УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ И ОТХОДОВ

Устройство для сжигания горючих материалов и отходов.
Полезная модель относится к устройствам для сжигания кускового топлива с кольцевой конической камерой сгорания, использующей рекуперацию тепла и вторичное сжигание, может быть использовано для утилизации маслоотходов металлургии и машиностроения, ликвидации разливов сырой нефти, смешанной с минеральными частицами, переработки иных нефтешламов, например, отстоев в нефте хранилищах, битуминозных песков.
Из патентной литературы известны устройства для термической переработки и сжигания твердых материалов, отходов и топливных смесей, включающих конденсированные вещества (см., например, патенты РФ  2076272, 1997 и # 2135896, 1999, F23G5/027;# 2137044, 1999,F23G5/14), содержащие помещенные в корпусе устройства подачи сырья и выгрузки коксозольного остатка, камеру горения с зонами пиролиза и дожигания, систему подогрева и подачи окисляющего воздуха, рекуператор типа труба в трубе.
Недостатком указанных устройств является их конструктивная сложность и функциональная ненадежность, определяющая необходи мость комплектования дополнительными устройствами фильтрации газов, сепараторов, скруберов и т.п.
Наиболее близким устройством по числу совпадающих признаков и технической сущности является описанное в свидетельстве РФ на полезную модель 12458, F23B1/34, опубл. 10.01.00 в бюл.1, камера сгорания которого сформирована коаксиально смонтированными с зазором в основании двумя газопроницаемыми наклонными стенками, причем наружняя стенка выполнена в виде колец с убывающим в направлении бункера загрузки диаметрами, а внутренняя стенка образована конической пластинчатой решеткой воздухораспределителя,центmill Hill iini 11Ш I.,. / Q
F 23 В i/34
F 23 G 5/36, 46
ральный патрубок которого размещен внутри патрубка вытяжки газообразных продуктов горения из свободного объема корпуса, снабженного периферийной рубашкой для прохода атмосферного воздуха.
Компактная и функциональная конструкция этого устройства для сжигания горючих материалов и отходов обеспечивает раздель ное сжигание твердых компонентов в камере сгорания с перфорированными стенками и дожигание газообразных продутов пиролиза вне ее, в свободном объеме коаксиального корпуса. Принудительная подача окисляющего воздуха, нагретого рекуперативным теплом, с обеих сторон камеры сгорания, распределена по зонам горения и обеспечивает необходимую полноту сгорания топливной смеси.
При этом в прототипе автоматически происходят гравитационное перемещение топливной смеси из загрузочного бункера по коническому воздухораспределителю вдоль камеры сгорания без сводообразования и выведение через ее кольцевой зазор в основании негорючего минерального остатка.
Однако, недостатком известного устройства для сжигания горючих материалов и отходов является неудовлетворительное качество сжигания топливной смеси и дожигания газообразных продуктов горения, обусловленное низким тепловложением в окисляющий атмосферный воздух из-за малой площади контакта труб встречных газопотоков в рекуператоре, что снижает, во избежание коксобразования, производительность работ и определяет необходимость в дополнительном дымоуловителе на выходе из-за неполного сгорания.
Кроме того,для самопроизвольного движения кускового топлива по конической поверхности воздухораспределителя вдоль реакционных зон камеры сгорания его необходимо подсущивать в специальном автономном устройстве тепловой обработки топливной смеси.
вышение эффективности сжигания кускового топлива из горючих твердых материалов и конденсированных веществ и расширение технологических возможностей.
Это достигается тем, что в известном устройстве для сжигания материалов и отходов, содержащем камеру сгорания, сформированную двумя газопроницаемыми наклонными стенками, смонтированными коаксиально с зазором в основании, наружняя из которых выполнена в виде колец с убывающими в направлении бункера загрузки диаметрами, а внутренняя стенка образована конической пластинчатой решеткой воздухораспределителя с центральным патрубком,размещенным внутри патрубка отвода газообразных продуктов горения из свободного объема корпуса, снабженного периферийной рубашкой для прохода воздуха, по предложению авторов, патрубок отвода смонтирован аксиально внутри периферийной рубашки корпуса, которая сообщается с цент ральным патрубком воздухораспределителя, и расположен вдоль камеры сгорания и бункера загрузки, где дополнительно выполнен ресивер .
Размещение патрубка вытяжки газообразных продуктов горения аксиально внутри корпуса, между периферийной рубашкой, которая сообщается с центральным патрубком воздухораспределителя, и наружной стенкой камеры сгорания, создает замкнутую систему рекуперативного нагрева рабочего окисляющего воздуха в теплообменнике типа труба в трубе, что обеспечивает использование вторичного тепла для предварительного нагрева атмосферного воздуха без внешних источников, автоматически, теплом отводимых газообразных продуктов горения ТОПЛИВНОЙ смеси, значительно снижая при этом потери энергии в камере сгорания.
Эффективной рекуперации и утилизации тепла отводимых газообразных продуктов горения на предварительный нагрев окисляющего воздуха .
Дополнительный эффект от предложенной конструктивной схемы заключается в том, что топливная смесь в бункере загрузки подсушивается конвективным теплом отводимых газообразных продуктов горения из внешнего коаксиального ресивера патрубка вытяжки, что исключает использование автономных спецустройств нагрева. Также за ненадобностью исключен дымоуловитель на выходе устройства,потому что мелкодисперсные фракции несгоревших частиц, уносимых газовым потоком из камеры сгорания, оседают в лабиринтном отводящем патрубке, в его сепараторе и ресивере.
Отличительные признаки позволили упростить конструкцию устройства и заметно сократить его габариты, расширив технологические возможности по утилизации различных материалов, которые непрерывно подаются в открытый бункер загрузки , так что слой топливной смеси служит гидравлическим затвором для камеры сгорания, а испаряемая влага при подсушивании свободно удаляется,что исключает потребность в шиберном механизме порционной подачи топливной смеси и в специальном устройстве ее подсушки.
Следоватеьно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, нового эффекта суммы, неприсущего признакам в разобщенности.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, который не ограничивает объема прав совокупности сущест венных признаков формулы, где схематично изображены: на фиг.1 - общий вид устройства; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
отходов (фиг,1) смонтирована камера 2 сгорания, которая сформирована двумя коаксиальными коническими перфорированными поверхностями стенок 3 и 4, укрепленных с кольцевым зазором 5 в основании. Наружняя стенка 3 образована набором колец 6 с убывающим диаметром кверху, установленных с частичным перекрытием и зазорами 7. Внутренняя стенка 4 камеры 2 ограничена коническим наружним профилем центрального воздухораспределителя 8.
Воздухораспределитель 8 выполнен из набора дисковых пластин 9 разного диаметра по убывающей снизу вверх, собранных через равные зазоры 10, образуя наружную коническую перфорированную поверхность, общую с камерой 2 сгорания, с углом естественного откоса для кускового топлива. Дисковые пластины 9 имеют осевые отверстия, которые в сборе образуют свободный объем 11, где в центре установлен патрубок 12 подачи окисляющего воздуха, осна щенный трубчатыми воздуховодами 13 и выходными отверстиями 14.
Выходы трубок воздуховодов 13 помещены в зазорах 10 между пластинами 9 на разной высоте,наглухо закрытых обечайками 15 от свободного объема 11 для обеспечения заданного распределения (фиг.2) подаваемого по центральному патрубку 12 воздуха. При этом часть зазоров 10 не сообщается с воздуховодами 13, а коммутирует камеру 2 сгорания и свободный объем 11 воздухораспределителя 8, который сообщается со свободным объемом 16 корпуса 1, выполняющим функции второй камеры сгорания для летучих горючих, газообразных продуктов пиролиза в камере 2 сгорания. В продольном сечении воздухораспределитель 8 (фиг.1) представляет собой многоканальную решетку.
На периферии корпуса 1 выполнена рубащка 17, которая имеет входные отверстия 18 коммуникации с атмосферой и сообщающаяся с открытым торцем патрубка 12, закрепленного в днище 19 корпуса 1, там же расположена секторная шиберная заслонка 20, а для сбора
золы и минерального остатка после сжигания топливной смеси в ка мере 2 сгорания под заслонкой 20 установлен съемный поддон 21.
В верхней части рубашка 17 (фиг.2) связана каналами 22 через отверстия 23 со свободным объемом 16 корпуса 1 и с трубчатыми воздуховодами 24, которые смонтированы в радиальных зазорах 7 частично совмещенных по высоте соседних колец б наружной стенки 3 камеры 2 таким образом,что сохраняется сообщение свободного объема 16 корпуса 1 с камерой 2 сгорания.
Свободный объем 16 корпуса 1 сверху закрыт монтажной плитой 25, а снизу ограничен несущим кольцом 26 под стойки 27 центрального воздухораспределителя 8, в котором закреплен трубчатый се паратор 28.
Цилиндрическая обечайка 29 свободного объема 16 корпуса 1 между плитой 25 и кольцом 26 вписана в отводящий патрубок 30 квадратной формы и тем самым связывает его объем под кольцом 26 по средством угловых каналов 31 (фиг.2) с объемом патрубка 30 над монтажной плитой 25.
Наружная стенка 3 камеры 2 совмещена с бункером 32 загруз ки, вокруг которого смонтирован отводящий патрубок 30 с перифе рийным ресивером 33, снабженным патрубком 34 вытяжки,сообщающимся с ветнилятором (на чертеже не показан).
Работает устройство следующим образом. При включенном вытяжном вентиляторе патрубка 30 в камере 2 разжигают легко воспламе нимое кусковое топливо, например, деревянную щепу, бумагу,картон, которыми заполняют объем камеры 2 сгорания. Затем камеру 2 сгорания заполняют опилками,при сгорании которых камера 2 разогревается до рабочей температуры, когда становится возможным сжигать твердые материалы и конденсированые вещества.
топлива, например, осадки нефтехранилищ (в соотношении, мас%: нефть - 10, песок -70 и опилки - 20).
Кусковое топливо загружается в бункер 32, из которого под действием гравитационных сил оно самопроизвольно заполняет камеру 2 сгорания, перемещаясь по конической поверхности воздухораспределителя 8, и при этом воспламеняется, и сгорает.
Посредством вытяжной вентиляции в отводящем патрубке 30 внутри устройства создается разряжение, засасывающее атмосферный воздух через отверстия 18 в кольцевую цилиндрическую рубашку 17, по которой окисляющий воздух поступает в каналы 22 и в центральный патрубок 12. Из каналов 22 окисляющий воздух распределяется по воздуховодам 24 и далее поступает в камеру 2 сгорания через ее наружную стенку 3. Из центрального патрубка 12 окисляющий воздух поступает в коническую решетку 8 по ее воздуховодам 13 локально, между пластинами 9 в зазоры 10, откуда ориентированно подается в камеру 2 сгорания с противной стороны,через стенку 4.
Камера 2 спрофилирована с уменьшением поперечного сечения книзу для снижения толщины прослойки топлива, где необходимы повьшенные температура и скорость горения без коксообразования. Для полноты сгорания топливной смеси окисляющий воздух подается с избытком относительно потребного количества для реакций окисления .
Газообразные продукты пиролиза из камеры 2 удаляются через зазоры 7 между кольцами 6 наружной стенки 3 во вторую камеру сгорания-свободный объем 16 корпуса 1 и через зазоры 10 центрального воздухораспределителя 8 в его свободный объем 11. Газообразные продукты пиролиза активно перемешиваются с избытком окисляющего воздуха в камере 2 сгорания, зазорах 7 наружной стенки 3 и в за зорах 10 конической стенки 4 воздухораспределителя 8, а также поперечными струями воздуха непосредственно из отверстий 23 в свободном объеме 16 корпуса 1 и из отверстий 14 центрального воздухораспределителя 8 в свободном объеме 11 полого воздухораспределителя 8, что обеспечивает полноту их сгорания.
Газообразные продукты горения из объемов 16 и 11, смешива ясь между собой и окончательно догорая (дожигая возможные остатки неполностью сгоревших частиц), поступают через сепаратор 28 в отводящий патрубок 30. Далее газообразные продукты горения перемещаются по угловым каналам 31 корпуса 1 вверх и через ресивер 33 выводится в вытяжной патрубок 34. При этом возможные пылевидные остатки несгоревших частиц оседают в сепараторе 28 на шиберную заслонку 20 и в ресивере 33, таким образом из устройства в атмосферу непосредственно выходят экологически чистые газообразные продукты горения.
Учитывая, что все газоводы устройства выполнены по схеме рекуперативного теплообменника типа труба в трубе, то отводимые газообразные продукты нагревают частью своего тепла встречные потоки окисляющего воздуха до температуры порядка 400 С, что обеспечивает повышение рабочей температуры в камере 2 сгорания, авто номно, без внещних источников энергии и, следовательно, производительность сжигания топливной смеси.
В кольцевом ресивере 33 газообразные продукты горения расширяются и затормаживаются, нагревая бункер 32 загрузки и подсушивая конвективным теплом топливную смесь в нем. При этом испаряемая влага удаляется через его открытый торец, что способствует повышению эффективности горения в камере 2 без потерь на предварительный нагрев топливной смеси.
Слой топливной смеси в бункере 32 загрузки создает большое гидравлическое сопротивление для газов в камере 2 сгорания и может быть выполнен открытым.
минеральные негорючие остатки в виде чистого песка просыпаются, увлекаемые газовыми потоками в кольцевой зазор 5 междх-у стенками 3 и 4, освобождая ее объем под грузом оседающей массы топливной смеси.
Газообразные продукты горения, выводимые по патрубку 30 вверх, отделяются от минеральных остатков в трубчатом сепараторе 28, которые собираются на шиберной заслонке 20 и накапливаются в устройстве. Периодически, выдвигая наружу сектора заслонки 20, минеральные остатки (золу и песок) пересыпают в поддон 21 до заполнения, после чего поддон 21 извлекают из корпуса 1, осво бождают и возвращают на место.
По мере выгорания топливной смеси в камере 2 сгорания и оседания ее в бункере 32 до заданного уровня, который автоматически или визуально контролируется, порция топливной смеси добавляется в бункер 32.
Предложенное техническое решение позволило перераспределить газовую смесь для полного динамического сжигания в свободном объеме корпуса 1, вне камеры 2 сгорания с кусковым топливом. Сравнительно с прототипом, при равной производительности новое устройство более чем вдвое компактнее.
Сопоставительный анализ предложенной конструкции с выявленными аналогами уровня техники, из которого явным образом полезная модель не следует для специалиста теплотехники и термодинамики, показал, что предложение является новым. Заявленное устройство может быть промыщленно воспроизведено серийно на обычном заводском оборудовании. Следовательно, оно соответствует критериям патентоспособности.