ЦИКЛОННЫЙ ПРЕДТОПОК

Циклонный предтопок относится к устройствам для сжигания отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике. Известен циклонный предтопок, содержащий циклонную камеру, камеру дожигания, колосниковую решетку, расположенную в циклонной камере, и тангенциальные сопла. Конструкция топки предусматривает двухстадийное сжигание древесных отходов в нижней и верхней камерах горения. Измельченное топливо из бункера гидравлическим плунжерам подается по трубе большого диаметра на колосниковую решетку через специальное отверстие в ее центре. Образующиеся конические кучи древесных отходов воспламеняются газовой запальной горелкой, автоматически отключающейся после начала устойчивого горения топлива (см. Э.Н Сабуров, С.В. Карпов «Циклонные устройства в деревообрабатывающем и целлюлозно-бумажном производстве», М., Экология, 1993 г., стр. 77…79).
Недостатком данной конструкции является верхний торцевой выход дымовых газов, что создает трудности при компоновке устройства с котельным агрегатом, а также не позволяет использовать весь рабочий объем топочной камеры котла. Известен вертикальный циклонный предтопок, в котором организована схема двухступенчатого сжигания топлива. Это достигается тем, что в устройстве, содержащем циклонную камеру, камеру дожигания, колосниковую решетку и тангенциальные сопла, камера дожигания смонтированы под циклонной камерой, и снабжено установленным между камерами пережимом с буртиком. Колосниковая решетка выполнена конической и распложена в камере дожигания, а выходной патрубок размещен на боковой поверхности камеры дожигания (см. патент РФ № 2196273, МПК F 23 C 6/04, 10.01.2003).
Данное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатками прототипа являются:
Продукты газификации и несгоревшие частицы топлива выносятся из камеры дожигания в значительной степени через выхлопной патрубок. Невозможность эффективного сжигания древесных отходов с повышенной влажностью до 60…65%.
На фиг. 1 изображен общий вид циклонного топочного устройства, вертикальный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез 1-1; на фиг. 3 - поперечное сечение 2-2; на фиг. 4 - поперечное сечение 3-3; на фиг. 5 - поперечное сечение 4-4. Изделие имеет вертикальную компоновку и состоит из:
1) Камеры дожигания - 3;
2) Пережима - 9;
3) Циклонной камеры - 7;
4) Выпускного патрубка - 8.
Камера дожигания 3 расположена внизу, выше нее расположен пережим 9, над пережимом расположена циклонная камера 7. Выпускной патрубок 8 расположен по вертикальной оси конструкции, проходит через камеру дожигания и соединяет циклонную камеру с выходом из устройства.
Циклонный предтопок может быть смонтирован и эксплуатироваться с любым углом наклона его центральной оси к горизонту.
Описание конструкции:
1. Камера дожигания 3 расположена вертикально и имеет кольцевую форму, образованную собственной внутренней стенкой и наружной поверхностью выпускного патрубка 8. Указанные поверхности: собственная внутренняя стенка циклонной камеры 7 и наружная поверхность выпускного патрубка 8 - могут иметь форму цилиндра или конуса, с углом наклона образующей в обе стороны от вертикали. Камера дожигания 3 снабжена:
1) Завихрителем - 2,
2) Устройством подачи топлива - 10.
Завихритель 2 имеет кольцевую форму, расположен в нижней части камеры дожигания и предназначен для подачи через коллектор 1 первичного дутья В1 в камеру дожигания 3. Направление потока первичного дутья В1 - снизу вверх и тангенциально по отношению к кольцевой форме камеры дожигания.
Устройство подачи топлива Т - поз. 10, расположено тангенциально или в любой плоскости, секущей камеру дожигания. Устройство подачи топлива представляет собой дозирующий аппарат, или винтовой конвейер, шнек в трубе, который имеет переменный шаг, что создает сгусток топлива (пыж) на входе в циклонную камеру и препятствует обратному возгоранию топлива в устройстве подачи.
2. Пережим 9 представляет собой сужение кольцевого сечения камеры дожигания и выполнен из огнеупорного материала. Пережим создает в камере дожигания сложное движение частиц топлива, так как раскрученные в вихре первичного дуться частицы топлива большого размера отбрасываются центробежными силами к стенкам камеры дожигания и не могут пройти пережим и выйти в циклонную камеру, они возвращаются в вихревой поток, который существует в камере дожигания. После выхода устройства на режим, стенки камеры дожигания и стенки пережима нагреваются до высокой температуры и начинают работать, как «огневое тело», которое при соприкосновении с ним части топлива гарантирует досушку и возгорание частиц топлива, при этом частицы топлива, уменьшенные в следствие горения до определенного размера, проходят пережим и попадают в циклонную камеру, а те частицы топлива, которые не воспламенились в следствие повышенной влажности или еще не догорели до определенного размера, возвращаются в вихревой поток, существующий в камере дожигания. Так же в качестве «огневого тела» работают и наружные стенки выпускного патрубка, расположенные напротив пережима. Пережим обеспечивает попадание в камеру дожигания частиц топлива, которые высушены, воспламенены и прогорели до определенного размера. Таким образом, пережим стабилизирует режим работы камеры дожигания, обеспечивает многократное повторяющееся вихревое течение топливовоздушной смеси, в котором происходит дожигание крупных частиц топлива до определенного меньшего размера, после чего они с потоком газа выбрасываются в циклонную камеру.
3. Циклонная камера 7 представляет собой замкнутый сверху объем, ограниченный в верхней части сводом и открытый в нижней части наружу, на выход из устройства, через выпускной патрубок 8. Циклонная камера снабжена завихрителем 5, через который с помощью коллектора 4 подается вторичное дутье В2. Направление вторичного дутья В2 - горизонтальное и тангенциальное по отношению к боковым стенкам циклонной камеры, в том же направлении вращения, что и первичное дутье В1.
Положение верхнего среза выпускного патрубка 8 по отношению завихрителю 5 - различное, может регулироваться.
В циклонной камере существует сложный вихревой поток, частицы недогоревшего топлива отбрасываются к стенкам камеры и периферийной части свода, соприкасаются со стенками камеры и сводом, изготовленными из огнеупорного материала и разогретыми до высокой температуры, и выгорают до золы. Поток продуктов сгорания топлива, частично сохраняя закрученную структуру, выходит сверху вниз через выпускной патрубок наружу и образует поток дымовых газов ДГ на выходе из изделия.
4. Выпускной патрубок 8, представляет собой изготовленный из огнеупорного материала, или футерованный снаружи и изнутри огнеупорным материалом канал, который обеспечивает выход продуктов сгорания из циклонной камеры наружу. В районе пережима наружные стенки выпускного патрубка так же играют роль «огневого тела».
Полезная модель позволяет повысить полноту выгорания топлива, снизить образование оксидов азота в процессе горения, расширить диапазон эффективного сжигания древесных отходов с повышенной влажностью до 60…65%. Техническое решение позволяет эффективно уничтожать средне- и мелкофракционные отходы деревообрабатывающих производств, в том числе производств по изготовлению специальных материалов из древесины с применением связующих, содержащих вредные вещества:
1) Щепа;
2) Отходы производства фанеры с клеями на фенолформальдегидной основе и на основе прочих вредных веществ;
3) Отходы производства ДСП, ДВП, МДФ, ЮСБ и подобные;
4) Шлифовальные пыли указанных выше производств, в том числе пыли волокнистой структуры, пыли содержащие частицы абразивного материала, которые повышают зольность продуктов горения и сами, а свою очередь, содержат остатки связующих, являющиеся вредными веществами.
При сжигании указанных выше вредных отходов происходит разложение вредных веществ от воздействия высокой температуры, достигаемой при горении в устройстве - до 1250 гр. C.
В ходе работы проведены аэродинамические исследования модели циклонного предтопка и определены его оптимальные геометрические параметры.
Предлагаемый циклонный предтопок удобно компонуется с существующими котельными агрегатами, наличие пережима и выхода продуктов сгорания из камеры дожигания через выпускной патрубок в нижнем торце циклонной камеры позволяет увеличить время нахождения частиц топлива в зоне горения и повысить полноту выгорания топлива, снизить образование оксидов азота. Наличие нижнего выходного отверстия позволит задействовать практически весь рабочий объем топочной камеры котельного агрегата.