УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ БИОМАССЫ

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для сжигания биомассы и может найти применение в промышленной теплоэнергетике.
Значительное увеличение рыночных цен на мазут и печное топливо делает актуальным перевод промышленных и муниципальных котельных, работающих на жидком топливе, на использование биомассы. В качестве сжигаемой биомассы может рассматриваться широкий спектр сырья: отходы деревопереработки, некондиционная древесина, торф, сапропель, сухой навоз, солома, лузга, илы канализации, промышленно-бытовые отходы, энергетические травы и другие виды горючего органического топлива.
При сжигании биомассы в котлах, изначально рассчитанных на жидкое топливо, основной проблемой является значительное снижение к.п.д. использования теплосодержания топлива. Этот эффект объясняется разными температурами топочных газов, получаемых при сжигании жидкого нефтяного топлива и биомассы. Высококалорийное жидкое нефтяное топливо, сгорая, развивает температуру более 1200 градусов Цельсия, что обеспечивает к.п.д. котлов не менее 90%. Биомасса не является высококалорийным топливом и, как правило, содержит воду, что при сжигании не позволяет получить температуру топочных газов более 850 градусов Цельсия. Подача топочных газов с температурой 850 градусов Цельсия в теплообменник мазутного котла, рассчитанного на 1200 градусов, приводит к снижению к.п.д. с 90% до 60-65%. Снижение к.п.д. приводит к снижению производительности котельного оборудования и перерасходу топлива. В уровне техники не обнаружено технических решений, способных при сжигании биомассы получить температуру топочных газов не ниже 1200 градусов Цельсия и, тем самым, обеспечить паспортную производительность котельного оборудования при экономии сжигаемого топлива.
Уровень техники представлен аналогом заявляемого технического решения - циклонным предтопком, содержащим циклонную камеру, камеру дожигания, колосниковую решетку, расположенную в циклонной камере, и тангенциальные сопла. Конструкция топки предусматривает двустадийное сжигание древесных отходов в нижней и верхней камерах горения. Измельченное топливо из бункера гидравлическим плунжером подается по трубе большого диаметра на колосниковую
решетку через специальное отверстие в ее центре. Образующаяся коническая куча древесных отходов воспламеняется газовой запальной горелкой, автоматически отключающейся после начала устойчивого горения топлива (Э.Н.Сабуров, С.В.Карпов. Циклонные устройства в деревообрабатывающем и целлюлозно-бумажном производстве. М.: Экология, 1993 г., стр.77-79). В данном аналоге, циклонном предтопке, описанном в книге Сабурова Э.Н. и Карпова С.В., реализуется классическая схема вертикальной конструкции предтопка, удобная в том отношении, что попадание в камеру дожигания осуществляется в силу действия гравитации на прогоревшие, уменьшившиеся в размере куски топлива.
Однако в подобном вертикальном исполнении циклонной камеры и камеры дожигания есть недостатки, заключающиеся в том, что при сжигании биомассы в подобном устройстве невозможно получить температуру топочных газов более 850 градусов Цельсия, что в дальнейшем, при подаче топочных газов с температурой 850 градусов Цельсия в теплообменник мазутного котла, рассчитанного на 1200 градусов, приводит к снижению к.п.д.
Уровень техники представлен циклонным предтопком (ПРОТОТИП) по изобретению согласно патенту на изобретение №2196273 от 22.05.2001 г., МПК-7: F23C 5/32, F23C 6/04, опубликованному 10.01.2003 г., и защищающему устройство циклонного предтопка, содержащего циклонную камеру, камеру дожигания крупных фракций топлива, колосниковую решетку, тангенциальные сопла ввода потока и выходной патрубок, причем камера дожигания смонтирована под циклонной камерой, при этом эти камеры разделены между собой пережимом с буртиком, колосниковая решетка выполнена конической и расположена в камере дожигания, а выходной патрубок размещен на боковой поверхности камеры дожигания. В конструкции прототипа также применена вертикальная схема устройства, причем предтопок-прототип состоит из циклонной камеры и камеры дожигания, в то время как в заявляемом техническом решении дожигание осуществляется в котле. В заявляемом техническом решении камера газогенератора и смесительная камера выполняют роль циклонной камеры прототипа.
Недостатком данной конструкции циклонного предтопка является верхний торцевой выход дымовых газов, что создает дополнительные трудности при компоновке устройства с котельным агрегатом, а также не позволяет использовать весь рабочий объем топочной камеры котла.
Общими признаками прототипа и заявляемой полезной модели является
тангенциальный ввод воздуха в устройство сжигания биомассы.
Отличие заявляемого технического решения состоит в том, что камера газогенератора и смесительная камера располагаются соосно в горизонтальной ориентации, что позволяет уменьшить пробег горящих газов и обеспечить высокую температуру горения.
Цель разработки заявляемого технического решения - создание устройства для сжигания биомассы, которое позволит при промышленном производстве тепла перейти с жидкого нефтяного топлива на твердое органическое топливо без замены котельного агрегата. При этом будет сохранен высокий к.п.д. существующих котлов, что позволит не уменьшать их тепловую производительность и оптимизировать расход твердого органического топлива (биомассы).
Технической задачей является разработка устройства для сжигания биомассы, в котором получается высокотемпературный поток горящего газа, не уступающий по своим характеристикам топочным газам горелок на жидком нефтяном топливе.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что для реализации поставленной цели предлагается устройство для сжигания биомассы с тангенциальным вводом воздуха, состоящее из газогенератора, внутренняя поверхность которого облицована огнеупорной футеровкой, снабженного шнеком подачи топлива, смотровым окном, дверью для чистки и предварительного розжига и местом для стыковки со смесительной камерой, с дутьевой решеткой, диаметр отверстий которой определен соотношением 2 мм<d<20 мм, из огнеупорного материала и смесительной камеры, снабженной входным отверстием, воздуховодом и воздушным коллектором, через который подается воздух через надувные отверстия, расположенные под углом 10-12 градусов к радиусу камеры смешения, в количестве менее 60% от объема, необходимого для полного сжигания топлива, выполненным в виде внешнего кожуха смесителя и облицованной огнеупорной футеровкой, в которой имеется ряд отверстий для надува воздуха, пропускная способность которых регулируются воздушными заслонками, причем газогенератор и смесительная камера расположены горизонтально и соосно.
В воздушный коллектор воздух поступает из воздуховода. Поток воздуха, проходя через надувные отверстия, расположенные под углом 10-12 градусов к радиусу камеры смешения, смешивается с горючими газами, поступающими из газогенератора в соотношении, необходимом для полного сгорания топлива, и через выходное отверстие поступает в камеру сгорания котельного агрегата. Подача воздуха
в смесительную камеру под углом 10-12 градусов обеспечивает закручивание газового потока, что увеличивает время его пребывания в смесительной камере и улучшает перемешивание воздуха и горючего газа.
Технический результат применения заявляемого устройства для сжигания биомассы состоит в сохранении параметров промышленных котельных агрегатов при переводе их с использования жидкого нефтяного топлива на сжигание биомассы.
Сущность полезной модели проиллюстрирована чертежами фигуры 1 и 2. На фиг.1 изображен газогенератор, где:
1 - огнеупорная футеровка;
2 - шнек подачи топлива;
3 - место стыковки со смесительной камерой;
4 - смотровое окно;
5 - дверь для чистки и предварительного розжига;
6 - дутьевая решетка из огнеупорного материала;
7 - воздушный коллектор.
На фиг.2 изображена смесительная камера, где:
1 - входное отверстие для входа газа из газогенератора;
2 - ряд надувных отверстий, расположенных под углом к радиусу камеры;
3 - ряд регулируемых воздушных заслонок;
4 - воздушный коллектор;
5 - вход воздуха по касательной к внутреннему диаметру камеры;
6 - воздуховод для входа воздуха;
7 - выходное отверстие для газо-воздушной смеси.
Устройство для сжигания биомассы состоит из газогенератора (фиг.1) с огнеупорной футеровкой 1 и шнеком подачи топлива 2, снабженного местом стыковки со смесительной камерой 3, смотровым окном 4, дверью для чистки и предварительного розжига 5, дутьевой решеткой 6 из огнеупорного материала и воздушным коллектором 7, а также из смесительной камеры (фиг.2) с рядом надувных отверстий 2, расположенных под углом к радиусу камеры, рядом регулируемых воздушных заслонок 3 и воздушным коллектором 4.
Устройство для сжигания биомассы работает следующим образом:
Твердое органическое топливо шнековым дозатором (фиг.1, поз.2) подается в газогенератор, куда одновременно с топливом через воздушный коллектор (фиг.1, поз.7) подается воздух в количестве менее 60% от объема, необходимого для полного сжигания топлива. Воздух в газогенератор подается через дутьевую решетку из
огнеупорного материала (фиг.1, поз.6), при этом диаметр отверстий обеспечивает скорость истечения воздуха 40-50 м/сек. Это позволяет избежать проваливания твердого топлива в воздушный коллектор и разрыхлить горящее топливо. Внутренняя поверхность газогенератора облицована огнеупорной футеровкой (фиг.1, поз.1). Газогенератор имеет смотровое окно (фиг.1, поз.4), дверь для чистки и предварительного розжига (фиг.1, поз.5) и место для стыковки со смесительной камерой (фиг.1, поз.3). Смесительная камера (рис.2) служит для смешения горючего газа, поступающего из газогенератора (фиг.1), с дополнительным количеством воздуха, необходимым для дальнейшего полного сгорания топлива. Горючий газ из газогенератора (фиг.1) поступает в смесительную камеру через входное отверстие (фиг.2, поз.1). Смесительная камера облицована огнеупорной футеровкой, при этом в футеровке имеется ряд отверстий для надува воздуха (фиг.2, поз.2), пропускная способность которых регулируется воздушными заслонками (фиг.2, поз.3). Воздух в смесительную камеру поступает через воздушный коллектор (фиг.2, поз.4), выполненный в виде внешнего кожуха смесителя. В воздушный коллектор воздух поступает из воздуховода (фиг.2, поз.6). Поток воздуха, проходя через надувные отверстия (фиг.2, поз.2), расположенные под углом 10-12 градусов к радиусу камеры смешения, смешивается с горючими газами, поступающими из газогенератора (фиг.1), в соотношении, необходимом для полного сгорания топлива, и через выходное отверстие (фиг.2, поз.7) поступает в камеру сгорания котельного агрегата.
Заявляемое техническое устройство встраивается в котельный агрегат вместо горелки жидкого топлива и обеспечивает теплообменники котла высокотемпературными топочными газами. При этом практически не снижается тепловая производительность котла и к.п.д. использования топлива. Заявляемое техническое решение позволяет сформировать газовую смесь из воздуха и газообразного горючего, получаемого в заявляемом устройстве из сжигаемой биомассы, и окончательно дожечь эту газовую смесь непосредственно в камере сгорания котельного устройства. Это позволяет подать на теплообменники котла газовый факел с температурой 1200 градусов Цельсия, что обеспечит высокий к.п.д. работы котла и экономное использование сжигаемой биомассы.
В уровне техники не обнаружено подобного сочетания экономичности и технической эффективности, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».