RU2848593C1 - Шахтная топка для сжигания биотоплив и торфа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергетики. Шахтная топка, ограждения которой выполнены из огнеупорного материала, содержит топливный рукав и загрузочную воронку с подачей топлива из нее в вертикальную шахту, обеспечивающую его подачу на наклонную ступенчатую колосниковую решетку, заканчивающуюся горизонтальной колосниковой решеткой, под которой расположен шлаковый бункер с позонной подачей первичного воздуха под колосниковые решетки с помощью воздухопроводов, снабженных индивидуальными шиберами для регулировки его расхода. Между топливным рукавом и загрузочной воронкой установлен питатель, оснащенный загрузчиком топлива, шлаковый бункер выполнен в виде воздушно-каскадного классификатора с подводом в его нижнюю часть воздуха и закрытый сверху поворотными колосниками, регулирующими расход воздуха на выходе из воздушно-каскадного классификатора, при полном открытии поворотных колосников они контактируют с гребенкой, обеспечивающей удаление шлаковых наростов из отверстий щелевидного сечения. Изобретение позволяет обеспечить полноту сгорания топлива. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания кускового и фрезерного торфа, биотоплив в виде опилок, стружки и щепы, размером не более 50 мм, и может найти применение в теплоэнергетике.

Известны топки для сжигания твердых топлив на неподвижной колосниковой решетке с неподвижным слоем. Они применяются в котлах малой мощности, как правило, с ручным обслуживанием и периодической загрузкой топлива. Данные топки имеют решетку из чугунных колосников, опирающихся на балки, заделанные в ее кирпичные стены. Под решетку с помощью специального воздуховода подают воздух, используемый для горения топлива. В колосниках имеются отверстия круглого или щелевидного сечения для прохода воздуха и удаления шлака и золы с колосниковой решетки. Свежие порции топлива забрасывают равномерным слоем на решетку через загрузочное окно, закрывающееся дверцей [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использования использование древесных отходов. - М.: Лесн. пром-ть, 1987, с. 47].

Обслуживание ручных слоевых топок связано со значительными затратами тяжелого физического труда. Частичная механизация ручной топки была достигнута установкой поворотных или качающихся колосников. Этим облегчается одна их наиболее трудоемких топочных операций - очистка решетки от шлака [Стырикович М.А., Катковская К.Я., Серов Е.П. Котельные агрегаты. М.-Л. Госэнергоиздат, 1959, с. 75]. В отличие от топок с поворотными колосниками, где с решетки после выжига удаляется весь шлак и зола, в топках с качающимися колосниками их периодическое покачивание обеспечивает разрыхление очаговых остатков и удаление лишь низлежащего наиболее выгоревшего слоя. Процесс горения слоя топлива, находящегося выше, при этом не нарушается. Для поворотных и качающихся колосников применяют как ручной, так и механизированный приводы.

Облегчение труда машиниста, а также улучшение условий работы горящего слоя достигаются механизацией загрузки топлива на решетку с применением различных забрасывателей. В этом случае перед фронтом топки устанавливают бункер, из которого топливо поступает к забрасывателю, который подает его на слой. Используемые на практике забрасыватели топлива подразделяют на механические, пневматические и пневмомеханические [Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 117, рис. 6.4]. Обычно по ширине топки устанавливают несколько забрасывателей топлива. Однако механические и пневматические забрасыватели дают неравномерное по фракционному составу распределение топлива по длине решетки, что нежелательно. Пневмомеханические забрасыватели позволяют объединить в себе достоинства механических и пневматических и обеспечить более равномерное распределение топлива разных фракций по длине решетки [Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 119, рис. 6.5].

Широко известны для сжигания древесины (дров) шахтные топки с наклонным слоем топлива, которые представляют собой футерованную шахту, в нижней части которой установлены наклонная и горизонтальная колосниковые решетки. Воздух для горения биотоплива подводится позонно через дверки люков, что позволяет регулировать процесс горения в зависимости от влажности топлива. Оптимальное разрежение в шахтной топке регулируется с помощью изменения положения шиберов в газовом тракте и производительности дымососа [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использования использование древесных отходов. - М.: Лесн. пром-ть, 1987, с. 48, рис. 5].

Шахтные топки с наклонным слоем топлива широко используются и для сжигания «мелкого» древесного топлива: опилок, стружки и топливной щепы. В данных топках биотопливо, обычно с помощью топливного рукава, часто каскадно-лоткового типа, подается в загрузочную воронку из которой через вертикальную шахту поступает на беспровальную наклонную ступенчатую колосниковую решетку, которая состоит из боковых чугунных наклонных кронштейнов с прорезями, в которые устанавливаются горизонтальные чугунные планки, образующие ступенчатую колосниковую решетку. Биотопливо под действием силы тяжести сползает по наклонной ступенчатой колосниковой решетке на нижние горизонтальные колосники, где завершается его процесс горения. Стены шахтной топки выполнены из огнеупорного кирпича, который в процессе работы топки вызывает мощные лучистые потоки, обеспечивающие термическую подготовку влажного биотоплива. Очистка ступеней наклонной колосниковой решетки и горизонтальной решетки осуществляется через люки, расположенные на фронтальной стене топки, с помощью специального кочегарного инструмента. Каждый из воздухопроводов для позонной подачи первичного воздуха снабжен индивидуальным шибером для регулировки его расхода [Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использования использование древесных отходов. - М.: Лесн. пром-ть, 1987, с. 48, рис. 6].

Однако возможности форсировки данных шахтных топок ограничены необходимостью поддерживать скорости первичного воздуха ниже критических для обеспечения устойчивости плотного слоя. Кроме того, они очень чувствительны к изменению качества биотоплива, его сыпучести и продолжительности эксплуатации до останова на чистку наклонной и горизонтальной колосниковых решеток. При снижении влажности мелкодревесное топливо скатывается в нижнюю часть колосниковой решетки, что делает невозможным организацию оптимального распределения первичного воздуха по длине решетки. Чрезмерная толщина топлива в нижней части наклонной колосниковой решетки и на горизонтальной решетке, вызывающая повышенное аэродинамическое сопротивление этих участков, ограничивает возможность подачи воздуха в данные зоны горения. Указанные обстоятельства вызывают рост потерь тепла с химической и механической неполнотой сгорания. Отсутствие нормального схода топлива по длине колосниковой решетки снижает аэродинамическую плотность узлов подачи биотоплива в шахтную топку и может вызвать его возгорание в загрузочной воронке и нижней части топливного рукава. Также необходимо отметить трудности удаления шлака со ступенек решетки и, особенно с горизонтальной части решетки, что ограничивает применение данных топок для сжигания загрязненных биотоплив. Данные явления в работе котлов, оборудованных шахтными топками с наклонным слоем, наблюдаются регулярно, что приводит к снижению эффективности и надежности работы котлов и систем теплоснабжения.

Данная шахтная топка принята нами за прототип.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание более эффективной шахтной топки с наклонным слоем для сжигания кускового и брикетированного торфа с низкой зольностью (до 10,0 % на сухую массу), а также биотоплив в виде опилок, стружки и щепы, размером не более 50 мм, с пониженными потерями от химической и механической неполноты сгорания и отсутствием шлакования горизонтальной колосниковой решетки и повышенной аэродинамической плотностью узлов подачи топлива.

Это достигается тем, что у шахтной топки, ограждения которой выполнены из огнеупорного материала, имеющей топливный рукав и загрузочную воронку с подачей топлива из нее в вертикальную шахту, обеспечивающую его подачу на наклонную ступенчатую колосниковую решетку, заканчивающуюся горизонтальной колосниковой решеткой под которой расположен шлаковый бункер, с позонной подачей первичного воздуха под колосниковые решетки с помощью воздухопроводов, снабженных индивидуальными шиберами для регулировки его расхода, между топливным рукавом и загрузочной воронкой установлен питатель, оснащенный загрузчиком топлива, шлаковый бункер выполнен в виде воздушно-каскадного классификатора с подводом в его нижнюю часть воздуха и закрытый сверху поворотными колосниками, регулирующими расход воздуха на выходе из воздушно-каскадного классификатора, при полном открытии поворотных колосников они контактируют с гребенкой, обеспечивающей удаление шлаковых наростов из отверстий щелевидного сечения.

На фиг. 1 изображена предлагаемая топка, продольный разрез, и местный разрез А-А.

Топка для сжигания кускового и брикетированного торфа с низкой зольностью, а также биотоплив в виде опилок, стружки и щепы, размером не более 50 мм, содержит камеру сгорания 1, боковые стены которой, потолок 2 и фронтальная стена 3 выполнены из огнеупорного материала. Поступление топлива в питатель 4 происходит из топливного рукава 5. В потолке 2 камеры сгорания 1 выполнена вертикальная шахта 6, в которую топливо поступает из загрузочной воронки 7. Постоянное заполнение топливом загрузочной воронки 7 и вертикальной шахты 6 обеспечивается питателем 4, оснащенным загрузчиком 8, осуществляющим возвратно-поступательные движения. Топливо под действием силы тяжести сползает по наклонной ступенчатой колосниковой решетке 9 на поворотные колосники 10 с отверстиями 11 щелевидного сечения. Поворотные колосники 10 находятся над воздушно-каскадным классификатором 12, в нижнюю часть которого подводится воздух с помощью воздуховода 13. Данный воздух обеспечивает, при открытии поворотных колосников 10, отделение и возврат из очаговых остатков на наклонную ступенчатую колосниковую решетку 9 мелких фракций и частиц невыгоревшего топлива. Кроме этого, воздушный поток, направленный над поверхностью горящего слоя топлива к его начальному участку на наклонной ступенчатой колосниковой решетке 9, обеспечивает активное перемешивание газовых потоков, снижая химический и механический недожог топлива и интенсифицируя его воспламенение. Когда поворотные колосники 10 находятся в закрытом (горизонтальном) положении, воздух проходит через их отверстия 11 щелевидного сечения трапецеидальной формы, обеспечивая догорание горючих веществ в очаговых остатках, при этом верхняя направляющая стенка 14 воздушно-каскадного классификатора 12 отклоняет газовый поток в сторону наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9, активизируя перемешивание газовых потоков. Для очистки от шлаковых наростов отверстий 11 поворотных колосников 10 проводится их полное открытие, при этом выступы 15 гребенки 16 входят в щелевидные отверстия 11 поворотных колосников 10, обеспечивая их очистку. Куски шлака и инородные примеси, попавшие в топливо, скапливаются в сборном бункере 17 воздушно-каскадного классификатора 12, откуда периодически удаляются. Подача первичного воздуха под наклонную ступенчатую колосниковую решетку 9 осуществляется позонно с помощью воздухопроводов 18, снабженных индивидуальными регулирующими устройствами (шиберами). Зола и шлак, провалившиеся с наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9 на разделительные перегородки 19, удаляются через люки 20, расположенные на фронтальной стене 3. Расход воздуха на воздушно-каскадный классификатор 12 регулируется с помощью шибера 21. При сжигании топлива с относительной влажностью на рабочую массу более 45 % для обеспечения эффективного сжигания топлива в шахтную топку подается воздух после воздухоподогревателя.

Работа топки для сжигания кускового и брикетированного торфа с низкой зольностью, биотоплив в виде опилок, стружки и щепы, размером не более 50 мм, осуществляется следующим образом.

Топливо из топливного рукава 5 опускается в питатель 4, где загрузчиком 8 перемещается в загрузочную воронку 7. Из которой под действием силы тяжести топливо опускается в вертикальную шахту 6 и далее сползает по наклонной ступенчатой колосниковой решетке 9 на поворотные колосники 10 с отверстиями 11 щелевидного сечения. В процессе этого движения происходит подсушка топлива, термическое разложение его органической массы с последующим воспламенением летучих веществ и воспламенением и горением коксового остатка. Для обеспечения, протекающих процессов, окислителем с помощью воздухопроводов 18, снабженных индивидуальными регулирующими устройствами, позонно под наклонную ступенчатую колосниковую решетку 9 подается первичный воздух. Под поворотные колосники 10 воздух подается с помощью воздушно-каскадного классификатора 12. Когда поворотные колосники 10 находятся в закрытом (горизонтальном) положении, воздух проходит через их отверстия 11 щелевидного сечения трапецеидальной формы, обеспечивая догорание горючих веществ в очаговых остатках, при этом верхняя направляющая стенка 14 воздушно-каскадного классификатора 12 отклоняет газовый поток в сторону наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9, активизируя перемешивание газовых потоков. Для очистки от шлаковых наростов отверстий 11 поворотных колосников 10 проводится их полное открытие, при этом выступы 15 гребенки 16 входят в щелевидные отверстия 11 поворотных колосников 10, обеспечивая их очистку. Куски шлака и инородные примеси, попавшие в топливо, скапливаются в сборном бункере 17 воздушно-каскадного классификатора 12, откуда периодически удаляются. Зола и шлак, провалившиеся с наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9 на разделительные перегородки 19, удаляются через люки 20, расположенные на фронтальной стене 3. Расход воздуха на воздушно-каскадный классификатор 12 регулируется с помощью шибера 21.

Оптимальное распределение первичного воздуха между зонами определяется в процессе промышленно-эксплуатационных испытаний и зависит от вида сжигаемого топлива, его теплотехнических и гранулометрических характеристик. Завершение процесса выгорания топлива и образование очаговых остатков происходит в основном на поворотных колосниках 10, через отверстия 11 которых проходит первичный воздух. Для удаления очаговых остатков поворотные колосники 10 открываются, и очаговые остатки поступают в воздушно-каскадный классификатор 12, где осуществляется их аэродинамическое разделение: мелкие фракции и частицы невыгоревшего топлива возвращаются для догорания на наклонную ступенчатую колосниковую решетку 9, а куски шлака и инородные примеси, попавшие в топливо, опускаются в сборный бункер 17, откуда периодически удаляются. Верхняя направляющая стенка 14 воздушно-каскадного классификатора 12 отклоняет газовый поток в сторону наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9, активизируя перемешивание газовых потоков, снижая химический и механический недожог топлива и интенсифицируя его воспламенение. Таким образом, воздух, поступающий по воздуховоду 13 в воздушно-каскадный классификатор 12, при закрытых (горизонтально расположенных) поворотных колосниках 10 выполняет функцию первичного. Далее, за счет профиля верхней направляющей стенки 14, он движется к наклонной ступенчатой колосниковой решетки 9, обеспечивая догорание горючих компонент, поднимающихся из слоя топлива, что позволяет организовать вторую ступень горения в топочном процессе. Для обеспечения высокой полноты выгорания горючих компонент топлива потолок 2, фронтальная стена 3 и боковые стены камеры сгорания 1 выполнены из огнеупорного материала.

Данная слоевая схема двухступенчатого сжигания обеспечивает высокую полноту выгорания горючих компонент топлива и пониженные значения эмиссий оксидов азота и угарного газа. Опыт исследовательских работ на котлах с шахтными топками, в которых сжигаются различные биотоплива и имеющих различное конструктивное исполнение, позволяет прогнозировать достаточно эффективное сжигание кускового и брикетированного торфа с низкой зольностью (до 10,0 % на сухую массу), а также биотоплив в виде опилок, стружки и щепы, размером не более 50 мм, в предлагаемом топочном устройстве. Кроме этого, применение данного топочного устройства создает предпосылки для повышения среднеэксплуатационного КПД брутто котла не менее чем на 1,5 % за счет уменьшения потерь тепла с химической и механической неполнотой сгорания топлива, обеспечит возможность работы при избытках воздуха на выходе из топки (α_т = 1,20-1,25), снизит эмиссии оксидов азота на 10-20 % и оксида углерода на 15-30 %, а также продлит жизненный цикл элементов камеры сгорания и системы подачи топлива. При сжигании топлив с низкой влажностью стенки воздушно-каскадного классификатора выполняются водоохлаждаемыми, однако необходимость данного мероприятия определяется при проведении промышленно-эксплуатационных мероприятий.

Claims (1)

1. Шахтная топка, ограждения которой выполнены из огнеупорного материала, имеющая топливный рукав и загрузочную воронку с подачей топлива из нее в вертикальную шахту, обеспечивающую его подачу на наклонную ступенчатую колосниковую решетку, заканчивающуюся горизонтальной колосниковой решеткой, под которой расположен шлаковый бункер с позонной подачей первичного воздуха под колосниковые решетки с помощью воздухопроводов, снабженных индивидуальными шиберами для регулировки его расхода, отличающаяся тем, что между топливным рукавом и загрузочной воронкой установлен питатель, оснащенный загрузчиком топлива, шлаковый бункер выполнен в виде воздушно-каскадного классификатора с подводом в его нижнюю часть воздуха и закрытый сверху поворотными колосниками, регулирующими расход воздуха на выходе из воздушно-каскадного классификатора, при полном открытии поворотных колосников они контактируют с гребенкой, обеспечивающей удаление шлаковых наростов из отверстий щелевидного сечения.