СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
METHOD FOR SOLID FUEL COMBUSTION

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для сжигания топлива, в том числе торфа.
Известен способ сжигания твердого топлива путем подачи его шнеком в реторту камеры сгорания, выработку генераторного газа, последующее дожигание твердых остатков на колосниковой решетке и удаление шлака [Пат. РФ 2293252, МПК F23B 10/00, 2007].
Недостатками данного способа являются:
- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что попадающие на колосниковую решетку уже частично сгоревшие большие куски топлива не успеют сгореть полностью, прежде чем упадут в сборник шлака. Этому способствует также уменьшение интенсивности горения кусков топлива вследствие перевода их из высокотемпературной зоны топочного пространства в низкотемпературную. Если загружать соизмеримые куски топлива, то для их получения потребуются дополнительное оборудование и энергия;
- устройство, реализующее этот способ, требует значительных затрат энергии для постоянного перемещения топлива вдоль реторты и колосниковой решетки, что также снижает общий КПД установки;
- неудобство в эксплуатации, связанное с периодической очисткой трубок для отбора генераторного газа, которые неизбежно будут забиваться мелкими частичками топлива и его размягчающейся от температуры массой.
Прототипом является способ сжигания твердых топлив, включающий сгорание топлива на колоснике, подачу в зону горения воздуха через канал под колосником, вывод через щель последнего в канал и задерживание в нем мелких фракций топлива и шлака, последующее удаление остатков сжигания с колосника и из канала путем раскрывания его стенок и проведение при этом одновременной очистки щели колосника [Пат. РФ 2349833, МПК F23B 60/02, 2009].
Недостатки прототипа следующие:
- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что мелкие куски топлива, проваливающиеся через щели колосника, не успевают полностью сгореть и удаляются вместе со шлаком в отвал. Если щель сделать очень маленькую, то снижается производительность топки (падает тепловое напряжение колосника);
- предварительная сортировка кусков топлива по размеру предполагает дополнительные энергетические затраты, что снижает КПД установки.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение полноты сгорания топлива, упрощение конструкции топки, повышение ее производительности и КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе сжигания твердого топлива, включающем сгорание топлива на колоснике, подачу в зону горения воздуха через канал под колосником, вывод через щель последнего в канал и задерживание в нем мелких фракций топлива и шлака, последующее удаление остатков сжигания с колосника и из канала путем раскрывания его стенок и проведение при этом одновременной очистки щели колосника, вывод мелких фракций топлива осуществляют до сжигания, в процессе которого подсушивают их, а удаление производят на последующий колосник, в котором выполняют щель меньше, чем у предыдущего колосника, и размещают его ниже последнего.
Подсушивание снизу и сверху слоя топлива на предыдущем колоснике производят продуктами горения, которые продуцируют сжиганием топлива на последующем колоснике. Подсушивание мелких фракций топлива в канале предыдущего колосника производят продуктами горения, которые продуцируют сжиганием топлива на последующем колоснике. В процессе вывода мелких фракций топлива осуществляют покачивание колосника. Воздух подогревают через теплообменник, в качестве которого используют шнек, которым удаляют шлак и золу. Удаление остатков с колосника производят после полного удаления фракций топлива и шлака из канала.
Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Осуществление вывода мелких фракций топлива до сжигания, в процессе которого производят подсушивание их, способствует качественной подготовке топлива к сжиганию, а именно, во-первых, колосник выполняет функцию сита, благодаря чему крупные куски топлива остаются на колоснике, а мелкие фракции проваливаются через щели в канал и подсушиваются поступающим в канал воздухом. При этом отсутствие на колоснике мелочи позволяет увеличить скорость подачи воздуха для горения и, следовательно, сжигать больше топлива, т.е. увеличить тепловое напряжение. Во-вторых, повышение скорости воздуха, идущего на горение крупных фракций, способствует более быстрому и полному подсушиванию мелких фракций в канале.
Выполнение удаления на последующий колосник с меньшей щелью, чем у предыдущего колосника, и размещение его ниже последнего позволяет производить более полное сжигание мелких фракций. Кроме того, это дает возможность сжигать на предыдущем колоснике только часть топлива и дожигать остаток на последующем, в результате чего увеличивается массовая скорость горения на колоснике и повышается тепловое напряжение.
Подсушивание снизу и сверху слоя крупных и мелких фракций топлива на предыдущем колоснике продуктами горения, которые продуцируют сжиганием топлива на последующем колоснике, ускоряет сушку топлива и делает ее более качественной.
Осуществление покачивания колосника в процессе вывода мелких фракций топлива способствует лучшему разделению крупных и мелких фракций и проходу последних через щели колосника.
Подогревание воздуха через теплообменник, в качестве которого используют шнек, которым удаляют шлак и золу, дает возможность более эффективно использовать тепло твердых остатков продуктов горения, что повышает КПД топочного процесса.
Удаление остатков с колосника после полного удаления топлива и шлака из канала снижает унос дымовыми газами золы и других мелких частичек в момент их пересыпания на нижний колосник, так как слой остатков на колоснике выполняет в данный момент функцию затвора, прикрывая топочное пространство.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство для сжигания твердого топлива. На фиг.2 изображен колосник устройства. На фиг.3 изображен фрагмент обвязочной рамы, на которую навешивается колосник. На фиг.4 изображено устройство в момент удаления топлива и шлака из канала. На фиг.5 изображено устройство в момент удаления остатков с колосника и очистки его щелей от шлака и изгари.
Устройство для сжигания твердого топлива содержит колосники 1 с поддонами 2, установленные с возможностью поворота заодно с осью 3 в пазах 4 обвязочной рамы 5, имеющей поперечины с выступом 6 и зубьями 7, сопрягаемыми со щелями 8 поддонов и 9 колосников, при этом ширина щели нижнего (последующего) меньше, чем у верхнего (предыдущего) колосника (фиг.1, 2, 3). Поддон с зубьями гребенки образует канал 10, который совмещен с отверстием 11 (подачи воздуха) обвязочной рамы. Мелкие фракции 12 топлива и шлака лежат в канале (на поддоне) колосника, на котором сгорают крупные фракции 13 твердого топлива. Внизу топочного пространства 14 размещен сборник золы 15 (шлака) с пустотелым шнеком 16 (теплообменником), имеющим воздуховод 17 для прохода воздуха.
Способ реализуют следующим образом.
Перед подачей порции свежего топлива (торфа) на верхний колосник 1 прекращают подачу воздуха через отверстие 11 в канал 10. После этого загружают топливо и разравнивают его на колоснике, который при этом покачивают и периодически ударяют об обвязочную раму 5, в результате чего мелкие фракции 12 просыпаются сквозь щели 9 колосника на поддон 2, как через сито (фиг.1). Продукты горения топлива, продуцируемые нижним колосником, поступая в топочное пространство 14, омывают верхний колосник и его поддон, нагревая и подсушивая лежащие на них соответственно крупные 13 и мелкие 12 фракции топлива. При этом нагрев происходит также и за счет теплового излучения топочного пространства. Заметим, что если топливо очень влажное, то для ускорения его сушки поворачивают колосник заодно с осью 3 в пазах 4 против часовой стрелки, создавая зазор (проем) между выступом 6 обвязочной рамы и поддоном 2 для прохода в него продуктов горения. При этом последние будут путем конвекции ускорять сушку крупных фракций 13 снизу и мелких 12 сверху. Перед сжиганием топлива колосник возвращают в исходное горизонтальное положение.
После подсушки крупных фракций подают воздух в канал 10 через отверстие 11, что вызывает зажигание летучих и топлива на колоснике 1. В процессе горения крупных фракций 13 происходит дальнейшая сушка мелких фракций 12 топлива в поддоне посредством воздуха, движущегося по каналу 10, и продуктов горения, исходящих от сжигаемого на нижнем колоснике топлива.
После частичного сжигания крупных фракций, когда их остатки станут соизмеримыми с мелкими фракциями, лежащими на поддоне, поворачивают колосник 1 так, чтобы сам он не вышел за выступ 6 обвязочной рамы. При повороте происходит размыкание канала, поскольку щели 8 движущегося поддона беспрепятственно пропускают зубья 7. В образовавшийся проем мелкие (хорошо просушенные) фракции пересыпаются на последующий (нижний) колосник и воспламеняются, а выходу в топочное пространство поднявшейся при этом пыли мешает лежащее на верхнем колоснике недогоревшее топливо (фиг.4). Через некоторое время, когда пыль осядет, поворачивают верхний колосник на больший угол, в результате чего несгоревшее топливо ссыпается с него на нижний и сгорает вместе с уже горящими мелкими фракциями (фиг.5). Одновременно зубья 7 войдут (врежутся) в щели 9 верхнего колосника, благодаря чему колосник будет полностью очищен.
После этого вновь формируют воздушный канал путем возвращения колосника 1 в горизонтальное положение. Затем подают свежую порцию топлива, разделяют крупные и мелкие фракции, подсушивают и возобновляют горение на верхнем колоснике путем подачи воздуха через отверстие 11 в канал 10.
Нижний колосник периодически очищают аналогичным образом, ссыпающиеся с него изгарь и золу 15 убирают из топочного пространства шнеком 16, через воздуховод 17 которого пропускают воздух для нагрева и последующей подачи в зону горения. Благодаря вращению шнека увеличивается теплопередача через его стенки, и зола эффективнее отдает свое тепло воздуху внутри шнека.
Внедрение изобретения позволит увеличить полноту сгорания топлива, упростить конструкцию топки, повысить ее производительность и КПД.