Устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для получения тепловой энергии при сжигании любого твердого углеродсодержащего топлива (низкосортные, измельченные каменный и бурый угли, торф, древесные опилки, бытовые и промышленные отходы). Технический результат: создание надежной конструкции устройства для сжигания любого твердого низкосортного углеродсодержащего топлива с высоким КПД. Устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива содержит топку с цилиндрической водоохлаждаемой камерой сжигания и вращающимся колосником, снабженным элементами подъема топлива, соединенный с топкой бункер для топлива, механизм подачи топлива, включающий дробилку-регулятор и шнековый питатель, систему подачи воздуха, систему водоохлаждения, и дополнительно содержит неподвижную камеру сжигания полукруглой формы, перпендикулярно установленную к камере сжигания. Камера сжигания выполнена вращающейся с приводным механизмом и с неохлаждаемым колосником, состоящим из отдельных ковшей-колосников, установленных на ее внутренней поверхности в шахматном порядке со стороны камеры дожигания и развернутых относительно оси вращения камеры сжигания под углом 10-15°, на наружной поверхности камеры сжигания с двух ее сторон размещены водяные кольцевые коллекторы, соединенные между собой каналами. При этом один коллектор, расположенный со стороны бункера, жестко соединен с приводным валом камеры сжигания полыми водоохлаждаемыми спицами и разделен на сектора по количеству спиц – n спиц, а второй коллектор разделен на сектора nспиц/2 с дополнительным делением этих секторов на два сообщающихся между собой сектора. Кроме того, камера сжигания и камера дожигания снабжены раздельными для каждой камеры воздушными коллекторами с радиальной подачей воздуха в камеру сжигания и аксиальной в камеру дожигания. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для получения тепловой энергии при сжигании любого твердого углеродсодержащего топлива (низкосортные, измельченные каменный и бурый угли, торф, древесные опилки, бытовые и промышленные отходы).

Из уровня техники известно “Устройство для сжигания угольной мелочи”, содержащее неподвижную камеру сжигания с вращающейся колосниковой решеткой с приводным механизмом, соединенный с топкой бункер, при этом вращающаяся колосниковая решетка выполнена в виде наклонной цилиндрической спирали с торцовыми кольцами, взаимодействующими с приводным механизмом решетки через опорные и приводные ролики, а механизм подачи топлива выполнен в виде вращающегося барабана с воронкообразными ячейками на его боковой поверхности (см. RU, п.1242681, F 23 B 1/24).

Недостатком данного устройства является сжигание только угольной мелочи или топлива определенной фракции. Кроме того, конструкция колосниковой решетки сложна в изготовлении и не обеспечивает эффективного перелопачивания топлива, а следовательно, полного его сгорания. Недостатком данного устройства является и то, что система подачи воздуха не обеспечивает направленной подачи воздуха и тем самым не создает условия аэродинамического воздействия на частицы топлива, что приводит, к тому же, к необходимости предварительной его подготовки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива, содержащее неподвижную цилиндрическую водоохлаждаемую камеру сжигания с вращающимся, водоохлаждаемым, цилиндрическим, радиально продуваемым, снабженным лопастями подъема топлива, размещенными на внутренней поверхности камеры, колосником с приводным механизмом. При этом, колосник соединен полыми водоохлаждаемыми спицами с водоохлаждаемым валом приводного механизма колосника. Кроме того, устройство содержит соединенный с топкой бункер для топлива, снабженный механизмом подачи топлива, выполненным в виде дробилки-регулятора и шнекового питателя, размещенного на валу приводного механизма колосника и системы подачи воздуха и воды (RU, п.2172891, F 23 B 1/24).

Недостатком данного устройства является то, что радиально продуваемый колосник не исключает попадания золы внутрь неподвижной камеры, что приводит к необходимости остановки устройства для периодической чистки камеры, а охлаждаемый колосник к тому же снижает температуру в зоне горения, снижая при этом полноту сжигания топлива. Недостатком данного устройства является и несовершенная система подачи воды, так как конструкция устройства в целом не обеспечивает создания надежной циркуляционной системы водоохлаждения. А в целом конструкция устройства не обеспечивает полноты сгорания.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание надежной конструкции устройства для сжигания любого твердого низкосортного углеродсодержащего топлива с высоким КПД.

Технический результат достигается тем, что устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива, содержащее топку с цилиндрической водоохлаждаемой камерой сжигания и вращающимся колосником, снабженным элементами подъема топлива, соединенный с топкой бункер для топлива, механизм подачи топлива, включающий дробилку-регулятор и шнековый питатель, систему подачи воздуха, систему водоохлаждения, дополнительно содержит неподвижную камеру сжигания полукруглой формы, перпендикулярно установленную к камере сжигания. Камера сжигания выполнена вращающейся с приводным механизмом и с неохлаждаемым колосником, состоящим из отдельных ковшей-колосников, установленных на ее внутренней поверхности в шахматном порядке со стороны камеры дожигания и развернутых относительно оси вращения камеры сжигания под углом 10-15°, на наружной поверхности камеры сжигания с двух ее сторон размещены водяные кольцевые коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом один коллектор, расположенный со стороны бункера, жестко соединен с приводным валом камеры сжигания полыми водоохлаждаемыми спицами и разделен на сектора по количеству спиц – n спиц, а второй коллектор на сектора с дополнительным делением этих секторов на два сообщающихся между собой сектора, кроме того, камера сжигания и камера дожигания снабжены раздельными для каждой камеры воздушными коллекторами с радиальной подачей воздуха в камеру сжигания и аксиальной в камеру дожигания.

Полые водоохлаждаемые спицы установлены на полом водоохлаждаемом валу за колосником в сторону бункера в два ряда с разворотом спиц одного ряда к спицам второго ряда под углом 45°, при этом между полыми водоохлаждаемыми спицами на внутренней поверхности камеры сжигания установлены спиральные лопасти, а шнековый питатель также установлен на приводном валу камеры сжигания.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить наличие отличительных от прототипа признаков, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию “НОВИЗНА”.

Анализ технических решений показал, что заявленная совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники, следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию “ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ”.

Дополнительное введение камеры дожигания с самостоятельным дутьем обеспечивает полноту сгорания топлива, что очень важно с экологической точки зрения, а полукруглая ее форма очень удобна при изготовлении и сборке, а также обеспечивает устойчивость футеровки стен камеры и фокусирование тепловой энергии. Кроме того, такая форма камеры обеспечивает более лучшее перемешивание за счет завихрения газа и кислорода воздуха, что также увеличивает полноту сгорания топлива. Установка на внутренней поверхности камеры сжигания спиральных лопастей способствует постепенному непрерывному перемещению топлива от топливного бункера к зоне горения с одновременной эффективной его просушкой. Просушенное топливо попадает в зону горения вращающейся камеры сжигания с расположенным внутри ее колосником, выполненном в виде отдельных колосников-ковшей, развернутых к оси вращения сжигания под углом 10-15°, более полно контактирует с кислородом воздуха, поступающим в камеру сжигания, что способствует интенсивному горению низкосортного топлива. Интенсивному горению топлива способствует и неохлаждаемый колосник, обеспечивающий более высокую температуру в зоне горения. Взаимодействие водоохлаждаемых спиц с одним водяным кольцевым коллектором позволяет разделить оба коллектора, а следовательно, водоохлаждаемый контур камеры сжигания на сектора по количеству спиц в 2 раза больше по сравнению с аналогом, что обеспечивает надежное удаление воздуха из водоохлаждаемого контура вращающейся камеры сжигания.

Установленные же в два ряда водоохлаждаемые спицы на приводном валу камеры сжигания создают необходимую циркуляцию охлаждающей жидкости, разворот спиц одного ряда к спицам второго ряда под углом 45° значительно упрощает конструкцию водяных кольцевых коллекторов, а следовательно, конструкцию устройства в целом.

Снабжение устройства двумя воздушными коллекторами, раздельными для каждой камеры, обеспечивающих радиальную подачу воздуха в камеру сжигания и аксиальную подачу воздуха в камеру дожигания вдоль наружной поверхности камеры сжигания способствует образованию более направленной подачи воздуха, создавая при этом условия более интенсивного аэродинамического воздействия на частицы топлива, что, в конечном счете, улучшает процесс горения.

Таким образом, совокупность заявленных существенных признаков предлагаемого устройства полностью решает поставленную задачу.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство, вертикальный разрез.

На фиг.2 - вид сверху на фиг.1.

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.4 - развернутая схема охлаждающего контура вращающейся камеры сжигания.

Устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива содержит топку, состоящую из двух водоохлаждаемых камер - вращающейся камеры сжигания и неподвижной камеры дожигания, приводной механизм камеры сжигания, бункер для топлива, механизм подачи топлива, систему подачи воздуха и систему водоохлаждения.

Вращающаяся камера 1 сжигания выполнена цилиндрической, на внутренней поверхности которой со стороны камеры дожигания 2 на длине примерно 2/3 длины камеры 1 установлен неохлаждаемый колосник, выполненный в виде отдельных сменных ковшей-колосников 3, расположенных в шахматном порядке и развернутых относительно оси вращения камеры 1 под углом 10-15°. Вращение камеры 1 сжигания осуществляется через полые подводящие спицы 4 и отводящие спицы 5, установленные на приводном валу 6 со стороны бункера 7 в два ряда, например по 4 спицы в каждом ряду с разворотом подводящих спиц 4 к отводящим спицам 5 под углом 45. При этом приводной вал 6 камеры 1 выполнен полым, с расположенной внутри его с кольцевым зазором трубой 8 для подачи воды и напрямую сообщающейся с полыми подающими спицами 4. На трубе 8 между рядами спиц 4, 5 установлено сальниковое кольцо 9 для разделения подводящего и отводящего потоков охлаждающей жидкости. На противоположном конце вала 6 установлен отводящий патрубок 10 с сальником 11. Вращение вала 6 осуществляется через привод 12. Наружная цилиндрическая часть камеры 1 и ее торцовая стенка 13 со стороны бункера 7 выполнены водоохлаждающими. Водоохлаждающая цилиндрическая поверхность камеры 1 выполнена в виде двух кольцевых коллекторов 14, 15, размещенных с двух сторон камеры 1 и соединенных между собой каналами 16 (фиг.4). Внутренние полости каждого из коллекторов 14, 15 разделены на сектора по количеству спиц, при этом в коллекторе 15 сектора соединены между собой попарно сквозными каналами для прохода воды (фиг.4).

Торцовая водоохлаждаемая стенка 13 камеры 1 разделена радиальными перегородками на сектора по количеству спиц, при этом сектора стенки 13 сообщаются с секторами коллектора 14 через каналы 17. На фиг.4 дана развернутая схема охлаждающего контура камеры 1 сжигания, где показана схема движения потока охлаждающей жидкости. Кроме того, в торцовой стенке 13 по окружности в несколько рядов выполнены отверстия 18 для подачи воздуха в камеру 1 сжигания.

Неподвижная водоохлаждаемая камера дожигания 2 выполнена полукруглой формы с футерованным внутренним слоем 19 из огнестойкого материала, например, шамотного кирпича по вертикальной изогнутой поверхности и перпендикулярно установлена к вращающейся камере 1 посредством цилиндрического патрубка 20, при этом водяная рубашка 21 камеры 2 защищена снаружи теплоизоляционным слоем 22 и связана патрубком 23 с водоохлаждаемым контуром камеры 1 сжигания. Для наблюдения за процессом горения в камере 2 установлен глазок 24, а для розжига топлива дверца 25. Кроме того, в верхней части камеры 2 расположен водоохлаждаемый газоход 26 и водоотводящий патрубок 27, а в нижней ее части установлен поворотный шибер 28 и размещенный под ним конвейер 29 для удаления золы.

Механизм подачи топлива состоит из дробилки 30, установленной на корпусе 31 шнекового питателя, выполненного в виде лопастей 32 и привода 33. Кроме того, на внутренней поверхности камеры 1 между рядами спиц 4, 5 установлены спиральные лопасти 34, продвигающие топливо в колосниковую область камеры 1 сжигания. Система подачи воздуха состоит из двух воздушных коллекторов 35, 36 и вентиляторов 37, 38, а также отверстий 18 в торцовой стенке 13 камеры 1.

Процесс горения в камере сжигания регулируется числом оборотов камеры посредством привода 12, изменением угла наклона оси вращения камеры 1 винтовыми опорами 39, дроссельными заслонками 40 воздуховода, включением или выключением вентилятора 38. Камера 1 сжигания топлива с одной стороны опирается бандажом 41 на регулируемые радиально опорные ролики 42, а через спицы 4, 5 и вал 6 на роликовую опору 43. Все устройство размещено на раме 44, опирающейся на фундамент через шарнирные 45 и винтовые 39 опоры.

Устройство работает следующим образом.

Вначале производят розжиг топлива с помощью розжиговой форсунки через розжиговую дверцу 25 или специальное форсуночное отверстие (не показано), расположенное выше дверцы 25.

После прогрева камеры и достижения устойчивого горения топлива форсунка отключается. На прогретые ковши-колосники 3 через бункер 7 и шнековые лопасти 32 подается топливо, и устройство переключается на автоматический режим работы при непрерывной подаче топлива через бункер 7 и дробилку 30 и далее шнековыми лопастями 32 в камеру сжигания 1. При работе устройства в автоматическом режиме вентилятор 37 и привод 12 камеры 1 не выключается. При необходимости для усиления процесса горения в камере 1 часть воздуха от вентилятора 37 дроссельными заслонками 40 может подаваться в воздушный коллектор 35 вентилятором 38. Основное назначение вентилятора 37 обеспечить дожигание газов, выходящих из камеры 1.

Угол наклона устройства устанавливается винтовыми опорами 39 так, чтобы топливо полностью сгорало в камере 1. Благодаря развороту ковшей-колосников 3 относительно оси вращения камеры 1 на угол 10-15° и установки их в шахматном порядке обеспечивается максимальный контакт частиц топлива с кислородом воздуха, как во время падения топлива с ковшей-колосников, так и во время нахождения его на ковшах-колосниках 3. За счет вращения топлива в камере 1, высокой температуры, фокусирования тепловой энергии и хорошей продуваемости топливо постепенно вкручивается в камеру 1, при этом оно высушивается и хорошо горит. Интенсивность процесса горения в камере 1 регулируется дроссельными заслонками 40. Образовавшиеся в процессе горения топлива газы поступают в камеру дожигания 2 и благодаря вторичному дутью из коллектора 36 дожигаются в ней, а зола через поворотный шибер 28 удаляется на конвейер 29.

Заявляемое устройство, обеспечивающее высокую степень полноты сгорания любого твердого низкосортного углеродсодержащего топлива, по мнению авторов, найдет успешное промышленное применение.

Формула изобретения

1. Устройство для сжигания твердого углеродсодержащего топлива, содержащее топку с цилиндрической водоохлаждаемой камерой сжигания и вращающимся колосником, снабженным элементами подъема топлива, соединенный с топкой бункер для топлива, механизм подачи топлива, включающий дробилку-регулятор и шнековый питатель, систему подачи воздуха, систему водоохлаждения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит неподвижную камеру сжигания полукруглой формы, перпендикулярно установленную к камере сжигания, камера сжигания выполнена вращающейся с приводным механизмом и с неохлаждаемым колосником, состоящим из отдельных ковшей-колосников, установленных на ее внутренней поверхности в шахматном порядке со стороны камеры дожигания и развернутых относительно оси вращения камеры сжигания под углом 10-15°, на наружной поверхности камеры сжигания с двух ее сторон размещены водяные кольцевые коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом один коллектор, расположенный со стороны бункера, жестко соединен с приводным валом камеры сжигания полыми водоохлаждаемыми спицами и разделен на сектора по количеству спиц – n спиц, а второй коллектор разделен на сектора с дополнительным делением этих секторов на два сообщающихся между собой сектора, кроме того, камера сжигания и камера дожигания снабжены раздельными для каждой камеры воздушными коллекторами с радиальной подачей воздуха в камеру сжигания и аксиальной в камеру дожигания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полые водоохлаждаемые спицы установлены на полом водоохлаждаемом валу за колосником в сторону бункера в два ряда с разворотом спиц одного ряда к спицам второго ряда под углом 45°.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что между полыми водоохлаждаемыми спицами на внутренней поверхности камеры сжигания установлены спиральные лопасти.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что водоохлаждаемые спицы и шнековый питатель установлены на приводном валу камеры сжигания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4