ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПРИЗМАТИЧЕСКАЯ ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
VERTICAL PRISMATIC FURNACE TO BURN WOOD WASTE

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в теплоэнергетике.
Известны вертикальные призматические топки, содержащие горелки с соплами подачи аэросмеси и воздуха прямоугольного поперечного сечения, установленные на противоположных стенах на одном уровне горизонтальными рядами с равным шагом и со смещением на полшага относительно горелок противоположной стенки [Хзмалян Д.М. и др. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976, с.438-443].
Известна вертикальная призматическая топка, у которой в каждой горелке сопло подачи аэросмеси размещено над соплом подачи воздуха, а их оси расположены в одной вертикальной плоскости [Авторское свидетельство СССР №879141, М.кл. F23С 5/28, 1981]. Данное устройство принято за прототип.
Однако данные топки предназначены для сжигания подсушенных и размолотых в системах пылеприготовления до пылевидного состояния топлив, сжигание древесных отходов в топках этого типа невозможно.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокоэффективного низкоэмиссионного топочного устройства для сжигания отходов лесопиления с влажностью на рабочую массу до 60%.
Это достигается тем, что вертикальная призматическая топка, содержащая горелки и сопла прямоугольного сечения для подачи аэросмеси и воздуха, причем сопла подачи воздуха установлены на противоположных стенках на одном уровне с равным шагом и со смещением на полшага относительно сопел противоположной стенки, дополнительно снабжена каналами подвода воздуха, один из которых расположен вдоль продольной оси топки, закрыт сверху колосниками, оси отверстий в которых направлены в сторону задней стены топки под углом 30-40° к горизонтали, а другие каналы расположены вдоль боковых и задней стен топки, ограждены от топки колосниками, установленными под углом 45°, оси отверстий в колосниках параллельны поду топки; горелки с водоохлаждаемыми рассекателями расположены на фронтальной стене топки, а сопла подачи воздуха на фронтальной и задней стенах и наклонены под углом 10-18° к нижней части топки, выполненной в виде горизонтального пода.
На фиг.1 изображена предлагаемая топка, продольный разрез; на фиг.2 - горизонтальный разрез А-А по фиг.1, на фиг.3 - разрез В-В колосников продольного канала подвода воздуха.
Топка содержит горизонтально расположенные на фронтовой стене горелки 1 прямоугольного поперечного сечения с водоохлаждаемыми рассекателями 2, в нижней части топки над горизонтальным подом 3, выполненным из огнеупорного материала, установлены сопла 4, 5 подачи вторичного воздуха прямоугольного поперечного сечения. Сопла вторичного воздуха, установленные на одном уровне ниже горелок 1, с одинаковым шагом на фронтовой и задней стенах топки, на расстоянии от пода, направлены вниз под углом 10-18°. Сопла 4 задней стены смещены на половину шага относительно фронтовых сопел 5, продольные оси которых расположены в одних вертикальных плоскостях с осями горелок 1. Вдоль продольной оси топки в массиве пода выполнен канал 6 подвода воздуха, закрытый сверху чугунными колосниками 7, оси отверстий в которых направлены в сторону задней стены топки под углом 30-40° к горизонтали. Вдоль боковых и задней стен топки в зоне пода 3 расположены каналы подвода воздуха, огражденные от топки колосниками 8, установленными под углом 45°, оси отверстий в колосниках 8 параллельны поду топки. Живое сечение для прохода горячего воздуха у колосников 7, 8 составляет 4…8% и определяется гранулометрическим составом сжигаемого топлива.
Работа вертикальной призматической топки для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом.
Полифракционные отходы лесопиления из бункеров шнековыми питателями подаются в течки и поступают в сопла-смесители горелок 1, через которые первичным воздухом вдуваются в объем вертикальной призматической экранированной топки. Водоохлаждаемый рассекатель 2 делит поток на две части, между которыми образуются вихревые потоки горячих топочных газов, стабилизирующие процесс воспламенения. Мелкие фракции топлива сгорают в факеле во взвешенном состоянии, крупные и средние фракции сепарируют в подовую область топки, где сгорают в системе вихрей, образующихся при взаимодействии встречносмещенных потоков, выходящих из сопел вторичного воздуха 4, 5. Вихревые потоки, образующиеся в нижней части топки, имеют вертикальные оси вращения, а их профиль зависит от геометрии топки и величины импульсов струй. Наличие системы вихревых потоков в надподовой области топки интенсифицирует тепломассообменные процессы не только в нижней части топки, но и на восходящем участке факела над горелками 1. Подача части горячего воздуха в подовую область через систему отверстий в чугунных колосниках 7, 8 в количестве 10…20% от организованно подаваемого в топку, а также вихревые потоки в надподовой области позволяют исключить образование зон с кучевым горением древесных отходов, генерирующих большое количество оксида углерода, и устранить спекание очаговых остатков. По мере накопления очаговых остатков на поду 3 топки котлоагрегат останавливают для расшлаковки топки.
NOx
CO
Исследования показали, что данная топка позволяет обеспечить эффективное сжигание высоковлажных отходов лесопиления без подсветки мазутом с низкими значениями эмиссии оксидов азота (Э<100 мг/МДж) и оксида углерода (Э≤220 мг/МДж). Кампания работы котла мощностью 30 МВт при сжигании отходов лесопиления составляет не менее двух месяцев.