Установка для сжигания твердого топлива

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам для сжигания твердого топлива, и может быть использована для обогрева зданий, сооружений, помещений и т.п.
Известна установка для сжигания твердого топлива, содержащая корпус с топочной камерой, люк с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, коллектор для подачи воздуха в топочную камеру и устройство для удаления дымовых газов (патент РФ №2399845, МПК F23B 50/00, 20.09.2010).
Однако данная установка для сжигания твердого топлива характеризуется недостаточной надежностью работы вследствие неполноты сгорания твердого топлива.
Известна также установка для сжигания твердого топлива, содержащая корпус с топочной камерой, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте, люк с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса вблизи одного из его торцев, технологический люк с крышкой, расположенный на другом торце корпуса в нижней его части, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса под технологическим люком, трубу для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, и устройство для удаления дымовых газов, причем внутренняя поверхность корпуса облицована листами из жаропрочной стали, поперек корпуса проложены ободы из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку, на ободы поперек них и по периметру поверхности корпуса до колосниковой решетки жестко уложены с зазором пруты из жаропрочной стали, снаружи вдоль корпуса на верхней его части установлен коллектор для подачи воздуха в полости, образованные листами, ободами и прутами, устройство для удаления дымовых газов выполнено из двух дымовых труб, расположенных горизонтально внутри топочной камеры по обе стороны от ее оси и установленных со стороны открытых торцев на вертикально расположенные Г-образные трубы, которые в верхней части выполнены с отверстиями, а их открытые торцы в нижней части соединены с одной из полостей, образованных листами, ободами и прутами, при этом дымовые трубы снабжены кожухами с отверстиями, образованными со стороны открытых торцев дымовых труб до их середины, а кольцевые полости между дымовыми трубами и кожухами соединены с коллектором для подачи воздуха (патент РФ №2619434, МПК F23B 10/00, 15.05.2017).
Однако данная установка для сжигания твердого топлива характеризуется недостаточной надежностью работы вследствие неполноты сгорания твердого топлива из-за подачи недостаточного количества воздуха в зону горения.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы установки для сжигания твердого топлива за счет подачи достаточного количества воздуха в зону горения.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является оптимизация диаметра прутов, а также ширины зазора между прутами топочной камеры, в результате чего достигается повышение полноты сгорания твердого топлива, что снизит концентрацию вредных веществ в дымовых газах.
Поставленная задача решается тем, что в установке для сжигания твердого топлива, содержащей корпус с топочной камерой, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте, люк с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса вблизи одного из его торцев, технологический люк с крышкой, расположенный на другом торце корпуса в нижней его части, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса под технологическим люком, трубу для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, и устройство для удаления дымовых газов, причем внутренняя поверхность корпуса облицована листами из жаропрочной стали, поперек корпуса проложены ободы из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку, на ободы поперек них и по периметру поверхности корпуса до колосниковой решетки жестко уложены с зазором пруты из жаропрочной стали, снаружи вдоль корпуса на верхней его части установлен коллектор для подачи воздуха в полости, образованные листами, ободами и прутами, устройство для удаления дымовых газов выполнено из двух дымовых труб, расположенных горизонтально внутри топочной камеры по обе стороны от ее оси и установленных со стороны открытых торцев на вертикально расположенные Г-образные трубы, которые в верхней части выполнены с отверстиями, а их открытые торцы в нижней части соединены с одной из полостей, образованных листами, ободами и прутами, при этом дымовые трубы снабжены кожухами с отверстиями, образованными со стороны открытых торцев дымовых труб до их середины, кольцевые полости между дымовыми трубами и кожухами соединены с коллектором для подачи воздуха, согласно полезной модели, диаметр прутов из жаропрочной стали составляет ∅10÷70 мм, а зазор между ними имеет ширину S=0,5÷5 мм.
На фиг. 1 приведен продольный разрез мобильной установки для сжигания твердого топлива.
На фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.
Предлагаемая установка для сжигания твердого топлива содержит корпус 1 с топочной камерой, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте 2, люк 3 с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса 1 вблизи одного из его торцев, технологический люк 4 с крышкой, расположенный на другом торце корпуса 1 в нижней его части, колосниковую решетку 5, установленную горизонтально внутри корпуса 1 под технологическим люком 4, трубу 6 для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой 5, и трубу 7 для удаления золы, установленную в нижней части корпуса 1 под решеткой 6. Внутренняя поверхность корпуса 1 облицована листами 8 из жаропрочной стали. Поперек корпуса 1 проложены ободы 9 из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку 5. На ободы 9 поперек них и по периметру поверхности корпуса 1 до колосниковой решетки 5 жестко уложены с зазором пруты 10 из жаропрочной стали. Снаружи вдоль корпуса 1 на верхней его части установлен коллектор 11 для подачи воздуха в полости 12, образованные листами 8, ободами 9 и прутами 10. Устройство для удаления дымовых газов выполнено из двух дымовых труб 13, расположенных горизонтально внутри топочной камеры по обе стороны от ее оси и установленных со стороны открытых торцев на вертикально расположенные Г-образные трубы 14. Трубы 14 в верхней части выполнены с отверстиями 15, а их открытые торцы в нижней части соединены с одной из полостей 12. Трубы 13 снабжены кожухами 16 с отверстиями 17, образованными со стороны открытых торцев труб 13 до их середины, а кольцевые полости между трубами 13 и кожухами 16 соединены с коллектором 11 для подачи воздуха. Трубы 13 с наружной стороны корпуса 1 объединены в одну вертикально расположенную трубу 18.
Предлагаемая установка для сжигания твердого топлива работает следующим образом.
Через загрузочный люк 3 в корпус 1 загружается твердое топливо, после чего крышка люка герметично закрывается. Через коллектор 11 в полости 12 поступает холодный основной воздух, что снижает теплонапряженность корпуса 1. Далее воздух через зазоры между прутами 10 по периметру поверхности корпуса 1 поступает во внутрь последнего, где служит носителем кислорода. Кроме того, основной воздух через одну из полостей 12 и открытые торцы поступает в Г-образные трубы 14 и далее через их отверстия 15 в виде струй в зону открытых торцев выхлопных труб 13 и отверстий 17 кожухов 16. Твердое топливо поджигается с помощью дежурного факела, подведенного через технологичный люк 4, после чего его крышка герметично закрывается. В объеме корпуса 1, где размещено твердое топливо, образуется низкотемпературная зона горения (1-ая зона) с температурой t≈600÷900°C, а во всем объеме корпуса 1 скапливаются дымовые горячие газы, продукт недосгоревшего топлива.
Дымовые горячие газы двигаются из очага горения (1-ой зоны) в сторону пониженного давления (открытых торцев выхлопных труб 13), куда поступает основной воздух из отверстий 15 Г-образных труб 14. Одновременно из коллектора 11 через кольцевые полости между трубами 13 и кожухами 16 и отверстия 17 кожухов 16 в виде струй во внутрь корпуса 1 поступает дополнительный воздух. Движение дополнительного воздуха направлено против течения дымовых горячих газов, благодаря чему происходит его постепенный разогрев. В процессе движения дымовые горячие газы смешиваются с подогретым основным и дополнительным воздухом, истекающим из отверстий 15 и 17, вследствие чего происходит их догорание. В результате температура горячих газов постоянно повышается, образуется 2-ая зона горения твердых топлив с температурой 1500÷1700°C. Пламя стабилизируется на струях воздуха, истекающих из отверстий 15 и 17. Полное сгорание горючей смеси происходит во всем объеме корпуса 1, куда подводится основной воздух через зазоры между прутами 10.
Кожухи 16 защищают выхлопные трубы 13 от перегрева за счет поступления дополнительного воздуха из коллектора 11. При этом температура дымовых газов к выходам из труб 13 уменьшается, вследствие чего через трубу 18 в атмосферу выбрасываются дымовые газы с низкой температурой. Энергия, выделяющаяся в процессе горения твердого топлива, остается во 2-ой зоне горения, что повышает температуру сгорания. Повышение температуры, в свою очередь, приводит к полному сгоранию топлива и снижению токсичности вредных веществ в дымовых газах.
Таким образом, внутри корпуса 1 происходит двухзонное и двухстадийное горение твердого топлива с рекуперацией тепла в выхлопных трубах 13, образованием горючего газа с температурой горения твердого топлива в 1-ой зоне в пределах t≈600÷900°C и повышением температуры процесса во 2-ой зоне до уровня 1500÷1700°C, что позволяет резко уменьшить образование диоксинов, поскольку подавляется появление в дымовых газах ароматических соединений (предшественников диоксинов) и обеспечивается низкое содержание частиц пыли (катализаторов образования диоксинов в дымовых газах).
Образовавшаяся зола осыпается через колосниковую решетку 5 на дно корпуса 1, откуда выдувается воздухом, поступающим через трубу 6, и удаляется через трубу 7.
При диаметре прутов меньше ∅10 мм из-за высокой температуры газов в топочной камере произойдет перегрев прутов и они потеряют устойчивость.
При диаметре прутов больше ∅70 мм уменьшится количество зазоров (щелей), образованных между ними, в результате чего в топочную камеру будет поступать недостаточное количество воздуха для организации нормального процесса горения твердого топлива.
Для лучшего доступа воздуха в 1-ую зону горения твердого топлива необходимо, чтобы струя воздуха была достаточно сильной. Это обеспечивается тем, что ширина зазора, образованного между прутами топочной камеры, должна составить в пределах S=0,5÷5 мм.
При ширине зазора S, образованного между прутами, меньше S<0,5 мм плохо будет поступать воздух в топочную камеру из-за забивания зазора (щели), образованного между прутами, продуктами несгоревшего топлива, а при зазоре более 5 мм струя воздуха будет слабая из-за слишком большой ширины зазора (щели) и струя воздуха не достигнет зоны горения.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить надежность работы установки для сжигания твердого топлива за счет подачи достаточного количества воздуха в зону горения путем оптимизации ширины зазора между прутами топочной камеры, что снизит, в конечном итоге, концентрацию вредных веществ в дымовых газах.