УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
INSTALLATION FOR SOLID FUEL COMBUSTION

Изобретение относится к области энергетики, а именно к установкам для сжигания твердого топлива, и может быть использовано для обогрева зданий, сооружений, помещений и т.п.
Известна установка для сжигания твердого топлива в плотном слое. В верхней части слоя известной установки после загрузки находится свежее топливо, под ним располагается горящий кокс, а непосредственно над решеткой - шлак, по мере выгорания топливо проходит все зоны. Воздух подается снизу, через решетку. Образующийся при горении топлива шлак стекает через решетку в зону золоудаления. Топки для сжигания в плотном слое могут быть немеханическими, полумеханическими и механизированными. При всем многообразии конструкций все они содержат: забрасыватель, камеру сгорания топлива с колосниковой решеткой, устройство для принудительной подачи воздуха в зону горения и камеры с теплоносителем (Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. «Котельные установки промышленных предприятий», М., Энергоатомиздат, 1988, с. 11).
Однако известная установка характеризуется недостаточно высоким КПД, неполным сгоранием топлива и выделением в атмосферу вредных газообразных и твердых остатков.
Известно устройство для сжигания твердого топлива с помощью котельной установки двухступенчатого типа, в котором цилиндрическая топочная камера имеет высоту не менее 3 метров, а загрузочный люк расположен на высоте 2 м и снабжен устройством, обеспечивающим секторную загрузку топлива, кроме того, котельная установка снабжена штырями для скважинной прошивки зоны горения (патент РФ №2334166, МПК F23B 60/00, 20.09.2008). В известном устройстве сжигание топлива на первой и второй ступени производят в цилиндрической топочной камере. Центр конуса, образуемого засыпанным топливом, смещен относительно центра основания топочной камеры, что обеспечивает ее разделение на две зоны горения и совмещение плотного высокотемпературного пламени, образованного в процессе горения слоя топлива у основания конуса, с газами, образующимися в процессе горения топлива по всей высоте конуса. Интенсификацию процесса горения производят путем принудительной скважинной прошивки всей зоны горения твердого топлива с помощью вертикальных штырей, опускаемых из верхней части котельной установки, и принудительной подачи воздуха в зольную часть топки.
Однако известное устройство характеризуется повышенным расходом электроэнергии из-за принудительной подачи воздуха в зону горения и конвейерного золоудаления, а также недостаточной очисткой газообразных продуктов горения от сажи. Кроме того, процесс постоянного слежения за прошивкой и сама прошивка зоны загрузки и зоны горения топлива штырями - процесс достаточно трудоемкий.
Также известна установка для сжигания твердого топлива, содержащая корпус с топочной камерой, люк с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, коллектор для подачи воздуха в топочную камеру и устройство для удаления дымовых газов (патент РФ №2399845, МПК F23B 50/00, 20.09.2010).
Однако данная установка для сжигания твердого топлива характеризуется недостаточной надежностью работы вследствие неполноты сгорания твердого топлива.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы установки для сжигания твердого топлива за счет снижения теплонапряженности корпуса и повышения полноты сгорания твердого топлива путем организации двухзонного и двухстадийного горения.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является предохранение корпуса установки от прогара путем подачи холодного основного воздуха в полости, образованные листами, ободами и прутами из жаропрочной стали, а также снижение токсичности вредных веществ в дымовых газах путем организации двухзонного и двухстадийного горения.
Поставленная задача решается тем, что в установке для сжигания твердого топлива, содержащей корпус с топочной камерой, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте, люк с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса вблизи одного из его торцов, технологический люк с крышкой, расположенный на другом торце корпуса в нижней его части, колосниковую решетку, установленную горизонтально внутри корпуса под технологическим люком, трубу для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой, трубу для удаления золы, установленную в нижней части корпуса под решеткой, и устройство для удаления дымовых газов, внутренняя поверхность корпуса облицована листами из жаропрочной стали, поперек корпуса проложены ободы из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку, на ободы поперек них и по периметру поверхности корпуса до колосниковой решетки жестко уложены с зазором пруты из жаропрочной стали, снаружи вдоль корпуса на верхней его части установлен коллектор для подачи воздуха в полости, образованные листами, ободами и прутами, устройство для удаления дымовых газов выполнено из двух дымовых труб, расположенных горизонтально внутри топочной камеры по обе стороны от ее оси и установленных со стороны открытых торцов на вертикально расположенные Г-образные трубы, которые в верхней части выполнены с отверстиями, а их открытые торцы в нижней части соединены с одной из полостей, образованных листами, ободами и прутами, при этом дымовые трубы снабжены кожухами с отверстиями, образованными со стороны открытых торцов дымовых труб до их середины, а кольцевые полости между дымовыми трубами и кожухами соединены с коллектором для подачи воздуха.
Поставленная задача решается также тем, что дымовые трубы с наружной стороны корпуса могут быть объединены в одну вертикально расположенную трубу.
На фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемой установки для сжигания твердого топлива.
На фиг. 2 - вид сверху.
На фиг. 3 - разрез А-А фиг. 1.
Предлагаемая установка для сжигания твердого топлива содержит корпус 1 с топочной камерой, выполненный из стального листа в виде горизонтально расположенного цилиндра с глухими торцами и установленный на фундаменте 2, люк 3 с крышкой для загрузки твердого топлива в топочную камеру, расположенный на верхней части корпуса 1 вблизи одного из его торцов, технологический люк 4 с крышкой, расположенный на другом торце корпуса 1 в нижней его части, колосниковую решетку 5, установленную горизонтально внутри корпуса 1 под технологическим люком 4, трубу 6 для подачи воздуха, расположенную под колосниковой решеткой 5, и трубу 7 для удаления золы, установленную в нижней части корпуса 1 под решеткой 6. Внутренняя поверхность корпуса 1 облицована листами 8 из жаропрочной стали. Поперек корпуса 1 проложены ободы 9 из жаропрочной стали, выполненные в виде дуг, установленных на колосниковую решетку 5. На ободы 9 поперек них и по периметру поверхности корпуса 1 до колосниковой решетки 5 жестко уложены с зазором пруты 10 из жаропрочной стали. Снаружи вдоль корпуса 1 на верхней его части установлен коллектор 11 для подачи воздуха в полости 12, образованные листами 8, ободами 9 и прутами 10. Устройство для удаления дымовых газов выполнено из двух дымовых труб 13, расположенных горизонтально внутри топочной камеры по обе стороны от ее оси и установленных со стороны открытых торцов на вертикально расположенные Г-образные трубы 14. Трубы 14 в верхней части выполнены с отверстиями 15, а их открытые торцы в нижней части соединены с одной из полостей 12. Трубы 13 снабжены кожухами 16 с отверстиями 17, образованными со стороны открытых торцов труб 13 до их середины, а кольцевые полости между трубами 13 и кожухами 16 соединены с коллектором 11 для подачи воздуха. Трубы 13 с наружной стороны корпуса 1 объединены в одну вертикально расположенную трубу 18.
Предлагаемая установка для сжигания твердого топлива работает следующим образом.
Через загрузочный люк 3 в корпус 1 загружается твердое топливо, после чего крышка люка герметично закрывается. Через коллектор 11 в полости 12 поступает холодный основной воздух, что снижает теплонапряженность корпуса 1. Далее воздух через зазоры между прутами 10 по периметру поверхности корпуса 1 поступает во внутрь последнего, где служит носителем кислорода. Кроме того, основной воздух через одну из полостей 12 и открытые торцы поступает в Г-образные трубы 14 и далее через их отверстия 15 в виде струй в зону открытых торцов выхлопных труб 13 и отверстий 17 кожухов 16. Твердое топливо поджигается с помощью дежурного факела, подведенного через технологичный люк 4, после чего его крышка герметично закрывается. В объеме корпуса 1, где размещено твердое топливо, образуется низкотемпературная зона горения (1-ая зона) с температурой t≈600÷900°C, а во всем объеме корпуса 1 скапливаются дымовые горячие газы, продукт недосгоревшего топлива.
Дымовые горячие газы двигаются из очага горения (1-ой зоны) в сторону пониженного давления (открытых торцов выхлопных труб 13), куда поступает основной воздух из отверстий 15 Г-образных труб 14. Одновременно из коллектора 11 через кольцевые полости между трубами 13 и кожухами 16 и отверстия 17 кожухов 16 в виде струй во внутрь корпуса 1 поступает дополнительный воздух. Движение дополнительного воздуха направлено против течения дымовых горячих газов, благодаря чему происходит его постепенный разогрев. В процессе движения дымовые горячие газы смешиваются с подогретым основным и дополнительным воздухом, истекающим из отверстий 15 и 17, вследствие чего происходит их догорание. В результате температура горячих газов постоянно повышается, образуется 2-ая зона горения твердых топлив с температурой 1500÷1700°C. Пламя стабилизируется на струях воздуха, истекающих из отверстий 15 и 17. Полное сгорание горючей смеси происходит во всем объеме корпуса 1, куда подводится основной воздух через зазоры между прутами 10.
Кожухи 16 защищают выхлопные трубы 13 от перегрева за счет поступления дополнительного воздуха из коллектора 11. При этом температура дымовых газов к выходам из труб 13 уменьшается, вследствие чего через трубу 18 в атмосферу выбрасываются дымовые газы с низкой температурой. Энергия, выделяющаяся в процессе горения твердого топлива, остается во 2-ой зоне горения, что повышает температуру сгорания. Повышение температуры, в свою очередь, приводит к полному сгоранию топлива и снижению токсичности вредных веществ в дымовых газах.
Таким образом, внутри корпуса 1 происходит двухзонное и двухстадийное горение твердого топлива с рекуперацией тепла в выхлопных трубах 13, образованием горючего газа с температурой горения твердого топлива в 1-ой зоне в пределах t≈600÷900°C и повышением температуры процесса во 2-ой зоне до уровня 1500÷1700°C, что позволяет резко уменьшить образование диоксинов, поскольку подавляется появление в дымовых газах ароматических соединений (предшественников диоксинов) и обеспечивается низкое содержание частиц пыли (катализаторов образования диоксинов в дымовых газах).
Образовавшаяся зола осыпается через колосниковую решетку 5 на дно корпуса 1, откуда выдувается воздухом, поступающим через трубу 6, и удаляется через трубу 7.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность работы установки для сжигания твердого топлива за счет снижения теплонапряженности корпуса путем подачи холодного основного воздуха в полости, образованные листами, ободами и прутами из жаропрочной стали, и повышения полноты сгорания твердого топлива путем организации двухзонного и двухстадийного горения.