Патент на изобретение №2184317
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
(57) Реферат: Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургической, строительной и других отраслях промышленности. Устройство содержит вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем в виде пневмомеханического забрасывателя и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части – с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку фракции 0,1-2,0 мм. Газораздающий коллектор установлен соосно стенкам камеры и состоит из двух частей – неподвижной, соединенной с днищем, и подвижной, установленной с возможностью вращения на выходном валу привода. Трубы размещены радиально на подвижной части коллектора, причем, их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала. Над инертной засыпкой расположен слой крупнокускового огнеупорного материала с размером кусков 20,0-50,0 мм, над которым в боковой стенке камеры выполнен переливной порог, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки. Технический результат: повышение КПД до 95-98%, обеспечение полного сжигания топлива, возможность сжигания различных видов твердого топлива, экологическая чистота, простота и безопасность обслуживания, снижение габаритов. 1 ил. Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, металлургической, строительной и других отраслях промышленности для сжигания твердого топлива (торф, горючие сланцы, уголь). Известны типовые промышленно используемые устройства для сжигания топлива, содержащие камеру сгорания с системами подачи топлива и воздуха, воспламенения горючей смеси и трубопроводы для отвода теплоносителя(топки, печи) [см. , например, Е. И. Ходоров “Печи цементной промышленности”. – Л., Стройиздат, 1996 г.; Ю.В.Иванов “Газогорелочные устройства”, М., Недра, 1972 г. и др.]. Недостатки указанных устройств заключаются в – возможности сжигания только измельченного высококачественного твердого топлива; – низком КПД (не более 70%); – недожеге, обуславливающем выброс экологически опасных газов в атмосферу; – габаритности. Известны разнообразные устройства для сжигания твердого топлива, в которых имеются различные приспособления для его перемешивания с целью улучшения условий горения: механические мешалки (шурователи); источники, создающие колебательные движения воздуха или твердого материала; псевдоожижители. Известно, например, устройство для сжигания твердого топлива, содержащее вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с колосниковой решеткой, загрузочным устройством в виде трубы, расположенной вертикально над шурующей планкой, установленной на выходном валу привода с возможностью вращения [см. патент РФ 2126933, МПК F 23 B 7/00, заявл. 30.09.1996 г., опубл. 27.02.1999 г.]. Недостатком данного устройства является низкая эффективность (КПД около 80%) из-за ограниченной поверхности соприкосновения твердого топлива с кислородом воздуха, создаваемой только за счет вращения шурующей планки в верхнем слое сжигаемого материала, а также громоздкость и габаритность. Известны также устройства для сжигания твердого топлива, содержащие вертикальные или горизонтальные камеры сгорания с генераторами газодинамических, акустических колебаний твердой фазы или приспособления для создания пульсаций воздуха [см. а.с. СССР 850984, МПК F 23 C 11/02, заявл. 21.11.1979 г. , опубл. 30.07.1981 г. ; патент СССР 1584758, МПК F 23 В 7/00, F 23 C 11/00, заявл. 29.11.1984 г., опубл. 07.08.1990 г.; а.с. СССР 964339, МПК F 23 C 11/02, заявл. 17.12.1980 г., опубл. 07.10.1982 г.]. Недостатки этих устройств состоят в – низкой эффективности сжигания топлива (КПД не более 80%); – трудности управления процессами горения; – сложности, громоздкости и габаритности конструкций. Кроме того, известны устройства для сжигания твердого топлива, содержащие вертикальные камеры сгорания с инертной засыпкой, обеспечивающие ведение процесса сжигания в псевдоожиженном слое [см. а.с. СССР 840568, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1979 г., опубл. 23.06.1981 г.; а.с. СССР 866336, МПК F 23 C 11/02, заявл. 21.01.1980 г., опубл. 23.09.1981 г.]. Недостатки устройств подобного типа заключаются в ограниченной эффективности процессов сжигания топлива из-за значительного его уноса из зоны горения, а также экологической опасности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для сжигания твердого топлива (топка кипящего слоя), содержащее вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части – с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку. Пучок перфорированных горизонтальных труб образует провальную решетку для отвода золы в бункер, расположенный в нижней части топки [см. а.с. СССР 1177596, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1984 г., опубл. 7.09.1985 г.]. Недостатки прототипа следующие: – использование устройства преимущественно для сжигания легковоспламеняемых материалов; – неполное сжигание топлива, обусловленное преждевременным уносом недогоревших частиц через провальную решетку в бункер золы, понижающее КПД устройства до 85%; – неэффективное сжигание топлива из-за выноса пылевидных частиц топлива с отходящими газами, также понижающее КПД устройства на 3-5%; – громоздкость и габаритность устройства. Задачей настоящего изобретения является повышение КПД устройства за счет формирования эффективного фронта горения, образованного многочисленными постоянно действующими очагами воспламенения топлива, позволяющего обеспечить максимальную теплонапряженность объема топки и сократить ее габариты. Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для сжигания твердого топлива, содержащем вертикальную цилиндрическую камеру сгорания с питателем и патрубком вывода топочных газов в верхней части, а в нижней части – с пучком перфорированных горизонтальных труб с заглушенным торцом, жестко закрепленных в газораздающем коллекторе и погруженных в инертную засыпку, согласно изобретению питатель выполнен в виде пневмомеханического забрасывателя; газораздающий коллектор установлен соосно стенкам камеры и состоит из двух частей – неподвижной, соединенной с днищем и подвижной, установленной с возможностью вращения на выходном валу привода; трубы размещены радиально на подвижной части коллектора, причем, их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала; над инертной засыпкой фракции 0,1-2,0 мм расположен слой крупнокускового огнеупорного материала с размером кусков 20,0-50,0 мм, над которым в боковой стенке камеры выполнен переливной порог, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки. Пневмомеханический забрасыватель обеспечивает бесперебойную подачу топлива в камеру сгорания, равномерно распределяя его по поверхности крупнокускового огнеупорного материала, что приводит к повышению эффективности воспламенения и последующего сгорания топлива с повышением КПД устройства на 7-8%. Предлагаемая конструкция газораздающего коллектора с перфорированными трубами обеспечивает не только равномерную подачу воздуха, но и создание волновых колебаний инертной засыпки, вызывающих перевертывание крупных кусков ее верхнего слоя, служащих воспламенителями топлива, что приводит к интенсификации процесса сжигания и повышению КПД устройства на 3-4%. Односторонняя перфорация труб коллектора, совпадающая с направлением движения вала, усиливает волнообразование в инертной засыпке, а следовательно, и рыхление псевдоожиженного слоя, что приводит к интенсификации процесса горения и повышению КПД устройства на 3-5%. Заявляемый размер частиц инертной засыпки (0,1-2,0 мм) и слоя крупнокускового огнеупорного материала (20,0-50,0 мм) обеспечивает возможность эффективного перевертывания кусков – воспламенителей топлива без их погружения в мелкозернистый слой, что повышает эффективность горения и, следовательно, КПД устройства на 1-2%. Наличие переливного порога позволяет поддерживать постоянный уровень псевдоожиженного слоя и регулировать процесс сжигания топлива, что также повышает КПД устройства на 1-2%. Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию “новизна”. Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “изобретательский уровень”. Возможность изготовления устройства для сжигания твердого топлива на отечественных предприятиях машиностроения свидетельствует о соответствии изобретения критерию “промышленная применимость”. На чертеже схематично представлено заявляемое устройство для сжигания твердого топлива. Обозначения на чертеже: 1 – вертикальная цилиндрическая камера сгорания; 2 – питатель (пневмомеханический забрасыватель); 3 – патрубок вывода топочных газов; 4 – пучок перфорированных горизонтальных труб; 5 – неподвижная часть газораздающего коллектора; 6 – подвижная часть газораздающего коллектора; 7 – мелкозернистый слой инертной засыпки; 8 – слой крупнокускового огнеупорного материала; 9 – привод; 10 – выходной вал привода; 11 – переливной порог; 12 – емкость для сбора излишков инертной засыпки. Заявляемое устройство для сжигания твердого топлива состоит из вертикальной цилиндрической камеры сгорания 1, футерованной изнутри огнеупорным кирпичом, с питателем в виде пневмомеханического забрасывателя 2 и патрубком вывода топочных газов 3 в его верхней части. В нижней части камеры сгорания 1 установлен соосно ее стенкам газораздающий коллектор, состоящий из неподвижной части 5 и подвижной части 6 с пучком перфорированных горизонтальных труб 4 с заглушенным торцом, жестко закрепленных в подвижной части 6 газораздающего коллектора и погруженных в мелкозернистый слой 7 инертной засыпки. Подвижная часть 6 газораздающего коллектора установлена с возможностью вращения на выходном валу 10 привода 9. Трубы 4 в количестве 3 – 4 штуки размещены радиально на подвижной части 6 коллектора, причем их перфорация выполнена односторонней, совпадающей с направлением движения вала 10. Над инертной засыпкой 7 фракции 0,1 – 2,0 мм (речной песок, дробленый мрамор и т.п. ) расположен слой крупнокускового огнеупорного материала 8 с размером кусков 20,0 – 50,0 мм (битый шамотный кирпич, керамика и пр.). Над слоем 8 в боковой стенке камеры 1 выполнен переливной порог 11, соединенный с емкостью для сбора излишков инертной засыпки 12. Заявляемое устройство для сжигания твердого топлива работает следующим образом. Предварительно на поверхность инертной засыпки 8 в камеру сгорания 1 подают внешнее топливо (дрова, опилки, ветошь) и зажигают его. Одновременно включают привод 9 и начинают подачу воздуха в газораздающий коллектор. При этом за счет открытого огня в условиях интенсивного перемешивания горящих частиц осуществляют формирование раскаленной поверхности слоя мелкозернистой инертной засыпки 7 и расположенного над ним слоя крупнокускового огнеупорного материала 8. После достижения температуры, необходимой для воспламенения топлива, включают питатель 2 и начинают непрерывную подачу торфа на раскаленную поверхность инертной засыпки. Под воздействием волн, создаваемых пучком перфорированных горизонтальных труб 4, куски огнеупорного материала 8 изменяют свое положение и подминают под себя частицы торфа. Последние под воздействием тепла этих крупных кусков в течение 2-3 секунд теряют влагу и начинают выделение летучих веществ. При изменении положения кусков 8 происходит контакт летучих веществ топлива с окислителем (воздухом), их воспламенение с одновременным воспламенением отдельных частиц торфа и полное сжигание всех компонентов торфа. Вокруг каждого крупного куска слоя 8 формируются участки воспламенения топлива, которые образуют многофакельный фронт горения по всей поверхности инертной засыпки. Образующиеся топочные газы (теплоноситель) через патрубок 3 направляют к потребителю. Коэффициент полезного действия устройства достигает 98%. Для предотвращения увеличения объема мелкозернистого слоя инертной засыпки 7 за счет образующейся золы в процессе работы камеры сгорания 1 осуществляют сливание излишков инертной засыпки через переливной порог 11 в емкость 12. Использование заявляемого устройства для сжигания твердого топлива по сравнению с известным устройством, взятым за прототип [см. а.с. СССР 1177596, МПК F 23 C 11/02, заявл. 14.05.1984 г., опубл. 7.09.1985 г.], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества: – повышение КПД (до 95-98%); – обеспечение полного сжигания топлива за счет создания режима максимальной теплонапряженности объема топки; возможность сжигания различных видов твердого топлива; экологическая чистота; простота и безопасность обслуживания; снижение габаритов. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 10.07.2003
Извещение опубликовано: 7.04.2005 БИ: 12/2005
NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение
Извещение опубликовано: 20.06.2006 БИ: 17/2006
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 10.07.2006
Извещение опубликовано: 20.05.2008 БИ: 14/2008
|
||||||||||||||||||||||||||
