризованным нижеприведенной формулой изобретения. Поэтому заявленное изобретение можно считать новым и обладающим изобретательским уровнем.
Заявленное техническое решение позволяет существенно упростить конструкцию устройства топки с высокотемпературным кипящим слоем. Причем оно обеспечивает абсолютную работоспособность данной топки, с одной стороны, и 100% управляемость и надежность формирования кипящего слоя - с другой, что позволяет оптимизировать процесс сжигания топлива и эффективное удаления шлака и расширяет область применения данной модели топочного устройства. В сущности, по сравнению с известными подобными топочными устройствами высокотемпературного кипящего слоя произошла замена устройства, шурующего шлак на устройство его удаления, т.е. на новое функционально иное устройство.
Техническая сущность и практическая применимость предлагаемого изобретения поясняется ниже следующим описанием и чертежом, на котором Фиг. 1 - общий вид топки в продольном разрезе, а Фиг. 2 - фрагмент подвижной планки 3.
Устройство топки высокотемпературного кипящего слоя содержит топочную камеру 1 с неподвижной воздухораспределительной решеткой 2. В сущности, конструктивно - это колосниковая решетка, причем может быть и колосникового типа. Поверх воздухораспределительной решетки 2 и параллельно ей расположена подвижная планка 3, снабженная приводом 4 ее движения. Благодаря этому приводу планка 3 выполнена с возможностью продольного перемещения вдоль воздухораспределительной решетки 2 от ее начала до ее конца с возможностью перехода на противоположную сторону упомянутой решетки и возврата под ней в начало рабочей ее поверхности. При этом в процессе своего перемещения над поверхностью воздухораспределительной решеткой 2 планка 3 имеет возможность последовательно удалять шлак в конец упомянутой решетки 2 и сбрасывать его в приемный шлаковый бункер 5, расположенный в нижней части топочной камеры 1. Она также имеет расходный бункер 6 топлива и питатель-дозатор 7 топлива.
Устройство работает следующим образом. Первичный воздух подается через воздушные зоны упомянутой решетки 2 под ее решеточное пространство. Вторичный воздух подается через соответствующие в объем топочной камеры 1. Топливо из расходного бункера 6 питателем-дозатором 7 подается на воздухораспределительную решетку 2. Восходящим потоком первичного воздуха топливо приводится в кипящий слой (псевдосжиженное состояние), в котором происходит сжигание и частичная газификация частиц топлива. Унос из слоя и продукты газификации дожигаются в потоке вторичного воздуха в топочной камере 1. Образующиеся в процессе горения крупные агломераты золы и шлак удаляются с воздухораспределительной решетки 2 за счет поступательного движения планки 3, приводимой в движение посредством привода 4, в приемный шлаковый бункер 5. В сущности, упомянутая подвижная планка 3 - устройство удаления крупных агломератов золы и шлака с воздухораспределительной решетки от ее начала до конца, с которого она их сбрасывает в приемный шлаковый бункер 5, переходит на противоположную сторону упомянутой решетки 2 и возвращается под ней в начало рабочей поверхности воздухораспределительной решетки 2. Этот цикл повторяют и в результате осуществляют удаление агломератов, а также шлака из слоя и с воздухораспределительной решетки 2 в приемный шлаковый бункер 5.
Таким образом, обеспечивается стабильный режим работы высокотемпературного кипящего слоя, так как планка выполняет функцию убирающего шлак устройства по соответствующей программе, задаваемой режимом топки (котла) и видом используемого топлива.