КОТЕЛ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области одновременного сжигания твердых, жидких и газообразных отходов, а именно к котлам для сжигания промышленных и бытовых отходов, и может быть использована при разработке генератора тепловой энергии в виде высокопотенциального пара для производства электрической и тепловой энергии по теплофикационному циклу в составе ТЭС.
Известен котел КЕ-4-14С, содержащий топку слоевого сжигания, цепную решетку, загрузочный бункер, факельные горелки, дутьевой вентилятор (http://msd.com.ua/teplotexnicheskoe-oborudovanie/topki-dlya-sloevogo-szhiganiya-tverdogo-topliva).
Недостатки котла КЕ-4-14С:
1. Невысокая производительность котла по количеству сжигаемых кусковых горючих отходов, так как горение происходит в слое, температура нагрева которого поддерживается за счет теплоты, выделяющейся при сгорании отходов. При недостатке этой теплоты применяются длиннофакельные горелки, теплота горения факела которых повышает только локальную температуру слоя сжигаемых горючих отходов за счет сжигания вспомогательного газового топлива.
2. Невозможность одновременного сжигания жидких и твердых кусковых горючих отходов, так как подвод воздуха и теплоты для горения отходов должен производиться одновременно в зону слоевого горения кусковых отходов и в зону факельного горения. При этом основное количество выделяющейся теплоты от сжигания кусковых отходов расходуется на нагрев твердых материалов, а для сжигания жидких горючих отходов в факеле на фазе их испарения. Оставшейся теплоты недостаточно, чтобы получать пар с высокими энергетическими параметрами.
Известен котел Wellons, содержащий шесть наборных топок слоевого сжигания, одну общую камеру сгорания, соединенную с указанными топками. (http://wellons.pro/ru/articles/princip-raboty-osobennosti-konstrukcii-kotlov-wellons).
Недостатки котла Wellons:
1. Невозможность сжигания крупнокусковых горючих отходов, так как загрузочные устройства и колосниковые решетки не приспособлены для транспортировки этих крупногабаритных отходов. Древесное сырье должно быть предварительно измельчено.
2. Невысокая производительность по расходу твердых горючих отходов, так как в наборных топках осуществляется предварительная газификация, а основной процесс горения происходит в общей камере сгорания.
3. Невозможность сжигания жидких и газообразных отходов, так как для процесса их горения необходимо сжигать вспомогательный топливный газ. В конструкции топок и общей камеры сгорания невозможно осуществить трансформацию низкокалорийного тепла от сжигания отходов в высококалорийное тепло, необходимое для получения пара с высокими энергетическими параметрами.
Известен котел ТГМ-84 для сжигания природного топливного газа и топливного мазута, содержащий топку камерного одновременного сжигания топливного газа и топливного мазута, вихревые газовые горелки для сжигания топливного газа, горелки для сжигания мазута, конвективный газоход, воздухоподогреватель, конвективную часть топки камерного сжигания (http://ensolution.ru/tec/kotel-tgm-84/).
Недостатки котла ТТМ-84:
1. Невозможность сжигания крупнокусковых и мелкоизмельченных горючих отходов, так как отсутствуют загрузочные устройства, топочный объем и колосниковые решетки на которых можно осуществлять сжигание этих отходов.
2. Невозможность сжигания газообразных и жидких горючих отходов с получением энергетического пара с высокой температурой и давлением без существенной реконструкции котла из-за низкой теплоты сгорания отходов при используемых типах горелок и значениях площадей поверхностей нагрева.
Прототипом является котел для сжигания измельченных древесных отходов, содержащий топку кипящего слоя с газовыми горелками и с распределительной решеткой, дутьевой вентилятор, соединенный с воздухоподогревателем и распределительной решеткой (http://ddugroup.ua/press/publications/news-1472.php).
Недостатки прототипа:
1. Невозможность сжигания крупнокусковых древесных отходов, контейнерных бытовых горючих отходов, так как в кипящий слой загружаются только заранее подготовленные мелкоизмельченные древесные отходы.
2. Невозможность сжигания жидких и газообразных горючих отходов, так как отсутствуют топка для камерного сжигания газообразных и жидких горючих отходов с получением перегретого пара с высокими энергетическими параметрами (температурой и давлением).
Задачей полезной модели является разработка конструкции котла для сжигания промышленных и бытовых отходов, в которой устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей котла за счет обеспечения возможности одновременного сжигания пылевидных, мелкокусковых, крупнокусковых промышленных и бытовых твердых горючих отходов, а также газообразных и жидких горючих отходов с получением пара энергетических параметров.
Технический результат достигается тем, что котел для сжигания промышленных и бытовых отходов, согласно настоящей полезной модели, содержит, последовательно соединенные между собой, топку кипящего слоя, топку слоевого сжигания, топку камерного сжигания, конвективный газоход, в котором расположен воздухоподогреватель, соединенный с дутьевым вентилятором, и, соединенную с воздухоподогревателем, линию подачи нагретого воздуха в топку кипящего слоя, топку слоевого сжигания и топку камерного сжигания, при этом топка кипящего слоя имеет форкамеру для загрузки пылевидных и мелкокусковых отходов, распределительную решетку, в которую подают нагретый воздух, и прямоточные газовые горелки, которые соединены с линией подачи топливного газа, топка слоевого сжигания горизонтально расположена по ходу движения продуктов горения и имеет бункер для загрузки крупнокусковых отходов, плоскофакельные газовые горелки, которые соединены с линией подачи топливного газа и размещены на двух противоположных стенах топки, и электроприводную цепную решетку, через которую продувают нагретый воздух, топка камерного сжигания имеет горелки, которые расположены в три яруса и в которые подают воздух, нагретый в конвективной части топки, причем горелки первого яруса представляют собой горелки для сжигания жидких отходов и соединены с линией подачи жидких отходов, горелки второго яруса представляют собой горелки для сжигания газообразных отходов и соединены с линией подачи газообразных отходов, горелки третьего яруса представляют собой вихревые газовые горелки и соединены с линией подачи топливного газа.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена схема предлагаемого котла для сжигания промышленных и бытовых отходов.
На фиг. 1 основные узлы и элементы обозначены следующими позициями:
1 - топка кипящего слоя,
2 - распределительная решетка,
3 - форкамера для загрузки пылевидных и мелкокусковых отходов,
4 - прямоточные газовые горелки,
5 - дутьевой вентилятор,
6 - топка слоевого сжигания,
7 - электроприводная цепная решетка,
8 - плоскофакельные газовые горелки,
9 - бункер для загрузки крупнокусковых отходов,
10 - топка камерного сжигания,
11 - горелки первого яруса (горелки для сжигания жидких отходов),
12 - конвективный газоход,
13 - воздухоподогреватель,
14 - горелки второго яруса (горелки для сжигания газообразных отходов),
15 - горелки третьего яруса (вихревые газовые горелки),
16 - пылевидные и мелкокусковые отходы,
17 - крупнокусковые отходы,
18 - линия подачи газообразных отходов,
19 - линия подачи топливного газа,
20 - линия подачи жидких отходов,
21 - линия подачи нагретого воздуха,
22 - конвективная часть топки камерного сжигания.
Назначение и взаимодействие узлов и элементов следующее.
Топка 1 кипящего слоя служит для сжигания горючих пылевидных и мелкокусковых древесных отходов в кипящем слое. Кипящий слой из кварцевого песка предварительно разогревается от пламени прямоточных газовых горелок 4 при сжигании в них вспомогательного топливного газа, поступающего по линии 19. После достижения необходимой температуры в кипящем слое прямоточные газовые горелки 4, в зависимости теплоты сгорания отходов 16, отключаются или переводятся в малонагруженный режим горения при низкой теплоте сгорания отходов 16.
Загрузка отходов 16 в кипящий слой осуществляется через форкамеру 3 тарельчатым питателем (на фиг. 1 питатель не показан). Преимуществом заявляемой полезной модели перед слоевыми топками котлов Wellons является, то что мелкие частицы древесных материалов после загрузки быстро нагреваются в кипящем слое за счет непосредственного контакта с высоко нагретыми частицами кварцевого песка. В результате ускорения процесса прогрева частиц увеличивается производительность топки по сжигаемым пылевидным и мелкокусковым горючим отходам 16 в единицу времени. Воздух на горение подается по линии 21 дутьевым вентилятором 5 после его нагрева в воздухоподогревателе 13 через распределительную решетку 2 с колпачками грибкового типа (на фиг. 1 колпачки не показаны), которая обеспечивает безпровальное горение пылевидных и мелкокусковых горючих отходов 16. Удаление нелетучей золы происходит через специальный переток в топке (на фиг. 1 переток не показан).
Топка 6 слоевого сжигания соединена с выходом топки 1, имеет горизонтальное расположение по ходу движения продуктов горения и служит для сжигания крупнокусковых отходов 17, например древесных отходов, без их предварительного измельчения. Нагрев и воспламенение горючих крупнокусковых отходов 17 осуществляется за счет обратного излучения нагретых стен топки 6. Это преимущество заявляемой конструкции по сравнению с известными устройствами, позволяет сжигать крупные пни, небольшие бревна, тюки прессованной соломы в состоянии поставки, то есть без предварительной сушки, измельчения, калибрования мелких кусков по размеру. Нагрев стен топки 6 осуществляется с помощью плоскофакельных газовых горелок 8 при сжигании в них вспомогательного топливного газа, подаваемого по линии 19. Нагретый воздух в слой крупнокусковых отходов подается снизу через электроприводную цепную движущуюся решетку 7. Горелки 8 расположены по обе стороны от движущейся с крупнокусковыми горючими отходами 17 цепной решетки 7.
Нагретые плоскофакельными газовыми горелками 8 стены топки 6 создают мощный лучистый поток, который падает на крупные куски горючих отходов 17 в течение короткого времени, то есть нагрев происходит по принципу термического удара. Конвективная теплопередача в топке 6 к нагреваемым крупнокусковым горючим отходам 17 отсутствует. Нагрев крупнокусковых горючих отходов 17 до температуры воспламенения осуществляется за счет радиационного теплообмена. Преимуществом настоящего устройства перед известными котлами является то, что нагрев отходов 17, например крупнокусковой древесины, по методу термического удара приводит к тому, что влага в древесине мгновенно превращается в водяной пар, который из-за высокого давления разрывает древесину и тем самым увеличивает скорость ее прогревания до температуры воспламенения. Вследствие этого количество перерабатываемых отходов 17 в единицу времени возрастает.
Топка 10 камерного сжигания соединена с выходом топки 6 слоевого сжигания и служит для сжигания жидких отходов 20 и газообразных отходов 18 в факелах, создаваемых соответственно горелками 11 первого яруса и горелками 14 второго яруса.
Горелки 15 третьего яруса представляют собой вихревые газовые горелки и служат для сжигания в них вспомогательного топливного газа, подаваемого по линии 19, сжигание которого необходимо для получения теплоты, обеспечивающей получение пара энергетических параметров, что дает положительный результат перед известными конструкциями. Нагретый воздух на горение подается по линии 21 непосредственно в горелки 11, 14 и 15, что также позволяет повысить температуру на выходе из топки 10 и повысить температуру продуктов сгорания в конвективном газоходе 12, в котором размещен пароперегреватель (на фиг. 1 пароперегреватель условно не показан).
В топках 1, 6 и 10 создается разрежение за счет работы дымососа по принципу уравновешенной тяги (на фиг. 1 дымосос не показан). В топке 6 также происходит догорание летучих углеводородных соединений, которые выделяются в процессе пиролиза горючих отходов в топке 1 кипящего слоя, но из-за кратковременности их пребывания в кипящем слоя не сгорают.
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить эксплуатационные возможности котла за счет обеспечения возможности одновременного сжигания пылевидных, мелкокусковых, крупнокусковых промышленных и бытовых твердых горючих отходов, а также газообразных и жидких горючих отходов с получением пара энергетических параметров.
Таким образом, технический результат достигается за счет применения горизонтальной топки 6 слоевого сжигания с плоскофакельными настенными газовыми горелками 8 и размещения в ней цепной решетки 7, через которую по линии 21 продувается нагретый воздух и на которой сжигаются крупнокусковые древесные и бытовые горючие отходы 17 и применения в конструкции топки 10 камерного сжигания со специальными горелками 11 и 14 для сжигания жидких и газообразных горючих отходов и применением вихревых газовых горелок 15 для сжигания в них вспомогательного топливного газа.