ТОПКА
FIRE CHAMBER

Изобретение относится к топочной технике и может быть использовано для сжигания твердого мелкофракционного топлива в топках паровых и водогрейных котлов, в том числе мобильных в модульном исполнении.
Известна топка с шурующей планкой системы ВТИ (см. Р.Г.Зах. Котельные установки, М.: Энергия, 1968, с.69), состоящая из неподвижной горизонтальной колосниковой решетки, собранной из беспровальных колосников. Поперек решетки во всю ширину расположена передвижная шурующая планка, представляющая собой трехгранную призму. Угол наклона к горизонту передней (в сторону топки) грани призмы больше угла наклона задней грани, благодаря чему при движении вперед планка захватывает топливо из-под загрузочного бункера, перемешивает и распределяет его по длине колосниковой решетки. При обратном движении планки (вследствие малого угла наклона к горизонту ее задней грани) топливо почти не перемещается назад, а лишь приподнимается. Тем самым выполняется операция шуровки. При ходе планки вперед все топливо, лежащее на решетке, движется волнообразно, что способствует его перемешиванию, а при обратном ходе часть раскаленного топлива перемещается от середины топки к фронту, благодаря чему улучшаются условия воспламенения поступающего на решетку свежего топлива. Сделав несколько неполных ходов, планка осуществляет полный ход до конца решетки и сбрасывает шлак в шлаковый бункер. В результате многократных ходов планки организуется ритмичное перемещение топлива по полотну колосниковой решетки от загрузочного до шлакового бункера. Воздух, необходимый для горения, подается под решетку по зонам. В топке с шурующей планкой механизированы все три операции: подача топлива в топку, шуровка и удаление шлака.
Недостатком известной топки является значительная неполнота сгорания топлива, обусловленная недостаточно развитой поверхностью контакта частиц топлива с кислородом воздуха. Это обусловлено тем, что воздух подводится в слой топлива локально в отдельных дутьевых зонах колосниковой решетки и вследствие высокого аэродинамического сопротивления слоя не способен в необходимом количестве достаточно глубоко проникать в слой топлива для обеспечения его высокой реакционной способности. Результатом этого является так называемый кратерный режим горения, характеризующийся тем, что в зоне подвода воздуха в слой топлива имеет место высокий избыток воздуха, что приводит к повышенным температурам ведения топочного процесса, быстрому локальному выгоранию топлива и соответственно создает предпосылки для шлакообразования. В свою очередь в зонах, относительно удаленных от точек подвода воздуха, будет иметь место недостаток воздуха, что приведет к значительному химическому недожогу. Кроме того, большая неравномерность температурного поля по поверхности колосниковой решетки вызывает ее повышенный износ и препятствует возможности сжигания высокозольных топлив с низкой температурой шлакообразования.
Задачей настоящего изобретения является повышение полноты сгорания топлива и надежности работы колосниковой решетки.
Поставленная задача решается за счет того, что в топке, содержащей камеру сгорания, загрузочный бункер, золоудаляющее устройство, колосниковую решетку и шурующую планку, приводимую в возвратно-поступательное движение, согласно изобретению колосниковая решетка выполнена наборной из отдельных литых беспровальных колосников с колосниковым полотном, имеющим зигзагообразный профиль с горизонтальными прорезями, выполненными открытыми со стороны торцевых поверхностей колосников, соединенных между собой посредством пластин, установленных со стороны торцевых поверхностей смежных колосников в их прорези с образованием дутьевых каналов для подачи воздуха под слой топлива.
Поставленная задача решается также за счет того, что шурующая планка может быть выполнена приводимой в возвратно-поступательное движение посредством гидроцилиндра.
Поставленная задача решается также за счет того, что шурующая планка может быть снабжена выступами, обращенными к углублениям полотна колосников решетки для повышения эффективности шуровки топлива.
Воздух через систему горизонтальных каналов в зигзагообразном колосниковом полотне подводится в слой топлива равномерно по всей поверхности колосниковой решетки в количестве, обеспечивающем оптимальные условия для сжигания топлива. Благодаря тому, что дутьевые каналы расположены напротив друг друга струйки воздуха, проходя через них навстречу друг другу, пересекаются. В результате встречного столкновения струек происходит дополнительная турбулизация потока воздуха, за счет чего обеспечивается эффект взрыхления слоя, подобный псевдоожижению слоя. При большом количестве таких равномерно распределенных дутьевых каналов будет гарантировано, чтобы вся поверхность решетки находилась в одинаковых условиях. Это позволит, с одной стороны, увеличить поверхность контакта между частицами топлива и окислителя, повысив его реакционную способность и, соответственно, полноту сгорания, а с другой стороны, позволит избежать избыточного повышения температуры. Тем самым будет обеспечена возможность сжигания широкого спектра различных твердых топлив без угрозы шлакообразования и образования вредных оксидов азота, а также повышена надежность работы колосниковой решетки вследствие исключения высоких температурных напряжений, возникавших из-за неравномерности температурного поля. Таким образом, условия топочного процесса будут приближены к тем, что имеют место в топках кипящего слоя, однако, при значительно меньших аэродинамических сопротивлениях слоя и без использования специального наполнителя (балласта) как в топках кипящего слоя. Кроме того, горизонтальное расположение каналов для подачи воздуха в слой топлива гарантирует невозможность их забивания частицами мелкофракционного топлива или продуктами его сгорания, т.е. обеспечивает условия фактической беспровальной эксплуатации колосника.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой топки.
На фиг.2 - аксонометрическое изображение колосника.
На фиг.3 - разрез А-А фиг.1.
Предлагаемая топка содержит камеру сгорания 1, загрузочный бункер 2 (на фиг.1 показан условно), золоудаляющее устройство 3, колосниковую решетку 4 и шурующую планку 5, приводимую в возвратно-поступательное движение, например, посредством гидроцилиндра 6. Колосниковая решетка 4 выполнена наборной из отдельных литых беспровальных колосников 7 (фиг.2), у которых колосниковое полотно 8 имеет зигзагообразный профиль с горизонтальными прорезями 9, выполненными открытыми со стороны торцевых поверхностей 10 колосников 7. Последние соединены между собой посредством пластин 11, установленных со стороны торцевых поверхностей 10 смежных колосников 7 в их прорези 9 с образованием дутьевых каналов 12 для подачи воздуха под слой топлива.
Нижняя часть полотна 8 колосниковой решетки 4 образует систему замкнутых каналов 13 для подачи воздуха по всей длине колосниковой решетки 4, а верхняя часть представляет собой ряды углублений 14 треугольного профиля, в которых происходит процесс горения. Колосники 7 решетки 4 опираются на опорные элементы 15. Для повышения эффективности шуровки части топлива, находящегося в углублениях 14 колосниковой решетки 4, шурующая планка 5 может быть снабжена выступами 16, обращенными к углублениям 14.
Предлагаемая топка работает следующим образом.
Топливо из-под загрузочного бункера 2 захватывается шурующей планкой 5 и при прямом ходе (от фронта топки к золоудаляющему устройству 3) распределяется по длине полотна 8 колосниковой решетки 4. При обратном ходе планки 5 топливо почти не перемещается назад, а лишь приподнимается. Тем самым выполняется операция шуровки. При ходе планки 5 вперед все топливо, лежащее на решетке 4, движется волнообразно, что способствует его перемешиванию. Сделав несколько неполных ходов, планка 5 осуществляет полный ход до конца решетки 4 и сбрасывает золу в золоудаляющее устройство 3. В результате многократных ходов планки 5 организуется ритмичное перемещение топлива по полотну 8 колосниковой решетки 4. Воздух, необходимый для горения, распределяется по системе замкнутых каналов 13 в нижней части колосникового полотна 8 равномерно по всей поверхности решетки 4. В слой топлива, расположенного в углублениях 14 колосникового полотна 8, этот воздух подается снизу через систему дутьевых каналов 12. Горизонтальное расположение дутьевых каналов 12 препятствует их забиванию частицами мелкофракционного топлива или продуктами его сгорания и обеспечивает беспровальные условия работы колосниковой решетки 4.
Для повышения эффективности шуровки части топлива, находящегося в углублениях 14 колосниковой решетки 4, используются выступы 16, взрыхляющие слой топлива при возвратно-поступательном перемещении шурующей планки 5.
Подвод воздуха в слой топлива не в отдельных зонах, а по всей поверхности колосниковой решетки в сочетании с операцией механизированной шуровки топлива позволяет существенно повысить эффективность топочного процесса, снизив неполноту сгорания топлива и повысив надежность работы колосниковой решетки.