Установка для сжигания твердого топлива

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам для сжигания твердого топлива, и может быть использовано для обогрева зданий, сооружений, помещений и т.п.
Известна установка для сжигания твердого топлива в плотном слое. В верхней части слоя известной установки после загрузки находится свежее топливо, под ним располагается горящий кокс, а непосредственно над решеткой - шлак, по мере выгорания топливо проходит все зоны. Воздух подается снизу, через решетку. Образующийся при горении топлива шлак стекает через решетку в зону золоудаления. Топки для сжигания в плотном слое могут быть немеханическими, полумеханическими и механизированными. При всем многообразии конструкций все они содержат: забрасыватель, камеру сгорания топлива с колосниковой решеткой, устройство для принудительной подачи воздуха в зону горения и камеры с теплоносителем (Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. «Котельные установки промышленных предприятий», М., Энергоатомиздат, 1988, с. 11).
Однако известная установка характеризуется недостаточно высоким КПД, неполным сгоранием топлива и выделением в атмосферу вредных газообразных и твердых остатков.
Известно устройство для сжигания твердого топлива с помощью котельной установки двухступенчатого типа, в котором цилиндрическая топочная камера имеет высоту не менее 3 метров, а загрузочный люк расположен на высоте 2 м и снабжен устройством, обеспечивающим секторную загрузку топлива, кроме того, котельная установка снабжена штырями для скважинной прошивки зоны горения (патент РФ №2334166, МПК F23B 60/00, 20.09.2008). В известном устройстве сжигание топлива на первой и второй ступени производят в цилиндрической топочной камере. Центр конуса, образуемого засыпанным топливом, смещен относительно центра основания топочной камеры, что обеспечивает ее разделение на две зоны горения и совмещение плотного высокотемпературного пламени, образованного в процессе горения слоя топлива у основания конуса, с газами, образующимися в процессе горения топлива по всей высоте конуса. Интенсификацию процесса горения производят путем принудительной скважинной прошивки всей зоны горения твердого топлива с помощью вертикальных штырей, опускаемых из верхней части котельной установки, и принудительной подачи воздуха в зольную часть топки.
Однако известное устройство характеризуется повышенным расходом электроэнергии из-за принудительной подачи воздуха в зону горения и конвейерного золоудаления, а также недостаточной очисткой газообразных продуктов горения от сажи. Кроме того, процесс постоянного слежения за прошивкой и сама прошивка зоны загрузки и зоны горения топлива штырями - процесс достаточно трудоемкий.
Также 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 торцов, 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 ободья из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку, на ободья 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, ободьями и прутами (Патент РФ №2619434 МПК F23L 9/02, 2017).
Однако данная установка для сжигания твердого топлива характеризуется недостаточной надежностью работы вследствие неполноты сгорания твердого топлива, вызванной тем, что воздух, подаваемый через щели, образованные между прутами, из-за их большого зазора быстро размывается внутри корпуса и до зоны горения почти не доходит.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы установки для сжигания твердого топлива за счет снижения теплонапряженности корпуса и повышения полноты сгорания твердого топлива путем организации двухзонного и двухстадийного горения.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является предохранение корпуса установки от прогара путем подачи холодного воздуха в полости, образованные корпусом, ободьями и листами из жаропрочной стали, а также снижение токсичности вредных веществ в дымовых газах путем организации двухзонного и двухстадийного горения.
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 торцов, технологический люк с крышкой, расположенный на другом торце корпуса в нижней его части, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса под технологическим люком, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, трубу для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой, и трубу для удаления дымовых газов, установленную на верхней части корпуса вблизи другого торца корпуса, согласно полезной модели, поперек корпуса на некотором расстоянии друг от друга проложены стальные ободья, выполненные в виде дуг, установленные на колосниковую решетку, на ободья поперек них и по периметру поверхности корпуса до колосниковой решетки жестко уложены стальные листы с отверстиями, а снаружи вдоль корпуса на верхней его части установлен коллектор для подачи воздуха в полости, образованные корпусом, ободьями и листами.
Поставленная задача решается также тем, что внутри топочной камеры на верхней ее части параллельно колосниковой решетке установлена перегородка, разделяющая камеру на две части, при этом со стороны торца камеры, где расположен загрузочный люк, образован зазор между перегородкой и листами с отверстиями, уложенными на ободья.
На фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемой установки для сжигания твердого топлива.
На фиг. 2 - вид сверху.
На фиг. 3 - Общий вид установки.
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, и трубу 6 для удаления золы, установленную в нижней части корпуса 1 под решеткой 5. Поперек корпуса 1 на некотором расстоянии друг от друга проложены стальные ободья 7, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку 5. На ободья 7 поперек них и по периметру поверхности корпуса 1 до колосниковой решетки 5 жестко уложены стальные листы 8 с отверстиями 9. Снаружи вдоль корпуса 1 на верхней его части установлен коллектор 11 для подачи воздуха в полости 10, образованные корпусом 1, ободьями 7 и листами 8. Труба для удаления дымовых газов 12 установлена на верхней части корпуса вблизи другого торца корпуса 1. Труба для подачи воздуха 13 расположена под колосниковой решеткой на другом торце корпуса. Внутри топочной камеры 1 на верхней ее части параллельно колосниковой решетке 5 установлена перегородка 14, разделяющая камеру 1 на две части, при этом со стороны торца камеры 1, где расположен загрузочный люк 3, образован зазор между перегородкой 14 и листами 8 с отверстиями 9, уложенными на ободья 7.
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 10 поступает холодный воздух, что снижает теплонапряженность корпуса 1. Далее воздух через отверстия 9, организованные в листах 8, по периметру поверхности корпуса 1 поступает во внутрь последнего, где служит носителем кислорода. Твердое топливо поджигается с помощью дежурного факела, подведенного через технологичный люк 4, после чего его крышка герметично закрывается. В объеме корпуса 1 под перегородкой 14, где размещено твердое топливо, образуется низкотемпературная зона горения (1-ая зона) с температурой t≈600÷700°C. Образовавшиеся дымовые горячие газы - продукт недосгоревшего топлива через зазор, образованный перегородкой 14 и листами 8, поступает в объем, образованный между перегородкой 14 и верхней частью корпуса 1, где происходит полное сгорание за счет дополнительного подвода воздуха через отверстия 9. В этом объеме температура горячих газов постоянно повышается, образуется высокотемпературная зона горения (2-ая зона) горения твердых топлив с температурой 1200÷1500°С. Благодаря высокой температуре горючей газовой смеси во 2-ой зоне происходит полное сгорание топлива и снижение токсичности вредных веществ в дымовых газах, которые удаляются через выхлопную трубу 12.
Для лучшего доступа воздуха в 1-ую зону горения твердого топлива необходимо, чтобы струя воздуха была достаточно сильной. Это обеспечивается тем, что диаметр отверстий должен составить в пределах 3÷20 мм.
При диаметре отверстий меньше 3 мм плохо будет поступать воздух в топочную камеру из-за забивания отверстий продуктами несгоревшего топлива, а при диаметре более 20 мм струя будет слабая из-за слишком большого отверстия и струя воздуха не достигнет 1-ой зоны горения.
отвер
т.кам
т.кам
Суммарная площадь отверстий составляет S=0,4÷0,7S, где S - площадь топочной камеры, занимающей до колосниковой решетки.
отвер
т.кам
При суммарной площади отверстий меньше S<0,4S в камеру мало поступит воздуха, вследствие чего произойдет недосгорание топлива из-за недостатка кислорода.
отвер
т.кам
При суммарной площади отверстий больше S>0,7S в камеру поступит слишком много воздуха, чем требуется для нормального протекания процесса горения твердого топлива.
Таким образом, внутри топочной камеры 1 корпуса благодаря разделению объема топочной камеры на две части происходит двухзонное и двухстадийное горение твердого топлива, с образованием горючего газа с температурой горения твердого топлива в 1-ой зоне в пределах t≈600÷700°C и повышением температуры процесса во 2-ой зоне до уровня 1200÷1500°С, 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 13, и удаляется через трубу 6.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить надежность работы установки для сжигания твердого топлива за счет снижения теплонапряженности корпуса путем подачи холодного воздуха в полости, образованные корпусом, ободьями и стальными листами, и повышения полноты сгорания твердого топлива путем организации двухзонного и двухстадийного горения, что уменьшит образование сажи и вредных веществ, вследствие чего улучшится экологическое состояние окружающей среды.