ВЕРТИКАЛЬНАЯ ТОПКА ПАРОВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА ДЛЯ СЖИГАНИЯ СЫПУЧИХ ВИДОВ ТОПЛИВА
VERTICAL FURNACE OF STEAM HOT-WATER BOILER FOR COMBUSTION OF LOOSE FUEL TYPES

Изобретение относится к устройствам для преобразования сыпучих видов топлива, в том числе биологических и синтетических углеродосодержащих отходов производственной и бытовой деятельности, в тепловую энергию при высокоэффективном использовании топлива и минимальных размерах топки водогрейного котла.
Практическое применение находит при создании экономичных механизированных систем для выработки тепловой энергии из сыпучих видов топлива при снижении загрязнения окружающей среды.
Известна топка пароводогрейного котла с рабочим объемом, ограниченном объемом нагревательного элемента котла с аккумуляторами высокой температуры для обеспечения стабильного режима горения отходов деревоперерабатывающей промышленности с различной степенью влажности, заполняющего весь объем топки. (см. патент Российской Федерации на изобретение №2310124, МПК F23B 50/06 (2006.01), F23B 90/00 (2006.01.).
Недостатком указанной топки является блокирование образования дополнительной площади и интенсивности горения теплоизоляционными свойствами сыпучего топлива при увеличении объема топки для повышения мощности водогрейного котла.
Это приводит к ограничению возможностей выработки тепловой энергии с минимальными затратами.
Задачей заявленного технического решения является обеспечение стабильного режима горения топлива различной степени влажности и теплотворной способности по всему объему топки.
Техническим результатом данного изобретения является:
1. Интенсификация процесса полного сжигания предварительно нагретого и подсушенного топлива при механизированном непрерывном заполнении топки сыпучими видами топлива распределением воздуха и высоких температур воспламенения по внутренней структуре сыпучего топлива с образованием максимальной площади горения в определенном объеме топки и нахождением теплопринимающих элементов пароводогрейного котла в «кипящем слое» сжигаемого топлива при отсутствии нерационального продува топки и уменьшения выбросов тепловой энергии и остатков продуктов горения в атмосферу.
2. Расширение арсенала топок пароводогрейных котлов, использующих и низкокалорийные сыпучие виды топлива, в том числе отходы.
Технический результат достигается посредством топки пароводогрейного котла для сжигания сыпучих видов топлива, содержащей находящийся в ее верхней части бункер топлива с загрузочным люком, из которого сыпучее топливо под действием силы тяжести опускается и полностью заполняет объем топки, зазоры, выполненные между обмуровкой и котлом, каналы в конструкции котла,
поворотные колосники, являющиеся аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями необходимого для горения воздуха, поступающего из зольной камеры с регулировочной дверкой через отверстия в колосниках к зонам контакта,
газоходы для отвода дымовых газов, встроенные в бункер топлива, при этом дымовые газы поступают в газоходы через вышеуказанные каналы и зазоры, отличающаяся тем, что
содержит элементы котла с каналами для отвода дымовых газов и аккумуляторы-проводники высокой температуры, размещенные по всему объему топки, заполненному топливом, и образующие зоны контакта сыпучего топлива с воздухом.
На фиг.1 изображен пароводогрейный котел с топкой.
Топка 16 пароводогрейного котла 5 содержит загрузочный люк 15 для механизированной загрузки сыпучего топлива 10 и блокирования поступления излишнего воздуха в бункер 13, состоящий из нескольких элементов пароводогрейный котел 5 с каналами 6 для создания необходимой площади нагрева, зазоры 7 между водяной рубашкой 14 и пароводогрейным котлом 5 для отвода дымовых газов, зоны контакта 9 элементов пароводогрейного котла 17 и аккумуляторов-проводников высокой температуры 11 с необходимым для горения сыпучего топлива 10 количеством воздуха, поступающим из зольной камеры 2 через отверстия 4 в поворотных колосниках 3, герметичную дверку 1 для выгрузки золы и шлака и регулируемой подачи воздуха, газоходы 12 в бункере 13, который расположен в верхней части топки 16 и через который осуществляется непрерывная подача сыпучего топлива 10, причем аккумуляторы-проводники высокой температуры имеют в нижней части штробы 8 для движения воздуха в зонах контакта 9.
Работа топки пароводогрейного котла для сжигания сыпучих видов топлива имеет начальную стадию, заключающуюся в следующем:
При помощи загрузочного люка 15 сыпучее топливо 10 загружается механизированным способом в бункер 13 с встроенными газоходами 12. Из бункера 13 под действием силы тяжести топливо 10 продвигается вниз до полного заполнения топки 16, где подвергается розжигу.
Розжиг осуществляется на поворотных колосниках 3, являющихся аккумуляторами-проводниками высокой температуры и распределителями необходимого для горения воздуха, поступающего из зольной камеры 2 с регулировочной дверкой 1 через отверстия 4.
В объеме топки 16 установлены аккумуляторы - проводники высокой температуры 11 и элементы пароводогрейного котла 17 с интервалами для продвижения сыпучего топлива 10. Аккумуляторы - проводники высокой температуры 11 выполнены из способного накапливать и передавать тепловую энергию материала, а также длительное время выдерживать температуры воспламенения топлива 10, сохраняя форму.
Аккумуляторы - проводники высокой температуры 11 передают температуры воспламенения находящемуся с ними в контакте топливу 10 при его продвижении из бункера 13 по всему объему топки 16. Для передвижения и распределения необходимого воздуха для стабильного горения топлива 10 аккумуляторы - проводники высокой температуры 11 имеют в своем теле штробы 8 и отверстия. По штробам 8 из отверстий 4 в поворотных колосниках 3 поступает нагретый воздух, который затем распределяется по зонам контакта 9. Пространственная форма тела аккумуляторов - проводников высокой температуры определяется условиями выполнения вышеуказанных свойств в конструкции топки 16 пароводогрейного котла 5.
Также по внутреннему объему топки 16 установлены элементы пароводогрейного котла 17 для восприятия излучения от образующейся в «кипящем слое» сжигаемого топлива 10 тепловой энергии.
Зоны контакта 9 состоят из поверхности смешанной с воздухом структуры сыпучего топлива 10 с пустотами и заполненными воздухом пространствами, образованными по углу трения при продвижении сыпучего топлива 10 по объему топки 16, контуров аккумуляторов - проводников высокой температуры 11 с штробами 8 и элементов пароводогрейного котла 17.
При продвижении сыпучего топлива 10 из бункера 13 в топку 16 расположение аккумуляторов - проводников высокой температуры 11 с штробами 8, элементов пароводогрейного котла 17 формирует в объеме топки 16 вертикальные вставки - слои сыпучего топлива 10, имеющего в своей структуре зоны контакта 9 и заполненные воздухом пространства. По штробам 8 в зоны контакта 9 поступают выделившиеся при розжиге летучие углеводороды в состоянии горения с только необходимым подогретым воздухом, распространяя температуры воспламенения поверхностей сыпучего топлива 10 по всем зонам контакта 9. Дымовые газы отводятся по каналам 6 в элементах пароводогрейного котла 17 в газоходы 12 бункера 13 для нагрева топлива 10, находящегося в бункере 13.
Экстенсификация процесса горения при увеличении температуры в небольших, по сравнению со всем объемом топки 16, минимально возможных для горения сыпучего топлива 10 объемах зон контакта 9 за короткое время ведет к накаливанию аккумуляторов - проводников высокой температуры 11 до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива 10.
Выполнение стадии розжига приводит к стабилизации непрерывного процесса горения сыпучего топлива 10 с различной влажностью в топке 16 в нижеследующем виде:
Подсушенное и подогретое от газоходов 12 в бункере 13 сыпучее топливо 10 непрерывно заполняет топку 16, увеличивая поверхность для воспламенения и горения разделением на вставки - слои накаленными аккумуляторами - проводниками высокой температуры 11, зонами контакта 9 и элементами пароводогрейного котла 17.
В зонах контакта 9 после розжига идет горение поверхностей находящегося там сыпучего топлива 10. При дополнительном поступлении из бункера 13 подогретого, но не имеющего температуры воспламенения топлива 10 накаленные аккумуляторы -проводники высокой температуры 11 обеспечивают воспламенение контактирующей с ними поверхности структуры сыпучего топлива 10.
По штробам 8 подогретый воздух подводится в зоны контакта 9 и смешивается с пористой структурой сыпучего топлива 10.
Далее установившееся горение распространяется на пустоты в структуре сыпучего топлива 10. По контурам поверхности сыпучего топлива 10, находящейся в контакте с накаленными аккумуляторами - проводниками высокой температуры 11, возникает «кипящий слой» сжигаемого топлива 10. Сформировавшиеся вставки - слои сыпучего топлива 10 взаимно нагреваются, обеспечивая цепную реакцию процесса горения сыпучего топлива 10 по всему объему топки 16. Эти процессы приводят к интенсификации полного сжигания сыпучего топлива 10 с образованием максимальной площади горения при отсутствии нерационального продува топки, уменьшения потерь тепловой энергии и выбросов остатков продуктов горения в атмосферу.
Находящиеся в зонах контакта 9 элементы пароводогрейного котла 17 воспринимают тепловую энергию непосредственно от «кипящего слоя» сжигаемого топлива 10.
Имеющие высокую температуру дымовые газы направляются для передачи тепловой энергии через каналы 6 в элементах пароводогрейного котла 17 и котла 5 в зазоры 7, газоходы 12 в бункере 13 в дымовую трубу 19.
Принятой компоновкой элементов достигается увеличение мощности топки при определенном объеме, повышение коэффициента использования топлива при снижении тепловых и зольных выбросов в атмосферу, возможность механизации процесса и расширяется арсенал топок пароводогрейных котлов, использующих низкокалорийные сыпучие виды топлива.