Результат интеллектуальной деятельности: ТОПКА С НАКЛОННО-ПЕРЕТАЛКИВАЮЩЕЙ КОЛОСНИКОВОЙ РЕШЕТКОЙ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к устройствам для сжигания отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в теплоэнергетике.

Известны топки с наклонно-переталкивающими решетками, в которых топливо из бункера поступает на колосниковую решетку, которая образована из чередующихся рядов подвижных и неподвижных колосников, расположенных ступенями. Угол наклона колосниковой решетки меньше угла естественного откоса сжигаемого топлива и перемещение топлива по решетке происходит за счет возвратно-поступательного движения подвижных колосников, при этом происходит шуровка слоя. Подача воздуха под колосниковую решетку осуществляется позонно. [Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Котельные агрегаты. М. - Л. Госэнергоиздат, 1959, с.78].

Для уменьшения потерь теплоты с химической неполнотой сгорания в топках с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками стали использовать сопла острого дутья, установленные на фронтовой и задней стенах, что позволило несколько снизить величину данной потери до 2,5…3%. [Думер А.Б. Механизмы топочных устройств. М. - Л. Госэнергоиздат, 1963, с.92-93].

Известны топки с наклонно-переталкивающими колосниковыми решетками для сжигания древесных отходов с умеренной влажностью (до 45…50%), в которых отходы подаются на колосниковую решетку шнековыми питателями, первичный воздух подается под решетку позонно (три зоны), а вторичный воздух вводится в топочный объем над второй и третьей зонами колосниковой решетки со стороны боковых стен с помощью горизонтальных цилиндрических сопл, расположенных встречно в одной вертикальной плоскости. Количество сопл вторичного дутья определяется длиной колосниковой решетки и соответственно тепловой мощностью топки. Высокотемпературные продукты сгорания в надслоевой области камеры сгорания двигаются к первой зоне колосниковой решетки, интенсифицируя термическую подготовку свежего топлива к воспламенению, и через выходное окно прямоугольного сечения, расположенное в своде арочного типа, над конечным участком первой зоны решетки, направляются в камеру дожигания и охлаждения, в которой завершается процесс горения и происходит охлаждение дымовых газов перед их поступлением в газоводяной теплообменник. [Любов В.К., Любова Н.В. Сжигание биотоплив в котлах «Danstoker» // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы Международной научно-технической конференции. Вологда: РИО ВоГТУ, 2009, с.105-107]. Данное топочное устройство принято нами за прототип.

Однако данные топки очень чувствительны к гранулометрическому составу сжигаемого топлива и изменению его теплотехнических характеристик. При увеличении в составе сжигаемого топлива мелких фракций, снижении его влажности или скорости движения по колосниковой решетке зона воспламенения перемещается в направлении фронтовой стены топки. Раннее воспламенение топлива, сопровождающееся интенсивным выделением летучих веществ, при отсутствии подачи в данную область вторичного воздуха вызывает значительный рост потерь теплоты с химическим недожогом топлива и снижение эффективности и надежности работы топки и котла в целом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высокоэффективного низкоэмиссионного топочного устройства для сжигания древесного топлива крайне неоднородного гранулометрического состава (с размером частиц, отличающимся в тысячи раз) с относительной влажностью на рабочую массу до 50…55%.

Это достигается тем, что у топки с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой, содержащей разделенные арочным сводом камеру сгорания, снабженную устройствами подачи топлива, устройствами позонного ввода первичного воздуха под колосниковую решетку и вторичного воздуха в надслоевой объем через сопла, расположенные на боковых стенах в одной вертикальной плоскости, и камеру дожигания и охлаждения, соединенную с камерой сгорания выходным окном, расположенным над конечным участком первой зоны колосниковой решетки, сопла подачи вторичного воздуха, расположенные на противоположной стене от коробов ввода первичного воздуха, наклонены вниз под углом φ (зависящим от ширины топки и теплофизических характеристик топлива), а сопла вторичного воздуха другой стены наклонены вверх под углом φ, выходное окно оборудовано буртиком, направленным вниз топки, под которым горизонтально встречно-смещенно установлены два дополнительных сопла для ввода вторичного воздуха.

На фиг.1 изображена предлагаемая топка, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - местный горизонтальный разрез В-В фиг.1.

Топка с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой содержит камеры сгорания 1 и дожигания и охлаждения 2, разделенные арочным сводом 3, выполненным из огнеупорных материалов, над конечным участком первой зоны наклонно-переталкивающей решетки 4 в своде выполнено выходное окно 5, оборудованное буртиком 6, направленным вниз топки, под которым горизонтально встречно-смещенно установлены два дополнительных сопла 7 для ввода вторичного воздуха. На фронтовой стене топки установлены питатели топлива 8, а на боковых стенах над второй и третьей зонами наклонно-переталкивающей колосниковой решетки 4 - основные сопла подачи вторичного воздуха 9, при этом сопла, расположенные на противоположной стене от коробов ввода первичного воздуха 10, наклонены вниз под углом φ, а сопла другой стены наклонены вверх под углом φ. Подача вторичного воздуха к соплам осуществляется с помощью воздуховодов 11, проложенных вдоль боковых стен камеры сгорания 1. Шнековый транспортер 12, ось которого перпендикулярна продольной оси топки, расположен в конце наклонно-переталкивающей колосниковой решетки 4.

Работа топки с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой для сжигания древесных отходов осуществляется следующим образом.

Полифракционные древесные отходы из бункеров питателями 8 подаются на наклонно-переталкивающую колосниковую решетку 4, на участке первой зоны которой, происходит термическая подготовка и воспламенение древесного топлива, во второй и третьей зонах происходит, соответственно, активное горение и догорание горючих компонент топлива, первичный воздух под колосниковую решетку с помощью коробов 10 подается позонно, в количестве меньшем, чем теоретически необходимо для сгорания топлива. Соотношение между первичным и вторичным воздухом определяется теплофизическими характеристиками сжигаемого топлива, с ростом влажности топлива доля первичного воздуха увеличивается. Продукты неполного горения, выходящие из слоя топлива, попадают в вихревой поток, образующийся при взаимодействии разнонаправленных струй вторичного воздуха, выходящих из основных сопл 9. Наклон вниз сопл, расположенных на противоположной стене от коробов ввода первичного воздуха 10, позволяет уменьшить локальный пережог колосников и выгорание обмуровки в данной зоне, что характерно для топок с односторонним вводом первичного воздуха. Вихревой поток горячих топочных газов оказывает воздействие и на слой топлива, расположенный на колосниковой решетке 4, повышая равномерность распределения топлива по ее ширине и увеличивая ее жизненный цикл. Двигаясь к первой зоне наклонно-переталкивающей решетки 4, вихревой поток высокотемпературных газов интенсифицирует термическую подготовку древесного топлива к воспламенению. В области выходного окна 5, расположенного в арочном своде 3 над конечным участком первой зоны колосниковой решетки 4 и оборудованного буртиком 6, производится дополнительная закрутка газового потока при вводе струй вторичного воздуха через горизонтальные встречно-смещенные дополнительные сопла 7. Данный вихревой поток обеспечивает выгорание горючих компонент, поступающих из слоя топлива с участка первой зоны решетки, а также в комплексе с буртиком 6 выходного окна 5 уменьшает вынос твердой фазы из камеры сгорания 1 в камеру дожигания и охлаждения 2. Дополнительная турбулизация газового потока на выходе из камеры сгорания 1 интенсифицирует теплообмен в камере дожигания и охлаждения 2 и улучшает условия работы газоводяного теплообменника. Удаление очаговых остатков из камеры сгорания 1 в процессе эксплуатации котла производится с помощью шнекового транспортера 12.

Исследования показали, что данная топка позволяет обеспечить эффективное сжигание древесного топлива крайне неоднородного гранулометрического состава (с размером частиц, отличающимся в тысячи раз), повысить КПД брутто котла не менее чем на 2% за счет уменьшения потерь теплоты с уходящими газами и с химической неполнотой сгорания топлива, обеспечить возможность работы при сверхмалых избытках воздуха на выходе из топки (α_т=1,15), снизить эмиссии оксидов азота ~20% и оксида углерода на 30…50%, а также продлить жизненный цикл наклонно-переталкивающей колосниковой решетки и обмуровки.