Способ и устройство для сжигания твердого топлива

Изобретение относится к послеуборочной обработке сельскохозяйственных продуктов и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ сжигания твердого топлива, преимущественно дров, включает загрузку твердого топлива, горение на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, регулирование температуры топочных газов при загрузке и по фазам горения: подсушка топлива, воспламенение летучих веществ, горение летучих и выгорание коксового остатка. Регулирование температуры осуществляют во времени сжиганием жидкого топлива и изменением первичного и вторичного дутья, кроме того, загрузку твердого топлива осуществляют на фазе выгорания коксового остатка, при температуре топочных газов выше заданной на фазах воспламенения и горения летучих снижают избыток первичного дутья в интервале α₁=0,8...1,4, а на фазе выгорания коксового остатка увеличивают избыток вторичного дутья в интервале α_ух=1,5...2,2 по достижении заданной температуры, где α_ух - суммарный избыток, а насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей, образующихся при сжигании жидкого топлива. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к послеуборочной обработке сельскохозяйственных продуктов, а именно к топкам для сушилок зерна, и может быть использовано в сельском хозяйстве, системе заготовок, в лесной промышленности.

Известен циклический способ сжигания твердого топлива [1], при котором его загружают в камеру, поджигают и сжигают, затем вновь загружают и так далее, а очаговые остатки (зола, шлак) периодически убирают.

Этот способ мало пригоден для сушки зерна, так как характеризуется сильно выраженной цикличностью температурного режима.

Известно устройство для его осуществления, содержащее топочную камеру, решетку, средства загрузки топлива, перемещения его по решетке и разгрузки [1]. Это средство не позволяет обеспечивать выровненную температуру топочных газов при осуществлении циклического сжигания.

Известен способ сжигания твердого топлива, включающий его загрузку, горение на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, регулирование температуры топочных газов при загрузке и по фазам горения: подсушка топлива, воспламенение летучих веществ, горение летучих и выгорание коксового остатка.

Известно устройство для осуществления известного способа [2], содержащее корпус, решетку, средства загрузки топлива, удаления очаговых остатков.

Эти способ и устройство по своей сущности наиболее близки к заявленным и приняты за прототип.

Однако известный способ позволяет выровнять профиль температуры по сечению топочной камеры путем фазового регулирования процессов сжигания, но не во времени, кроме того, он не позволяет организовать работу топки и соответственно сушилки на топливе ухудшенного качества, например на дровах повышенной влажности, так как температура теплоносителя (подогретого воздуха из воздухоподогревателя) не достигает минимальных значений 60...70°С.

Технической задачей изобретения является обеспечение выровненной во времени температуры топочных газов при циклической загрузке твердого топлива и обеспечение работы устройства на топливе ухудшенного качества.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сжигания твердого топлива, преимущественно дров, включающего загрузку твердого топлива, горение на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, регулирование температуры топочных газов при загрузке и по фазам горения: подсушка топлива, воспламенение летучих веществ, горение летучих и выгорание коксового остатка, согласно изобретению регулирование температуры во времени осуществляют сжиганием жидкого топлива и изменением первичного и вторичного дутья, кроме того, загрузку твердого топлива осуществляют на фазе выгорания коксового остатка, при температуре топочных газов выше заданной на фазах воспламенения и горения летучих снижают избыток первичного дутья в интервале α₁=0,8...1,4, а на фазе выгорания коксового остатка увеличивают избыток вторичного дутья в интервале α_ух=1,5...2,2 при достижении заданной температуры, где α_ух - суммарный избыток, а насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей, образующихся при сжигании жидкого топлива.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для сжигания твердого топлива, содержащем корпус, решетку, средство загрузки топлива, удаления очаговых остатков, согласно изобретению средство(а) загрузки топлива расположено ниже жидкостной горелки на расстоянии Н_З.

где L_Ф - длина факела горящего жидкого топлива, м;

α_Ф - половина угла раскрытия факела, град;

при этом расстояние вершины насыпи топлива от передней стенки равно L_Ф/2.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что регулирование температуры осуществляют во времени сжиганием жидкого топлива и изменением первичного и вторичного дутья, кроме того, загрузку твердого топлива осуществляют на фазе выгорания коксового остатка, при температуре топочных газов выше заданной, на фазах воспламенения и горения летучих снижают избыток первичного дутья в интервале α₁=0,8...1,4, а на фазе выгорания коксового остатка увеличивают избыток вторичного дутья в интервале α_ух=1,5...2,2 по достижении заданной температуры, где α_yx - суммарный избыток, а насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей, образующихся при сжигании жидкого топлива.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что средство (а) загрузки топлива расположено ниже жидкостной горелки на расстоянии Н_З.

где L_Ф - длина факела горящего жидкого топлива, м;

α_Ф - половина угла раскрытия факела, град;

а расстояние вершины насыпи топлива от передней стенки равно L_Ф/2.

Таким образом изобретение соответствует критерию "новизна".

Данный способ может быть осуществлен только при предложенном конструктивном решении, таким образом обеспечено "единство изобретения".

Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно выравнивание температуры топочных газов при циклической загрузке и повышение мощности топки на топливе ухудшенного качества.

Изобретение является и "промышленно применимым", так как может использоваться в сельском хозяйстве.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема общего вида устройства; на фиг.2 - зависимость температуры топочных газов при сжигании дров (1) и допустимые значения температуры топочных газов на входе в воздухоподогреватель (2, 3, 4) от времени; I, II, III, IV, V - загрузка твердого топлива (I) и фазы его горения, соответственно, подсушка, воспламенение летучих, горение летучих, выгорание коксового остатка.

Устройство включает вентилятор топки 1, горелку жидкого топлива 2, корпус 3, вентилятор сушилки 4, загрузочный люк 5, решетку (колосник) 6, воздухоподогреватель 7, трубы 8, датчик температуры 9, факел 10, первичное 11, вторичное 12 дутье, коксовый остаток 13, насыпь дров 14, нагретый воздух 15, циркуляционные вихри 16.

Способ осуществляют следующим образом.

Регулируют температуру топочных газов во времени путем сжигания жидкого топлива и изменением вторичного дутья, кроме того, загрузку топлива осуществляют на фазе выгорания коксового остатка, а насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей, образующихся при сгорании жидкого топлива.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Через люк 5 на коксовый остаток 13 загружают насыпь дров 14 на глубину камеры L_Ф, насыпь оказывается под воздействием циркуляционных вихрей 16, образующихся при сжигании жидкого топлива в факеле 10. Интенсивность горения твердого топлива изменяют подачей первичного воздуха (дутья) 11, а дожигание коксового остатка 13 подачей вторичного воздуха (дутья) 12. Топочные газы поступают в воздухоподогреватель 7 и в трубу 8, а наружный воздух, подаваемый вентилятором 4 после подогрева 15, направляют в сушилку (на схеме не показана). Так как работа сушилки осуществляется при постоянной температуре теплоносителя, то на выходе воздухоподогревателя при помощи температурного датчика 9 регулируют подачу жидкого топлива в горелку 2, а также расход первичного 11 и вторичного 12 дутья.

По мере выгорания твердого топлива объем насыпи сокращается и на фазе V от первоначального объема остается не более 15...18%, так как дрова на ˜85% состоят из летучих веществ, на фазе V появляется возможность загрузки топки.

Насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей. Твердое топливо подсушивают, так как на практике влажность свежезаготовленных дров редко бывает ниже 30...35%. Циркуляционные вихри топочных газов, образующихся при сжигании жидкого топлива, пронизывают насыпь, а сверху насыпь подсушивается от лучистой составляющей факела. Циркуляционные вихри замыкаются на корень факела, при этом в области загрузочного устройства либо небольшие разрежение, либо давление, близкое к атмосферному, но, по крайней мере, при производственной проверке способа выброса пламени и топочных газов при работающей жидкостной горелке не наблюдалось.

На фиг.2 приведена термограмма выгорания насыпи щепы с эквивалентным диаметром частиц δ=5 мм влажностью 26% массой 200 г, полученных в лабораторных опытах при моделировании сжигания с изменением первичного и вторичного дутья и загрузкой свежего топлива на коксовый остаток и прямые допустимой температуры топочных газов на входе в воздухоподогреватель из углеродистой стали, при сопоставимых значениях коэффициента теплоотдачи от газов к стенке воздухоподогревателя α_г и от стенки к воздуху α_в(1), при α_г>α_в примерно в 3...5 раз (2) и из хромистоникелевой стали (α_г≈α_в) (3).

Пунктиром на фазе (V) показано догорание коксового остатка без загрузки топлива. При циклической загрузке (I) свежего топлива установлено быстрое снижение температуры топочных газов, температура стабилизируется на фазе горения летучих (IV). После выгорания большей части летучих температура топочных газов снижается (V). Работа топочного устройства по кривой 1, которая характерна для циклической загрузке влажного топлива, не целесообразна, так как эксплуатация зерносушилок при переменной температуре теплоносителя недопустима.

На практике работу организуют либо с использованием двух или нескольких топочных камер, работающих поочередно, либо при частой загрузке твердого топлива, однако в первом случае существенно возрастает материалоемкость устройства, во втором - снизится температура топочных газов и ухудшаются теплотехнические показатели топочного устройства.

Для случая (4) необходимо дополнительно сжигать жидкое топливо на протяжении всех фаз, при этом целесообразно поддерживать в жидкостной горелке рекомендуемые в справочной литературе избытки первичного дутья α₁=1,05...1,15.

Для случая (3) характерно превышение допустимой температуры топочных газов на фазе горения летучих. Если снизить первичное дутье с α₁=1,4 до 0,8, то нарушается стехиометрический баланс и при недостатке кислорода интенсивность выгорания летучих уменьшится, при этом снизится температура топочных газов до допустимой температуры, на остальных фазах необходимо сжигание жидкого топлива.

Для части фазы воспламенения, фазы горения летучих и для части фазы выгорания коксового остатка температура выше допустимой. Поэтому, не меняя оптимальное значение α₁=1,3...1,4, целесообразно повысить α₂ в сумме α_ух до 2,2, при котором произойдет разбавление топочных газов и соответственно снизится их температура.

Интервалы измерений α₁=0,8...1,4 и α_yx=1,4...2,2 установлены экспериментально и являются оптимальными именно для циклического способа сжигания дров, так как позволяют сравнительно быстро (не более 15...20% времени интервала фазы) привести регулировку температуры топочных газов при помощи датчика температуры 9.

Расположение жидкостной горелки над насыпью твердого топлива целесообразно по следующим причинам: при сжигании жидкого топлива возникают круговые циркуляционные токи, направленные к устью факела и, если на их пути расположить насыпь твердого топлива, то осуществляется подсушка и соответственно снизится расход жидкого топлива. В зоне загрузочного устройства (люка) возникнет разряжение и предотвращается выброс пламени факела и топочных газов при открытом люке, что позволит осуществлять загрузку топлива.

Факел нецелесообразно направлять в насыпь из-за снижения интенсивности горения и механических потерь жидкого топлива. Верхний срез люка(ов) для загрузки топлива в устройство должен соответствовать высоте насыпи на решетке Н_н и находиться на расстоянии от жидкостной горелки Н_з=Н_р-Н_н. Полагая, что вершина насыпи твердого топлива находится на расстоянии от передней стенки топочного устройства L_ф/2, где L_ф - длина факела, величину Н_з можно выразить

где α_ф - половина угла раскрытия факела.

Загрузку дровами устройства можно осуществить не только со стороны передней стенки, как показано на фиг.1, но и с боковых стенок, если ширина топки больше длины дров.

Размещение центра насыпи на расстоянии от передней стенки больше чем L_ф/2 нецелесообразно из-за уменьшения высоты Н_н и сложности обслуживания устройства.

Пример. В СПС «Ленинское» Пермской области осуществили проверку изобретения при сушке зерна пшеницы на колонковой сушилке СоСС-4. Топочное устройство СоСС-4 было оснащено пневмомеханической жидкостной горелкой и люком для заброса дров, расположенным ниже горелки.

Работа топочного устройства обеспечивает температуру теплоносителя, подаваемого в сушилку, 80...100°С. Но при работе на жидком топливе ухудшению качества и в условиях низкой температуры наружного воздуха температура теплоносителя составила ˜55°С, а температура зерна на выходе из сушилки 35...37°С, вместо 43...45°С, что затягивало процесс сушки и снизило производительность сушилки. При сжигании дров по указанному способу с рекомендуемыми параметрами насыпи при циклической загрузке удалось повысить мощность топки с 0,35...0,4 до 0,5...0,55 МВт и добиться выравненности во времени температуры топочных газов и теплоносителя: достигнута температура нагрева зерна 43...44°С.

Цикл загрузки составил 50...55 мин, за раз загружали по 25 и 50 кг дров, при загрузке на поду топки высота горящего коксового остатка не превышала 0,1...0,15 м, цикл загрузки составил 5...10 мин, диаметр дров - 100...150 мм, длина 1,1 м, влажность 30...35%, высота насыпи ˜0,5 м, α_ф ˜26 град.

Источники информации

1. П.С. Мамыкин, К.К. Стрелков. Топки, печи и сушила огнеупорных заводов. Свердловск 1050, с. 311.

2. Пат. РФ № 2237834, 10.10.2004.

1. Способ сжигания твердого топлива, преимущественно дров, включающий загрузку твердого топлива, горение на решетке, подачу первичного и вторичного воздуха, регулирование температуры топочных газов при загрузке и по фазам горения: подсушка топлива, воспламенение летучих веществ, горение летучих и выгорание коксового остатка, отличающийся тем, что регулирование температуры во времени осуществляют сжиганием жидкого топлива и изменением подачи первичного и вторичного дутья при сжигании твердого топлива, кроме того, загрузку топлива осуществляют на фазе выгорания коксового остатка.

2. Способ сжигания твердого топлива по п.1, отличающийся тем, что при температуре топочных газов выше заданной на фазах воспламенения и горения летучих снижают избыток первичного дутья в интервале α₁=0,8...1,4, а на фазе выгорания коксового остатка увеличивают избыток вторичного дутья в интервале α_ух=1,5...2,2 при достижении заданной температуры (где α_ух - суммарный избыток), кроме того, насыпь твердого топлива располагают на решетке в зоне циркуляционных вихрей, образующихся при сжигании жидкого топлива.

3. Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее корпус, решетку, средства загрузки топлива, удаления очаговых остатков, отличающееся тем, что средство(а) загрузки топлива расположено ниже жидкостной горелки на расстоянии

где L_ф - длина факела горящего жидкого топлива, м;

α_ф - половина угла раскрытия факела, град,

а расстояние вершины насыпи топлива от передней стенки равно L_ф/2.