RU2015450C1

RU2015450C1 - Solid fuel burning device

Info

Publication number: RU2015450C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Курпик; Л.С. Рагинский; С.М. Раковец; Г.В. Бородастов; И.С. Ковалев
Original assignee: Малое инновационно-инжиниринговое государственное предприятие "Возрождение"
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: device has a combustion chamber with a fuel feed down well, tangential overfire air nozzles with an inclined fire and afterburning grates and a gas discharge opening. The device has a cylindrical afterburner located at an angle of 40-60° to the combustion chamber which has tangential overfire nozzles and a gas discharge opening at the outlet, the diameter of the opening is equal to 0.5-0.7 of the afterburner. The fire grate of the combustion chamber is inclined to horizon at an angle varying from 45 to 12°, and the ratio of the length of the fire grate and the down well to the length of the afterburner is 0.6-0.8. EFFECT: improved structure. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания твердого топлива, преимущественно древесных отходов, например щепы, коры, опилок, торфа. The invention relates to a device for burning solid fuels, mainly wood waste, such as wood chips, bark, sawdust, peat.

Известна топка для сжигания древесного топлива, принятая нами за прототип, содержащая наклонную колосниковую и дожигательную решетку с опускной шахтой для подвода топлива, камеру сгорания с тангенциально расположенными соплами острого дутья и газовыпускным окном в торцовой стене камеры сгорания. A well-known firebox for burning wood fuel, adopted by us as a prototype, contains an inclined grate and afterburning grate with a lowering shaft for supplying fuel, a combustion chamber with tangentially located sharp blast nozzles and a gas outlet in the end wall of the combustion chamber.

Недостатком такого устройства является подача топлива по всей длине камеры сгорания на колосниковую решетку, установленную под углом 45^о к горизонту (углом естественного откоса), и на расположенную в конце ее дожигательную решетку. При такой конструкции колосниковая и дожигательная решетки будут загружены равномерным слоем топлива на всю площадь, что не обеспечит равномерного сгорания топлива (в основном летучих) по всей площади колосниковой и дожигательной решеток, особенно в конце камеры сгорания. Из камеры сгорания через газовыпускное окно будут выноситься несгоревшие частицы топлива, летучие и зола.The disadvantage of this device is the fuel feed over the combustion chamber length on the grate mounted at an angle of ⁴⁵ ° to the horizontal (angle of repose) and disposed at the end of its dozhigatelnuyu lattice. With this design, the grate and afterburner grids will be loaded with a uniform layer of fuel over the entire area, which will not ensure uniform combustion of fuel (mainly volatile) over the entire area of the grate and afterburner grids, especially at the end of the combustion chamber. Unburned fuel particles, volatile and ash will be carried out of the combustion chamber through the gas outlet window.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса горения. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the combustion process.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для сжигания твердого топлива, содержащее камеру сгорания с опускной шахтой для подвода топлива, тангенциально расположенными соплами острого дутья с наклонной колосниковой и дожигательной решетками и газовыпускным окном, снабжено цилиндрической камерой дожигания, расположенной под углом 40-60^о к камере сгорания, имеющей тангенциально размещенные сопла острого дутья и расположенное на выходе газовыпускное окно, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра камеры дожигания. Колосниковая решетка камеры сгорания выполнена с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту, а отношение длины колосниковой решетки и опускной шахты к длине камеры сгорания составляет 0,6-0,8.This goal is achieved in that the device for burning solid fuel, containing a combustion chamber with a lowering shaft for supplying fuel, tangentially located sharp blast nozzles with an inclined grate and afterburning grates and a gas outlet window, is equipped with a cylindrical afterburner located at an angle of 40-60 ^about to a combustion chamber having tangentially placed sharp blast nozzles and a gas outlet located at the outlet, the diameter of which is 0.5-0.7 times the diameter of the afterburner. The grate of the combustion chamber is made varying from 45 to 12 ^{about the} angle of inclination to the horizontal, and the ratio of the length of the grate and the lowering shaft to the length of the combustion chamber is 0.6-0.8.

Следовательно, предложенное техническое решение является новым. Therefore, the proposed technical solution is new.

Использование предложенного устройства позволяет повысить эффективность сгорания за счет обеспечения равномерности выжигания топлива, что свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "положительный эффект". Using the proposed device can improve combustion efficiency by ensuring uniform burning of the fuel, which indicates the compliance of the proposed technical solution with the criterion of "positive effect".

При поиске в патентной и научно-технической литературе устройство для сжигания твердого топлива, снабженное цилиндрической камерой дожигания, расположенной под углом 40-80^о к камере сгорания, имеющей тангенциально размещенные сопла острого дутья и расположенное на выходе газовыпускное окно, диаметр которого равен 0,5-0,7 диаметра камеры дожигания, не обнаружено. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".Searching in the patent and scientific literature apparatus for burning solid fuels, provided with a cylindrical afterburner at an angle ^of 40-80 to the combustion chamber having a nozzle tangentially arranged overfire air and flue gas at the exit window, the diameter of which is equal to 0.5 -0.7 diameter afterburner, not detected. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1. In FIG. 1 shows a device, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1.

Устройство содержит цилиндрическую камеру сгорания 1 и примыкающую к ней опускную шахту 2 с отверстием 3 для подачи топлива на наклонную колосниковую решетку 4, под которой находятся зоны 5 для подвода идущего на сгорание воздуха. Колосниковая решетка 4 выполнена с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту. Отношение длины колосниковой решетки 4 и опускной шахты 2 к длине камеры сгорания 1 составляет 0,6-0,8. В конце колосниковой решетки расположены дожигательная решетка 6, под которую подается воздух. В камере сгорания тангенциально установлены сопла острого дутья 7. К камере сгораниия под углом 40-60^о к горизонту примыкает цилиндрическая камера дожигания 8 с установленными тангенциально соплами острого дутья 7 и расположенным на выходе газовыпускным окном 9. Под дожигательной решеткой расположена золовая камера 10, из которой зола и шлак подаются шнеком 11 в контейнер 12. Растопка устройства производится горелкой 13, работающей на жидком топливе или природном газе.The device comprises a cylindrical combustion chamber 1 and a lowering shaft 2 adjacent to it with an opening 3 for supplying fuel to the inclined grate 4, under which there are zones 5 for supplying combustion air. Grate 4 is made with varying from 45 to 12 ^{about the} angle of inclination to the horizon. The ratio of the length of the grate 4 and the lowering shaft 2 to the length of the combustion chamber 1 is 0.6-0.8. At the end of the grate, there is a afterburner 6, under which air is supplied. In the combustion chamber tangentially mounted overfire air nozzles 7. To the combustion chamber at an angle ^of 40-60 to the horizontal adjacent cylindrical afterburner chamber 8 defined tangentially overfire air nozzles 7 and disposed at the outlet vent window 9. Under dozhigatelnoy grating disposed ash chamber 10, from which ash and slag are fed by a screw 11 into the container 12. The device is kindled by a burner 13 operating on liquid fuel or natural gas.

Устройство работает следующим образом. Топливо из опускной шахты 2 через отверстие 3 поступает на наклонную колосниковую решетку 4, которая расположена в камере сгорания 1, и своим весом сдвигает рассыпавшееся на колосниковой решетке топливо, которое во время перемещения подсушивается циркулирующими в камере сгорания дымовыми газами, нагревается, выделяет летучие, воспламеняется и горит. Выполнение колосниковой решетки 4 с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту и отношением ее длины и опускной шахты к длине камеры сгорания, равным 0,6-0,8, обеспечивает рассыпание топлива под углом естественного откоса в сторону выхода продуктов сгорания и дает возможность образовать по всей длине решетки различную толщину слоя топлива: от максимального в начале до минимального в конце, что приводит к полному выгоранию в конце наклонной колосниковой решетки. Горение топлива регулируется подачей воздуха по зонам 5. С последнего слабонаклоненного участка колосниковой решетки 4 частицы недогоревшего топлива, зола и шлак поступают на дожигательную решетку 6, оборудованную опрокидными колосниками, под которые подается воздух для выжигания остатков топлива. Таким образом, в камере дожигания происходит удержание взвешенных частиц несгоревшего топлива, которые отбрасываются к стенке камеры вихревым газовоздушным потоком.The device operates as follows. Fuel from the lowering shaft 2 through the opening 3 enters the inclined grate 4, which is located in the combustion chamber 1, and with its weight shifts the fuel scattered on the grate, which is dried by moving flue gases circulating in the combustion chamber, heats up, emits volatile, ignites and burns. The implementation of the grate 4 with varying from 45 to 12 ^{about the} angle of inclination to the horizon and the ratio of its length and lowering shaft to the length of the combustion chamber equal to 0.6-0.8, provides fuel spillage at an angle of repose towards the exit of the combustion products and gives the ability to form different thicknesses of the fuel layer along the entire length of the grate: from the maximum at the beginning to the minimum at the end, which leads to complete burnout at the end of the inclined grate. The combustion of fuel is regulated by the air supply in zones 5. From the last slightly inclined section of the grate 4 particles of unfinished fuel, ash and slag are fed to the afterburner 6, equipped with tilting grates, under which air is supplied to burn out the remaining fuel. Thus, in the afterburning chamber, suspended particles of unburned fuel are retained, which are discarded to the chamber wall by a vortex gas-air flow.

Наклонное расположение камеры обеспечивает сход твердых частиц и золы на колосниковую дожигательную решетку. Угол наклона камеры выбран для принятой скорости закрутки газового потока равным 40-60^о, с тем чтобы обеспечивать возврат мелких несгоревших частиц в зону горения, а золы - на удаление. Это было определено экспериментальным путем на макетной установке, моделирующей газодинамику печи.The tilted arrangement of the chamber ensures the gathering of solid particles and ash onto the grate of the afterburner. The angle of inclination of the chamber is selected for the adopted swirling speed of the gas stream equal to 40-60 ^about , in order to ensure the return of small unburned particles to the combustion zone, and ash to be removed. This was determined experimentally on a mock installation simulating the gas dynamics of a furnace.

Отношение длины колосниковой решетки и выпускной шахты ;к длине камеры сгорания, равное 0,6-0,8, позволяет обеспечить заполнение топливом камеры сгорания таким образом, что при горении вынос его в камеру дожигания минимален. Уменьшение этого отношения (меньше 0,6) неоправданно увеличивает нерабочий объем камеры, а увеличение ( свыше 0,8) приводит к заполнению камеры дожигания топливом, в результате чего резко возрастет вынос несгоревшего топлива через газовыпускное окно, то есть снижается эффективность сгорания. The ratio of the length of the grate and the exhaust shaft; to the length of the combustion chamber, equal to 0.6-0.8, makes it possible to fill the combustion chamber with fuel in such a way that, when burning, its removal to the afterburner is minimal. A decrease in this ratio (less than 0.6) unjustifiably increases the non-working volume of the chamber, and an increase (over 0.8) leads to filling the afterburner with fuel, as a result of which the discharge of unburned fuel through the gas outlet window increases sharply, i.e., the combustion efficiency decreases.

Конструкция колосниковой решетки с изменяющимся от 45 до 12^о углом наклона к горизонту обеспечивает оптимальные условия предварительного подсушивания топлива и последующего горения измельченной древесины. Это обусловлено постепенным (по мере изменения угла наклона) уменьшением коэффициента сцепления топлива различной влажности с колосниками, а также его толщины. В итоге поступающее свежее топливо, угол естественного откоса которого составляет 45^о, сдвигает его на слабонаклонные участки, обеспечивая его более полное выгорание.The construction of the grate with varying from 45 to ^about 12 angle to the horizontal ensures optimum conditions of preliminary drying and subsequent burning fuel crushed wood. This is due to a gradual (as the angle of inclination changes) decrease in the coefficient of adhesion of fuel of different moisture content to grates, as well as its thickness. As a result, the incoming fresh fuel, whose angle of repose is ^about 45, shifts it to gently sloping portions, providing a more complete burn.

Правильность выбранных отношений подтверждена экспериментально. Так, при испытании опытного образца печи в результате неправильной ее установки по отношению к горизонту (значения углов наклона колосниковой решетки были ниже выбранных) горение твердых отходов наблюдалось на непровальных колосниках, что показывало отсутствие полного схода топлива. Зола и шлак периодически при повороте опрокидных колосников удаляются из камеры сгорания 1 в золовую камеру 10, откуда шнеком 11 направляются в контейнер 12. В камере сгорания установлены сопла острого дутья 7, в которые подается воздух на создание вихревого процесса горения взвешенных частиц топлива и летучих, выделившихся в результате термического разложения древесины. The correctness of the selected relationship is confirmed experimentally. So, when testing a prototype of a furnace as a result of improper installation in relation to the horizon (the values of the inclination angles of the grate were lower than those selected), solid waste was burned on non-grate grate, which showed the absence of complete fuel derailment. Ash and slag periodically when turning the tilting grid-irons are removed from the combustion chamber 1 to the ash chamber 10, from where they are sent by the screw 11 to the container 12. Sharp blast nozzles 7 are installed in the combustion chamber, into which air is supplied to create a vortex combustion process of suspended particles of fuel and volatile released as a result of thermal decomposition of wood.

Продукты сгорания, взвешенные частицы топлива и летучие поступают в примыкающую к камере сгорания 1 под углом 40-60^о к горизонту камеру дожигания 8 с расположенными в ней соплами острого дутья 7, в которые подается воздух для создания вихревого процесса горения. Наклонное расположение камеры дожигания 8 обеспечивает сход выносимой и образующейся минеральной части топлива (золы) на опрокидные колосники дожигательной решетки 5. В конце камеры дожигания 8 расположено газовыпускное окно 9 (пережим), выполненное диаметром 0,5-0,7 от диаметра камеры дожигания 8, что также создает условия дожигания компонентов топлива, задерживает вынос золы и обеспечивает выход чистых продуктов сгорания. При этом воздух, подаваемый в расположенные в камере дожигания сопла острого дутья, создает вихревой поток, закручивающий поступающие из камеры сгорания газы со взвешенными частицами топлива. Последние центробежной силой отбрасываются к стенкам камеры, где и происходит их дожигание за счет увеличения времени их пребывания.The products of combustion, particulate fuel and volatiles enter the adjoining combustion chamber 1 at an angle ^of 40-60 to the horizontal afterburner 8 disposed therein overfire nozzles 7, which are supplied with air to create a vortex of the combustion process. The inclined arrangement of the afterburning chamber 8 ensures that the outgoing and forming mineral part of the fuel (ash) converges onto the tilting grates of the afterburning grate 5. At the end of the afterburning chamber 8 there is a gas outlet 9 (pinch) made with a diameter of 0.5-0.7 of the diameter of the afterburning chamber 8 , which also creates the conditions for the afterburning of fuel components, delays the ash removal and ensures the yield of clean combustion products. In this case, the air supplied to the sharp blast nozzles located in the afterburner creates a vortex flow, swirling the gases coming from the combustion chamber with suspended particles of fuel. The latter are discarded by centrifugal force to the walls of the chamber, where their afterburning occurs due to an increase in their residence time.

Отношение диаметра газовыпускного окна к диаметру камеры дожигания, равное 0,5-0,7, выбрано исходя из оптимального сопротивления пережима, по известной формуле:
Δh=ζ

, которое обеспечивает максимальную задержку частиц топлива в камере дожигания.The ratio of the diameter of the gas outlet to the diameter of the afterburner, equal to 0.5-0.7, is selected on the basis of the optimal pinch resistance, according to the well-known formula:
Δh = ζ

which provides the maximum delay of particles of fuel in the afterburner.

При значениях отношений диаметров менее 0,5 скорость газов на выходе очень велика и происходит интенсивный вынос наиболее мелких частиц несгоревшего топлива с газовым потоком, входящим в камеру дожигания и не успевшим еще приобрести вихревое движение. При значениях отношений диаметров более 0,7 происходит вынос крупных частиц топлива, так как они в отличие от мелких частиц, требуют для своего разгона большего времени. When the ratio of diameters is less than 0.5, the exit gas velocity is very high and the smallest particles of unburned fuel are intensively removed with a gas stream entering the afterburner and still not having time to acquire a vortex motion. With values of diameter ratios greater than 0.7, large fuel particles are removed, since they, unlike small particles, require more time to disperse.

Использование предложенного устройства позволяет уменьшить механический недожог с 2 до 0,5%, а химический - с 1 до 0,1%. Using the proposed device can reduce the mechanical underburning from 2 to 0.5%, and chemical - from 1 to 0.1%.

Claims

DEVICE FOR COMBUSTION OF SOLID FUEL mainly of wood waste and peat, containing a combustion chamber with a lowering shaft for supplying fuel, tangentially arranged sharp blast nozzles with an inclined grate and afterburning grates and a gas outlet window, characterized in that, in order to increase combustion efficiency by ensuring uniformity burning fuel, it is provided with a cylindrical afterburner at an angle of 40 - 60 ^o to the combustion chamber having a nozzle tangentially placed acute utya and disposed at the outlet vent window whose diameter is 0.5 - 0.7 diameter of the afterburner chamber, wherein the grate of the combustion chamber is formed with a varying from 45 to 12 ^o angle to the horizon, and the ratio of the length of the grate and the standpipe to the length of the shaft the combustion chamber is 0.6 - 0.8.