RU2451239C2 - Automated coal-fired boiler - Google Patents
Automated coal-fired boiler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451239C2 RU2451239C2 RU2010130377/06A RU2010130377A RU2451239C2 RU 2451239 C2 RU2451239 C2 RU 2451239C2 RU 2010130377/06 A RU2010130377/06 A RU 2010130377/06A RU 2010130377 A RU2010130377 A RU 2010130377A RU 2451239 C2 RU2451239 C2 RU 2451239C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- burner
- screw conveyor
- coal
- axis
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 74
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 14
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 13
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 8
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000012173 estrus Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100321304 Bacillus subtilis (strain 168) yxdM gene Proteins 0.000 description 1
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 1
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000237942 Conidae Species 0.000 description 1
- 101150059107 MPK6 gene Proteins 0.000 description 1
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 101100170064 Mus musculus Ddr1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002864 coal component Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 102220008421 rs193922681 Human genes 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Screw Conveyors (AREA)
- Solid-Fuel Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может найти практическое применение при отоплении небольших зданий промышленного назначения, частных домов, включая коттеджное жилье. Устройство относится к автоматизированным угольным котлам, работающим на любом сорте угля.The invention relates to the field of power engineering and can find practical application in heating small industrial buildings, private houses, including cottage housing. The device relates to automated coal-fired boilers operating on any kind of coal.
Основные проблемы при сжигании твердого топлива, в отличие от жидкого и газообразного, заключаются в обеспечении регулируемой, непрерывной подачи твердого топлива в камеру сгорания топки, обеспечении полного сгорания топлива, организации управляемого процесса горения, а также непрерывного удаления золы.The main problems in the combustion of solid fuels, in contrast to liquid and gaseous ones, are to provide controlled, continuous supply of solid fuel to the combustion chamber of the furnace, ensuring complete combustion of the fuel, organizing a controlled combustion process, as well as continuous ash removal.
Основные проблемы, возникающие при организации непрерывной подачи твердого топлива в камеру сгорания топки:The main problems that arise during the organization of the continuous supply of solid fuel into the combustion chamber of the furnace:
1. Зависание угля в бункере (образование «колокола»).1. Hanging of coal in the bunker (formation of a "bell").
Для устранения зависания угля в бункере уголь в зоне течки ворошат с помощью различных устройств.To eliminate the hang of coal in the hopper, coal in the estrus zone is ted with various devices.
2. Заклинивание шнека.2. Jamming of the screw.
Если в поступающем угле окажется кусок металла или породы, который шнек не может размолоть, и этот кусок попадет в зону подачи угля из бункера (место сопряжения корпуса шнекового конвейера с шахтой подачи угля из бункера), произойдет заклинивание шнека. В существующих конструкциях шнековых конвейеров на вал электропривода ставят предохранительную шпонку, срезаемую при заклинивании. Это неудобно для потребителя, так как для восстановления работы приходится останавливать шнековый конвейер и менять эту деталь.If there is a piece of metal or rock in the incoming coal that the screw cannot grind, and this piece gets into the coal feed zone from the hopper (the place where the screw conveyor body is connected to the coal feed shaft from the hopper), the screw will jam. In existing constructions of screw conveyors, a safety key is placed on the electric drive shaft, which is cut off when jammed. This is inconvenient for the consumer, since in order to restore work, it is necessary to stop the screw conveyor and change this part.
3. Проникновение газов из топки в бункер через шнековый конвейер.3. The penetration of gases from the furnace into the hopper through a screw conveyor.
Известно устройство «Топка котла для сжигания древесных отходов» [RU 77026, 01.07.2008, МПК F23B 40/00], состоящая из камеры сгорания; каналов вторичного дутья; газовыпускного окна; загрузочного канала; питателя, состоящего из шнека и вала с лопатками-ворошителями; колосниковых решеток; двух подколосниковых камер; камеры первичного воздуха, имеющей боковые стенки с перфорированными отверстиями, закрываемые заслонками, соединенными с рычагами; канала первичного воздуха; зольников.A device is known "furnace boiler for burning wood waste" [RU 77026, 07/01/2008, IPC F23B 40/00], consisting of a combustion chamber; channels of the secondary blast; gas outlet; boot channel; a feeder consisting of a screw and a shaft with agitator blades; grates; two podkolosnikovy chambers; primary air chambers having side walls with perforated openings closed by dampers connected to levers; primary air channel; ashpit.
Устройство обеспечивает повышение интенсивности сгорания топлива за счет равномерного поступления топлива на колосниковые решетки, равномерного его просушиванияThe device provides an increase in the intensity of fuel combustion due to the uniform flow of fuel to the grate, its uniform drying
Однако устройство не может работать на каменном угле и с гранулами меньше 5 мм, так как каменный уголь забивает шлаком колосниковую решетку, а мелкий уголь проваливается через нее. Устройство сложно в изготовлении, поскольку необходимо создание механических устройств подачи топлива и воздуха, вентилятор-дымосос работает в агрессивной среде дымовых газов при повышенной температуре (170…250°С) и дорог в исполнении. Невозможна непрерывная подача топлива, поскольку не решены проблемы возможного заклинивания шнека, проникновения пиролизных газов в трубу шнека, засорения шнека.However, the device cannot work on coal and with granules less than 5 mm, since coal clogs the grate with slag, and fine coal falls through it. The device is difficult to manufacture, since it is necessary to create mechanical devices for supplying fuel and air, the exhaust fan operates in an aggressive environment of flue gases at elevated temperatures (170 ... 250 ° C) and is expensive to perform. A continuous supply of fuel is impossible, since the problems of possible jamming of the screw, penetration of pyrolysis gases into the pipe of the screw, and clogging of the screw are not solved.
В качестве прототипа для устройства подачи топлива выбрано транспортное устройство со шнековым транспортером [RU 2117617, 28.03.1995, МПК B65G 33/14, F23K 3/14], который расположен в корпусе, имеющем загрузочное и разгрузочное отверстия. На одном из участков корпуса шнековый транспортер имеет меньший диаметр лопастей, чем в остальной области. Между шнековым транспортером и корпусом может находиться пространство разминования для относительно больших частей подлежащего транспортировке материала. Участок с меньшим подъемом расположен в направлении транспортировки на расстоянии от загрузочного отверстия между двумя участками с большим подъемом. Обеспечивается такое уплотнение подлежащего транспортировке вещества, что никакие газообразные вещества, такие как воздух или выделяющаяся при нагревании угля газовая фаза топлива, не могут протекать через транспортное устройство Транспортное устройство обеспечивает непрерывность подачи топлива за счет ряда конструктивных решений, позволяющих предотвратить заклинивание шнека из-за образования воздушной пробки в трубе шнека, засорение шнека.As a prototype for a fuel supply device, a transport device with a screw conveyor [RU 2117617, 03/28/1995, IPC B65G 33/14, F23K 3/14], which is located in a housing having loading and unloading openings, is selected. In one of the sections of the casing, the screw conveyor has a smaller blade diameter than in the rest of the region. Between the screw conveyor and the housing there may be a mashing space for the relatively large parts of the material to be transported. The section with a lower rise is located in the transport direction at a distance from the loading hole between the two sections with a large rise. Such a seal is ensured that the substance to be transported is such that no gaseous substances such as air or the gas phase of the fuel released during heating of coal can flow through the transport device. The transport device ensures a continuous fuel supply due to a number of design solutions that prevent the screw from jamming due to formation air plug in the screw pipe, clogging the screw.
Однако возможно нарушение непрерывности подачи топлива в результате заклинивания шнека при попадании крупной породы в зону соединения бункера со шнековым устройством.However, there may be a violation of the fuel supply continuity as a result of jamming of the auger when coarse rock enters the zone of connection of the hopper with the screw device.
В качестве прототипа для горелки выбрана горелка для твердого топлива [RU 2129687, 28.01.1994, МПК6 F23B 1/32, F23K 3/14, F23L 1/00]. Горелка монтируется на топке котла так, что ее передняя часть пропущена через отверстие, выполненное в обмуровке топки, в камеру сгорания. Горелка содержит трубчатый основной корпус, в котором установлен шнек для подачи твердого топлива, при этом свободный конец шнека расположен в передней части горелки, а противоположный закрытый конец - в подшипнике. Горелка также содержит силовую передачу для вращения подающего шнека внутри основного корпуса, камеру воспламенения топлива, расположенную в передней части, один открытый конец соединен с основным корпусом так, что в ней расположен свободный конец подающего шнека, питающий воздухопровод для подачи первичного воздуха для горения, при этом выпускной конец воздухопровода расположен в камере, и загрузочное отверстие, выполненное в основном корпусе для подачи твердого топлива из контейнера к шнеку.As a prototype for a burner, a burner for solid fuel was selected [RU 2129687, 01/28/1994, MPK6 F23B 1/32, F23K 3/14, F23L 1/00]. The burner is mounted on the furnace of the boiler so that its front part is passed through an opening made in the lining of the furnace into the combustion chamber. The burner contains a tubular main body in which a screw for supplying solid fuel is installed, with the free end of the screw located in the front of the burner, and the opposite closed end in the bearing. The burner also contains a power transmission for rotating the feed screw inside the main body, a fuel ignition chamber located in the front part, one open end is connected to the main body so that the free end of the feed screw is located in it, supplying an air duct for supplying primary combustion air, this, the outlet end of the air duct is located in the chamber, and a loading hole made in the main body for supplying solid fuel from the container to the screw.
Изобретение позволяет обеспечить регулируемую подачу твердого топлива в камеру сгорания и удаление сгоревших остатков.EFFECT: invention enables to provide controlled supply of solid fuel to the combustion chamber and removal of burnt residues.
К недостаткам устройства следует отнести сложность изготовления и возможность применения только с топливом строго калиброванной формы. Невозможна непрерывная подача топлива, поскольку не решены проблемы заклинивания шнека, проникновения газов в трубу шнека, налипания топлива на шнек. Возможен перегрев горелки и части шнека и спекание горящего угля. Ни топливо, ни воздух предварительно не подогреваются.The disadvantages of the device include the complexity of manufacture and the possibility of using only fuel with a strictly calibrated shape. A continuous supply of fuel is impossible, since the problems of jamming of the screw, penetration of gases into the pipe of the screw, and sticking of fuel to the screw are not solved. Possible overheating of the burner and part of the screw and sintering of burning coal. Neither fuel nor air is preheated.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа для автоматизированного угольного котла устройство для сжигания твердого топлива [RU 2294483, 17.08.2005, МПК F23B 40/00, F23C 5/08], содержащее бункер для сортового либо гранулированного твердого топлива, теплообменник, топку, устройства подачи топлива и воздуха в топку, зольник, блок управления (контроллер), датчики температуры, электрические приводы. В топке установлена вертикальная горелка, выполненная в виде оболочки усеченного конуса с отверстиями для прокачки воздуха и соединенная узкой стороной с устройством подачи топлива и воздуха, представляющего собой коллектор, соединенный с вентилятором, при этом устройство подачи топлива снабжено шнековым конвейером, часть трубы которого, находящаяся в коллекторе, снабжена отверстиями для воздуха.The closest known for its technical essence and the achieved result is a device for burning solid fuel selected as a prototype for an automated coal boiler [RU 2294483, 08.17.2005, IPC F23B 40/00, F23C 5/08], containing a hopper for high-quality or granular solid fuel, heat exchanger, furnace, devices for supplying fuel and air to the furnace, ash pan, control unit (controller), temperature sensors, electric drives. A vertical burner is installed in the furnace, made in the form of a truncated cone shell with holes for pumping air and connected by a narrow side to a fuel and air supply device, which is a manifold connected to a fan, while the fuel supply device is equipped with a screw conveyor, part of which is located in the manifold, equipped with air holes.
Устройство может работать на каменном угле, включая мелкие фракции. Перед подачей в зону горения топливо и воздух предварительно подогревают, а затем подают в зону горения топки по алгоритму, обеспечивающему требуемую мощность топки и полноту сгорания топлива. Таким образом, упрощается подача топлива в топку, улучшается надежность безотказной работы теплового агрегата и полнота сгорания топлива, включая каменный уголь и мелкие фракции.The device can operate on coal, including fines. Before being fed into the combustion zone, the fuel and air are preheated, and then fed to the combustion zone of the furnace according to an algorithm that provides the required furnace power and completeness of fuel combustion. Thus, the fuel supply to the furnace is simplified, the reliability of the failure-free operation of the thermal unit and the completeness of fuel combustion, including coal and fine fractions, are improved.
Необходимость предварительно сортировать топливо на заданные размеры кусков либо гранулировать его усложняет процесс. Не решена задача непрерывности работы устройства. Непрерывность подачи угля может нарушиться по нескольким причинам: зависание угля в бункере, заклинивание шнека, проникновение пиролизных газов в бункер, прилипание транспортируемого материала к стенкам шнекового транспортера. Не решены также проблемы возможного перегрева горелки и спекания горящего угля. Частицы спекшейся золы, покрывающие поверхность слоя топлива, могут вызвать нестабильность процесса. Кроме того, корпус котла является частью теплообменника, что не способствует полноте сгорания микроскопических частичек угля. Микроскопические частички угля, пролетев всего 25-30 см, ударяются о холодные стенки котла и остывают, при этом процесс горения частичек прекращается. Газовая фаза также сгорает не полностью. Несгоревшие частицы угля - сажа, оседают на теплообменник и вылетают в трубу, загрязняя окружающую среду.The need to pre-sort the fuel into the given sizes of the pieces or granulate it complicates the process. The problem of continuity of operation of the device is not solved. The continuity of the coal supply can be violated for several reasons: hang of coal in the hopper, jamming of the screw, penetration of pyrolysis gases into the hopper, adhesion of the transported material to the walls of the screw conveyor. The problems of a possible overheating of the burner and sintering of burning coal have not been solved either. Sintered ash particles covering the surface of the fuel layer can cause process instability. In addition, the boiler body is part of a heat exchanger, which does not contribute to the completeness of combustion of microscopic particles of coal. Microscopic particles of coal, flying only 25-30 cm, hit the cold walls of the boiler and cool, while the combustion process of the particles stops. The gas phase also does not burn out completely. Unburned coal particles - soot, settle on the heat exchanger and fly into the pipe, polluting the environment.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка экономичного и экологичного автоматизированного угольного котла наружного исполнения, работающего на любом сорте угля фракции 0-50, предназначенного для использования при отоплении индивидуальных домов, небольших помещений производственного и общественного назначения площадью до 2000 м2.The problem to which the present invention is directed is the development of an economical and environmentally friendly automated outdoor coal boiler, operating on any grade of coal fraction 0-50, intended for use in heating individual houses, small industrial and public premises with an area of up to 2000 m 2 .
Для достижения поставленной задачи предлагается автоматизированный угольный котел, содержащий бункер для твердого топлива, перпендикулярно к нему расположенное устройство подачи топлива, горелочное устройство, устройство подачи воздуха, водоохлаждаемую топку, состоящую из камеры сгорания и камеры дожигания, изнутри футерованную огнеупорным кирпичом, теплообменник, зольник, а также блок автоматизации и электропривод. Котел дополнительно снабжен двумя гравитационными фильтрами, установленными последовательно с теплообменником в дымовой трубе, при этом теплообменник находится между фильтрами.To achieve this objective, an automated coal boiler is proposed, containing a solid fuel hopper, a fuel supply device perpendicular to it, a burner device, an air supply device, a water-cooled furnace, consisting of a combustion chamber and an afterburner, lined with refractory bricks inside, a heat exchanger, an ash pan, as well as an automation unit and an electric drive. The boiler is additionally equipped with two gravity filters installed in series with the heat exchanger in the chimney, while the heat exchanger is located between the filters.
Устройство подачи твердого топлива выполнено в виде шнекового конвейера, заключенного в цилиндрический корпус, ось которого проходит от бункера через топку котла, камеру сгорания вдоль оси горелочного устройства, так, что внутренняя полутруба горелки, является продолжением корпуса шнекового конвейера и имеет диаметр, равный диаметру трубы корпуса шнекового конвейера, а в камере сгорания и камере дожигания расположены огнеупорные трубки подачи вторичного воздуха. Цилиндрический корпус шнекового конвейера содержит загрузочное отверстие для загрузки топлива из угольного бункера и разгрузочное отверстие, через которое топливо подается в горелку. К загрузочному отверстию примыкает вертикальная шахта угольного бункера, и в области загрузочного отверстия шнек снабжен эксцентриком с подпружиненным штырем с зубьями. С помощью подпружиненного штыря с зубьями, который в процессе проворачивания шнека толкается вверх-вниз эксцентриком, ворошат уголь в зоне течки для устранения зависания угля в бункере. Шнек имеет навивку до переднего конца горелки, при этом навивка шнека имеет разрывы, превышающие максимальный размер фракции твердого топлива, в области загрузочного отверстия и между загрузочным и разгрузочным отверстиями. Наличие в области загрузочного отверстия разрыва, превышающего максимальный размер фракции, позволяет исключить заклинивание шнека. Кроме того, вращение шнека реверсивное. Если заклинивание все же происходит, то за предусмотренное время прямого хода шнека двигатель из строя не выйдет, и следующим обратным ходом крупный кусок будет перемещен. Разрыв между загрузочным и разгрузочным отверстиями предназначен для исключения проникновения газов в трубу корпуса шнекового конвейера. В месте разрыва характер движения угольной смеси меняется: уголь не транспортируется шнеком, а продавливается по трубе, при этом он заполняет все сечение трубы, создавая тем самым пробку, через которую газы не проходят. Для полного исключения проникновения газов в трубу корпуса шнекового конвейера в предлагаемом изобретении используют также подачу от вентилятора воздуха в трубу корпуса шнекового конвейера в зону между разгрузочным отверстием и разрывом в навивке шнека. Избыточное давление воздуха выдавливает газ обратно в топку. Навивка шнека имеет прерывистость 50% на участке, расположенном в горелке. Если прерывистость делать больше, слой угля увеличивается, для оптимального горения слой угля не должен превышать 15 см.The solid fuel supply device is made in the form of a screw conveyor enclosed in a cylindrical body, the axis of which passes from the hopper through the boiler furnace, the combustion chamber along the axis of the burner device, so that the inner half-tube of the burner is a continuation of the screw conveyor body and has a diameter equal to the diameter of the pipe the housing of the screw conveyor, and in the combustion chamber and afterburner there are refractory tubes for supplying secondary air. The cylindrical housing of the screw conveyor contains a loading hole for loading fuel from the coal hopper and a discharge opening through which fuel is supplied to the burner. The vertical shaft of the coal hopper is adjacent to the loading hole, and in the area of the loading hole the screw is equipped with an eccentric with a spring-loaded pin with teeth. With the help of a spring-loaded pin with teeth, which is pushed up and down by an eccentric during the turning of the screw, coal is agitated in the estrus zone to eliminate the hang of coal in the hopper. The screw has a winding up to the front end of the burner, while the screw winding has gaps that exceed the maximum size of the solid fuel fraction in the area of the loading opening and between the loading and unloading holes. The presence in the area of the loading opening of a gap exceeding the maximum size of the fraction makes it possible to exclude jamming of the screw. In addition, the rotation of the screw is reversible. If jamming does occur, then the engine will not fail in the prescribed time for the auger to move forward, and the next large step will move the large piece. The gap between the loading and unloading openings is designed to prevent the penetration of gases into the pipe of the housing of the screw conveyor. At the rupture point, the nature of the movement of the coal mixture changes: coal is not transported by a screw, but is forced through the pipe, while it fills the entire cross section of the pipe, thereby creating a plug through which gases do not pass. To completely eliminate the penetration of gases into the pipe of the screw conveyor housing, the invention also uses the air supply from the fan to the pipe of the screw conveyor housing in the area between the discharge hole and the gap in the screw winding. Excessive air pressure forces the gas back into the furnace. Screw winding has an intermittence of 50% in the area located in the burner. If the discontinuity is done more, the coal layer increases; for optimal combustion, the coal layer should not exceed 15 cm.
Навивка шнека может быть выполнена в виде ряда пластин (лопастей), имеющих форму полуэллипса, наклоненных к оси шнека так, что угол между большой осью эллипса и осью шнека составляет 30-75 градусов. Использование шнека с лопастями такой формы позволяет избежать при изготовлении шнека применения таких технологических операций, как навивки на навивочных станках или растягивания концентрических колец из листового металла. Шнек имеет длину, диаметр, количество лопастей в зависимости от мощности горелки. Количество, размер и расстояние между лопастями подбирают таким образом, чтобы обеспечить нахождение угля в зоне горения на необходимое для каждого этапа горения время.Screw winding can be made in the form of a series of plates (blades) having the shape of a semi-ellipse, inclined to the axis of the screw so that the angle between the major axis of the ellipse and the axis of the screw is 30-75 degrees. The use of a screw with blades of this shape allows avoiding the use of such technological operations as winding on winding machines or stretching concentric rings from sheet metal when manufacturing a screw. The screw has a length, diameter, number of blades depending on the power of the burner. The quantity, size and distance between the blades are selected in such a way as to ensure that coal is in the combustion zone for the time necessary for each stage of combustion.
Шнек выполняют неохлаждаемым из жаростойкого материала, например такого, как жаростойкий чугун, жаростойкая сталь, различные виды жаростойкой керамики. Шнек выполняют охлаждаемым воздухом или охлаждающей жидкостью (водой), при этом шнек выполняют из стали или ось шнека - из стали, а навивку или лопасти - из металла или керамики. При этом ось шнека может быть теплоизолирована жаропрочной керамикой или металлическим экраном. Для охлаждения по оси шнека выполняют канал прокачки охлаждающей жидкости или воздуха.The screw is made uncooled from a heat-resistant material, for example, such as heat-resistant cast iron, heat-resistant steel, various types of heat-resistant ceramics. The screw is made with cooled air or cooling liquid (water), while the screw is made of steel or the axis of the screw is made of steel, and the winding or blades are made of metal or ceramic. At the same time, the axis of the screw can be insulated with heat-resistant ceramics or a metal screen. For cooling along the axis of the screw, a channel for pumping coolant or air is provided.
Горелочное устройство выполнено в виде трех коаксиальных полутруб, расположенных на расстоянии 5 мм и более одна от другой.The burner device is made in the form of three coaxial half tubes located at a distance of 5 mm or more from one another.
В полости между внутренней и средней полутрубой циркулирует охлаждающая жидкость. В полости между средней и внешней полутрубой циркулирует воздух, подаваемый вентилятором, который затем через сопла поступает в зону горения. Со стороны соединения шнека с горелкой выполнены отверстия для подачи охлаждающей жидкости в полость между внутренней и средней полутрубами, в которой расположена система перегородок. В полости для циркуляции воды с помощью разветвленной системы перегородок добиваются регулируемого охлаждения поверхности горелки. Температуру слоя угля поддерживают на уровне, исключающем плавление золы во избежание шлакования слоя и перегрева горелки и шнека.Coolant circulates in the cavity between the inner and middle semi-tubes. In the cavity between the middle and the outer semi-tube, air is circulated, supplied by the fan, which then passes through the nozzles into the combustion zone. On the connection side of the screw with the burner, holes are made for supplying coolant to the cavity between the inner and middle half pipes, in which the partition system is located. In the cavity for the circulation of water with the help of a branched system of partitions, controlled cooling of the burner surface is achieved. The temperature of the coal layer is maintained at a level that excludes melting of the ash in order to avoid slagging of the layer and overheating of the burner and screw.
Со стороны соединения шнека с горелкой выполнены отверстия для подачи воздуха в полость между внешней и средней полутрубами, в которой расположена система перегородок и трубок, позволяющая организовать регулируемый процесс подачи воздуха в горелку. Охлаждаемые сопла подачи первичного воздуха в горелку имеют угол наклона от 10 до 30 градусов в двух плоскостях: по направлению к горизонту и по направлению к движению топлива, так, что выходное отверстие ниже входного, что исключает попадание золы в зону циркуляции воздуха при отключении подачи воздуха, так как под действием своего веса зола будет опускаться вниз, не поднимаясь по соплам. Внутренняя полутруба горелочного устройства, внутри которой проходит шнек, может расширяться от места соединения с корпусом шнекового конвейера под углом 20 градусов к образующей боковой поверхности трубы корпуса шнекового конвейера, так, что сечение плоскостью перпендикулярной оси шнекового конвейера по переднему концу горелки представляет собой полуэллипс с малой полуосью, длина которой равна радиусу трубы корпуса шнекового конвейера, а длина большой оси составляет 25-100% диаметра трубы корпуса шнекового конвейера. Это позволяет увеличить площадь горения и, следовательно, мощность горелки. В зоне горения при вращении шнека уголь перемещается вперед и перемешивается, что не позволяет углю и золе спекаться в большие куски. В аналогичных котлах в зоне горения не происходит перемешивания угля, также нет транспортировки горящего угля от начала к концу горелки. По мере продвижения вперед уголь полностью сгорает, а образующаяся зола падает в зольник. Для каждой фракции есть свое время полного сгорания. Увеличивая длину горелки и меняя скорость подачи угля, добиваются полного сгорания угля. Таким образом, за счет конструктивных особенностей горелки достигают уменьшения спекания горящего угля, исключения механического недожога, исключения попадания золы в сопла горелки при отключении подачи воздуха.On the connection side of the auger with the burner, openings are made for supplying air to the cavity between the outer and middle half tubes, in which a system of partitions and tubes is located, which allows organizing an adjustable process of supplying air to the burner. Cooled nozzles for supplying primary air to the burner have an inclination angle of 10 to 30 degrees in two planes: towards the horizon and towards the movement of fuel, so that the outlet is lower than the inlet, which eliminates the ingress of ash into the air circulation zone when the air supply is turned off , since under the influence of its weight the ash will fall down without rising through the nozzles. The inner half pipe of the burner device, inside which the screw passes, can expand from the point of connection with the screw conveyor body at an angle of 20 degrees to the generatrix of the side surface of the pipe of the screw conveyor body, so that the plane section perpendicular to the axis of the screw conveyor along the front end of the burner is a semi-ellipse with a small a half-axis, the length of which is equal to the radius of the pipe of the screw conveyor case, and the length of the major axis is 25-100% of the diameter of the pipe of the screw conveyor case. This allows you to increase the combustion area and, consequently, the power of the burner. In the combustion zone, when the screw rotates, the coal moves forward and mixes, which prevents the coal and ash from sintering into large pieces. Coal mixing does not occur in similar boilers in the combustion zone, and there is no transportation of burning coal from the beginning to the end of the burner. As you move forward, the coal burns out completely, and the resulting ash falls into the ash pan. Each fraction has its own time of complete combustion. By increasing the length of the burner and changing the feed rate of coal, they achieve complete combustion of coal. Thus, due to the design features of the burner, sintering of the burning coal is reduced, mechanical burnout is eliminated, and ash does not get into the burner nozzles when the air supply is turned off.
Максимальная мощность горелки определяется геометрическими размерами горелки. Изменяя длину и диаметр горелки, можно менять мощность горелки в диапазоне 10-200 кВт. При использовании котлов большей мощности возможно использование угля большей фракции.The maximum power of the burner is determined by the geometric dimensions of the burner. By changing the length and diameter of the burner, you can change the power of the burner in the range of 10-200 kW. When using boilers of greater power, it is possible to use coal of a larger fraction.
Топка котла представляет собой водоохлаждаемый корпус, изнутри футерованный огнеупорным кирпичом. Над топкой располагают камеру дожигания, образованную огнеупорными пластинами. Количество, геометрические размеры и взаимное расположение пластин камеры дожигания может меняться. Конструкция камеры дожигания рассчитана так, что по всей длине канала обеспечивается оптимальная для горения температура 800-1000°С, при этом общая длина пути газов составляет более 1,3 м. В камеру дожигания от вентилятора подают воздух через огнеупорные трубки, длина которых рассчитана таким образом, что воздух нагревается отходящими газами, что обеспечивает полное сгорание проходящих горючих газов и несгоревших микроскопических частиц угля.The boiler firebox is a water-cooled body, lined with refractory bricks from the inside. An afterburner formed by refractory plates is located above the firebox. The number, geometric dimensions and relative position of the plates of the afterburner may vary. The design of the afterburning chamber is designed so that the temperature of 800-1000 ° C is optimal for combustion along the entire length of the channel, while the total path of the gases is more than 1.3 m. Air is supplied to the afterburning chamber from the fan through refractory tubes, the length of which is calculated so so that the air is heated by the exhaust gases, which ensures complete combustion of the passing combustible gases and unburned microscopic particles of coal.
Для периодической чистки пластин дожигателя от золы предусмотрены прочистные дверцы.For periodic cleaning of the afterburner plates from ash, cleaning doors are provided.
Раскаленные газы после камеры дожигания проходят через гравитационно-центробежный фильтр, затем - через теплообменник и вновь через гравитационный фильтр, представляющий собой вертикальный канал большой площади, в котором скорость движения газов резко понижается, и микроскопические частички золы осаждаются и через дымовую трубу выбрасываются наружу.The hot gases after the afterburning chamber pass through a gravity-centrifugal filter, then through a heat exchanger and again through a gravity filter, which is a vertical channel of a large area in which the gas velocity decreases sharply, and microscopic particles of ash are deposited and thrown out through the chimney.
В предлагаемой конструкции устройства процессы горения и теплообмена разнесены, поскольку геометрически разнесены топка и теплообменник, что позволяет оптимизировать процесс горения, обеспечивая сгорание всех горючих компонентов угля до 98%. Выбрасываемые из дымовой трубы газы не содержат смол и угарного газа; они прозрачны и не загрязняют прилегающую территорию.In the proposed design of the device, the combustion and heat transfer processes are separated, since the furnace and heat exchanger are geometrically separated, which allows to optimize the combustion process, ensuring the combustion of all combustible coal components up to 98%. The gases emitted from the chimney do not contain tar or carbon monoxide; they are transparent and do not pollute the surrounding area.
На фиг.1 представлено изображение автоматизированного угольного котла для сжигания любого сорта угля фракции 0-50 со шнековым конвейером - вид сбоку. На фиг.2 представлено изображение горелки - вид в разрезе А-А. Где: 1 - бункер для твердого топлива, 2 - камера сгорания, 3 - устройство подачи топлива - шнековый конвейер, 4 - зона течки угля в бункере, 5 - подпружиненный штырь с зубьями, 6 - эксцентрик, 7, 8 - разрывы в навивке шнека, 9 - труба корпуса шнекового конвейера, 10 - ось шнека, 11 - электропривод, 12 - устройство подачи воздуха (вентилятор), 13 - опора для закрепления оси шнека на передней стенке котла, 14 - зольник, 15 - футеровка корпуса топки котла, 16 - огнеупорные пластины, образующие камеру дожигания, 17 - камера дожигания, 18 - огнеупорные трубки для подачи воздуха в камеру сгорания и камеру дожигания, 19 -теплообменник, 20 - гравитационные фильтры, 21 - горелка, 22, 23, 24 - три коаксиальные полутрубы горелки, 25 - сопла. A - зона заклинивания шнека, В - зона циркуляции охлаждающей жидкости, С - зона циркуляции воздуха. Автоматизация, включающая блок управления (контроллер), датчики температуры, аварийные датчики, датчики протока, газоанализатор, на изображении не обозначена.Figure 1 presents the image of an automated coal boiler for burning any grade of coal fraction 0-50 with a screw conveyor - side view. Figure 2 presents the image of the burner is a view in section aa. Where: 1 - a hopper for solid fuel, 2 - a combustion chamber, 3 - a fuel supply device - a screw conveyor, 4 - a coal heat zone in the hopper, 5 - a spring-loaded pin with teeth, 6 - an eccentric, 7, 8 - gaps in the screw winding , 9 - auger conveyor case tube, 10 - auger axis, 11 - electric drive, 12 - air supply device (fan), 13 - support for fixing the auger axis on the front wall of the boiler, 14 - ash pan, 15 - lining of the boiler furnace body, 16 - refractory plates forming the afterburner, 17 - afterburner, 18 - refractory tubes for supplying air to combustion measure and afterburner, 19 - heat exchanger, 20 - gravity filters, 21 - burner, 22, 23, 24 - three coaxial half-pipes of the burner, 25 - nozzles. A is the auger jamming zone, B is the coolant circulation zone, C is the air circulation zone. Automation, including a control unit (controller), temperature sensors, emergency sensors, flow sensors, a gas analyzer, is not indicated in the image.
Автоматизированный угольный котел для сжигания любого сорта угля фракции 0-50 работает следующим образом.Automated coal boiler for burning any kind of coal fraction 0-50 works as follows.
Уголь любого сорта фракции 0-50 засыпается в бункер 1, из которого под воздействием веса поступает в шнековый конвейер 3, ось 10 которого проходит через всю топку и закрепляется на передней стенке топки в опоре 13. Уголь в зоне течки 4 ворошат с помощью подпружиненного штыря с зубьями 5, который в процессе проворачивания шнека толкается вверх-вниз эксцентриком 6, встроенным в шнек, что позволяет избежать зависания угля в бункере. Электропривод 11, вращая шнек, непрерывно подает уголь через трубу 9 в горелку 21. Реверсивное вращение шнека препятствует заклиниванию шнека. Если заклинивание все же происходит, то следующим обратным ходом крупный кусок породы перемещается в подающую трубу. Для предотвращения заклинивания шнека при попадании куска металла или породы в зону А в навивке шнека предусмотрен также разрыв 8, превышающий максимальный размер фракции. В месте разрыва 7 навивки шнека 3 характер движения угольной смеси меняется: уголь не транспортируется шнеком, а продавливается по трубе, при этом он заполняет все сечение трубы, создавая тем самым пробку, через которую газы из топки не проходят в угольный бункер. Полностью исключить проникновение газа в шнековый конвейер позволяет избыточное давление воздуха, создаваемое путем подачи воздуха от вентилятора 12 в шнековый конвейер, которое выдавливает газ обратно в топку. В горелке 21, между внутренней 22 и средней 23 полутрубой, зона В, в которой расположена система перегородок, циркулирует охлаждающая жидкость. Охлаждение горелки необходимо, чтобы избежать перегрева горелки и шнека и уменьшить спекание горящего угля. В горелке уголь поджигают как в бытовой печи, с помощью легко воспламеняемого топлива (дров, бумаги, бересты и т.п.). Транспортировку горящего угля осуществляют от начала к концу горелки за счет того, что шнек проходит через всю горелку. В зоне горелки уголь перемещается вперед и перемешивается, что не позволяет углю и золе спекаться в большие куски. Труба корпуса 9 шнекового конвейера в камере сгорания 2 топки может расширяться для увеличения площади горения и, следовательно, мощности горелки. В зоне горения поддерживается оптимальная толщина слоя угля, порядка 15, за счет того, что навивка шнека здесь прерывистая. По мере продвижения вперед уголь полностью сгорает, образующаяся зола падает в зольник 14, а раскаленные газы поступают из камеры сгорания 2 в камеру дожигания 17, образованную огнеупорными пластинами 16, расположенными таким образом, чтобы увеличить общую длину пути газов. Воздух подают вентилятором 12 в шнековый конвейер 3, в камеру сгорания 2 и камеру дожигания 17 через огнеупорные трубки 18 и в зону С - зону циркуляции воздуха между средней 23 и внешней 24 полутрубой горелки. Из зоны С через сопла 25 воздух поступает в зону горения камеры сгорания 2. Раскаленные газы, пройдя камеру дожигания 17, поступают в гравитационный фильтр 20, в котором осаждаются частички золы уноса, далее - в теплообменник 19, снова в гравитационный фильтр 20 и через дымовую трубу выбрасываются наружу. Зола частично осаждается на пластинах 16 камеры дожигания, поэтому для их периодической чистки предусмотрены прочистные дверцы.Coal of any grade 0-50 fraction is poured into the
Для управления процессом горения используют блок управления (контроллер), датчики температуры, аварийные датчики, датчики протока, газоанализатор. Микропроцессорная автоматика отслеживает и регулирует в зависимости от погодных условий температуру теплоносителя, подаваемого в отопительную систему.To control the combustion process, a control unit (controller), temperature sensors, emergency sensors, flow sensors, a gas analyzer are used. Microprocessor-based automation monitors and regulates, depending on weather conditions, the temperature of the coolant supplied to the heating system.
Практическая реализация.Practical implementation.
Разработаны и испытаны угольные котлы мощностью 25 и 40 кВт, позволяющие отопить помещение площадью 150-1000 м2 (площадь зависит от качества утепления здания). В таблице приведены основные технические характеристики.Coal boilers with a capacity of 25 and 40 kW have been developed and tested, allowing to heat a room with an area of 150-1000 m 2 (the area depends on the quality of the building's insulation). The table shows the main technical specifications.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130377/06A RU2451239C2 (en) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | Automated coal-fired boiler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130377/06A RU2451239C2 (en) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | Automated coal-fired boiler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010130377A RU2010130377A (en) | 2012-01-27 |
| RU2451239C2 true RU2451239C2 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=45786210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010130377/06A RU2451239C2 (en) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | Automated coal-fired boiler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451239C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518772C1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Furnace with tilt-pushing furnace grate for combustion of wood wastes |
| RU2520788C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответсвенностью "ОСНОВА" | Fuel combustion |
| RU170747U1 (en) * | 2016-02-20 | 2017-05-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕПЛОМЕХ" | Fluidized bed solid fuel boiler |
| WO2018021902A1 (en) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | Виктор МАНАСТЫРЛЫ | Heating boiler |
| RU200548U1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-10-28 | Артур Геворкиевич Туманян | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL AND CONTROL OF SOLID FUEL BOILER |
| RU205295U1 (en) * | 2020-12-24 | 2021-07-07 | Марина Геннадьевна Поликарпова | Solid fuel boiler combustion device |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU37230A1 (en) * | 1933-10-02 | 1934-06-30 | М.З. Зеленый(ой) | The method of burning fuel on the grate |
| EP0152317A1 (en) * | 1984-01-18 | 1985-08-21 | René Tabel | Boiler for wood with a preheating chamber for the fuel |
| SU1332104A1 (en) * | 1985-04-10 | 1987-08-23 | Белорусский Политехнический Институт | Method of automatic control of air feed to boiler furnace |
| RU2129687C1 (en) * | 1993-01-28 | 1999-04-27 | Хальберг Йерген | Burner for solid fuel |
| RU2200901C2 (en) * | 2000-11-20 | 2003-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Дальтехэнерго" | Gas generator |
| RU2294483C1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-27 | Сергей Алексеевич Концевой | Method and device for burning solid fuel |
-
2010
- 2010-07-20 RU RU2010130377/06A patent/RU2451239C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU37230A1 (en) * | 1933-10-02 | 1934-06-30 | М.З. Зеленый(ой) | The method of burning fuel on the grate |
| EP0152317A1 (en) * | 1984-01-18 | 1985-08-21 | René Tabel | Boiler for wood with a preheating chamber for the fuel |
| SU1332104A1 (en) * | 1985-04-10 | 1987-08-23 | Белорусский Политехнический Институт | Method of automatic control of air feed to boiler furnace |
| RU2129687C1 (en) * | 1993-01-28 | 1999-04-27 | Хальберг Йерген | Burner for solid fuel |
| RU2200901C2 (en) * | 2000-11-20 | 2003-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Дальтехэнерго" | Gas generator |
| RU2294483C1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-27 | Сергей Алексеевич Концевой | Method and device for burning solid fuel |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2520788C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответсвенностью "ОСНОВА" | Fuel combustion |
| RU2518772C1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-06-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) | Furnace with tilt-pushing furnace grate for combustion of wood wastes |
| RU170747U1 (en) * | 2016-02-20 | 2017-05-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕПЛОМЕХ" | Fluidized bed solid fuel boiler |
| WO2018021902A1 (en) * | 2016-07-25 | 2018-02-01 | Виктор МАНАСТЫРЛЫ | Heating boiler |
| RU200548U1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-10-28 | Артур Геворкиевич Туманян | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL AND CONTROL OF SOLID FUEL BOILER |
| RU205295U1 (en) * | 2020-12-24 | 2021-07-07 | Марина Геннадьевна Поликарпова | Solid fuel boiler combustion device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010130377A (en) | 2012-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1384032B1 (en) | Combustion device | |
| RU2451239C2 (en) | Automated coal-fired boiler | |
| KR100907269B1 (en) | Centrifugal Continuous Combustion Device and Combustion Method | |
| US11708999B2 (en) | Biomass heating system with optimized flue gas treatment | |
| CN107328099B (en) | Biomass hot-blast stove and full-automatic biomass hot-blast stove | |
| US9016215B2 (en) | Solid fuel unit which burns solid fuels together with their volatile gases | |
| US4836115A (en) | Vertical furnace | |
| EP2884200B1 (en) | Central heating boiler | |
| CN102588950A (en) | Novel high-efficiency vaporizing combustion compound furnace grate device with slag disintegrating function | |
| RU104668U1 (en) | AUTOMATED COAL BOILER | |
| CN207299513U (en) | Biomass thermal wind furnace and fully-automatic biomass hot-blast stove | |
| RU2488037C1 (en) | Water-heating boiler | |
| RU2363888C1 (en) | Water-heating solid-propellant boiler | |
| US4377117A (en) | Particulate waste wood firing system | |
| SU1149105A1 (en) | Bluidized bed furnace | |
| RU2294483C1 (en) | Method and device for burning solid fuel | |
| RU2552009C1 (en) | Mechanised grate-fired furnace | |
| CN217441640U (en) | Chain grate gasification device using whole bundle of wrapped crop straw as fuel | |
| EP0248808B1 (en) | Burner especially for burning biomass | |
| RU2168110C1 (en) | Furnace of steam of hot-water boiler for burning of high-humid vegetable fuel with gas or residual fuel oil | |
| CN116006980A (en) | Rolling grate and garbage incineration boiler | |
| JPS61149780A (en) | Rotary baking furnace | |
| EP0017492A2 (en) | Method of and burner for burning solid fuel | |
| KR101318649B1 (en) | Multipurpose boiler for solid fuel | |
| US4377115A (en) | Furnace for burning particulate wood waste material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120721 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140427 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20171002 |