УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ БИОТОПЛИВА

Техническое решение (полезная модель) относится к области сжигания твердого высоковлажного и высокозольного биотоплива, в том числе сельскохозяйственных отходов содержания животных и птицы, например, подстилочного помета птицефабрик, с выработкой тепловой энергии в виде пара или горячей воды.
Ближайшим аналогом (прототипом) полезной модели являются установка для сжигания подстилочного помета от напольного содержания птицы, описанная в патенте RU 2516671 F23G 7/00 от 20.05.2014 г.. Данная установка включает топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке беспровальную решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, сопла подачи вторичного воздуха и наклонную топливную трубу для гравитационной подачи топлива.
Установка для сжигания, описанная в патенте RU 2516671, обладает рядом недостатков, основными из которых являются разрыв факела между зеркалом слоевого горения и зоной дожига, сопровождаемый «хлопками» в топке при воспламенении в ней продуктов химического недожога; значительная химическая и механическая неполнота сгорания топлива, обусловленная неорганизованным подсосом холодного воздуха через патрубок ввода топлива, и недостаточным (менее 2 сек) временем пребывания продуктов неполного горения в зоне дожига.
Предложенное техническое решение позволяет устранить указанные недостатки и обеспечивает надежное и эффективное сжигание биотоплива, в том числе подстилочного помета, с минимальным недожогом топлива.
Указанный выше технический результат достигается путем использования предложенного устройства сжигания биотоплива и вариантов его исполнения.
Устройство для сжигания биотоплива, характеризующееся тем, что оно включает топку с теплообменными поверхностями, расположенную в топке колосниковую беспровальную решетку с каналами для подачи первичного воздуха и охлаждаемой шурующей планкой, сопла подачи вторичного воздуха и наклонную топливную трубу, причем эта труба оснащена шлюзовым питателем и соплом подачи горячего воздуха. Это сопло размещено коаксиально в топливной трубе и может оснащаться лопаточным завихрителем. Сопло может быть сдвинуто вперед вдоль оси топливной трубы относительно оси выходного патрубка шлюзового питателя. При этом сопло топливной трубы и сопла подачи вторичного воздуха соединены воздуховодами с высоконапорным вентилятором и дополнительным рекуператором.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана установка для сжигания подстилочного помета по патенту RU 2516671 (прототип). На фиг. 2 и 3 показаны варианты исполнения предложенного устройства для сжигания биотоплива. Устройство (Фиг. 2) включает топку 1 с беспровальной колосниковой решеткой 2, имеющей каналы для подачи первичного воздуха, шурующей планкой 3, соплами вторичного воздуха 4 и наклонной топливной трубой 5. Воздух, подаваемый на горение, подогревается до температуры не менее 200°C в рекуператоре 6. Топка оснащается теплообменными поверхностями 7, где за счет тепла продуктов сгорания биотоплива нагревается теплоноситель (вода) или производится пар. Горячий воздух подается в топливную трубу через сопло 8. Биотопливо поступает в топливную трубу 5 через шлюзовый питатель 9.
В варианте исполнения устройства на Фиг. 3 первичный воздух подается от низконапорного вентилятора через рекуператор 6, где подогревается до температуры не менее 200°C, а вторичный воздух подается в сопла 4А и в сопло 8 от высоконапорного вентилятора через рекуператор 6А, где подогревается до температуры не менее 300°C.
Подача горячего воздуха в топливную трубу позволяет подсушить биотопливо перед его поступлением в топочное пространство, обеспечить слияние пламени зеркала слоевого горения и зоны дожига за счет частичной газификации и быстрого воспламенения мелких фракций биотоплива, устранив «хлопки» в топке и повысив надежность ее работы.
Подача биотоплива через шлюзовый питатель устраняет неорганизованный подсос холодного воздуха, снижающего температуру пламени и ухудшающего условия воспламенения биотоплива.
Оснащение сопла для подачи горячего воздуха завихрителем интенсифицирует прогрев частиц биотоплива и ускоряет их газификацию.
Сдвиг сопла вперед вдоль оси топливной трубы относительно оси выходного патрубка шлюзового питателя эжектирует частицы биотоплива и предотвращает выброс запыленного горячего воздуха через шлюзовый питатель.
Подогрев горячего воздуха в дополнительном рекуператоре до температуры не менее 300°C обеспечивает быструю начальную газификацию биотоплива в топливной трубе и создание оптимальных условий воспламенения продуктов газификации в зоне их дожига при выходе из трубы.
Устройство работает следующим образом.
Биотопливо, сжигаемое в топке 1 на беспровальной решетке 2, через каналы которой подается первичный воздух с температурой не более 200°С, образует зеркало слоевого горения, над которым по высоте топки располагается зона дожига продуктов газификации. При подаче по топливной трубе 5 через шлюзовый питатель 9 биотопливо частично газифицируется за счет подогрева горячим воздухом, подаваемым через сопло 8. Нагрев воздуха в дополнительном рекуператоре до температуры не менее 300°C и его закручивание в сопле 8 ускоряет процесс начальной газификации биотоплива в топливной трубе 5. В результате продукты газификации с мелкими частицами биотоплива поджигаются на выходе из топливной трубы, обеспечивая слияние факелов зеркала слоевого горения и зоны дожига продуктов газификации. Получаемый в итоге процесс факельно-слоевого сжигания интенсифицирует процесс газификации в слое биотоплива и обеспечивает эффективный дожиг продуктов химического и механического недожога топлива без «хлопков» в топке.
Сжигание подстилочного помета в установке, реализующей способ сжигания по патенту RU 2516671 (прототип), не позволяло снижать избыток воздуха в уходящих газах ниже α=2,0 при содержании CO в них не менее 2000 ppm. К.п.д. брутто установки не превышал при этом 70%. Наблюдались частые «хлопки» в топке, нарушающие режим надежной и безопасной эксплуатации установки.
Сжигание подстилочного помета в предложенном устройстве, реализующем заявленный способ сжигания, позволило снизить избыток воздуха в уходящих газах до α=1,6 при содержании CO в них не более 300 ppm. К.п.д. брутто устройства возрос до 75%. Прекратились «хлопки» в топке.
Таким образом, предложенное устройство с вариантами его исполнения, характеризуется более надежным и эффективным сжиганием биотоплива с минимальным его недожогом.