Вихрова топка для спалювання твердого палива в циркулюючому киплячому шарі

Реферат: Вихрова топка для спалювання твердого палива в циркулюючому киплячому шарі включає корпус, який виконаний конусоподібним, з необхідним діаметром, що забезпечує збільшення швидкості обертання повітря, повернення палива в зону горіння. UA 118549 U (12) UA 118549 U UA 118549 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області теплоенергетики і котельної техніки. Топка може використовуватися в котлах, які спалюють торф, місцеві палива, вуглевмісні палива і відходи деревини при простій їх підготовці, дробленні і подрібненні. Відоме технічне рішення [1]. Вихрова топка містить розташовані на стінах і екранах над холодною воронкою пальники і сопла, спрямовані тангенціально до умовного тіла обертання, над ними встановлений пережим (конструктивний або аеродинамічний). Під холодною воронкою змонтована колосникова решітка. Пальник і сопла верхнього ярусу орієнтовані до низу в сторону холодної воронки. Недоліком даного пристрою є наявність колосникової решітки і холодної воронки, що знижують ефективність спалювання палива, при цьому значний обсяг топки не використовується в робочому процесі. Відоме технічне рішення [2] включає пристрій подачі палива, пристрій подачі повітря, кілька повітропроводів і сопла, розташовані вони тангенціально по висоті камери згоряння. Камера згоряння виконана квадратною, а сопла розташовані в кожній стіні зі зміщенням в горизонтальній площині. Технічний ефект досягається за рахунок розташування пристрою подачі палива знизу, а колектора з повітропроводами зверху. Недоліком пристрою є те, що подача первинного повітря подається тангенціально по нижнім повітропроводам, паливо не досить ефективно перемішується, прогрівається і згоряє. Наявність пошарових сопел і повітропроводів, горизонтальних діафрагм і вертикальних перегородок ускладнюють конструкцію топки. Відоме технічне рішення, прийняте за найближчий аналог (спосіб і пристрій для спалювання вугілля в вихровому потоці [3]. Відмінністю запропонованого способу є те, що процес спалювання вугілля ведуть з використанням дисперсного матеріалу в зоні взаємодії двох вихрових потоків, наявних послідовно один за одним по ходу руху горючого газу, при цьому частки незгорілого вугілля і інертного матеріалу уловлюють після виходу з другого вихрового потоку і знову повертають в топку. Пристрій для спалювання вугілля в вихровому потоці містить корпус з вузлом для підведення газу і патрубком для виведення продуктів згоряння, а також вузол подачі вугілля. Корпус пристрою виконаний у вигляді порожнього циліндра, до торців якого приєднані дві вихрові камери з тангенціальними щілинними каналами підведення газу. Нижня вихрова камера містить патрубок для видалення золи, а верхня камера містить центробіжний уловлювач твердих частинок. Недоліком даного технічного рішення є недостатньо ефективне уловлювання твердих частинок незгорілого вугілля і інертного матеріалу за рахунок зміни прохідного перетину каналів з тангенціальним введенням газу, особливо при спалюванні полідисперсного палива. При цьому зростає навантаження на сепараційний пристрій і кратність циркуляції незгорілих часток палива збільшується. При цьому використання двох послідовних вихрових потоків ускладнює конструкцію топки. При проведенні патентних досліджень з рівня техніки не встановлені рішення, ідентичні заявленій корисній моделі. Нами поставлено задачу підвищення теплової ефективності спалювання палива в топці котла з циркуляційним киплячим шаром шляхом виконання корпусу топки конусоподібним і розміщенням в нижній частині топки лопаткового завихрювача подачі первинного повітря, а у верхній частині топки - соплового завихрювача подачі вторинного повітря. Поставлена задача вирішується тим, що корпус топки виконаний конусоподібним, зі зменшенням діаметра по висоті топки до виходу продуктів згоряння. При цьому відносна висота конусоподібної частини топки становить Н/Д=3-5, при цьому до торців корпусу приєднані лопатковий завихрювач первинного повітря з нижньої частини топки і сопловий завихрювач вторинного повітря на виході з топки. Запропоноване технічне рішення вихрової топки представлено на кресленні. Пристрій включає корпус з теплосприймаючими поверхнями 1, вузол введення первинного повітря і лопатковий завихрювач 2, вузол введення вторинного повітря і лопатковий завихрювач 3, пальник розпалу палива 4, провальна решітка 7, патрубок і шнек для відводу золи 8, циклонсепаратор 5, бункер для подачі палива 6 і шнек 8. Пристрій працює наступним чином. Повітря для спалювання подається в топку вихрову двома зустрічними закрученими в одну сторону потоками через патрубки 2 і 7, лопатки завихрювача 4 першого потоку, розподільну камеру 5 і сопла другого потоку 6. Відпрацьовані продукти згорання видаляються через патрубок 3 разом з незгорілими твердими частинками палива. 1 UA 118549 U 5 10 15 20 25 30 35 Виконання корпусу топки конусоподібним і зменшення площі перетину забезпечує збільшення швидкості обертання повітря і повернення частини палива в зону горіння. Збільшується час, який паливо знаходиться в топці, що забезпечує його більш повне згоряння. При цьому в нижню частину топки подається близько 50 % необхідного для стехіометричного спалювання палива, а решта повітря подається через верхній завихрювач, що забезпечує поетапне спалювання палива і зниження шкідливих викидів - оксидів азоту. Звіти показують, що висота топки Н/Д=3-5, забезпечує необхідний час перебування частинок палива для їх спалювання. При спалюванні полідисперсного складу палива, незгорілі частини несуться з топки, надходять в сепаратор 5 і шнеком 8 повертаються для догоряння. Багаторазова циркуляція частинок забезпечує їх повне згоряння. Розміщення в нижній частині топки лопаткового завихрювача і в верхній частині для лопатки соплового завихрювача, забезпечує створення зустрічного закрученого в одну сторону руху потоків повітря в топці котла. Дифрагмування виходу топки істотно підвищує стабільність вихрових утворень [4]. При вході вихору в звуження, обертання потоку прискорюється, а тверді частинки відцентровою силою інтенсивніше відкидаються до стінки топки і рухаються вниз. Рух повітряних потоків вторинного повітря, спрямованих вниз топки, підсилюють поворотний потік частинок незгорілого палива. Таким чином запропонована конструкція вихрової топки дозволяє забезпечити інтенсивне перемішування палива та утворення паливно-повітряної суміші, ступінчастий підвід повітря для горіння і утримання частинок палива до їх повного згоряння. Технічний ефект від використання корисної моделі полягає в наступному. Запропонований пристрій - вихрова топка для спалювання твердого палива в циркулюючому киплячому шарі - просте у виготовленні і легко піддається автоматизації. З економічної точки зору воно більш ефективно і безпечно в експлуатації. Перевага корисної моделі полягає в тому, що його використання суттєво покращує процес спалювання твердого палива і паливних відходів з діаметром частинок від 5 мкм до 10 мм і більше, зменшує всі види витрат, включаючи експлуатаційні, забезпечуючи при цьому високу ефективність з високою надійністю. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2573078, Вихревая камерная топка, 2016. 2. Патент РФ № 2463520, Вихревая топка, 2012. 3. Патент РФ № 2339874, Способ сжигания твердого топлива и устройство для его осуществления. 4. Алексеенко и др. Введение в теорию концентрированных вихрей. - Новосибирск: издательство ИТ СО АН, 2003. - 402 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Вихрова топка для спалювання твердого палива в циркулюючому киплячому шарі, що включає корпус з екранованими теплообмінними поверхнями з вузлом підведення повітря і патрубком для відводу продуктів згоряння, а також вузол подачі твердого палива, пальник для розпалювання, яка відрізняється тим, що корпус виконаний конусоподібним зі зменшенням діаметра по висоті топки до виходу продуктів згоряння, при цьому відносна висота конусоподібної частини топки становить L/D=3-5, при цьому до торців корпусу приєднані лопатковий завихрювач первинного повітря в нижній частині і сопловий завихрювач вторинного повітря на виході з топки. 2 UA 118549 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3