ТОПКА ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ И ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
HEAT GENERATOR FURNACE FOR BURNING WOOD WASTES AND HEAT GENERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области устройств для сжигания древесных отходов и конструкций теплогенераторов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные типы топок для сжигания древесных отходов. Известны также теплогенераторы, основанные на использовании тепла от сжигания древесных отходов..
Известна конструкция топки для сжигания сыпучих древесных материалов по патенту RU 2394187, публ. 10.07.2010, МПК F23G 5/00. Топка содержит вертикальный цилиндрический кожух, коаксиально расположенную внутри него обмуровку топочной камеры, имеющую окно ввода сыпучих древесных материалов, расположенную в ее нижней части колосниковую решетку, а в верхней части - канал отвода дымовых газов. Между внутренней поверхностью кожуха и обращенной к ней поверхностью обмуровки образована кольцевая полость, которая разделена перегородками с образованием рабочих полостей, каждая из которых сообщается с воздуховодом и с внутренним объемом топочной камеры через выполненные в ее обмуровке дутьевые каналы, при этом выходы дутьевых каналов в камеру поярусно расположены вдоль образующих ее внутренней поверхности, подколосниковое пространство топки сообщено с воздуховодом.
Наиболее близким устройством к заявляемой топке теплогенератора с использованием древесных отходов является топка для сжигания биомассы по патенту CN 103591573, публ. 08.02.2017, МПК F23B 40/06, которая может быть использована для воздухонагревательных печей. Топка содержит основание для сгорания, камеру сгорания, расположенную на основании для сгорания, и фланец, расположенный на камере сгорания. Вокруг камеры сгорания расположена цилиндрическая воздушная камера, которая подсоединена к соответствующему дутьевому вентилятору, и сообщена посредством дутьевых сопел с внутренним объемом камеры сгорания. Под основанием для сгорания расположена другая воздушная камера, которая сообщена с дутьевым вентилятором, при этом в основании выполнены сопла для подачи воздуха в камеру сгорания. Топка содержит также устройство подачи биомассы на основание и ящик для хранения золы.
Наиболее близким к конструкции теплогенератора является теплогенератор-утилизатор древесных отходов по патенту RU 2174648, публ. 10.10.2001, МПК F23B 1/38, который предназначен для эффективного использования тепла от утилизации древесных отходов путем сжигания. Теплогенератор содержит бункер для размещения топлива, топку, имеющую камеру сгорания и золосборник, устройство подачи топлива из бункера в топку, устройство для перемещения топлива внутри топки и блок управления подачей топлива. Устройство подачи топлива из бункера в топку выполнено в виде шнека, имеющего два участка. Устройство для перемещения топлива внутри топки выполнено в виде размещенного внутри топки третьего участка шнека устройства подачи топлива из бункера в топку. К выходному отверстию топки подсоединен теплообменник, к выходу для продуктов сгорания которого подсоединен инерционный золоуловитель, к выходу которого, в свою очередь, подсоединен дымосос.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является повышение производительности выработки тепловой энергии за счет более полного сжигания древесных отходов, и увеличения времени безостановочной работы топки.
Топка теплогенератора с использованием древесных отходов, включает цилиндрический корпус, выполненный из обечаек, скрепленных между собой и образующих внутренний объем топки. Каждая из обечаек содержит цилиндрическую воздушную камеру и внутреннюю футеровку огнеупорным материалом. Воздушная камера подсоединена к соответствующему дутьевому вентилятору, и сообщена посредством дутьевых сопел с внутренним объемом топки. Внутри нижней обечайки размещена камера горения, в стенке которой выполнено окно, в котором установлено, по меньшей мере, одно устройство загрузки древесных отходов на дно камеры горения, при этом, по меньшей мере, часть внутренней стенки камеры горения, примыкающей к ее дну и расположенной напротив устройства загрузки, выполнена конусной, сужающейся к упомянутому дну камеры горения, ряд верхних обечаек образует пространство над камерой горения, а внутри верхней обечайки размещена камера смешения, между пространством над камерой горения и камерой смешения установлена потокоотклоняющая перегородка, над камерой смешения установлена труба, сообщающая камеру смещения через регулирующую задвижку с атмосферой, а на выходе камеры смешения, являющимся выходом топки теплогенератора установлен дымосос, при этом топка теплогенератора снабжена устройством управления режимом работы дутьевых вентиляторов, устройства загрузки и регулируемой задвижки.
Достижение более полного сгорания древесных отходов, обладающих, как правило, повышенной влажностью, и увеличения времени безостановочной работы топки достигается за счет того, что в топке реализован режим горения, сочетающий режим острого дутья и режим пиролиза. Высокая эффективность горения, достигающая 95% (КПД горения) достигается за счет конструктивных особенностей топки:
- дозированной подачи древесных отходов без нарушения структуры горящего слоя;
- наличием сопел острого дутья как в зоне горения, так и в пространстве над камерой горения;
- наличием потокоотклоняющей перегородки между пространством над камерой горения и камерой смешения, обеспечивающей задержку недогоревших частиц в пространстве над камерой горения и их догорания;
- регулированием воздушного дутья по зонам топки;
- управляемое поддержание режима горения топлива в заданных температурных пределах.
Более полно достижение технического результата пояснено в разделе осуществления изобретения.
В частности, упомянутая потокорегулирующая перегородка топки может быть выполнена в виде дефлектора.
Кроме того, упомянутая регулируемая задвижка выполнена в виде шиберного регулятора.
Помимо этого, дутьевые сопла могут быть расположены равномерно и тангенциально по образующей внутренней поверхности обечайки.
Устройство загрузки может быть выполнено в виде шнекового устройства.
Помимо этого, устройство загрузки может быть выполнено толкающего типа.
Кроме того, устройство загрузки топки установлено таким образом, чтобы его горизонтальная ось была развернута на угол 1-3° относительно горизонтальной оси топки, проходящей через ее центр.
Кроме того, топка может быть дополнительно снабжена датчиками температуры и датчиком уровня горения.
Другое заявляемое изобретение Теплогенератор.
Теплогенератор включает топку теплогенератора, выполненную по п. 1 и инерционный золоуловитель, вход которого подключен к выходу топки теплогенератора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 представлен разрез топки на виде сбоку А-А.
На Фиг. 2 показан общий вид топки на виде сбоку.
На Фиг. 3 представлен разрез нижней части топки по А-А
На Фиг. 4 показано горизонтальное сечение топки по С-С
На Фиг. 5 представлен вид топки сверху.
На Фиг. 6 приведена схема установки устройства загрузки топки относительно корпуса.
На Фиг. 7 показана блок схема управления работой топки.
На Фиг. 8 схематически показан движение древесных отходов в топке, подача воздуха и движение топочных газов.
На Фиг. 9 представлен вид теплогенератора с топкой и инерционным золоуловителем.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Топка 1 теплогенератора для сжигания древесных отходов (Фиг. 1 - Фиг. 5) содержит цилиндрический корпус 2, выполненный из обечаек 3 установленных друг на друга и жестко скрепленных между собой. Каждая из обечаек 3 содержит герметичную цилиндрическую воздушную камеру 4. Внизу топки 1, в нижней обечайке 3 расположена 5 камера горения. Камера 5 горения имеет внутреннюю футеровку 6 огнеупорным материалом, например, армированным жаростойким бетоном. Ряд верхних обечаек 3 образует пространство 7 над камерой 5 горения, футеровка 6 которых выполнена из огнеупорного материала, например, шамотного кирпича. Внутри верхней обечайки 3 размещена камера 8 смешения. Между пространством 7 над камерой 5 горения и камерой 8 смешения установлена потокоотклоняющая перегородка 9. Над камерой 8 смешения установлена труба 10, сообщающая камеру 8 смешения через регулирующую задвижку 11 с атмосферой. На выходе 17 камеры 8 смешения, являющимся выходом топки 1 теплогенератора установлен дымосос (на рисунках не показан).
Каждая воздушная камера 4 обечайки 3 подсоединена к соответствующему дутьевому вентилятору 12, установленному на корпусе 2 и сообщена посредством дутьевых сопел 13 с соответствующей частью топки 1.
В стенке камеры 5 горения выполнено окно, в котором установлено, по меньшей мере, одно устройство 14 загрузки древесных отходов на дно 15 камеры 5 горения. Часть внутренней стенки 16 камеры 5 горения, примыкающей к ее дну 15 и расположенной напротив устройства 14 загрузки, выполнена конусной, сужающейся к упомянутому дну 15 камеры 5 горения.
В стеке камеры 5 горения также выполнен люк 18 для очистки топки 1. Устройство 14 загрузки топки установлено таким образом (Фиг. 6), чтобы его горизонтальная ось была развернута на угол α равный 1-3° относительно горизонтальной оси топки 1, проходящей через ее центр. В частности, могут быть установлены два устройства 14 загрузки, размешенные симметрично относительно горизонтальной оси топки 1. (Фиг. 5)
Топка 1 теплогенератора снабжена устройством 19 (Фиг. 6) управления режимом работы дутьевых вентиляторов 12, устройства 14 загрузки и регулируемой задвижки 11. Устройство управления 19 содержит центральный блок 20 управления, который соединен с блоками 21 управления дутьевыми вентиляторами 12 каждой обечайки 3, блоком 22 управления устройством загрузки 14 и блоком 23 управления регулируемой задвижки 11. К центральному блоку 20 управления подключен ряд датчиков 24 температуры и датчик 25 горения, которые установлены в футеровке топки 1 (на рисунках не показаны).
Теплогенератор (Фиг. 9) включает топку 1 и инерционный золоуловитель 26, вход которого подключен к выходу топки 1.
Топка 1 теплогенератора работает следующим образом.
Древесные отходы, в частности, щепа, допускается также до 50% коры, с достаточно высоким содержанием влаги, являющиеся низкокалорийным топливом, загружаются через бункер устройства 14 загрузки на дно 15 камеры 5 сгорания топки 1 (Фиг. 8). При этом устройство 14 загрузки должно обеспечивать прерывистый режим загрузки. Данному требованию удовлетворяет шнековое устройство 14 загрузки (показано на Фиг. 5) или устройство загрузки толкающего типа.
При стабильном режиме работы топки 1, который обеспечивается с помощью устройства 19 управления (Фиг. 7) в ручном или автоматическом режиме, топливо занимает объем камеры горения 5 и выше. Над уровнем горящего топлива образуется достаточно стабильная проницаемая для газов шапка горения, включающая в том числе и шлаки, (условно уровень 27 показан на Фиг. 8), под которой образуются три слоя состояния топлива. В нижнем слое, характеризующийся температурой в районе 200°-300°C происходит подсушивание щепы, в слое, который расположен выше происходит пиролиз с образованием горючих газов. Данный слой характеризуется более высокими температурами. Третий слой с температурой горения 850°-1050°C находится в зоне подачи воздуха из воздушной камеры 4 через дутьевые сопла 13 обечайки 3 камеры 5 горения и через дутьевые сопла 13 обечайки 3, расположенной над камерой 5 горения.
Стабильный режим горения позволяет полностью сжигать топливо с минимальным количеством зольных остатков, может быть осуществлен при поддержании температур в выбранных диапазонах, прерывистой подачей топлива, чтобы не выйти из режимов горения и при постоянном сохранении шапки 27 горения.
Сохранение шапки 27 горения стабильной обеспечивается самой конструкцией внутренней стенки 16 камеры горения 5, которая выполнена конусной. Благодаря тому, что топливо подается прерывисто, порциями, эти порции поднимаются от дна по конусной стенке вверх, но не достигают шапки 27 горения потому, что сваливаются вниз. Особенно хорошо удается поддерживать такой режим подачи топлива, если устройство 14 загрузки топки установлено таким образом, чтобы его горизонтальная ось была развернута на угол 1-3° относительно горизонтальной оси топки 1. В этом случае топливо «ползет» как бы по спирали и не разрушает шапку 27 горения (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 8).
Регулируемое дутье 29 по всей высоте топки 1 позволяет обеспечить стабильный режим горения. При этом недогоревшие частицы топлива благодаря потокоотклоняющей перегородке 9 (дефлектору) перед камерой смешения 8 отклоняются вниз и сгорают. Зольные остатки не скапливаются на дне 15 камеры 5 горения, а выносятся в камеру 8 смешения и далее на выход топки 1. Топливные газы 30, попадающие в камеру смешения 8 смешивается с атмосферным воздухом 31 и получают необходимую температуру в диапазоне от 350°-500°C. Регулировка подачи воздуха производится через управление задвижкой 11, шиберным регулятором. Необходимый режим отсоса воздуха из топки 1 обеспечивается дымососом (на рисунках не показан).
Необходимый режим управления работой топки 1 осуществляется с помощью системы управления 19 (Фиг. 7). Показания датчиков 24 температуры, и датчика 25 горения поступают в центральный блок 20 управления, который вырабатывает команды на блоки 21 управления дутьевыми вентиляторами 12 каждой обечайки 3, блок 22 управления устройством загрузки 14 и блок 23 управления регулируемой задвижки 11.
Теплогенератор (Фиг. 9) работает следующим образом. Топливные газы необходимой температуры поступают из топки 1 в инерционный золоуловитель 26, в котором топочные газы очищаются от зольных частичек, выносимых из топки и поступают в герметичный золосборник. Далее топочный газ, разбавленный воздухом, поступает потребителю, например, на сушку материалов, отопление и т.д.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Данная конструкция топки теплогенератора и теплогенератора в целом обеспечивают КПД теплогенератора по топливу до 95%. Регулярность очистки топки теплогенератора один раз в 14-21 день. При этом обеспечивается работа топки на низкосортном, низкокалорийном влажном древесном сырье. За счет полного сжигания отходов при обеспеченном стабильном режиме работы топки выбросы в атмосферу окиси углерода и серы невелики. Теплогенератор обеспечивает необходимую температуру выходных газов и практически полную их очистку от зольных остатков.