способ и устройство для сжигания твердого топлива, преимущественно растительных отходов

Формула изобретения

1. Способ сжигания твердого топлива - растительных отходов, при котором их загружают, подсушивают, сжигают и дожигают, причем для подсушки отвлекают часть топочных газов, расход которых минимизируют, отличающийся тем, что расход отвлекаемых топочных газов определяют по формуле

Q_ф=Q_p(1+ ₃/ _p n),

где Q_ф и Q_p - фактический и расчетный расходы отвлекаемых газов на подсушку;

₃, _p - длительности циклов загрузки и выработки загруженного топлива;

n - число подключенных источников топочных газов,

причем при загрузке подсушку не проводят.

2. Устройство для сжигания твердого топлива – растительных отходов способом по п.1, содержащее по крайней мере две шахты подсушки, по крайней мере две камеры сжигания, камеру дожига, теплообменник и дымосос, причем шахты подсушки в нижней части газоходами подключены друг к другу с возможностью перепуска топочных газов, а в верхней части газоходами с клапанами, позволяющими регулировать отбор топочных газов из камер сжигания в шахты подсушки, через верхнюю часть теплообменника подключены к дымососу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии сжигания топлива, преимущественно растительных отходов, и может быть использовано в сельском хозяйстве и лесо- и деревоперерабатывающей промышленности при получении тепла, подогретых воздуха и воды.

Известны способы сжигания твердого топлива путем его периодической загрузки на колосниковую решетку, подсушки, воспламенения и горения летучих, дожига коксового остатка и устройство для его осуществления, содержащее корпус, камеру сгорания и колосниковую решетку (Костанян К.А. и др., Топливо и его использование, Москва, изд-во Наркомхоза РСФСР, 1938, с 52-53).

Этот способ прост, однако он малопроизводителен, характеризуется низкой полнотой сгорания топлива.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ сжигания твердого топлива, при котором его загружают, подсушивают и дожигают летучие вещества, причем на подсушку отвлекают часть топочных газов (SU 951001 А, F 23 B 1/04, 15.08.1982). В том же источнике информации описано устройство для сжигания твердого топлива, содержащее шахты подсушки, камеры сжигания, дожига, теплообменник и дымосос.

Недостатками известных способа и устройства являются недостаточная полнота сгорания топлива и существенные колебания температуры топочных газов во времени, обусловленные нарушением герметичности камеры подсушки при загрузке и колебаниями влажности топлива, поступающего на газификацию и сжигание.

Задачей изобретения являются повышение полноты сгорания твердого топлива и выравнивание температуры топочных газов во времени.

Задача решается за счет того, что в способе сжигания твердого топлива - растительных отходов, при котором их загружают, подсушивают, сжигают и дожигают, причем для подсушки отвлекают часть топочных газов, расход которых минимизируют, расход отвлекаемых топочных газов определяют по формуле

Q_ф=Q_p(1+ ₃/ _p n),

где Q_ф и Q_p - фактический и расчетный расходы отвлекаемых газов на подсушку; ₃, _p- длительности циклов загрузки и выработки загруженного топлива; n - число подключенных источников топочных газов, причем при загрузке подсушку не проводят.

Задача решается также за счет того, что устройство для сжигания твердого топлива – растительных отходов содержит, по крайней мере, две шахты подсушки, по крайней мере, две камеры сжигания, камеру дожига, теплообменник и дымосос, причем шахты подсушки в нижней части газоходами подключены друг к другу с возможностью перепуска топочных газов, а в верхней части - газоходами с клапанами, позволяющими регулировать отбор топочных газов из камер сжигания в шахты подсушки, через верхнюю часть теплообменника подключены к дымососу.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема устройства с двумя шахтами подсушки; на фиг.2 - технологическая схема агрегатирования устройства с бункерами БВ - 40, в котором высушивают зерно.

Устройство включает шахты подсушки 1, 2; камеры сгорания 3, 4; ступенчатые колосниковые решетки 5, 6; опрокидывающиеся колосниковые решетки 7, 8; камеру дожига 9; теплообменник 10; воздуховод 11,12; заслонку воздуховода 13,14; дымовую трубу 15; вентилятор 16; воздушную сеть первичного дутья 17; воздушную сеть вторичного дутья 18; загрузочное средство 19; вентилятор подогретого воздуха 20; бункер активного вентилирования (БВ - 40) 21; норию 22; шнек бункера 23; дверцу камеры сгорания 24; дверцу зольной камеры 25; клапаны 26, 27, 28, 29; перегородку 30, 31; крышку 32, 33; патрубок 34, 35; воздушный клапан 36, 37; дымосос 38; воздуховод 39, 40.

При осуществлении способа загружают топливо в шахту подсушки, подсушивают, сжигают и дожигают летучие вещества, подсушку осуществляют отвлечением части топочных газов в соответствии формулой Q_ф=Q_p(1+ ₃/_pn), а при загрузке топочные газы на подсушку не подают.

На колоснике 7 размещают растопочный материал и растапливают камеру сгорания 3. В шахту подсушки 1 загрузочным средством 19 подают топливо, при этом клапаны 26 и 27 закрыты. По заполнению шахты 1 открывают клапаны 26 и 27, формируют положением перегородки 30 толщину слоя топлива на колосниках 5 и 7. Затем пополняют топливом шахту 1 и закрывают крышку 32. Топочные газы с взвешенными частицами из камеры сгорания 3 поступают в камеру 9, где дожигаются, затем топочные газы поступают в теплообменник 10 и дымососом 38 через дымовую трубу 15 выбрасывают в атмосферу. Аналогичным образом загружают топливо в камеру 2, растапливают, заполняют колосники 6 и 8.

Необходимый температурный режим сжигания топлива устанавливают изменением первичного дутья, подаваемого через сеть 17, и вторичного, подаваемого через сеть 18. Причем температуру в камерах 3, 4 и 9 поддерживают порядка 1000... 1100є С, что на 50... 100є С ниже шлакования колосников и стенок камер. По мере выгорания топлива его слой в камере 1 опускается, очаговые остатки удаляются при повороте колосника 7, зола и шлак удаляются вручную через дверку 25.

Теплопроизводительность устройства суммируется из теплопроизводительности камер 3 и 4, причем при последующей загрузке шахты 1 уровень топлива в ней ниже уровня клапанов 26 и 27 не опускают. При поступлении на сжигание влажного топлива его подсушивают, подавая часть топочных газов из камеры 3 в шахту 1, отбор топочных газов регулируют изменением положения клапана 36, патрубок 34 подключают к верхней части теплообменника 10, воздуховодом 39. При пополнении шахты 1 топливом закрывают клапаны 26, 27, заслонку 13 на воздуховоде 11 открывают и подают часть топочных газов в слой топлива в шахте 2 через ее воздуховоды, ускоряя тем самым процесс подсушки топлива в шахте 2. Аналогичным образом направляют часть топочных газов в шахту 1 при пополнении топливом шахты 2, причем совмещение циклов загрузки в шахтах не допускают. Теплопроизводительность устройства изменяют положением клапанов 26 и 27 на камере 1 и соответствующими клапанами на камере 2.

Наружный воздух засасывают в теплообменник 10 вентилятором 20, подогревают и направляют в бункер (БВ - 40) 19, который агрегатируют с устройством для сжигания твердого топлива. Бункер 19 загружают влажным зерном с помощью нории 22. Подогретый на 10... 15є С воздух в количестве 10... 12 тыс.³/ч поступает во внутреннюю трубу, пронизывает в радиальном направлении слой зерна и высушивает его. Зерно кондиционной влажности разгружают с помощью шнека 23 и нории 22 и направляют потребителю.

Растительные отходы: сечка сломы, лузга подсолнечника, стержни початков, измельченные стебли кукурузы и подсолнечника, а также отходы лесо- и деревоперерабатывающей промышленности, как правило, имеют повышенную влажность, достигающую 20... 25% и более. Сжигание топлива с повышенной влажностью малоэффективно, т.к. снижается теплопроизводительность устройства, возрастают потери топлива с очаговыми остатками, поэтому перед сжиганием его необходимо подсушить, что предусматривается конструкцией устройства.

Допустимая влажность растительных отходов, поступающих на сжигание, определенная опытным путем в лаборатории и при хозяйственной проверке составляет: для лузги подсолнечника - 17-18%, для сечки соломы, стержней початков кукурузы, измельченных стеблей кукурузы, подсолнечника – 20-22%, для соломенных, травяных брикетов – 18-20%, для опилок и щепы – 25-28%. При влажности ниже указанной обеспечивается устойчивый процесс горения, минимальные потери с уносом и очаговыми остатками, минимальная амплитуда колебания температуры топочных газов во времени.

Подсушку осуществляют частью топочных газов, выходящих из верхней части камер 3 и 4, имеющих температуру не выше 300є С, что упрощает конструкцию шахт подсушки, предотвращает потери топлива с летучими веществами и, в то же время, позволяет ограничиться сравнительно небольшой частью (не более 25%) топочных газов. Отбор топочных газов в шахту подсушки регулируют положением заслонки 36. Температуру газов, отходящих из теплообменника 10, целесообразно поддерживать не ниже 80... 100є С во избежание образования конденсата.

Очевидно, что процесс подсушки возможен при закрытой крышке 32, в противном случае топочные газы могут не поступать в шахту подсушки, так как в камере дожига 9 необходимо поддерживать небольшое разрежение.

Следовательно, непрерывная загрузка исключена, а при цикличной загрузке необходимо предусмотреть повышенную против расчетной подачу топочных газов в свежее топливо для исключения поступления в камеру сжигания влажного материала, причем, чем большая масса топлива загружается, тем больше длительность цикла загрузки и большая часть топочных газов должна отвлекаться на подсушку, т.е. фактический расход Оф отвлекаемых топочных газов на подсушку можно записать

Q_ф=Q_p(1+ ₃/ _p n),

где ₃ - длительность цикла загрузки; _p - длительность цикла выработки топлива, т.е. время до следующей загрузки; n - число источников, из которых поступают топочные газы; Q_p - расчетная подача топочных газов на подсушку, определяемая по известным массе, влажности и верхнему пределу допустимой влажности, с которой топливо поступает в камеру сгорания.

Действительно, чем меньше величина ₃ и больше n, тем меньше требуется подать Q_ф на подсушку.

Предложенное устройство содержит две шахты подсушки, однако в зависимости от вида топлива камеру дожига можно агрегатировать с 3 и более шахтами подсушки.

Подключение шахт подсушки 1 и 2 газоходами к верхней части теплообменника 10 обусловлено необходимостью дополнительного охлаждения топочных газов. Охлаждение топочных газов из камеры дожига 9 на выходе теплообменника ниже 180 … 200⁰С экономически нецелесообразно, так как это вызывает существенное увеличение его теплообменной поверхности, габаритов и стоимости устройства. Это обусловлено низкими коэффициентами теплопередачи от топочных газов подогреваемому воздуху (К=30 … 35 Вт/м^{2 є} С). До более низкой температуры (80 …100є С и ниже) можно охладить топочные газы в шахтах подсушки, в которых коэффициент теплопередачи, а главное теплообменная поверхность во много раз выше. Разбавленные топочные газы с температурой ниже 180 … 200є С из теплообменника можно эвакуировать вентиляторными установками в жаростойком или обычном исполнении, которые существенно дешевле дымососа. Подача топочных газов в нижнюю часть теплообменника вследствие их низкого температурного потенциала нецелесообразна, так как снизит эффективность теплообменника.

Пример 1. Сжигание лузги подсолнечники влажностью ~ 25%. Лабораторными исследованиями установлено, что устойчивый режим горения с регламентной температурой и минимальными потерями топлива возможен при влажности не более 17%, т.е. необходима подсушка на 8%.

Теплопроизводительность (мощность) устройства примем 250 кВт, что достаточно для высушивания зерна в отделение ОБВ - 160 в составе 4 бункеров БВ - 40 вместимостью каждый по 40 т пшеницы.

Теплотворная способность лузги подсолнечника 14,2 МДж/кг, кпд устройства примем ~ 70%, оно оснащено двумя шахтами подсушки, т.е. при подсушке используют n=1 источник тепла, двумя камерами сжигания, одной камерой дожига, теплообменником, средствами загрузки топлива. Суммарная подача топлива составит ~100 кг/ч, а пропускная способность каждой шахты подсушки - 50 кг/ч. Подача воздуха на сжигание топлива в каждую камеру сгорания при удельной теоретической подаче g 6 кг воздуха/кг топлива и коэффициенте избытка воздуха _В=1,3 составит ~390 м³/ч, а часть отвлекаемых топочных газов для подсушки топлива до 17% Q_p 63 м³/ч или ~16% от общего расхода топочных газов в каждой камере сгорания.

Примем размеры шахты подсушки: диаметр 0,6 м, высоту 0,6 м, тогда ее вместимость при объемной массе топлива ~300 кг/м³ составит 50 кг, также примем длительность цикла загрузки ₃=10 мин, а _p составит 60 мин. В этом случае

Q_ф=Q_p (1+ ₃ / _p n)=63 (1+10/1 60)=73 м³/ч.

Согласно данным, полученным при лабораторных испытаниях, и приведенному расчету потери топлива с механическим недожогом и уносом не превысят 2... 3%, т.е. как при сжигании качественного твердого топлива, а изменение температуры топочных газов от поступления невыравненного по влажности топлива не превысят 1... 2%, что вполне допустимо при подготовке теплоносителя для зерносушилок и установок активного вентилирования (ОБВ-160).