Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРОБЛЕНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для термического обезвреживания дробленых древесных отходов 3 класса опасности, например старых железнодорожных шпал, пропитанных антисептическими средствами (каменноугольным креозотовым пропиточным маслом), древесно-стружечных плит (ДСП), древесно-волокнистых плит (ДВП), отходов мебельных производств, с целью утилизации тепла, при содержании в их продуктах сгорания малой концентрации вредных и канцерогенных веществ.

Известен «Способ и устройство для сжигания угля в вихревом потоке», где устройство содержит корпус, вихревую камеру с тангенциальными щелевыми каналами подвода газа, патрубок для удаления зольных отложений, центробежный ловитель для твердых частиц, циклон, узел подачи угля с бункером, горелку и патрубок для выхода продуктов сгорания (Патент RU №2339874, МПК F23B 70/00, F23C 10/10, опубл. 27.11.2008).

Его недостатками являются необходимость очистки в циклоне уходящего газа от несгоревших частиц угля и золы, а также необходимость вывода осевших и накопившихся в патрубке вихревой камеры тяжелых частиц золы, приводящих к снижению интенсификации и эксплуатационной безопасности и загрязнению окружающей среды при сжигании дробленых древесных отходов (веществ умеренно опасных), ведущих к снижению эффективности устройства в целом.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению, выбранному в качестве прототипа, является «Печь для сжигания отходов», содержащая камеру сгорания с нижним и верхним рабочим отсеками, кожух, к которому подсоединены патрубок загрузки отходов и тракт отвода дымовых газов, колосниковую решетку, диафрагму, циклонную камеру, устройства для удаления золы (Патент RU №2119123, МПК F23G 5/00, опубл. 20.09.1998).

Недостатки данного технического решения заключаются в том, что конструктивные особенности печи позволяют сжигать только сухие твердые отходы, что ограничивает функциональные возможности печи по сжиганию номенклатуры вредных отходов и их качество, а также отсутствие механизма ворошения, приводящего к снижению интенсификации и эксплуатационной безопасности и загрязнению окружающей среды при сжигании дробленых древесных отходов (веществ умеренно опасных), ведущих к снижению эффективности устройства печи в целом.

Решаемой задачей изобретения является низкая эффективность устройства сжигания дробленых древесных отходов за счет низкой интенсификации тепло- и массообмена, путем неполного сгорания твердого топлива, в виде дробленых древесных отходов третьего класса опасности (веществ умеренно опасных), снижающей эксплуатационную безопасность и экологичность.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности устройства для сжигания дробленых древесных отходов за счет повышения интенсификации тепло- и массообмена, путем повышения полноты сгорания твердого топлива в виде дробленых древесных отходов, повышающей эксплуатационную безопасность и экологичность.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для сжигания дробленых древесных отходов, содержащем камеру сгорания, колосниковую решетку, дымовую трубу, воздушные сопла, зольник, патрубок загрузки, согласно которому патрубок загрузки выполнен в виде шнека с реверсом для транспортировки дробленых древесных отходов на колосниковую решетку и прикреплен к камере сгорания, где воздушные сопла расположены по секциям, при этом на нижней секции по отношению к внутренней стенке камеры сгорания воздушные сопла выполнены в виде прямоугольных трубок, которые расположены тангенциально, на средней секции воздушные сопла выполнены в виде цилиндрических трубок, которые расположены хордально к внутренней стенке камеры сгорания, на верхней секции воздушные сопла выполнены в виде цилиндрических трубок, которые расположены радиально по нормали к внутренней стенке камеры сгорания, причем расположение воздушных сопел относительно секций камеры сгорания выполнено в определенном порядке для обеспечения интенсификации тепло- и массообмена по всему объему камеры сгорания.

Новым является:

Предлагаемое устройство позволяет сжигать твердые древесные отходы с низким содержанием в продуктах сгорания вредных веществ, за счет интенсификации тепло-массообменных процессов в камере сгорания, благодаря новому расположению воздушных сопел по секциям относительно внутренней стенки камеры сгорания, обеспечивающих интенсивное перемешивание воздуха по всему объему камеры сгорания, при этом устройство для сжигания дробленых древесных отходов не содержит механизм ворошения, который приводит к пожароопасности, причем внутренняя стенка камеры сгорания не содержит теплозащитного покрытия, благодаря чему устройство для сжигания дробленых древесных отходов можно изготовить в мобильном варианте для сжигания древесных отходов в местах их наибольшего скопления.

Для пояснения технической сущности изобретения рассмотрим чертежи:

фиг. 1 - общий вид заявленного устройства;

фиг. 2 - сечения А-А, Б-Б, В-В камеры сгорания по секциям, с расположением в них воздушных сопел, где:

- 1 - камера сгорания,

- 2 - наружная стенка,

- 3 - внутренняя стенка,

- 4 - воздушные сопла,

- 5 - дымовая труба,

- 6 - воронка шнека,

- 7 - шнек с реверсом,

- 8 - воздушный патрубок,

- 9 - воздуходувка,

- 10 - колосниковая решетка,

- 11 - зольник.

Устройство для сжигания дробленых древесных отходов состоит из камеры сгорания 1, тракта отвода дымовых газов, который выполнен в виде дымовой трубы 5, воздуходувки 9, которая соединена с камерой сгорания 1 при помощи патрубка 8. Камера сгорания 1 состоит из внутренней стенки 3 и наружной стенки 2, в пространстве между которыми проходит воздух, нагнетаемый воздуходувкой 9. В нижней части камеры сгорания 1 находится колосниковая решетка 10, служащая для поддержания дробленых древесных отходов. Через отверстия в ней зольный остаток ссыпается в зольник 11, который находится под колосниковой решеткой 10. К камере сгорания 1 примыкает патрубок загрузки дробленых древесных отходов, который выполнен в виде шнека с реверсом 7. Воздушные сопла 4 в камере сгорания расположены по секциям: в сечении А-А - верхняя секция; в сечении Б-Б - средняя секция; в сечении В-В - нижняя секция.

Воздушные сопла 4 на нижней секции по отношению к внутренней стенке 2 камеры сгорания 1 расположены тангенциально, на средней секции - хордально, на верхней секции - радиально.

Устройство для сжигания дробленых древесных отходов работает следующим образом.

При помощи шнека с реверсом 7 на колосниковую решетку 10 подаются дробленые древесные отходы, которые поджигаются автономным запальным устройством, которое представляет собой газовую горелку с искровым зажиганием. Воздух в камеру сгорания 1 подводится от воздуходувки 9 по воздушному патрубку 8, между которыми установлено дросселирующее кольцо, при этом подвод воздуха в каждую секцию осуществляется через воздушные сопла 4 с внутренним диаметром 89 мм. При радиальном и хордальном подводах воздуха воздушные сопла выполнены из цилиндрических трубок диаметром 44,5 мм и длиной три калибра, при тангенциальном подводе воздушные сопла выполнены из прямоугольных трубок. При радиальном подводе вторичного воздуха трубки располагались нормально к внутренней стенке камеры сгорания 1 устройства для сжигания дробленых древесных отходов, а при хордальном - под углом 26…45°, при тангенциальном подводе вторичного воздуха трубки располагались по касательной к внутренней стенке камеры сгорания 1. Площади сечений воздушных сопел 4 и колосниковой решетки 10 рассчитаны так, что 30% воздуха в камеру сгорания 1 подается под колосниковую решетку 10, через прямоугольные щели, а оставшаяся часть воздуха равномерно подается по трем секциям. Дробленые древесные отходы возгораются и начинают разлагаться. Ввиду недостатка кислорода воздуха, над горящими дроблеными древесными отходами образуется смесь газов, богатая горючими компонентами. В движущуюся в направлении дымовой трубы 5 газовую смесь по трем секциям подводится вторичный воздух, наддуваемый в камеру сгорания 1 воздуходувкой 9. Продукты, не успевшие сгореть, догорают в камере сгорания 1 за счет подачи вторичного воздуха в зону догорания. Для энергичного окисления продуктов разложения дробленых древесных отходов, пропитанных токсичными веществами, воздух в нижнюю и среднюю секции камеры сгорания 1 подается одновременно в различных направлениях (тангенциально и хордально), что обеспечивает эффективное перемешивание продуктов распада с кислородом воздуха и их догорание. Подача воздушных струй в горючую газовую смесь через воздушные сопла 4 под разными углами истечения способствует интенсивному смешиванию газов в камере сгорания 1, следовательно, обеспечивает полноту сгорания летучих компонентов, что повышает эффективность устройства для сжигания дробленых древесных отходов. Дробленые древесные отходы в камеру сгорания 1 подаются в циклическом режиме, масса подаваемой порции за 1 цикл составляет 5 кг, в течение часа осуществляется 10 циклов. На колосниковой решетке 10 образуется слой из горящих дробленых древесных отходов. Нижняя часть слоя из горящих дробленых древесных отходов представляет собой подслой из горящих углей. Содержание летучих компонентов в них близко к нулю. Подводимый под колосниковую решетку 10 воздух рассчитан (94 м³/ч) и составляет 30% от общего объема воздуха (312 м³/ч), и его количество было достаточно для полного выгорания углей. Газообразные продукты сгорания углей, имеющие температуру 1100-1200°С, нагревают ту часть дробленых древесных отходов, находящихся в верхней части слоя из горящих дробленых древесных отходов. Зольный остаток под действием гравитационных сил через продольные щели в колосниковой решетке 10 падает вниз в зольник 11. Ворошения дробленых древесных отходов на колосниковой решетке 10 не требуется, так как угли прогорают полностью, превращаясь в рассыпчатую золу.

Пример конкретного исполнения.

В устройство для сжигания дробленых древесных отходов по команде с пульта управления загружаются дробленые древесные отходы, например старые железнодорожные шпалы, пропитанные антисептическими средствами (каменноугольным креозотовым пропиточным маслом). Твердые дробленые древесные отходы подаются в камеру сгорания 1 при помощи воронки 6 шнека с реверсом 7 и размещаются на колосниковой решетке 10, которые поджигаются автономным запальным устройством. Воздух в камеру сгорания 1 подводится от воздуходувки 9 по воздушному патрубку 8, между которыми установлено дросселирующее кольцо, при этом подвод воздуха в каждую секцию осуществляется через воздушные сопла 4 с внутренним диаметром 89 мм. При радиальном и хордальном подводах воздуха использовались цилиндрические трубки диаметром 44,5 мм и длиной три калибра, при тангенциальном подводе - прямоугольные трубки. При радиальном подводе вторичного воздуха трубки располагались нормально к внутренней стенке камеры сгорания 1 устройства для сжигания дробленых древесных отходов, при хордальном - трубки располагались под углом 26…45°, при тангенциальном - по касательной к внутренней стенке камеры сгорания 1. Площади сечений сопел 4 и колосниковой решетки 10 рассчитаны так, что 30% воздуха в камеру сгорания 1 подается под колосниковую решетку 10, а оставшаяся часть воздуха равномерно подводится по трем секциям. Дробленые древесные отходы возгораются и начинают разлагаться. Ввиду недостатка кислорода воздуха, над горящими дроблеными древесными отходами образуется смесь газов, богатая горючими компонентами. В движущуюся в направлении дымовой трубы 5 газовую смесь по трем секциям подводят вторичный воздух, наддуваемый в камеру сгорания 1 воздуходувкой 9. Продукты, не успевшие сгореть, догорают в камере сгорания 1 за счет подачи дополнительного воздуха в зону догорания. Для энергичного окисления продуктов разложения дробленых древесных отходов, пропитанных токсичными веществами, воздух в нижнюю и среднюю секцию камеры сгорания 1 подается одновременно через воздушные сопла в различных направлениях (тангенциально и хордально), что обеспечивает эффективное перемешивание продуктов распада с кислородом воздуха и их догорание. Подача воздушных струй в горючую газовую смесь через воздушные сопла под разными углами истечения способствует интенсивному смешиванию газов в камере сгорания 1, следовательно, обеспечивает полноту сгорания летучих компонентов, что повышает эффективность устройства для сжигания дробленых древесных отходов. Дробленые древесные отходы в камеру сгорания 1 подаются в циклическом режиме, масса подаваемой порции за 1 цикл составляет 5 кг, в течение часа осуществляется 10 циклов. На колосниковой решетке 10 образуется слой из горящих дробленых древесных отходов. Нижняя часть слоя из горящих дробленых древесных отходов представляет собой подслой из горящих углей. Содержание летучих компонентов в них близко к нулю. Подводимый под колосниковую решетку 10 воздух рассчитан (94 м³/ч) и составляет 30% от общего объема воздуха (312 м³/ч), и его количество было достаточно для полного выгорания углей. Газообразные продукты сгорания углей, имеющие температуру 1100-1200°С, нагревают ту часть дробленых древесных отходов, находящихся в верхней части слоя из горящих дробленых древесных отходов. Зольный остаток под действием гравитационных сил через продольные щели в колосниковой решетке 10 падает вниз в зольник 11. Ворошения дробленых древесных отходов на колосниковой решетке 10 не требуется, так как угли прогорают полностью, превращаясь в рассыпчатую золу. В ходе работы устройства для сжигания дробленых древесных отходов осуществляется контроль процесса горения. Периодически через воронку шнека 6 производится загрузка в камеру сгорания 1 дробленых древесных отходов. Управление шнеком с реверсом 7 осуществляется в ручном или автоматическом режиме. Зольные остатки осаждаются под колосниковой решеткой 10 и попадают в зольник 11 с последующим периодическим удалением из него.

Таким образом, преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с известными аналогами является повышенная эффективность установки за счет конструктивного расположения воздушных сопел и выполнения их в виде цилиндрических и прямоугольных трубок, расположенных разнонаправленно, обеспечивая интенсификацию тепло- и массообмена, а также повышенную эксплуатационную безопасность и экологичность путем повышения полноты сгорания твердого топлива в виде дробленых древесных отходов и отсутствия механизма ворошения углей, при этом это все не зашлаковывает колосниковую решетку и не приводит к резкому повышению температуры, в результате чего не приводит к спеканию угля на колосниковой решетке, выводящей ее из строя. А также выполнение внутренней стенки камеры сгорания без теплозащитного покрытия обеспечивает мобильность при перемещении в места наибольшего скопления дробленых древесных отходов, что также повышает эффективность устройства для сжигания дробленых древесных отходов в целом.