Способ сжигания твердого топлива в плотном слое

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива в плотном слое и может быть использовано в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов. Сущность предлагаемого способа сжигания твердого топлива в плотном слое состоит в том, что перед каждым забросом топлива поверхность колосниковой решетки очищают от горящих очаговых остатков, топливо забрасывают слоем толщиной от 0,1 до 2 м и слой топлива воспламеняют, по меньшей мере, в одной точке его площади. От загоревшегося топлива воспламеняются соседние участки и горение распространяется в виде фронта, движущегося в горизонтальной плоскости от места воспламенения, подобно лесному пожару. Источником воспламенения могут служить и горящие очаговые остатки от предыдущего заброса топлива, которые сгребают в отдельные участки площади колосниковой решетки. Для уменьшения расхода воздуха его подают только под те участки площади решетки, над которыми в данный момент находится фронт горения.

 

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива в плотном слое и может быть использовано в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов.

Известен способ сжигания твердого топлива в плотном слое [1, стр.96], обеспечивающий режим длительного горения (несколько часов между загрузками топлива). Он реализован в отопительных печах длительного горения АКХ-9 [2, стр.163], водогрейном котле [3], отопительном устройстве [4]. При этом топливо загружают сверху в вертикальную шахту, в нижней части шахты установлена колосниковая решетка, под которую подают воздух. Топливо в нижней части шахты над колосниковой решеткой воспламеняют. По мере выгорания топлива в нижней части шахты свежее топливо под действием силы тяжести опускается вниз в зону горения. Образующаяся при горении зола проваливается через колосниковую решетку, установленную на дне шахты. Период времени между загрузками топлива в шахту составляет несколько часов.

Недостатком данного способа является то, что таким образом можно сжигать только дрова и торф [1, стр.96]. При сгорании этих топлив получается сыпучая зола, которая хорошо проваливается через колосниковую решетку. После сгорания углей остаются куски шлака, не проваливающиеся через отверстия колосников. Шлак накапливается на колосниковой решетке, препятствует опускному движению свежего топлива, и топливо не попадает в зону горения. Слой топлива «зависает» в шахте.

Наиболее близким техническим решением является способ сжигания твердого топлива в неподвижном плотном слое на неподвижной (простой) колосниковой решетке [1, стр.92]. Таким способом можно сжигать все разновидности твердого топлива. Топливо забрасывают на прогорающие очаговые остатки топлива от предыдущего заброса. Под колосниковую решетку подают воздух, который фильтруется через слой топлива, являясь источником кислорода, необходимого для процесса горения. Свежее топливо воспламеняется снизу от очаговых остатков по всей площади слоя. Фронт горения распространяется снизу вверх по толщине слоя топлива. Толщина слоя свежего топлива, забрасываемого за один раз, не должна превышать 5 диаметров частиц (порядка 5 см). На такой высоте на горение расходуется весь кислород из воздуха, фильтрующегося через слой топлива. На большей высоте начинается восстановительный процесс образования продуктов неполного сгорания (угарного газа и сажи). Это недопустимо, поскольку загрязняет окружающую среду и приводит к потерям энергии с продуктами неполного сгорания. Слой топлива нормальной толщины (порядка 5 см) сгорает за 5-10 минут, после чего забрасывают следующую порцию угля.

Главным недостатком известного способа является необходимость забрасывать топливо через 5-7 минут и даже чаще [1, стр.38]. При ручном обслуживании это требует практически непрерывной работы кочегара. Кроме того, в период заброса топлива котел переохлаждается за счет подсоса холодного воздуха через открываемую дверку топки. Все это снижает экономические показатели работы котельной, себестоимость производства тепла растет.

Предлагаемым способом можно сжигать все разновидности твердого топлива и время между забросами топлива может быть увеличено до нескольких часов. Постоянное присутствие кочегара у котла не обязательно. Уменьшаются подсосы холодного воздуха через открываемую дверку топки.

Предлагаемый способ сжигания топлива в плотном слое заключается в следующем. Перед каждым забросом топлива колосниковую решетку очищают от горящих очаговых остатков. Свежее топливо забрасывают на предварительно очищенную колосниковую решетку слоем толщиной от 0,1 до 2 м. Под колосниковую решетку подают воздух. Воспламенение топлива производят в отдельных точках площади колосниковой решетки. От воспламенившегося топлива постепенно загораются соседние участки слоя и топливо сгорает в виде, по меньшей мере, одного фронта горения, перемещающегося в горизонтальной плоскости по площади слоя от точки воспламенения.

В качестве источника воспламенения могут использоваться догорающие очаговые остатки. В этом случае от горящих очаговых остатков очищают только часть площади колосниковой решетки, на которую затем забрасывают свежее топливо, воспламенение свежего топлива происходит от оставшихся горящих очаговых остатков по границе контакта их со слоем свежего топлива.

Для уменьшения расхода воздуха его подают только под те участки площади решетки, над которыми в данный момент находится фронт горения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в известный способ введена дополнительная операция очистки колосниковой решетки от прогорающих очаговых остатков топлива перед каждым забросом свежего топлива. Подобную операцию периодически проводят и при осуществлении способа-прототипа для удаления накопившегося шлака, но очистку колосниковой решетки проводят не перед каждым забросом топлива, а лишь по мере накопления шлака - после несколько десятков забросов топлива. Кроме того, часть очаговых остатков на колосниковой решетке обязательно оставляют, затем их разравнивают по всей площади колосниковой решетки и на них набрасывают слой свежего топлива небольшой высоты (до 5 диаметров частиц). В предлагаемом способе перед каждым забросом свежего топлива колосниковую решетку очищают от прогорающих очаговых остатков. Свежее топливо забрасывают на очищенную поверхность колосниковой решетки толстым слоем высотой от 0,1 до 2 м. Топливо воспламеняют в отдельных точках. От загоревшегося топлива воспламеняются соседние участки и горение распространяется в виде фронта, движущегося в горизонтальной плоскости от места воспламенения подобно лесному пожару. Время выгорания топлива на всей площади решетки составляет несколько часов и зависит от расстояния между зонами воспламенения, свойств топлива, условий продувки. Очаговые остатки могут оставлять и в предлагаемом способе для местного воспламенения слоя свежего топлива, но эти очаговые остатки сосредотачивают в отдельных участках колосниковой решетки, в которых планируют воспламенить слой топлива. В предлагаемом способе воздух лучше подавать только под те участки колосниковой решетки, над которыми в данный момент находится перемещающийся фронт горения. Это снизит потери тепла на нагрев избыточного воздуха. По сравнению со способом шахтного сжигания [1, стр.96], предлагаемый способ позволяет без «зависания» сжигать любые виды твердого топлива.

Предлагаемый способ сжигания твердого топлива реализован следующим образом. При начальной растопке на всю площадь колосниковой решетки (1,5×1,5 м) забрасывают слой угля толщиной 30-50 см (При сжигании отходов древесины толщина слоя может быть более 1 м). После загрузки угля под колосниковую решетку подают воздух. Уголь воспламеняют в одном отдельном участке, например около загрузочной двери, с помощью легко возгорающегося топлива (дров). От загоревшегося около загрузочной двери угля воспламеняются соседние участки слоя и фронт горения постепенно движется в горизонтальной плоскости по площади слоя от загрузочной двери вглубь топки. Для уменьшения расхода воздуха подрешеточное пространство разделено перегородкой по глубине топки на две камеры. Вначале воздух подают только в ближнюю к двери камеру, затем в обе и, наконец, только в дальнюю. Таким образом, воздух подается только под ту часть колосниковой решетки, над которой в данный момент находится перемещающийся фронт горения. Управляет системой переключения потоков воздуха либо реле времени, либо датчики температуры, контролирующие перемещение фронта горения по глубине топки. За 3-5 часов топливо на решетке у загрузочной дверки прогорает, а фронт горения приближается к задней стенке топки. Прогоревший шлак с ближней части колосниковой решетки удаляют и на его место снова набрасывают слой свежего угля. Он воспламеняется от горящих остатков угля предыдущего заброса и фронт горения начинает перемещаться вперед. Остатки горящего топлива можно распределить и у двух противоположных стен топки, тогда два фронта горения будут двигаться навстречу друг другу.

Использование предлагаемого способа сжигания наиболее эффективно в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов небольшой мощности с ручным обслуживанием.

Использование предлагаемого способа сжигания обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Увеличение периода между забросами топлива до нескольких часов, что позволяет исключить постоянное присутствие обслуживающего персонала и уменьшить подсосы холодного воздуха через открытую дверку топки во время забросов топлива.

2. Возможность сжигания любых видов твердого топлива.

Источники информации

1. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. Котельные установки. М.: Стройиздат, 1972. 384 стр.

2. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х частях. Изд. 3-е. Часть 1. Отопление, водопровод, канализация. М.: Стройиздат. 1975. 429 стр.

3. Родштейк Л.С., Горянков В.А. Отопительное устройство. Патент №2044217, кл. F 23 B 7/00, опубликовано 20.09.1995.

4. Побегалов С.А. Водогрейный котел. Авторское свидетельство СССР №964372, кл. F 24 Н 1/26, 1982.

1. Способ сжигания твердого топлива в плотном слое, при котором топливо забрасывают в топку на неподвижную колосниковую решетку, под которую подают необходимый для горения воздух, перед каждым забросом топлива всю или часть площади колосниковой решетки очищают от горящих очаговых остатков, на которую затем забрасывают «свежее» топливо слоем толщиной от 0,1 до 2 м, слой топлива воспламеняют, по меньшей мере, в одной точке его площади, причем воспламенение топлива происходит от оставшихся горящих очаговых остатков по границе контакта их со слоем «свежего» топлива.

2. Способ сжигания по п.1, отличающийся тем, что необходимый для горения воздух подают к фронту горения в подрешеточное пространство, разделенное по глубине топки на две камеры, причем вначале в ближнюю к двери топки камеру, затем в обе камеры и после этого в дальнюю камеру.