способ сжигания твердого топлива

Формула изобретения

1. Способ сжигания твердого топлива, включающий подачу топлива в зону горения, его зажигание и сжигание, удаление мелких фракций шлака через щель колосника, которую периодически расширяют для вывода более крупных фракций из зоны горения, отличающийся тем, что зону горения разделяют на верхнюю и нижнюю части, сжигание производят в два этапа соответственно в указанных частях, для чего перемещают топливо из одной части в другую, а зажигание свежей порции топлива осуществляют во время протекания второго этапа от продуктов сгорания и лучистого тепла прежней порции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что свежую порцию топлива подают в верхнюю часть зоны горения.

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что свежую порцию топлива подают в верхнюю часть зоны горения после перемещения предыдущей порции в нижнюю часть.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что щель колосника расширяют в нижней части во время протекания второго этапа.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что перемещение топлива из верхней в нижнюю часть производят после полного удаления из последней шлака.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что продукты неполного сгорания дожигают в зонах горения.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что подача топлива осуществляется посредством предварительного ударения его о стенку камеры сгорания и последующего отскока на колосник.

8. Способ по одному из пп.1-3, 5-7 и 4 отличающийся тем, что щель колосника во время протекания второго этапа расширяют постепенно.

9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что в нижней части зоны горения производят группирование топливных элементов в процессе их сжигания.

10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что зоны горения размещают одну под другой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания твердых топлив, например, в отопительном котле железнодорожных вагонов для работы его в автономном автоматическом режиме.

Известен способ сжигания твердого топлива путем подачи его шнеком через реторту в горящий слой камеры сгорания с последующим дожиганием на медленно вращающихся барабанах и удалением шлака [1].

Недостатками данного способа являются:

- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что попадающие на барабан уже частично сгоревшие большие куски топлива не успеют сгореть полностью, прежде чем упадут в сборник шлака. Если попытаться при этом вращать барабан медленнее, то эти куски будут засыпаться шлаком прошедшего через реторту и уже сгоревшего мелкокускового топлива. Причем, поскольку падающие на барабан куски топлива разрознены и в процессе его вращения удаляются от высокотемпературной зоны горения, то интенсивность горения уменьшается, что не позволяет им полностью сгореть. Если для интенсификации горения кусков на барабане располагать последний ближе к высокотемпературной зоне, то удаляемый в последствии шлак будет иметь высокую температуру, что приведет к увеличению тепловых потерь и в конечном счете - к снижению КПД топки;

- устройство, реализующее этот способ, требует значительных затрат энергии ля привода шнеков и барабанов, что также снижает общий КПД установки.

Прототипом является способ сжигания твердых топлив, включающий подачу топлива в зону горения, его зажигание и сжигание с одновременным дроблением крупных кусков, удаление мелких фракций шлака через щель колосника, которую периодически расширяют для вывода более крупных фракций из зоны горения [2].

Недостатками данного способа являются:

- неполное сгорание топлива, связанное с тем, что его куски, соизмеримые с размерами щели колосника, проваливаются вместе со шлаком в отвал. Если щель сделать очень маленькую, то образующийся шлак будет плохо удаляться из зоны горения и препятствовать последнему;

- дробление кусков топлива предполагает дополнительные энергетические затраты, что снижает КПД установки;

- неустойчивость процесса горения во времени (особенно при сгорании малых количеств топлив) вследствие частичного или полного прекращения горения при засыпании остатков прежней порции свежим топливом.

Целью изобретения является увеличение полноты сгорания топлива, повышение КПД топки и снижение образования оксидов азота.

Эта цель достигается тем, что в способе сжигания твердого топлива, включающем подачу топлива в зону горения, его зажигание и сжигание, удаление мелких фракций шлака через щель колосника, которую периодически расширяют для вывода более крупных фракций из зоны горения, зону горения разделяют на верхнюю и нижнюю части, сжигание производят в два этапа, соответственно, в указанных частях, для чего перемещают топливо из одной части в другую, а зажигание свежей порции топлива осуществляют во время протекания второго этапа от продуктов сгорания и лучистого тепла прежней порции.

Кроме того, свежую порцию топлива подают в верхнюю часть зоны горения. Свежую порцию топлива подают в верхнюю часть зоны горения после перемещения предыдущей порции в нижнюю часть. Щель колосника расширяют в нижней части во время протекания второго этапа. Перемещение топлива из верхней в нижнюю часть производят после полного удаления из последней шлака. Продукты неполного сгорания дожигают в зонах горения. Подача топлива осуществляется посредством предварительного ударения его о стенку камеры сгорания и последующего отскока на колосник. Щель колосника во время протекания второго этапа расширяют постепенно. В нижней части зоны горения производят группирование топливных элементов в процессе их сжигания, а зоны горения размещают одну под другой.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат.

Сущность изобретения отражают операции:

- зону горения разделяют на верхнюю и нижнюю части и размещают одну под другой;

- сжигание производят в два этапа: соответственно в верхней и нижней частях зоны горения, для чего перемещают частично сгоревшее топливо из одной (верхней) части в другую;

- зажигание свежей порции топлива осуществляют во время протекания второго этапа от продуктов сгорания и лучистого тепла прежней порции;

- свежую порцию топлива подают в верхнюю часть зоны горения после перемещения предыдущей порции в нижнюю часть;

- перемещение топлива из верхней в нижнюю часть производят после полного удаления из последней шлака;

- щель колосника постепенно расширяют в нижней части во время протекания второго этапа;

- продукты неполного сгорания дожигают в зонах горения;

- в нижней части зоны горения производят группирование топливных элементов в процессе их сжигания.

Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Разделение зоны горения на верхнюю и нижнюю части и размещение их одна под другой дает возможность эффективно и надежно зажигать порцию свежего топлива (нижнее зажигание) от продуктов сгорания и лучистого тепла прежней порции, которая в это время находится в стадии горения под свежей порцией. При этом частицы твердого свежего топлива хорошо омываются раскаленными продуктами сгорания и лучистым теплом, в результате чего они быстро нагреваются и воспламеняются. Кроме того, для топлива в верхней части создаются условия, при которых происходит смешивание окислителя (воздуха) с продуктами сгорания, продуцируемыми процессом сгорания топлива в нижней части. Такое смешивание эквивалентно рециркуляции топочных газов в тракт дутьевого воздуха, которая, как известно, является эффективным способом снижения образования оксидов азота в топочной камере.

Сжигание топлива в два этапа (в верхней и нижней зонах горения) способствует повышению стабильности процесса горения во времени даже в небольших топках, сжигающих малые количества топлива. В прототипе случайное высыпание большой порции топлива (которое вдобавок частично может быть с примесью снега) может привести к потуханию пламени и прекращению процесса горения в остатках прежней порции топлива, предназначенной для зажигания. В заявленном решении за счет тепла, исходимого от нормально горящего в нижней части зоны топлива и колосника, находящегося в верхней части, произойдет быстрая подсушка свежей порции топлива и ее последующее воспламенение. Заметим, что при достаточно близком расположении зон горения зажигание топлива может также осуществляться пламенем (искрами) от топлива, горящего в нижней части.

Подача свежей порции топлива в верхнюю часть зоны горения после перемещения предыдущей порции в нижнюю часть исключает смешивание ее со шлаком, образовавшимся при горении прежней порции (в верхней части) и удаленным впоследствии с ней в нижнюю часть. Это способствует хорошему смешиванию топлива с воздухом (окислителем) и более полному его сгоранию.

Перемещение топлива из верхней в нижнюю часть после полного удаления из последней шлака способствует хорошему смешиванию топлива с воздухом (окислителем) в нижней части зоны горения и более полному его сгоранию на втором этапе.

Постепенное расширение щели колосника в нижней части во время протекания второго этапа способствует более полному сгоранию топлива, поскольку при удалении шлака более крупные куски топлива не проваливаются и продолжают гореть до тех пор, пока размеры их формы не станут меньше щели. При этом заметим, что провалившиеся в зольник, но не догоревшие куски топлива из-за недостатка в зольнике кислорода будут выделять окись углерода (продукт неполного горения), которая, поднимаясь вверх, будет дожигаться в нижней и верхней зонах горения. Этим достигается более полное сгорание топлива.

Группирование топливных элементов (частиц топлива) в процессе их сжигания в нижней части дает возможность интенсифицировать процесс горения и не дать прекратиться ему на отдельных (разрозненных) элементах.

Указанные преимущества позволяют осуществлять более полное сгорание топлива, повышают КПД топки и дают возможность автоматизировать режим работы котла за счет стабильности протекания процесса горения во времени.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема работы топки для сжигания твердых топлив: а) в момент загрузки свежей порции топлива; б) в момент горения топлива в верхней и нижней частях зоны горения; в) в момент догорания топлива в нижней части зоны горения; г) в момент перемещения топлива из верхней в нижнюю часть зоны горения.

На фиг.2 показан разрез А-А топки.

Топка содержит корпус 1 камеры сгорания, колосники 2 с щелью 3, зольник 4 для приема шлака 5, каналы 6 для подачи воздуха (окислителя) 7, люк 8 для загрузки топлива 9, совмещенный с поддоном 10, над которым размещен бункер 11 с топливом. Колосники и поддон снабжены установленными с возможностью перемещения относительно них лопатками 12 для передвижки топлива. Между корпусом топки и верхним колосником выполнен паз 13 для перевода топлива из верхней в нижнюю часть зоны горения. Процесс горения топлива сопровождается пламенем 14.

Способ реализуют следующим образом.

Из бункера 11 через люк 8 подают свежую порцию топлива 9 в верхнюю часть зоны горения при помощи лопаток 12, размещенных на поддоне 10 и работающих, например, по принципу лопаток снегоуборочной машины (фиг.1, а). При этом куски топлива ударяются о стенку корпуса 1 камеры сгорания и отскакивают на колосник 2. За счет кривизны поверхности стенки и разной массы куски отскакивают под разными углами и на различные расстояния, ложась сравнительно равномерным слоем на колосник 2, что позволяет отказаться от операции разравнивания слоя.

Нагрев и нижнее зажигание получившегося слоя свежего топлива осуществляют от продуктов сгорания и лучистого тепла прежней порции топлива, которая сжигается в это время в нижней части зоны горения (на нижнем колоснике 2). После зажигания процесс горения, сопровождающийся пламенем 14, распространяется на всю порцию свежего топлива (фиг.1, б). Сжигание указанной порции (на первом этапе в верхней части зоны горения) происходит в условиях смешивания воздуха 6, поступающего через каналы 7, с продуктами сгорания, продуцируемыми процессом сгорания прежней порции топлива на нижнем колоснике 2. Такое смешивание эквивалентно рециркуляции топочных газов в тракт дутьевого воздуха и способствует снижению образования оксидов азота. При этом указанное смешивание свободно от недостатков, присущих рециркуляции и связанных с наличием рециркуляционного вентилятора, газоходов и повышения сопротивления воздушного тракта.

Удаляют шлак 5 из нижней части зоны горения (с нижнего колосника) через щель 3 колосника, которую периодически расширяют для вывода более крупных фракций шлака в зольник 4 по мере сгорания топлива (фиг.1, в). Поскольку при этом масса топлива на колоснике уменьшается и расстояние между отдельными кусками увеличивается, то для интенсификации процесса горения необходимо проводить группирования остатка топлива, например, путем сдвигания лопаток 12 к центру нижнего колосника (фиг.2). Отметим, что эти лопатки могут быть также использованы для шуровки топлива. После удаления всего шлака с нижнего колосника в нем сужают щель 3. Не сгоревшие до этого момента и попавшие в зольник 4 кусочки топлива вследствие недостатка кислорода начинают выделять горючий газ (окись углерода), который, поднимаясь вверх, сгорает в верхней и нижней частях зоны горения.

Перемещают топливо через паз 13 из верхней в нижнюю часть зоны горения (фиг.1, г), в которой оно продолжает сгорать (второй этап). При поступлении очередной порции свежего топлива описанный процесс повторяется.

Внедрение изобретения позволит автоматизировать работу котлов на твердом топливе, например отопительных котлов железнодорожных вагонов, увеличить полноту сгорания топлива и КПД топки, а также снизить образование оксидов азота.

Источники информации

1. А.с. №1281814, F 23 В 1/32, 1987 - аналог.

2. А.с. №1165849, F 23 Н 9/00, 1980 - прототип.