Спосіб спалювання палива з використанням твердопаливного вихрового пальника

Реферат: Спосіб спалювання палива з використанням твердопаливного вихрового пальника полягає у тому, що паливо подається шнековим механізмом через паливний канал, розташований над колосниковою решіткою, через отвори якої надходить первинне повітря. Вторинне повітря проходить по обшивці циліндричної частини пальника та подається в камеру згоряння форсунками спеціальної конструкції типу сопла Лаваля, що сприяють закрученню потоку та збільшенню тиску повітря, забезпечують подачу повітря вздовж внутрішніх стінок пальника та безпосередньо в зону горіння. Допалювання легкої фракції палива відбувається за рахунок підведення на вході в сопло пальника вторинного повітря тангенціально до потоку газів, що сприяє додатковому закрученню потоку газів. Загальна кількість повітря в камеру згоряння подається в кількості, при якій коефіцієнт надлишку повітря менше 1. Повне допалювання газогенераторних газів відбувається в топці котла при надходженні додаткового повітря, що всмоктується в топку котла через обшивку сопла пальника за допомогою тяги димососа. Загальна кількість повітря в топці котла має коефіцієнт надлишку повітря більше 1. Зола з-під колосникової решітки вивантажується через люк, влаштований на передньому фланці пальника. Видалення золи з кишені для збору золи проводиться в ручному режимі. UA 89723 U (54) СПОСІБ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА З ВИКОРИСТАННЯМ ТВЕРДОПАЛИВНОГО ВИХРОВОГО ПАЛЬНИКА UA 89723 U UA 89723 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до промислової енергетики, зокрема до вихрових пальників, призначених для роботи з паровими та водогрійними котлами, опалювальними установками, сушильними камерами тощо, і дозволяє при його використанні підвищити ефективність процесу спалювання палива та зниження вмісту шкідливих речовин у відхідних газах. Відомий спосіб спалювання з використанням твердопаливного пальника для з одночасною газифікацією (піролізом) деревини і органічних відходів харчової промисловості, що містить дві камери згоряння з вентиляторами та каналами для підводу первинного і вторинного повітря (патент на корисну модель №69556 від 25.04.2012). Застосовуючи такий спосіб спалення можна отримувати генераторний газ з пониженим вмістом шкідливих речовин. Недоліки відомого способу у конструкції даного пальника, оскільки вона малообтічна, має повороти, що впливає на аеродинамічний процес проходження газів, призводить до втрат теплоти та передчасного руйнування теплоізоляції. Найбільш близьким аналогом є спосіб спалювання з використанням відомого твердопаливного пальника, що має корпус з камерою згоряння, пристрій подачі палива, пристрій примусової подачі повітря, а також розташований згори канал відведення генераторного газу і розташований знизу пристрій видалення шлаку (патент на корисну модель RU 2463520). При використанні даного способу повітря нагнітається вентиляторами в обшивку пальника і через дуттьові сопла потрапляє в камеру згоряння, тангенціально закручуючи потік газів. Створення дуттьових отворів в корпусі відомого твердопаливного пальника передбачає складне технічне виконання, свердління дуттьових сопел в шамотній цеглі є доволі трудомістким процесом. Вихід з відомого твердопаливного пальника котла здійснений під кутом 90° до основного напрямку газів, що створює достатньо великий аеродинамічний опір, гази втрачають швидкість та пошкоджують футерівку в місцях теплових ударів. Паливо в відомому твердопаливному пальнику подається знизу шнековим транспортером. В такому випадку в пальнику може виникати накопичення палива, що веде до механічної неповноти згоряння та втрат теплоти, внаслідок чого знижується коефіцієнт корисної дії пальника. Для видалення золи з відомого твердопаливного пальника влаштовано люк. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу спалювання з використанням пальника, в якому за рахунок конструкції будуть усунені всі перераховані недоліки. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб спалювання з використанням твердопаливного вихрового пальника виконується наступним чином: паливо подається шнековим механізмом через паливний канал, розташований над колосниковою решіткою, через отвори якої надходить первинне повітря, вторинне повітря проходить по обшивці циліндричної частини пальника та подається в камеру згоряння форсунками спеціальної конструкції типу сопла Лаваля, що сприяють закрученню потоку та збільшенню тиску повітря, забезпечують подачу повітря вздовж внутрішніх стінок пальника та безпосередньо в зону горіння. Допалювання легкої фракції палива відбувається за рахунок підведення на вході в сопло пальника вторинного повітря тангенціально до потоку газів, що сприяє додатковому закрученню потоку газів. Повне допалювання газогенераторних газів відбувається в топці котла при надходженні надлишкового повітря, що всмоктується в топку котла через обшивку сопла пальника за допомогою тяги димососа. Зола з-під колосникової решітки вивантажується через люк, влаштований на передньому фланці пальника. Видалення золи з кишені для збору золи проводиться в ручному режимі. Технічним результатом є забезпечення максимального згоряння палива, мінімізація втрат теплоти, використання вторинного повітря для охолодження футерівки і підігріву повітря перед подачею в камеру згоряння, запобігання руйнуванню теплоізоляції, отримання факелу номінальної потужності, удосконалення та спрощення конструкції топки для підвищення її надійності і забезпечення нормального температурного режиму пальника. У способі з використанням вихрового пальника ПТВ(М) допалювання легкої фракції палива відбувається в соплі пальника за рахунок підведення на вході в сопло вторинного повітря тангенціально до потоку газів, що сприяє зменшенню швидкості та завихренню потоку газів. Повне згоряння газогенераторних газів відбувається в топці котла при надходженні надлишкового повітря, що всмоктується в топку котла через обшивку сопла пальника за допомогою тяги димососа, що забезпечує максимальне згоряння палива та мінімізує втрати теплоти від механічної неповноти згоряння палива. Подача первинного повітря здійснюється через отвори в металевій колосниковій решітці. Вторинне повітря проходить по обшивці циліндричної частини пальника та подається в камеру згоряння форсунками, що розташовані на передньому фланці. Дані форсунки працюють за принципом сопла Лаваля, сприяють закрученню потоку та збільшенню тиску повітря, частина якого направлена вздовж внутрішніх 1 UA 89723 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стінок пальника, а інша частина - в зону горіння. Таким чином, вторинне повітря охолоджує футерівку пальника з обох сторін і підігрівається перед подачею в камеру згоряння. Пальник ПТВ(М) має горизонтальне розташування, обтічну конструкцію, вісь напрямку газів співставлена з віссю входу в котел, що забезпечує мінімальні втрати теплоти, запобігає руйнуванню теплоізоляції та сприяє отриманню факела номінальної потужності. У вихровому пальнику ПТВ(М) паливний бункер розташований над пальником, звідки паливо подається шнековим механізмом через спеціальний паливний канал. Паливо надходить в камеру згорання над колосниковою решіткою, через отвори якої надувається повітря, дозволяючи паливу горіти у підвішеному стані. Природність розташування палива, що спалюється в вихровому потоці повітря, дозволяє відмовитися від використання колосникової решітки з рухомим шкребком, що також спрощує конструкцію топки, підвищує її надійність і забезпечує нормальний температурний режим пальника. Вихровий пальник ПТВ(М) окрім люка для вивантаження золи з-під колосникової решітки, що влаштований на передньому фланці пальника, містить в подові за колосниковою решіткою кишеню, в яку потрапляє зола з колосникової решітки для подальшого її видалення в ручному режимі. Завдяки конструктивним особливостям: розташуванню пристрою подачі палива згори, а подачі повітря знизу та збоку в напрямку необхідного руху газів (тобто наддуву) - з'являється можливість здійснення найбільш ефективного спалювання твердого палива, що дозволяє отримати високу температуру відхідних газів та мінімальний вміст у ньому шкідливих домішок і тим самим розширити функціональні можливості топки і використовувати її одночасно як установку для утилізації відходів різних виробництв. Вихрове спалювання палива з охолодженням поверхні камери згоряння забезпечує природну послідовність топкових процесів у топковому об'ємі з усуненням максимуму температур, що стабілізує процес горіння, згладжуючи провали по температурі горіння в разі неоднорідності палива по вологості і виключається можливість припинення процесу горіння при попаданні в камеру згоряння палива підвищеної вологості. Стабільність процесу горіння забезпечує збільшення економічності і можливість регулювання потужності пальника. Завдяки охолодженню стінок камери згоряння турбулентним повітрям збільшується безпека обслуговування топки за рахунок зменшення температури нагріву корпусу (при цьому тепле повітря через форсунки та сопла потрапляє всередину камери і повертає частину тепла, витраченого на нагрівання камери і корпусу), а також термін служби вихрового пальника без ремонту. Конструкцію вихрового пальника описано кресленнями, де зображено: на фіг. 1 - вихровий пальник; на фіг. 2 - рух повітря в пальнику. Докладний опис креслень та приклад виконання. Вихровий пальник (фіг. 1) має корпус камери згоряння, який складається з циліндричної частини 1 і конічної частини (сопла) 2, пристрій подачі палива, пристрій примусової подачі повітря, забезпечений вентиляторами для подачі первинного 3 і вторинного 4 повітря, а також колосникову решітку 5 і розташовану після неї кишеню для збору золи 6. Рух повітря в пальнику показано на фіг. 2. Вентилятор подачі первинного повітря встановлений знизу камери згоряння перед кишенею для збору золи. Первинне повітря охолоджує кишеню для збору золи та, нагрівшись за рахунок цього, потрапляє в камеру згорання крізь отвори в колосниковій решітці. Подача первинного повітря регулюється частотним перетворювачем. Вентилятор подачі вторинного повітря закріплений у верхній частині камери згоряння. Вторинне повітря підігрівається, проходячи через обшивку пальника по периметру циліндричної частини, охолоджуючи при цьому стінку камери згоряння, та потрапляє в пальник за допомогою форсунок спеціальної конструкції 7 на вході в циліндричну частину пальника. Також частина вторинного повітря подається на вході в сопло пальника трьома форсунками, подача повітря в яких регулюється засувками 8, тангенціально до потоку відхідних газів, що забезпечує додаткове закручення потоку відхідних газів, сприяючи при цьому догоранню залишків палива. Подача вторинного повітря регулюється частотним перетворювачем. Сопло пальника має обшивку, через яку за допомогою тяги димососа всмоктується повітря з навколишнього середовища, підігрівається за рахунок охолодження стінок сопла та подається в топку котла. Подача повітря в обшивку сопла регулюється за допомогою засувок. Пристрій подачі палива розташований над камерою згоряння, яка забезпечена паливними каналом 9, розташованим над колосниковою решіткою. Подача твердого палива відбувається з бункера 10 за допомогою шнека. Подача палива регулюється частотним пристроєм. Для забезпечення пожежної безпеки 2 UA 89723 U 5 10 15 20 25 30 35 паливний канал з двох сторін оснащений засувками 11, між якими при необхідності відкривається стінка паливного каналу для зняття теплової напруги. Твердопаливний пальник має горизонтальну сталеву зварну герметичну, газощільну конструкцію та працює під наддувом. Камеру згоряння ізольовано шаром шамотної цегли, навколо здійснена металева обшивка. Пальник може мати як рухомі, так і нерухомі опори 12. На передньому фланці 13 влаштований люк для обслуговування 14, оглядове вікно 15 та дверцята для вивантаження золи з-під колосникової решітки 16. Колосникова решітка виконана під нахилом для забезпечення потрапляння золи в спеціальну кишеню для подальшого її видалення, в решітці виконані отвори, через які в камеру згорання надходить первинне повітря. До задньої частини пальника прикріплене сопло, конусоподібна форма якого передбачає мінімальний аеродинамічний опір газів на виході з пальника і забезпечує оптимальний режим роботи пальника. Як тверде паливо для пальника можуть бути використані пелети, а також відходи деревообробного (тирса, стружка, щепа), меблевого, сільськогосподарського (лузга соняшника, макуха фруктова) та інших виробництв. Необхідна кількість палива за допомогою транспортера завантажується в герметичний накопичувальний бункер, в якому передбачені два датчики рівня завантаження палива, верхній та нижній, їх використання забезпечує регулювання автоматизованої подачі палива в бункер. Для подачі палива в камеру згоряння використовується шнековий механізм, керування яким здійснюється за допомогою мотор-редуктора. Подача палива регулюється частотним перетворювачем. Особливістю способу спалювання за допомогою даного твердопаливного пальника є використання процесу газифікації твердого палива з повітряним дуттям, для забезпечення чого в робочу камеру пальника подається повітря в меншій кількості, ніж теоретично необхідне для повного спалювання палива. Допалювання утвореного газогенераторного газу відбувається в топці котла при подачі повітря з обшивки сопла пальника. При газифікації палива з великим складом летючих речовин і кисню виділяється значна теплота. Теплоізоляція робочої камери дозволяє підтримувати в камері робочу температуру при зупинці подачі палива і включати пальник в роботу після короткочасної зупинки без примусового запалювання палива, оскільки температура поверхонь в зоні нагріву залишається вище температури спалаху палива. Також завдяки теплоізоляції камери згоряння менш інтенсивно відкладаються смоли, зменшується концентрація канцерогенних речовин у відхідних газах, є можливість спалювання високовологого палива без погіршення екологічних показників процесу. Розосереджене по обшивці камери пальника повітря дозволяє зменшити теплове навантаження на теплоізоляцію. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Спосіб спалювання палива з використанням твердопаливного вихрового пальника, який відрізняється тим, що паливо подається шнековим механізмом через паливний канал, розташований над колосниковою решіткою, через отвори якої надходить первинне повітря; вторинне повітря проходить по обшивці циліндричної частини пальника та подається в камеру згоряння форсунками спеціальної конструкції типу сопла Лаваля, що сприяють закрученню потоку та збільшенню тиску повітря, забезпечують подачу повітря вздовж внутрішніх стінок пальника та безпосередньо в зону горіння; допалювання легкої фракції палива відбувається за рахунок підведення на вході в сопло пальника вторинного повітря тангенціально до потоку газів, що сприяє додатковому закрученню потоку газів; загальна кількість повітря в камеру згоряння подається в кількості, при якій коефіцієнт надлишку повітря менше 1; повне допалювання газогенераторних газів відбувається в топці котла при надходженні додаткового повітря, що всмоктується в топку котла через обшивку сопла пальника за допомогою тяги димососа; загальна кількість повітря в топці котла має коефіцієнт надлишку повітря більше 1; зола з-під колосникової решітки вивантажується через люк, влаштований на передньому фланці пальника; видалення золи з кишені для збору золи проводиться в ручному режимі. 3 UA 89723 U 4 UA 89723 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5