Котлоагрегат для сжигания твёрдых коммунальных отходов в кипящем слое

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к котлоагрегатам для сжигания твердых коммунальных отходов в кипящем слое.
Известен котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое по патенту на полезную модель РФ: RU 170747 U1 от 05.05.2017, МПК F23C 10/02 - [1], состоящий из механического топочного устройства в виде наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки для сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое с подачей воздуха под решетку и в надслоевое пространство, поверхностей нагрева в виде газоплотных экранов, обеспечивающих разворот газов для организации системы возврата уноса, питателя топлива, эжектора, дополнительной поверхности нагрева вдоль решетки, включенной в контур циркуляции котла. Питатель топлива выполнен в виде шнека, воздуховод в зоне первичного дутья под решеткой изогнут до вертикального положения, воздуховод в зонах вторичного дутья выполнен в виде щелевых сопел, линия всасывания дутьевого вентилятора котла соединена с напорной линией дымососа для подмешивания уходящих газов, в дополнительную надрешеточную поверхность нагрева включена трубная секция.
Прототипом заявленного технического решения является котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое с горелкой для сжигания жидкого топлива по патенту на полезную модель РФ: RU 172520 U1 от 11.07.2017, МПК F23C 10/02, «Котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое с горелкой для сжигания жидкого топлива» - [2]. Прототип состоит из механического топочного устройства в виде наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки для сжигания твердого топлива в высокотемпературном кипящем слое, поверхностей нагрева, питателя топлива, эжектора, с поверхностями нагрева в виде газоплотных экранов, обеспечивающих разворот газов для организации системы возврата уноса, с подачей воздуха под решетку и в надслоевое пространство, с дополнительной поверхностью нагрева вдоль решетки, включенной в контур циркуляции котла. В топочном устройстве, на верхнем экране, установлена горелка для сжигания жидкого топлива, направленная в сторону дутьевых зон первичного воздуха колосниковой решетки.
Недостатками котлоагрегатов [1] и [2] является:
- отсутствует возможность сжигания твердых коммунальных отходов, как с совместной подачей угольной смеси, так и самостоятельно;
- отсутствие возможности поддержания требуемого температурного режима в топке котла для качественного сжигания твердых коммунальных отходов как самостоятельно, так и при совместной подаче угольной смеси.
Недостатки данных котлоагрегатов ставят задачу поддержания устойчивости горения и температурного режима на статических и динамических режимах при сжигании твердых коммунальных отходов как самостоятельно, так и совместно с угольной смесью.
Сущность заявленной полезной модели состоит в том, что котлоагрегат для сжигания твердых коммунальных отходов в кипящем слое состоит из механического топочного устройства в виде наклонной к горизонту подвижной колосниковой решетки, далее решетка, в высокотемпературном кипящем слое с подачей воздуха под решетку и в надслоевое пространство, поверхностей нагрева в виде газоплотных экранов, обеспечивающих разворот газов для организации системы возврата уноса, питателя топлива, эжектора. Питатель топлива выполнен в виде шнека. Воздуховод в зоне первичного дутья под решеткой изогнут до вертикального положения, воздуховод в зонах вторичного дутья выполнен в виде щелевых сопел. Линия всасывания дутьевого вентилятора котла соединена с напорной линии дымососа, для подмешивания уходящих газов. В боковой части обмуровки котла с двух сторон в шахматном порядке установлены по две жидкотопливные горелки, направленные под углом в сторону колосниковой решетки.
В то же время, известны технические решения печей и способов их работы для сжигания отходов в кипящем (псевдоожиженном) слое печей, например приведенные ниже:
- Печь для сжигания отходов по авторскому свидетельству СССР: SU 1320595 А1 от 30.06.1987, МПК F23G 5/30 - [3], в котором загрузочное устройство отходов выполнено на одном уровне с соплами подвода смеси топливного газа и воздуха;
- Способ утилизации горючих отходов целлюлозного производства по авторскому свидетельству СССР: SU 1368573 А1 от 23.01.1988, МПК F23G 5/30 - [4], согласно которому производят частичное обезвоживание отходов, и их дальнейшее сжигание в псевдосжиженном слое инертного теплоносителя с инициацией горизонтальных встречных струйных течений в поверхностно области слоя в ударным взаимодействием частиц;
- Устройство для сжигания отходов по авторскому свидетельству СССР: SU 1471027 А1 от 07.04.1989, МПК F23G 5/30 - [5], содержащее частично заполненный мелкодисперсным материалом корпус, в верхней части которого установлены дутьевые трубки, а в нижней части расположены перфорированные трубы с козырьками и образующие газораспределительную решетку;
- Мусоросжигательная печь с псевдоожиженным слоем и способ сжигания донного осадка в такой печи (Варианты) по патенту на изобретение РФ: RU 2476772 С2 от 27.02.2013, МПК F23G 5/30, F23G 7/04 - [6], содержащая корпус мусоросжигательной печи, в который донный осадок подают без сушки, причем внутреннее пространство корпуса мусоросжигательной печи разделено на нижнюю часть, часть над нижней частью и верхнюю часть, в направлении по высоте.
Общим недостатком известных аналогов [3, 4, 5 и 6] является то, что они представляют собой специальные отдельные устройства для сжигания отходов, которые могут быть использованы, например, на мусорных полигонах. Строительство таких устройств в малых поселениях и малых городах не целесообразно, так как нет большого количества отходов.
Заявленное устройство позволяет расширить функционал угольных котлов с кипящим слоем, а именно тем, что на ряду с сжиганием угля в нем возможно дополнительно сжигать и измельченные коммунальные отходы.
Техническим результатом заявленной полезной модели является возможность сжигания твердых коммунальных отходов, при требуемом температурном режиме, как самостоятельно, так и с угольной смесью.
Поддержание устойчивого горения при сжигание твердых коммунальных отходов на статических и динамических режимах работы как самостоятельно, так и с угольной смесью в кипящем слое достигается за счет того, подготовленные коммунальные отходы вместе с угольной смесью фракцией до 40 мм шнеком питателя топлива направляются по наклонной плите в топку котла. При этом работа жидкотопливных горелок в боковой части обмуровки котла с двух сторон позволяет поддерживать требуемый температурный режим котлоагрегата, что позволяет полностью сжигать твердые коммунальные отходы и вырабатывать теплоту для нужд теплоснабжения
Предложенная конструкция котла не выявлена из существующего уровня развития техники. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизны».
Реализация заявленного устройства не представляет никаких технологических, конструктивно-технических трудностей, отсюда следует соответствие критерию «промышленная применимость».
Предложенная конструкция котла поясняется чертежами. На фиг. 1 показан разрез котла - вид сбоку. На фиг. 2 разрез котла - вид спереди. Котел включает в себя механическое топочное устройство, поверхности нагрева, питатель топлива шнекового типа, бункер возврата уноса и эжектор. Основным технологическим элементом топки является подвижная, наклоненная к горизонту колосниковая решетка прямого хода (1). Данное устройство также включает в себя раму с расположенным внутри ее воздушным коробом, разделенным на дутьевые зоны первичного дутья (2). Воздуховод в зонах вторичного дутья выполнен в виде щелевых сопел (3). В боковой части обмуровки котла с двух сторон в шахматном порядке установлены по две жидкотопливные горелки (4), направленные под углом в сторону колосниковой решетки (1). По бокам и сверху топка ограничена стальными газоплотными водотрубными секциями (5). Топливо на колосниковую решетку в виде твердых коммунальных отходов и угольной смеси подается из топливного бункера (6) по наклонной плите (7) с помощью питателя топлива шнекового типа (8). Котел также содержит водотрубную секцию (9), перегородку (10) из жаропрочной стали между водотрубными секциями (5) и (9), бункер возврата уноса (11) с эжектором возврата уноса (12), линию рециркуляции уходящих газов с поворотным шибером круглого сечения.
Работает заявленное устройство следующим образом:
Подготовленный состав твердых коммунальных отходов направляется в топливный бункер (6) где смешивается с углем фракцией до 40 мм. Далее топливная смесь по наклонной плите (7) поступает в топку котла. Часть воздуха направляется под колосниковую решетку (1) через дутьевые зоны первичного воздуха (2), а другая - в надслоевое пространство через щелевые сопла вторичного дутья (3).
Газы поднимаются от колосниковой решетки прямого хода в верхнюю часть топки, проходят вниз по ряду параллельных труб водотрубной секции (5), разворачиваются на 180° и, проходя вверх по водотрубной секции (9), удаляются из котла. Для обеспечения разворота дымовых газов между водотрубными секциями (5) и (9) установлена перегородка из жаропрочной стали (10). Резкий разворот газов позволяет осадить в бункере возврата уноса (11) унесенные из топки несгоревшие частицы топлива и летучей золы и с помощью эжектора (12) вернуть их в топку на дожигание.
Показанный на фиг. 2 разрез котла - вид спереди выполнен со стороны питателя топлива. Поддержание устойчивого горения топлива и требуемой температуры горения не ниже 1200°С происходит за счет работы в топке котла четырех жидкотопливных горелок (4) на боковых экранах обмуровки котла по две с каждой стороны.
Список использованных источников
1. Полезная модель РФ: RU 170747 U1 от 05.05.2017, МПК F23C 10/02, «Котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое».
2. Полезная модель РФ: RU 172520 U1 от 11.07.2017, МПК F23C 10/02, «Котлоагрегат для сжигания твердого топлива в кипящем слое с горелкой для сжигания жидкого топлива» - прототип.
3. Авторское свидетельство СССР: SU 1320595 А1 от 30.06.1987, МПК F23G5/30, «Печь для сжигания отходов».
4. Авторское свидетельство СССР: SU 1368573 А1 от 23.01.1988, МПК F23G 5/30, «Способ утилизации горючих отходов целлюлозного производства».
5. Авторское свидетельство СССР: SU 1471027 А1 от 07.04.1989, МПК F23G 5/30, «Устройство для сжигания отходов».
6. Патент на изобретение РФ: RU 2476772 С2 от 27.02.2013, МПК F23G5/30, F23G 7/04, «Мусоросжигательная печь с псевдоожиженным слоем и способ сжигания донного осадка в такой печи (Варианты)».