ГОРЕЛКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ВИДЕ ПРОДУКТА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ, В ЧАСТНОСТИ, МЕЛКОГО ПРОДУКТА
BURNER FOR BURNING FUEL IN THE FORM OF A WOOD GRINDING PRODUCT, IN PARTICULAR, A FINE PRODUCT

Данное изобретение касается горелки для сжигания топлива в виде продукта измельчения древесины, в частности, мелкого продукта, согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения. Мелким продуктом называются древесные частицы, имеющие маленький диаметр, например, не более 3 мм, причем длина частиц мелкого продукта как правило меньше 40 мм. Такого рода мелкий продукт образуется, например, на лесопильных предприятиях и при производстве древесно-стружечных плит. Поскольку при производстве древесно-стружечных плит требуется к тому же тепло для технологических нужд, то отходы, в том числе указанный мелкий продукт, как правило, сжигаются.
Сжигание мелкого продукта при этом представляется проблематичным. Вследствие небольшого размера частиц этот мелкий продукт в топочной камере легко увлекается потоком воздуха и поэтому быстро покидает топочное пространство. Времени пребывания в топочном пространстве как правило недостаточно для того, чтобы воспламенить этот мелкий продукт, так как обычно в нем велико содержание влаги. Это ведет к тому, что сжигание в значительной степени имеет место за топочным пространством и, в частности, во включенной за ним установке для очистки дымовых газов. Это ведет, с одной стороны, к тому, что выделяющееся при сжигании тепло не может быть использовано для выработки пара, а с другой стороны, затрудняет очистку дымовых газов.
Из FR 2 727 744 A1 известна горелка для мелкого продукта, в которой сжигаемый мелкий продукт посредством червячного транспортера помещается в область горения и там смешивается с воздухом горения. Недостатком в такой системе является опасность налипания золы.
Из EP 1 331 443 A1 известно устройство для помещения вторичного топлива в установку для сжигания, в котором червячный транспортер, имеющий уплотнительную область, используется как шлюз, который препятствует выходу дымовых газов или пламени из топочного пространства через подвод топлива. Такая горелка плохо пригодна для мелкого продукта.
Из DE 10 2007 017101 A1 известна твердотопливная горелка, в которой сжигаемый материал сжигается во вращающейся трубе. Такая горелка мало пригодна для мелкого продукта, т.е. из-за высоких скоростей газа в топочном котле продукт легко захватывается и выводится из него.
В основу данного изобретения положена задача улучшения сжигания продуктов измельчения древесины, в частности, мелкого продукта.
Данное изобретение решает эту проблему посредством горелки для сжигания топлива в виде продукта измельчения древесины, в частности, мелкого продукта, содержащей (a) линию подвода топлива для подвода топлива, (b) червячный транспортер для транспортировки топлива, (c) зону горения, причем червячный транспортер установлен для транспортировки топлива от линии подвода топлива к зоне горения, (d) линию подачи воздуха для подвода воздуха к зоне горения, и (e) выходное отверстие горелки для отведения топочных газов из зоны горения. Согласно одному предпочтительному варианту выполнения горелка (f) имеет уплотняющую область (Stopfbereich), которая в направлении движения материала топлива образована за линией подвода топлива и перед зоной горения, причем (g) предпочтительно подающий шнек червячного транспортера и уплотняющая область выполнены с возможностью сжатия топлива в уплотняющей области.
В частности, линия подачи воздуха выполнена так, что она не выдает воздух в червячный транспортер. В частности, эта линия подачи воздуха выдает воздух только в зону горения.
Данное изобретение решает также указанную проблему посредством парового котельного агрегата, содержащего (a) паровой котел, (b) стенку, окружающую топочное пространство, и (c) горелку, которая упоминалась выше, и у которой линия подвода топлива расположена снаружи топочного пространства, причем (d) указанная горелка своей уплотняющей областью выступает в топочное пространство. Данное изобретение решает также указанную проблему посредством способа сжигания мелкого продукта, при котором используется предлагаемая изобретением горелка.
Предпочтительным в данном изобретении является то, что мелкий продукт сжигается в зоне горения и, тем самым, по меньшей мере в подавляющей части внутри горелки. Другими словами, из горелки выходят только топочные газы, но не несгоревшие частицы мелкого продукта. С одной стороны, это ведет к тому, что может использоваться теплота сгорания мелкого продукта, а с другой стороны, облегчается очистка дымовых газов.
В рамках данного описания под продуктом измельчения древесины понимается, например, любой материал, который получается в результате измельчения древесины, в частности, при обработке резанием. Под мелким продуктом понимается, в частности, продукт измельчения древесины, в котором 90 масс. % частиц имеют диаметр огибающего цилиндра не более 4 мм, в частности, не более 2 мм. Под огибающим цилиндром понимается такой воображаемый цилиндр минимального объема, который полностью охватывает соответствующую частицу. Предпочтительно длина этого огибающего цилиндра по меньшей мере для 90 масс. % частиц мелкого продукта составляет не более 35 мм, в частности, не более 25 мм. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере 90 масс. % частиц, из которых состоит этот мелкий продукт, имеют аэродинамический диаметр не более 5 мм.
Под червячным транспортером понимается закрытый червячный транспортер, имеющий участок транспортировки, который проходит в цилиндре. Предпочтительно указанный червячный транспортер представляет собой одношнековый конвейер, т.е. имеется лишь один подающий шнек. Однако, возможно также, что этот червячный транспортер представляет собой, например, двухшнековый конвейер. Подающие шнеки в этом случае могут иметь одинаковую форму или быть выполнены вращающимися встречно.
Под зоной горения понимается, в частности, участок горелки, в котором происходит реакция окисления древесины, точнее - древесного газа, который возникает при полукоксовании древесины. Эта зона горения с цилиндром, в котором проходит указанный по меньшей мере один подающий шнек червячного транспортера, образует общее пространство и располагается предпочтительно в его продолжении. Предпочтительно площадь поперечного сечения зоны горения не более чем на 20% больше, чем площадь поперечного сечения цилиндра. Особенно благоприятно, если площадь поперечного сечения зоны горения самое большее соответствует площади поперечного сечения цилиндра.
Горелка имеет уплотняющую область, которая в направлении движение материала топлива образована за линией подвода топлива и перед зоной горения, причем подающий шнек червячного транспортера и уплотняющая область выполнены с возможностью сжатия топлива в уплотняющей области. Другими словами, этот червячный транспортер расположен так, что транспортируемое им топливо сначала проходит через уплотняющую область, а затем вдавливается в зону горения посредством дополнительно подаваемого топлива. В уплотняющей области частицы топлива сжимаются. Другими словами, удаляется воздух.
Эта уплотняющая область образована так, что там не происходит никакого сжигания и никакого полукоксования топлива. Однако, возможно и предпочтительно, чтобы горелка была расположена так, что температура в уплотняющей области будет настолько высокой, что имеющаяся в топливе вода испарится.
Предпочтительно эта уплотняющая область имеет поперечное сечение, сужающееся в направлении движения материала, в частности, монотонно сужающееся. Это ведет к уплотнению топлива в уплотняющей области.
Альтернативно или дополнительно подающий шнек в уплотняющей области имеет уменьшающийся шаг. В этом случае уплотняющая область является частью области транспортировки, в которой расположен подающий шнек. В этом случае возможно, но не обязательно, что уплотняющая область дополнительно имеет сужающееся поперечное сечение.
Возможно, что подающий шнек в своей задней в направлении движения материала области имеет уменьшающийся шаг, так что топливо сжимается, и/или что цилиндр, в котором проходит подающий шнек, в своем поперечном сечении сужается в направлении движения материала, и/или что за подающим шнеком примыкает область, в которой площадь поперечного сечения уменьшается по меньшей мере на отдельных участках. Было установлено, что может быть благоприятным лишь небольшое сжатие мелкого продукта в уплотняющей области.
Червячный транспортер предпочтительно имеет электропривод, который выполнен с возможностью автоматической стабилизации прикладываемого к подающему шнеку крутящего момента. Например, электропривод содержит электродвигатель и управляющее устройство, которое имеет частотный конвертер и выполнено с возможностью управления электродвигателем посредством электрического тока такой частоты, которая приводит к постоянному крутящему моменту, прикладываемому к подающему шнеку. В частности, в случае электродвигателя речь идет об асинхронном двигателе, у которого крутящий момент может регулироваться посредством скольжения.
Предпочтительно линия подвода топлива имеет блок контроля заполнения, причем управляющее устройство предназначено для управления электродвигателем, так что червячный транспортер всегда заполнен топливом. Для того, чтобы сжигание топлива происходило исключительно в зоне горения и не проникало встречно направлению движения материала в линию подвода топлива, предпочтительно, чтобы горелка в области подающего шнека всегда была полностью заполнена. Таким образом, содержание кислорода в топливе настольно низкое, что сжигание предотвращается.
Согласно изобретению, предлагается также паровой котельный агрегат с паровым котлом для выработки пара, стенкой, которая окружает топочное пространство, причем паровой котел нагревается посредством пламени в топочном пространстве, и предлагаемой изобретением горелкой, линия подвода топлива которой расположена снаружи топочного пространства.
Горелка по меньшей мере своей зоной горения выступает в топочное пространство. Преимущество здесь состоит в том, что теплота сгорания в топочном пространстве ведет к испарению воды в топливе в зоне горения и/или в уплотняющей области. Корпус горелки в области зоны горения и/или уплотняющей области должен состоять из жаропрочной высококачественной стали.
Предпочтительно горелка своей уплотняющей областью выступает в топочное пространство. Для того, чтобы упростить сжигание топлива, которое не является мелким продуктом, паровой котельный агрегат предпочтительно имеет колосниковую решетку, в частности, механическую цепную колосниковую решетку. Сжигание топлива, более крупного, чем указанный мелкий продукт, в частности, предоставляет в распоряжение тепло, которое обеспечивает испарение воды в мелком продукте, так что высушенный мелкий продукт в зоне горения сгорает с высокой температурой.
Согласно изобретению, предлагается также установка для изготовления древесно-стружечных плит с установкой для измельчения древесины, которая в процессе работы производит продукт измельчения древесины, с сортировочным устройством для отделения из продукта измельчения древесины мелкого продукта, так что остается по меньшей мере одна фракция - крупномерная фракция, с предлагаемым изобретением паровым котельным агрегатом, горелка которого для загрузки мелким продуктом соединена с сортировочным устройством, и колосниковая решетка которого для загрузки крупномерной фракцией соединена с сортировочным устройством. Возможно, но не обязательно, что сжигается вся крупномерная фракция. В частности, возможно также, что часть крупномерной фракции применяется для изготовления древесно-стружечных плит. Для этого установка для изготовления древесно-стружечных плит предпочтительно имеет соответствующие машины, например, пресс и/или устройство для расщепления древесины на волокна.
В рамках предлагаемого изобретением способа в горелке предпочтительно сжигается мелкий продукт, у которого влажность древесины составляет по меньшей мере 50% и не более 120%.
Температура в топочном пространстве составляет предпочтительно по меньшей мере 850 C°, что приводит к высокому термическому КПД.
В рамках предлагаемого изобретением способа сначала топливо сжимается в уплотняющей области посредством червячного транспортера. Затем имеющаяся в топливе вода испаряется. Это происходит, в частности, за счет окружающей температуры в топочном пространстве и результирующего теплового потока из топочного пространства в уплотняющую область. После этого топливо превращается в газ, так что возникает древесный газ. Этот древесный газ затем сжигается в зоне горения при подаче воздуха. Горячие дымовые газы выходят из горелки через выходное отверстие горелки.
Ниже данное изобретение разъясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. При этом на чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - схематичный вид предлагаемой изобретением установки для изготовления древесно-стружечных плит с представленным в изометрии поперечным сечением предлагаемой изобретением горелки, и
Фиг. 2 - с делением на Фиг. 2a, Фиг. 2b и Фиг. 2c - другие виды предлагаемой изобретением горелки по Фиг. 1.
На Фиг. 1 показана предлагаемая изобретением установка 10 для изготовления древесно-стружечных плит с установкой 12 для измельчения древесины 14. Эта установка 12 для измельчения древесины может содержать, например, измельчитель или цепную пилу, и изготовляет продукт измельчения древесины, который в данном случае подается на опционально имеющееся сортировочное устройство 16, например, в виде пневмоклассификатора. Таким образом мелкий продукт 18 отделяется и подается на линию 20 подвода топлива, которая в данном случае образована топливным каналом.
Линия 20 подвода топлива является частью предлагаемой изобретением горелки 22, которая для этого имеет червячный транспортер 24 и линию 26 подачи воздуха. Червячный транспортер 24 содержит подающий шнек 28, установленный в цилиндре 30. Во время работы подающего шнека 28 мелкий продукт 18 транспортируется в направлении M движения материала в уплотняющую область 32.
34
34
Уплотняющая область 32 находится в топочном пространстве 34, в котором во время работы установки господствует температура T по меньшей мере T=850 C°. Топочное пространство 34 ограничено стенкой 36 и включает в себя паровой котел 38, который в данном случае образован высокопрочными и температуростойкими трубами.
В уплотняющей области 32 повышается плотность мелкого продукта 18. Благодаря этому содержащийся в мелком продукте 18 воздух вытесняется в направлении M движения материала и в противоположном направлении. К тому же мелкий продукт 18 нагревается, поскольку тепло из топочного пространства 34 распространяется через корпус 40 до мелкого продукта 18 в уплотняющей области 32. Возникающий водяной пар покидает горелку 22 через выходное отверстие 42 горелки. Выходное отверстие 42 горелки расположено над верхней кромкой колосниковой решетки 58. Например, расстояние d между выходным отверстием 42 горелки и верхней кромкой колосниковой решетки 58 составляет по меньшей мере 3 м и не более 15 м.
В направлении M движения материала за уплотняющей областью 32 горелка 22 имеет область 44 газификации, в которой мелкий продукт 18 превращается в газ. При этом возникает древесный газ, который течет в зону 46 горения. В зоне горения воздух подается посредством линии 26 подачи воздуха, так что древесный газ 48 и воздух 50 реагируют друг с другом. Другими словами, древесный газ сгорает, и образуются топочные газы 52, которые выходят через выходное отверстие 42 горелки и нагревают паровой котел 38.
На Фиг. 1 показано, что линия 20 подвода топлива, а также подающий шнек 28 находятся снаружи топочного пространства 34, что представляет собой предпочтительный вариант выполнения. Горелка 22, напротив, выступает в топочное пространство 34 настолько далеко, что уплотняющая область, область 44 газификации, а также зона 46 горения располагаются в топочном пространстве 34.
Подающий шнек 28 в данном случае имеет постоянный шаг. Позади цилиндра 30, который в данном случае выполнен цилиндрическим, непосредственно примыкает реакционное пространство 54, в котором образованы уплотняющая область 32, область 44 газификации, а также зона 46 горения. В реакционном пространстве 54 внутреннее поперечное сечение уменьшается в направлении M движения материала. Благодаря этому происходит сжатие мелкого продукта 18, как это было описано выше.
На Фиг. 1 схематично показано, что паровой котел 38, стенка 36, а также горелка 22 являются частью парового котельного агрегата 56, который к тому же содержит колосниковую решетку 58. Она загружается продуктами измельчения древесины, которые не являются мелким продуктом. Другими словами, посредством колосниковой решетки 58 сжигается крупный материал, при сжигании которого не возникает проблем, характерных для мелкого продукта 18.
На Фиг. 1 схематично показано, что в направлении движения материала за сортировочным устройством 18 можно видеть производственный цех 60 для изготовления древесно-стружечных плит 61 из продуктов измельчения древесины, выходящих из установки 12 для измельчения древесины. Этот производственный цех 60 может иметь, например, устройство для расщепления древесины на волокна, а также двухленточный пресс. Он нагревается, например, масляным теплоносителем, который был нагрет в паровом котельном агрегате. Такие производственные цехи 60 относятся к уровню техники и поэтому не рассматриваются здесь более подробно.
Soll
На Фиг. 2a показана горелка по Фиг. 1. На Фиг. 2b показан вид снизу, на котором показан электродвигатель 62 для привода подающего шнека 28, в данном случае посредством приводной цепи. Электродвигатель 62 является частью электропривода 64, который к тому же имеет управляющее устройство 66, которое имеет частотный преобразователь, и которое снабжает электродвигатель 62 электрическим током изменяемой частоты f. Этот электродвигатель 62 представляет собой асинхронный двигатель, частота вращения ω которого и крутящий момент M могут регулироваться исходя из частоты f. В данном случае крутящий момент M регулированием устанавливается на заданное значение M крутящего момента.
Soll
Soll
Во время работы подающий шнек 28 перемещает мелкий продукт 18 в направлении M движения материала к топочному пространству 34. За счет конически сходящегося реакционного пространства 54 мелкий продукт 18 набивается в уплотняющей области 32. Точное положение уплотняющей области 32 относительно подающего шнека 28 может устанавливаться посредством заданного значения M крутящего момента. Чем выше это заданное значение M крутящего момента и, тем самым, крутящий момент M, фактически прикладываемый к подающему шнеку 28, тем дальше смещается точка набивки в направлении выходного отверстия 42 горелки.
В уплотняющей области 32 мелкий продукт 18 остается до тех пор, пока из этого мелкого продукта 18 не испарится влага под действием окружающего тепла. За счет дополнительного подвода тепла мелкий продукт 18 в области 44 газификации начинает превращаться в газ. Это уменьшает объем мелкого продукта 18, так что он движется дальше вперед в направлении движения материала. Благодаря этому падает крутящий момент M, который должен использовать подающий шнек. Вследствие этого подающий шнек снова вращается и перемещает дополнительный мелкий продукт 18 в направлении движения материала. Номинальная производительность червячного транспортера 24 составляет по меньшей мере 2 тонны топлива в час, предпочтительно по меньшей мере 3 тонны топлива в час.
Следует указать на то, что в данном описании преимущественно речь шла о мелком продукте. Однако, можно также посредством предлагаемой изобретением горелки 22 сжигать топливо в виде продуктов измельчения древесины, которые являются более крупными, чем мелкий продукт.
На Фиг. 1 показано, что горелка 22 имеет устройство 68 контроля заполнения, которое измеряет уровень заполнения топливом 18 в линии подвода топлива. Например, это устройство 68 контроля заполнения имеет фотоэлектрические датчики или ультразвуковой датчик, или иной датчик для измерения уровня заполнения.
Soll
Если заранее заданный критический уровень заполнения не достигается, то принимают, что при недостижении этого уровня заполнения больше не гарантируется, что цилиндр 30 всегда заполнен топливом 18, и тогда устройство 68 контроля заполнения выдает сигнал на управляющее устройство 66, так что оно снижает частоту вращения n электродвигателя 62 при необходимости до нуля. Если этот критический уровень заполнения превышается, то управляющее устройство 66 снова регулирует электродвигатель до заданного значения M крутящего момента.
Перечень ссылочных обозначений
10 установка для изготовления древесно-стружечных плит
12 установка для измельчения древесины
14 древесина
16 сортировочное устройство
18 топливо/мелкий продукт
20 линия подвода топлива
22 горелка
24 червячный транспортер
26 линия подачи воздуха
28 подающий шнек
30 цилиндр
32 уплотняющая область
34 топочное пространство
36 стенка
38 паровой котел
40 корпус
42 выходное отверстие горелки
44 область газификации
46 зона горения
48 древесный газ
50 воздух
52 топочные газы
54 реакционное пространство
56 паровой котельный агрегат
58 колосниковая решетка
60 производственный цех
61 древесно-стружечные плиты
62 электродвигатель
64 электропривод
66 управляющее устройство
68 устройство контроля заполнения
D расстояние
ω частота вращения
f частота
M направление потока материала
M крутящий момент
Soll
M заданное значение крутящего момента
N частота вращения
Q поперечное сечение
S шаг
34
T температура