ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ)
FURNACE FOR COMBUSTION OF SOLID FUEL (VERSIONS)

Изобретение относится к сжиганию топлива и может быть использовано в отопительных котельных, в частности в устройствах для сжигания твердого топлива.
Известен способ сжигания топлива в печи и печь для реализации указанного способа, содержащая корпус с дверкой со смотровым стеклом для загрузки топлива, в котором выполнены каналы подачи воздуха в камеру сгорания с зоной горения, каналы отвода продуктов сгорания топлива из камеры сгорания, дымовую трубу для отвода продуктов сгорания, причем в рамке дверки печи устанавливают панель, при помощи которой делят поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхнюю полость, образованную рамкой и упомянутой панелью, соединяют с зоной горения и используют для укладки топлива, преимущественно дров, а нижнюю соединяют с зоной горения, образуя тем самым основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом при помощи упомянутой панели образуют со смотровым стеклом зазор, служащий первым каналом подачи воздуха в зону горения из полости основного канала, причем на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполняют сквозные каналы, при помощи которых соединяют полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, образуя тем самым второй канал подачи воздуха в зону горения, при этом в нижней части печи выполняют третий канал подачи воздуха в зону горения, причем полость упомянутого канала с одной стороны соединяют с полостью основного канала подачи воздуха, с другой соединяют с нижней частью полости зоны горения, предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива, причем топливо укладывают в зону горения с образованием зазора (см. патент на изобретение Российской Федерации №2520112, МПК F24B 1/00, публикация 20.06.2013).
Основными недостатками аналога являются сложности регулировки производительности при неизменном количестве загрузки топлива, затруднена очистка внутренних полостей каналов зоны горения от золы, нагара и прочих остатков продуктов горения.
Известен водогрейный котел, состоящий из корпуса, топки с колосниковой решеткой, экранов поперечных и связок, обмуровок направляющей и боковых, шарнирного козырька, теплозащитной крышки и тепловоздушных облицовок (см. патент на изобретение Российской Федерации №2068158, МПК F24H 1/26, публикация 20.10.1996).
Основным недостатком аналога является возможность образования жидких и газообразных балластных продуктов пиролиза в верхних слоях загрузки топлива при недостатке кислорода воздуха, отрицательно влияющих на процессы в зоне горения и на экологичность уходящих газов.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является топка для сжигания твердого топлива, содержащая камеру сгорания с колосниковой решеткой и вертикальной перегородкой, образующей щелевидный выходной канал и камеру дожигания с входом в окно, сообщающийся со щелевидным каналом и трубой подачи вторичного воздуха, при этом перегородка выполнена перфорированной с уменьшающейся кверху степенью перфорации, входное окно камеры дожигания снабжено П-образным козырьком, направленным в сторону камеры дожигания, а труба подачи вторичного воздуха размещена над окном и со стороны щелевидного канала имеет перфорацию (см. патент на изобретение Российской Федерации №1163087, МПК F23B 1/12; публикация 23.06.1985), принято за прототип.
Основными недостатками прототипа являются возможность образования жидких и газообразных балластных продуктов пиролиза в верхних слоях загрузки топлива при недостатке кислорода воздуха, отрицательно влияющих на процессы в зоне горения и на экологичность уходящих газов, сложности в регулировании производительности при изменяющемся объеме загрузки топлива.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в создании топочного устройства для сжигания твердого топлива (преимущественно дров) с максимальной эффективностью и экономичностью.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в расширении эксплуатационных возможностей, а также области применения топки для сжигания твердого топлива путем регулирования площади поверхности зеркала горения и создания условий для вовлечения в процесс активного горения только необходимого количества топлива и, кроме того, исключении образования балластных продуктов пиролиза в верхних слоях загрузки топлива.
Указанный технический результат достигается тем, что в топке для сжигания твердого топлива, содержащей корпус с загрузочным бункером для твердого топлива, камеру сгорания с колосниковой решеткой, устройство подачи воздуха, камеру дожигания с окном в нее, согласно изобретению по первому варианту камера сгорания имеет подвижную, перемещаемую по высоте горизонтальную колосниковую решетку, подвижно-поворотную наклонную заднюю колосниковую решетку и подвижно-поворотную наклонную направляющую плиту.
Кроме этого, устройство подачи воздуха выполнено в виде трубы таким образом, что движение воздуха и горючих газов перед входом в камеру дожигания направлено навстречу друг другу по противоточной схеме.
Указанный технический результат достигается тем, что в топке для сжигания твердого топлива, содержащей корпус с загрузочным бункером для твердого топлива, камеру сгорания с колосниковой решеткой, устройство подачи воздуха, камеру дожигания с окном в нее, согласно изобретению по второму варианту камера сгорания имеет подвижно-поворотную наклонную заднюю колосниковую решетку и подвижно-поворотную наклонную направляющую плиту.
Кроме этого, устройство подачи воздуха выполнено в виде трубы таким образом, что движение воздуха и горючих газов перед входом в камеру дожигания направлено навстречу друг другу по противоточной схеме.
Заявляемая топка для сжигания твердого топлива отличается от прототипа тем, что по первому варианту камера сгорания имеет подвижную, перемещаемую по высоте горизонтальную колосниковую решетку, подвижно-поворотную наклонную заднюю колосниковую решетку и подвижно-поворотную наклонную направляющую плиту, а по второму камера сгорания имеет подвижно-поворотную наклонную заднюю колосниковую решетку и подвижно-поворотную наклонную направляющую плиту. При этом в обоих вариантах движение воздуха и горючих газов перед входом в камеру дожигания направлено навстречу друг другу по противоточной схеме. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого способа условию «новизна».
Использование способа подачи воздуха по противоточной схеме повышает величину теплового напряжения зеркала горения на колосниках преимущественно в зоне выхода продуктов горения в камеру дожига, что обеспечивает наиболее полное дожигание продуктов горения, а также повышает устойчивость и авторегулирование процесса горения в топке. Таким образом, изобретение имеет «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена топка для сжигания твердого топлива, вариант 1; на фиг. 2 представлена топка для сжигания твердого топлива, вариант 2.
Топка для сжигания твердого топлива по первому варианту состоит из корпуса 1, внутри которого размещен загрузочный бункер 2 с запасом твердого топлива 3 для обеспечения длительной работы топки. В нижней части корпуса 1 расположена камера сгорания с горизонтальной колосниковой решеткой 4 и наклонной задней колосниковой решеткой 5.
При этом горизонтальная колосниковая решетка 4 имеет возможность перемещаться вниз и вверх, а наклонная задняя колосниковая решетка 5 шарнирно закреплена под нижним краем окна камеры дожигания 8, а в нижней части прилегает своей поверхностью к задней кромке горизонтальной колосниковой решетки 4. Для удержания в загрузочном бункере 2 массы твердого топлива 3 и направления горящего слоя на горизонтальную колосниковую решетку 4 внутри корпуса 1 в нижней его части имеется наклонная направляющая плита 6, шарнирно закрепленная на корпусе 1, а нижней частью прилегающая к передней кромке горизонтальной колосниковой решетки 4. В нижней части корпуса 1 имеется устройство подачи воздуха, выполненное в виде трубы 7, выходным отверстием направленное в сторону задней наклонной колосниковой решетки 5, живое сечения для прохода воздуха которой зависит от расположения горизонтальной колосниковой решетки 4.
Топка для сжигания твердого топлива по второму варианту состоит из корпуса 1, внутри которого размещен загрузочный бункер 2 с запасом твердого топлива 3 для обеспечения длительной работы топки.
В нижней части корпуса 1 расположена камера сгорания с наклонной задней колосниковой решеткой 5, шарнирно закрепленной под нижним краем окна камеры догорания 8. Для удержания в загрузочном бункере 2 массы твердого топлива 3 и направления горящего слоя на колосниковую решетку 4 имеется наклонная направляющая плита 6, шарнирно закрепленная верхней частью внутри на корпусе 1, а нижней частью опирающаяся сверху на поверхность колосниковой решетки 4. В нижней части корпуса 1 имеется устройство подачи воздуха, выполненное в виде трубы 7, выходным отверстием направленное в сторону колосниковой решетки 5, живое сечение для прохода воздуха которой зависит от расположения опирающейся на нее направляющей плиты 6.
Топка для сжигания твердого топлива работает следующим образом.
В определенных случаях, например по первому варианту, непосредственно перед загрузкой твердым топливом 3 загрузочного бункера 2 в зависимости от заданного режима работы топки устанавливаются в требуемое положение горизонтальная колосниковая решетка 4, подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 (см. положение А и Б на фиг. 1).
При этом, по мере необходимости обеспечения наибольшей производительности топки, горизонтальная колосниковая решетка 4, подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 устанавливаются в положение Б, соответствующее нижнему расположению горизонтальной колосниковой решетки 4, при котором объем зоны горения, количество вовлеченного в процесс горения твердого топлива 3 и активная поверхность зеркала горения на колосниках становятся максимальными, а увеличение суммарного живого сечения отверстий в подвижно-поворотной наклонной задней колосниковой решетке 5 пропорционально увеличивает пропускную способность для воздуха, подаваемого из устройства подачи воздуха 7, а движение воздуха навстречу движению продуктов горения по противоточной схеме способствует увеличению теплового напряжения зеркала горения, что в конечном итоге влияет на увеличение производительности топки.
Наоборот, для обеспечения минимальной производительности топки горизонтальная колосниковая решетка 4, подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 устанавливаются в положение А, соответствующее верхнему расположению горизонтальной колосниковой решетки 4.
При этом составляющая температурного градиента всегда имеет направление от зоны горения в сторону камеры догорания 8 и далее в газоход 9, исключая нагрев твердого топлива 3 в верхних слоях в загрузочном бункере 2, предотвращая тем самым нежелательный процесс пиролиза, образование сопутствующих жидких и газообразных балластных продуктов и улучшение крекинга смол.
В определенных случаях, например по второму варианту, непосредственно перед загрузкой твердым топливом 3 загрузочного бункера 2 в зависимости от заданного режима работы топки устанавливаются в требуемое положение подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 (см. положение А и Б на фиг. 2).
При этом, по мере необходимости обеспечения наибольшей производительности топки, подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 устанавливаются в положение Б, соответствующее максимальному опусканию нижнего края подвижно-поворотной наклонной задней колосниковой решетки 5 и нижнего края направляющей плиты 6, упирающегося при этом сверху на поверхность подвижно-поворотной наклонной задней колосниковой решетки 5, при котором объем зоны горения, количество вовлеченного в процесс горения твердого топлива 3 и активная поверхность зеркала горения на колосниках становятся максимальными, а увеличение суммарного живого сечения отверстий в подвижно-поворотной наклонной задней колосниковой решетке 5 пропорционально увеличивает ее пропускную способность для воздуха, подаваемого из устройства подачи воздуха 7, а движение воздуха навстречу движению продуктов горения по противоточной схеме способствует увеличению теплового напряжения зеркала горения, что в конечном итоге влияет на увеличение производительности топки.
Наоборот, для обеспечения минимальной производительности топки подвижно-поворотная наклонная задняя колосниковая решетка 5 и подвижно-поворотная направляющая плита 6 устанавливаются в положение А, соответствующее минимальному опусканию нижнего края подвижно-поворотной наклонной задней колосниковой решетки 5 и нижнего края подвижно-поворотной направляющей плиты 6.
При этом составляющая температурного градиента всегда имеет направление от зоны горения в сторону камеры догорания 8 и далее в газоход 9, исключая нагрев твердого топлива 3 в верхних слоях в загрузочном бункере 2, предотвращая тем самым нежелательный процесс пиролиза, образование сопутствующих жидких и газообразных балластных продуктов и улучшение крекинга смол.
Описанные варианты реализации топки для сжигания твердого топлива, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывают всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения.
Использование предлагаемой топки для сжигания твердого топлива позволяет повысить экономичность и эффективность работы за счет обеспечения вовлечения в процесс активного горения необходимого слоя твердого топлива и регулирования тем самым размеров поверхности зеркала горения на колосниках.
Примененный способ подачи воздуха по противоточной схеме повышает величину теплового напряжения зеркала горения преимущественно в зоне выхода продуктов горения в камеру дожига на колосниках, что обеспечивает наиболее полное дожигание продуктов горения, улучшает крекинг смол, уменьшает вредное влияние продуктов термического пиролиза, образующихся в слое топлива в загрузочном бункере вне зоны горения, повышает устойчивость и авторегулирование процесса горения.
Следовательно, расширяются эксплуатационные возможности использования топки для сжигания твердого топлива, повышаются экономичность и качество сжигания путем количественного регулирования зоны горения топлива на колосниковой решетке.
Предложенная конструкция топки для сжигания твердого топлива может найти применение в целях теплоснабжения.