ДВУХКАМЕРНАЯ ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРОБЛЕНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ (ВАРИАНТЫ)
DOUBLE-CHAMBER FURNACE FOR BURNING CRUSHED WOOD WASTES (VERSIONS)

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах утилизации отходов деревообрабатывающих производств при одновременной выработке тепловой энергии и сокращении потребления газа и жидкого топлива.
Известна топка, содержащая вертикальную камеру газогенерирования кипящего слоя с потолочным узлом ввода дробленого топлива, подовой топливоудерживающей решеткой и соплами первичного воздуха в решетке, камеру дожигания с вертикальными стенами и дожигающими воздушными соплами третичного дутья, а также соединительный газоход с фильтрующей газозаборной решеткой и воздушными соплами вторичного дутья, ориентированными в камеру дожигания вместе с продуктами газификации (авторское свидетельство СССР №1574988, МПК F23С 11/02 от 05.05.88 г.; БИ №24 от 30.06.90 г.). Недостаток топки - значительный вынос в камеру дожигания влаги, препятствующей выжиганию генераторного газа при подаче в газогенератор древесных отходов.
Известна топка, содержащая вертикальные предтопки с узлами потолочного ввода первичного воздуха, пылевидного и дробленого органического топлива, камеру дожигания с соплами подачи третичного воздуха, соединительных газоходов для перетока продуктов неполного сгорания из предтопков в дожигательную камеру с установленными в них эжекторами, использующими в качестве рабочего агента вторичный воздух (авторское свидетельство СССР №918662, МПК F23С 6/00 от 01.10.79 г.; БИ №13 от 07.04.82 г.). Недостаток топки - высокая степень недожога дробленого топлива, а также значительный выход в атмосферу оксидов азота.
Известна двухкамерная топка для сжигания дробленых отходов, содержащая камеру газогенерирования кипящего слоя с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, размещенные на решетке сопла первичного воздушного дутья, призматическую камеру дожигания также с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, соплами вторичного и третичного дутья, газоход, соединяющий заднюю стену камеры газогенерирования и фронтовую стену камеры дожигания, размещенный над слоеудерживающей решеткой и над соплами первичного воздушного дутья (патент РФ №2143084; F23С 1/12 от 16.02.1999 г.; БИ №35, 1999 г.). Недостаток устройства - высокий уровень выноса в камеру дожигания и из котла недожженных частиц при подаче в топку древесных отходов, плохо улавливаемых в традиционных золоуловителях, что вызывает активное загрязнение окружающей среды.
Известна наиболее близкая к заявляемому устройству двухкамерная топка для сжигания дробленых древесных отходов, содержащая слоевую призматическую камеру газогенерирования с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, размещенные на решетке сопла первичного воздушного дутья, призматическую камеру дожигания также с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, соплами вторичного и третичного дутья, газоход, соединяющий заднюю стену камеры газогенерирования и фронтовую стену камеры дожигания, размещенный над слоеудерживающей решеткой и над соплами первичного воздушного дутья (патент РФ №2386079; F23G 5/32, F23G 7/02 от 09.10.2010 г.; БИ №10, 2010 г.). Недостаток устройства - высокий уровень выноса в камеру дожигания и из котла недожженных частиц при подаче в топку древесных отходов, плохо улавливаемых в традиционных золоуловителях, что вызывает активное загрязнение окружающей среды.
Задача изобретения - уменьшение недожога вводимых древесных отходов и выбросов вредных веществ в атмосферу.
Для этого предлагается универсальное конструктивное решение для трех вариантов вывода генераторного газа из камеры газогенерирования.
По первому варианту в двухкамерной топке для сжигания дробленых древесных отходов, содержащей слоевую призматическую камеру газогенерирования с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, с установленными над ней соплами первичного воздушного дутья, с размещенными окнами выпуска генераторного газа на задней стене над слоеудерживающей решеткой и соплами первичного воздушного дутья и под слоеудерживающей решеткой и оснащенными фильтрующими решетками, а также призматическую камеру дожигания с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, размещенными на фронтовой стене окнами ввода генераторного газа, соплами дожигающего воздуха, газоходы, соединяющие камеры газогенерирования и дожигания и подключенные к окнам выпуска и ввода генераторного газа соответственно в задней стене камеры газогенерирования и во фронтовой стене камеры дожигания, с заведенными вовнутрь и ориентированными в направлении камеры дожигания осесимметричными соплами вторичного воздушного дутья, согласно изобретению в газоходах с равномерным шагом установлены простенки, образующие систему вертикально-щелевых конфузорных каналов с равновеликими входными и выходными проходными сечениями и параллельными между собой вертикальными плоскостями симметрии, шириной на фронтовой стене камеры дожигания (0,4-1,7) ширины каналов в выходных сечениях, сопла вторичного дутья скомпонованы в вертикальные ряды, установлены во входных сечениях каждого из каналов, а их оси совмещены с вертикальными плоскостями симметрии соответствующих конфузорных каналов.
По второму варианту в двухкамерной топке для сжигания дробленых древесных отходов, содержащей слоевую призматическую камеру газогенерирования с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, с установленными над ней соплами первичного воздушного дутья, с размещенными окнами выпуска генераторного газа на задней стене над слоеудерживающей решеткой и соплами первичного воздушного дутья и оснащенными фильтрующими решетками, а также призматическую камеру дожигания с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, размещенными на фронтовой стене окнами ввода генераторного газа, соплами дожигающего воздуха, газоходы, соединяющие камеры газогенерирования и дожигания и подключенные к окнам выпуска и ввода генераторного газа соответственно в задней стене камеры газогенерирования и во фронтовой стене камеры дожигания, с заведенными вовнутрь и ориентированными в направлении камеры дожигания осесимметричными соплами вторичного воздушного дутья, согласно изобретению в газоходах с равномерным шагом установлены простенки, образующие систему вертикально-щелевых конфузорных каналов с равновеликими входными и выходными проходными сечениями и параллельными между собой вертикальными плоскостями симметрии, шириной на фронтовой стене камеры дожигания (0,4-1,7) ширины каналов в выходных сечениях, сопла вторичного дутья скомпонованы в вертикальные ряды, установлены во входных сечениях каждого из каналов, а их оси совмещены с вертикальными плоскостями симметрии соответствующих конфузорных каналов.
По третьему варианту в двухкамерной топке для сжигания дробленых древесных отходов, содержащей слоевую призматическую камеру газогенерирования с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, с установленными над ней соплами первичного воздушного дутья, с размещенными окнами выпуска генераторного газа на задней стене под слоеудерживающей решеткой и оснащенными фильтрующими решетками, а также призматическую камеру дожигания с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, размещенными на фронтовой стене окнами ввода генераторного газа, соплами дожигающего воздуха, газоходы, соединяющие камеры газогенерирования и дожигания и подключенные к окнам выпуска и ввода генераторного газа соответственно в задней стене камеры газогенерирования и во фронтовой стене камеры дожигания, с заведенными вовнутрь и ориентированными в направлении камеры дожигания осесимметричными соплами вторичного воздушного дутья, согласно изобретению в газоходах с равномерным шагом установлены простенки, образующие систему вертикально-щелевых конфузорных каналов с равновеликими входными и выходными проходными сечениями и параллельными между собой вертикальными плоскостями симметрии, шириной на фронтовой стене камеры дожигания (0,4-1,7) ширины каналов в выходных сечениях, сопла вторичного дутья скомпонованы в вертикальные ряды, установлены во входных сечениях каждого из каналов, а их оси совмещены с вертикальными плоскостями симметрии соответствующих конфузорных каналов.
3
3
3
Установкой простенков в газоходах с образованием конфузорных вертикально-щелевых каналов шириной на фронтовой стене камеры дожигания А=(0,4-1,7)·В ширины каналов в выходных сечениях с одновременной компоновкой сопл вторичного дутья в вертикальные ряды и совмещении их осей с вертикальными плоскостями симметрии достигается снижение недожога как газогенераторного газа, так и древесных отходов в целом; кроме того уменьшается выход в атмосферу оксидов азота. При А=(0,41-1,69)·В значение концентрации оксида углерода СО≈0%, а оксидов азота NOx=160-200 мг/нм; при А=0,4В, А=1,7В наблюдается незначительное отклонение концентраций: СО≈0,01%, NOx=180-260 мг/нм. Как только параметр А выходит за заявленный диапазон, даже незначительно, например, А≈0,39В или A≈1,71, контролируемые значения концентраций СО≈0,5-1,0%, NOx=350-420 мг/нм, то есть резко скачкообразно увеличиваются, отсюда диапазон А=(0,4-1,7)·В оптимален.
На чертежах даются пояснения повариантного изменения конструкции двухкамерной топки для сжигания дробленых древесных отходов согласно изобретению.
На фиг.1 представлена схема двухкамерной топки с двухъярусным выводом генераторного газа из камеры газогенерирования в камеру дожигания по варианту 1; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - схема двухкамерной топки с одноярусным выводом генераторного газа по варианту 2; на фиг.5 - схема двухкамерной топки с одноярусным выводом генераторного газа по варианту 3.
Двухкамерная топка по первому варианту на фиг.1, 2, 3 содержит слоевую призматическую камеру газогенерирования 1 с вертикальными фронтовой стеной 2, задней стеной 3 и боковыми стенами 4, 5, потолочным перекрытием 6, имеющим газоплотный узел ввода 7 дробленых древесных отходов 8 (выполненный, в частности, в виде бункерно-шнековой системы), со слоеудерживающей подовой решеткой 9, с установленными над ней соплами первичного воздушного дутья 10, с размещенными окнами выпуска 11, 12 генераторного газа 13 на задней стене 3 над слоеудерживающей решеткой 9 и соплами первичного воздушного дутья 10 и под слоеудерживающей решеткой 9 и оснащенными фильтрующими решетками 14, 15, а также призматическую камеру дожигания 16 с вертикальными фронтовой стеной 17, задней стеной 18, боковыми стенами 19, 20, размещенными на фронтовой стене 17 окнами ввода 21, 22 генераторного газа 13, соплами дожигающего воздуха 23, 24, газоходы 25, 26, соединяющие камеры газогенерирования 1 и дожигания 16 соответственно и подключенные к окнам выпуска 11, 12 и окнам ввода 21, 22 генераторного газа 13 соответственно в задней стене 3 камеры газогенерирования 1 и во фронтовой стене 17 камеры дожигания 16, с заведенными вовнутрь и ориентированными в направлении камеры дожигания 16 соплами вторичного дутья 27, 28 соответственно с осями симметрии m, k. Отличительной особенностью устройства является установка в газоходах 25, 26 простенков 29, образующих систему вертикально-щелевых конфузорных каналов 30 с равными входными и выходными проходными сечениями и параллельными между собой вертикальными плоскостями симметрии R, шириной на фронтовой стене 17 камеры дожигания 16, равной А=(0,4-1,7)·В, где В - ширина каналов в выходных сечениях, сопла вторичного дутья 27, 28 скомпонованы в вертикальные ряды, установлены во входных сечениях каждого из каналов 30, а их оси m, k совмещены с вертикальными плоскостями симметрии R соответствующих конфузорных каналов 30.
Работа двухкамерной топки по первому варианту на фиг.1, 2, 3 осуществляется путем подачи через узел ввода 7 дробленых древесных отходов 8. Питатель топлива 31 загружает бункер уплотнения 32, откуда шнеками 33 отходы вводят в камеру газогенерирования 1. Отходы 8 укладываются слоем на слоеудерживающую решетку 9; в слой дробленых отходов 8 через сопла 10 струями подают первичный воздух, нагреваемый в котле до температуры 600-700 К, необходимой для протекания устойчивого экзотермического окисления топливных компонент отходов 8 в нижней части камеры газогенерирования 1 на слоеудерживающей решетке 9. Образующиеся продукты неполного сгорания - генераторные газы 13 над и под решеткой 9 через фильтрующие решетки 14, 15 в окнах выпуска 11, 12, газоходы 25, 26 и окна ввода 21, 22 генераторного газа 13 выводятся из камеры газогенерирования 1 в камеру дожигания 16; в газоходах 25, 26 генераторный газ 13 эжектируется струями вторичного воздуха, причем последний частично доокисляет топливные компоненты газа и формирует на выходе из газоходов 25, 26 в окнах ввода 21, 22 генераторного газа 13 устойчивый факел. Дожигание топливных составляющих генераторного газа 13 осуществляют в камере дожигания 16 потоками дожигающего воздуха, истекающего из сопл 23, 24, установленных на боковых стенах 19, 20 камеры дожигания 16. Фронтовая стена 17, задняя стена 18, боковые стены 19, 20 камеры дожигания 16 экранированы трубами 34, по которым транспортируется пароводяная смесь. Выгоревшие газообразные продукты 35 отводят через выходное окно 36 для дальнейшего охлаждения в поверхностях нагрева котла и далее через дымовую трубу в атмосферу (на фиг.1, 2, 3 не показаны).
3
3
3
Установкой простенков 29 в газоходах 25, 26 с образованием конфузорных вертикально-щелевых каналов 30 шириной на фронтовой стене 17 камеры дожигания 16, равной А=(0,4-1,7)·В ширины каналов в выходных сечениях, с одновременной компоновкой сопл вторичного дутья 27, 28 в вертикальные ряды и совмещением их осей m, k с вертикальными плоскостями симметрии R достигается снижение недожога как газогенераторного газа 13, так и древесных отходов 8 в целом; кроме того уменьшается выход в атмосферу оксидов азота. При А=(0,41-1,69)·В значение концентрации оксида углерода СО≈0%, а оксидов азота NOx=160-200 мг/нм; при А=0,4В, А=1,7В наблюдается незначительное отклонение концентраций: СО≈0,01%, NOx=180-260 мг/нм. Как только параметр А выходит за заявленный диапазон, даже незначительно, например, А≈0,39В или А≈1,71, контролируемые значения концентраций СО≈0,5-1,0%, NOx=350-420 мг/нм, то есть резко скачкообразно увеличиваются, отсюда диапазон А=(0,4-1,7)·В оптимален.
Двухкамерная топка по второму варианту на фиг.4 содержит те же элементы и обозначения позиций, что и устройство на фиг.1, 2, 3, исключая соединительный газоход 26 нижнего яруса и соответствующие, связанные с ним, элементы 12, 15, 22, 24, 28 и ось k.
Работа двухкамерной топки на фиг.4 аналогична работе устройства на фиг.1, 2, 3.
Двухкамерная топка по третьему варианту на фиг.5 содержит те же элементы и обозначения позиций, что и устройство на фиг.1, 2, 3, исключая соединительный газоход 25 верхнего яруса и связанные с ним элементы 11, 14, 21, 23, 27 и ось m.
Работа двухкамерной топки на фиг.5 аналогична работе устройства на фиг.1, 2, 3.
Использование двухкамерной топки связано с необходимостью утилизации отходов деревоперерабатывающих производств. Предлагаемое устройство утилизации древесных отходов предполагает их предварительное измельчение до фракций с эквивалентными диаметрами 0,010-0,015 м и газогенерирование в слое высотой 1,0-2,5 м при непрерывных подаче в камеру газогенерирования 1 и отводе генераторного газа 13 в камеру дожигания 16. При работе предлагаемого устройства заменяется высокореакционное дорогостоящее органическое топливо. При реализации заявленного диапазона А=(0,4-1,7)·В минимизируется недожог и концентрация оксидов азота в выводимых в атмосферу продуктах сгорания.