Устройство для сжигания горючих материалов и отходов

 

Устройство предназначено для сжигания горючих материалов и отходов, в частности загрязненного нефтепродуктами грунта. Устройство содержит корпус с патрубками подвода воздуха и отвода продуктов горения, бункер загрузки, размещенные в корпусе по крайней мере две камеры сгорания, узел подачи воздуха и решетку. Камеры сгорания и решетка размещены коаксиально друг другу, стенка внутренней камеры выполнена с отверстиями для прохождения газа. Решетка выполнена с уменьшающимся к бункеру поперечным сечением. Техническим результатом является обеспечение самораспределения воздуха, нагретого до температуры самовоспламенения газа в необходимых количествах, обеспечение необходимой степени фильтрации в различных зонах горения, достижение полного выгорания кокса и дожигания газа. 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области сжигания горючих материалов и отходов, в частности может быть использовано для создания более совершенных устройств для сжигания различной мощности, работающих на отходах.

Известно устройство для сжигания горючих материалов и отходов, содержащее корпус с патрубками подвода воздуха и отвода продуктов горения, бункером загрузки и размещенными в корпусе по крайней мере двумя камерами сгорания, узлом подачи воздуха и решеткой (SU 1615463 A1, 23.12.90).

Недостатками известного устройства являются невозможность обеспечения непрерывного процесса горения материалов, сложность систем распределения воздуха и системы перемещения продуктов горения.

Техническим результатом является обеспечение самораспределения воздуха, нагретого до температуры самовоспламенения газа в необходимых количествах, обеспечение необходимой степени фильтрации в различных зонах горения, достижение полного выгорания кокса и дожигания газа, обеспечение непрерывного процесса горения до конечных продуктов сгорания путем передачи тепла от внешней камеры сгорания внутренней и предварительного подогрева воздуха в самом устройстве, упрощение конструкции и повышение экономичности.

Технический результат достигается тем, что устройство для сжигания горючих материалов и отходов содержит корпус с патрубками подвода воздуха и отвода продуктов горения, бункер загрузки и размещенные в корпусе по крайней мере две камеры сгорания, узел подачи воздуха и решетку, камеры сгорания и решетка размещены коаксиально друг другу, при этом стенка внутренней камеры выполнена с отверстиями для прохождения газа, а решетка - с уменьшающимся к бункеру поперечным сечением. Устройство снабжено сепаратором, размещенным под решеткой. Патрубки подвода воздуха и отвода продуктов горения образуют теплообменник типа "труба в трубе". Устройство снабжено вентилятором, установленным в патрубке отвода продуктов горения. Внутренняя камера выполнена в виде колец уменьшающегося в направлении бункера диаметра, установленных друг в друге с образованием зазоров, при этом отверстия образованы зазорами. Решетка выполнена в виде набора пластин, размещенных с зазором для прохода воздуха одна над другой и увеличивающимся размером к основанию с образованием усеченного конуса. Решетка снабжена поперечными стержнями и установлена с возможностью поворота вокруг своей оси. Узел подвода выполнен в виде патрубка подвода воздуха, подключенного посредством труб к коллектору, образованному нижним кольцом внутренней камеры, при этом коллектор охватывает внутреннюю камеру сгорания. Устройство снабжено по крайней мере одним каналом для прохождения воздуха во внешнюю камеру сгорания с возможностью регулирования его подачи.

На чертеже представлено устройство в разрезе.

Топливной массой для использования в предложенном устройстве могут быть любые горючие материалы и отходы. В качестве примера может служить наиболее неудобный из них - загрязненный нефтепродуктами (мазутом) грунт. При содержании мазута 10-15% (остальное - песок) такой горючий материал представляет собой пастообразную или трудносыпучую массу с очень низкой газопроницаемостью. Сжигание такой топливной массы в чистом виде в варианте фильтрационного горения невыполнимо. Необходима корректировка состава дополнительными добавками для получения оптимальных соотношений компонентов, для чего в состав вводятся кроме песка древесные опилки. Устройство для сжигания горючих материалов и отходов состоит из размещенных в корпусе 15 двух смежных камер сгорания 4 с решеткой 3 и расположенной вокруг нее внешней камеры сгорания 2 с общей стенкой 12 между ними. Нижняя часть стенки 12 замыкается в воздушный коллектор 5, который опоясывает внутреннюю камеру, находясь во внешней камере сгорания, и составляет вместе с решеткой единое целое. Решетка 3 состоит из набора пластин 13 с зазором между ними для прохода воздуха. Стенка образована набором колец 14, вставленных одно в другое с зазором для прохода воздуха и вывода продуктов пиролиза из внутренней во внешнюю камеру сгорания. Внизу коллектора и решетки расположены сепаратор 9 продуктов горения и теплообменник предварительного подогрева воздуха 8.

Устройство, кроме того, содержит патрубок 11 подвода воздуха, патрубок 7 отвода продуктов горения, бункер 1 загрузки, канал 6 для прохождения воздуха во внешнюю камеру 2 и заслонку 10 выгрузки твердых продуктов горения.

Вытяжным вентилятором (на чертеже не показан) отсасываются продукты горения (отходящие дымовые газы) из обеих камер сгорания. За счет разряжения, создаваемого вентилятором, в решетку 3 и коллектор 5 самозасасывается воздух на горение и дожигание. Засасываемый воздух, проходя через теплообменник 8 и сепаратор 9, предварительно нагревается до 200-250^oC. Окончательно воздух, вступающий в реакции окисления, нагревается до температур самовоспламенения горючих газов, проходя через решетку 3 между пластинами 13, и в коллекторе 5, который омывается отсасываемыми продуктами горения из внешней камеры 2 сгорания (из внутренней камеры отсасываемыми продуктами омываются трубки коллектора). Воздух распределяется между камерами сгорания. Часть воздуха направляется в решетку 3, проходит между пластинами 13, и расходуется во внутренней камере 4 на горение топливной массы (пиролиз и образование летучих горючих компонентов, выгорание труднолетучих компонентов и кокса). Другая часть воздуха по трубкам 16 направляется в коллектор, из которого воздух поступает во внутреннюю камеру 4 сгорания через стенку 12 (и расходуется на горение топливной массы наравне с частью воздуха, поступающего через решетку) и во внешнюю камеру 2 сгорания через кольцевой зазор в верхней крышке коллектора и расходуется на горение и дожигание летучих горючих компонентов, поступающих через стенку из внутренней камеры. Обеспечивается автоматическая самоподстройка процесса при изменениях скорости его горения. Для регулировки дожигания летучих горючих газов используется отдельный дополнительный канал 6 самозасасывания воздуха с подогревом за счет тепла внешней камеры сгорания. Топливная масса загружается сверху через бункер 1 питателя. По мере выгорания топливная масса опускается под действием силы тяжести. При освобождении верхней части питателя до определенного уровня периодически производится дозагрузка топливной массы. Загрузочное отверстие в бункере 1 не требует герметизации и находится постоянно в открытом состоянии. Отсасываемые продукты горения сепарируются, твердая конденсированная фаза накапливается на дне и периодически выгружается через донную заслонку 10.

Зоны горения топливной массы находятся в районе решетки. Максимальная температура устанавливается в нижней части решетки и постепенно уменьшается по направлению к вершине ее и бункеру. Ниже верхней части решетки уже выделяются труднолетучие составляющие мазута. Выше решетки расположена зона, в которой происходит выделение летучих компонентов и продуктов пиролиза мазута и древесины. Летучие продукты через стенку 12 выходят во внешнюю камеру 2 сгорания, где сгорают в поступающем из коллектора 5 воздухе. В зоне горения труднолетучих и коксующихся компонентов (в нижней части решетки) образуется и горит кокс. Коксовый остаток на частицах песка состоит в основном из углерода, скорость окисления которого сильно зависит от температуры и концентрации кислорода. Использование камеры сгорания данной конструкции со стенкой с отверстиями и решеткой обеспечивает надежный доступ воздуха в зоны горения (с самораспределением его в необходимых количествах и с обеспечением необходимой скорости фильтрации в различных зонах горения). При этом основной поток воздуха идет не навстречу потоку горючей массы, а перпендикулярно к нему, через относительно небольшой ее слой (с двух противоположных направлений). Конусность камеры сгорания и решетки постепенно уменьшает этот слой до минимума к концу выгорания кокса и в свою очередь позволяет также постепенно увеличивать расход воздуха к концу выгорания и тем самым быстрее и легче выжигать кокс на частицах песка. При этом часть воздуха вместе с продуктами горения коксового остатка расходуется на удаление освобождающегося от кокса песка через зазор между нижним краем конической решетки 3 и нижним кольцом перфорированной стенки 12 камеры сгорания. Организация процесса горения топливной массы во внутренней камере сгорания такова, что продукты реакций, протекающие по высоте камеры сгорания, движутся в двух направлениях (вверх и вниз). Вверх движутся продукты пиролиза, летучие компоненты и часть труднолетучих компонентов, чтобы сгорать во внешней камере сгорания. Вниз движутся продукты горения кокса и основной части труднолетучих компонентов, увлекая с собой вновь освобождающийся от кокса песок.

Для запуска устройства необходимо разогреть камеры сгорания каким-либо полноценным горючим (например, отходами древесины), после чего загружать рабочую смесь.

Формула изобретения

1. Устройство для сжигания горючих материалов и отходов, содержащее корпус с патрубками подвода воздуха и отвода продуктов горения, бункером загрузки, и размещенными в корпусе по крайней мере двумя камерами сгорания, узлом подачи воздуха и решеткой, отличающееся тем, что камеры сгорания и решетка размещены коаксиально друг друга, при этом стенка внутренней камеры выполнена с отверстиями для прохождения газа, а решетка - с уменьшающимся к бункеру поперечным сечением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено сепаратором, размещенным под решеткой.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что патрубки подвода воздуха и отвода продуктов горения образуют теплообменник типа "труба в трубе".

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что снабжено вентилятором, установленным в патрубке отвода продуктов горения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя камера выполнена в виде колец уменьшающегося в направлении бункера диаметра, установленных друг в друге с образованием зазоров, при этом отверстия образованы зазорами.

6. Устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что решетка выполнена в виде набора пластин, размещенных с зазором для прохода воздуха одна над другой и увеличивающимся размером к основанию с образованием усеченного конуса.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что решетка снабжена поперечными стержнями и установлена с возможностью поворота вокруг своей оси.

8. Устройство по пп.1, 5 и 6, отличающееся тем, что узел подвода воздуха выполнен в виде патрубка подвода воздуха, подключенного посредством труб к коллектору, образованному нижним кольцом внутренней камеры, при этом коллектор охватывает внутреннюю камеру сгорания.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено по крайней мере одним каналом для прохождения воздуха во внешнюю камеру сгорания с возможностью регулирования его подачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1