Спосіб підготовки і спалювання куп соломи для одержання енергії і пристрій для здійснення цього способу

Реферат: Винахід належить до галузі теплотехніки та енергетики. Спосіб підготовки і спалювання куп (1) соломи в котлі для спалювання біомаси для одержання енергії включає етапи, при яких купу соломи спочатку поміщують на горизонтальний конвеєр (2) завантажувальної лінії, що включає пристрої для зважування (3), вимірювання розмірів (4) і розділення (6) куп соломи, на якій її автоматично зважують і вимірюють розміри. Потім її розділяють на частини попередньо визначеного розміру, які далі на основі даних зважування і вимірювання розмірів подають регульованими ходами подавального поршня (7) в камеру згоряння (21) для спалювання на похилу рухому колосникову решітку (11). Винахід забезпечує в порівнянні з попереднім рівнем техніки більш рівномірне окиснення і більш повне згоряння куп соломи, які спресовані з різною щільністю. UA 103649 C2 (12) UA 103649 C2 UA 103649 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь техніки Даний винахід належить до способу підготовки і спалювання куп соломи в котлі, призначеному для спалювання біомаси для одержання енергії і пристрою для здійснення цього способу. Попередній рівень техніки Солому, як біомасу з коротким циклом відтворення, що використовується як паливо для енергетичних цілей, пресують для транспортування, зберігання і виходячи з міркувань економії, у величезні купи, що мають розмір від 1,2×0,7 м до 1,2×2,5 м. Вага купи змінюється залежно від типу рослин. Вага купи сильно впливає на ступінь пресування, який змінюється залежно від типу пресів, що випускаються різними виробниками. Спосіб підготовки і спалювання соломи розрізняється, залежно від способу підготовки соломи і подачі її в топку. Найбільше поширення одержав спосіб підготовки шляхом розділення купи за допомогою різних фрез і подальшої подачі роздробленої і окисненої соломи в топку, що вимагає енергетичних витрат. При використанні такого способу з по-різному спресованої соломи, що займає відносно невеликий об'єм, утворюється великий об'єм вільної соломи з однаковими параметрами, при цьому на розділення соломи доводиться затрачувати суттєву кількість енергії, і паливо в камеру згоряння подається рівномірно. Широке поширення також одержав спосіб, при якому солому подають без енергетично витратного розділення. У топку можна подавати купи соломи повністю. Цей спосіб, однак, пов'язаний з проблемами підтримки відповідних режимів згоряння. Більш переважною є подача куп соломи, розділених на три або чотири частини. У порівнянні з розділенням потреби в енергії мінімальні, оскільки солома подається в топку меншими частинами і більш насичена повітрям, в порівнянні з подачею суцільних куп. Режими згоряння, а саме, вага поданої соломи відносно кількості повітря для згоряння, що нагнітається в топку, відносно необхідної продуктивності, зрозуміло залежать від ступеня первинного пресування соломи в купі. Тому купи з різним ступенем пресування неможливо спалювати повністю без необхідного регулювання параметрів настройки камери згоряння. З точки зору горючих властивостей соломи, процес спалювання соломи як палива з відносно високою теплотворною здатністю і відносно низькою температурою спікання попільного пилу супроводжується наступними проблемами: - у випадку котлів з камерою згоряння, оформленою керамічним облицюванням, на колосниковій решітці часто відбувається спікання соломи з одночасним спіканням попільного пилу на стінках, що приводить з часом до необхідності переривати роботу котла для його очищення; і - у випадку котлів зі стінками, що повністю охолоджуються, проблема звичайно полягає в неповному згорянні палива, що дає велику кількість не згорілих залишків. З точки зору повного згоряння, повне згоряння соломи залежить від рівномірності розподілу палива по всій камері згоряння. Купи соломи, спресовані з різною щільністю, мають різну швидкість згоряння. Результатом є нерівномірний розподіл соломи в камері згоряння і, тому, нерівномірне окиснення і неповне згоряння. Пристрої для спалювання соломи загалом відомі. Нижче будуть згадані декілька прикладів пристроїв, що містять механізми для розпушування або розділення куп пресованої соломи для поліпшення доступу повітря і, отже, для кращого згоряння соломи. Існує корисна модель № 11181 "Пристрій для спалювання біомаси", створена NUCLEA Třebíč, Чеська республіка. Пристрій призначений для спалювання куп великого розміру. Він складається із завантажувальної лінії і простору спалювання, забезпеченого механізмом аерації, що містить відокремлюючі елементи, виконані як стрижні, труби або штирі. Іншим прикладом є корисна модель № 17242 "Пристрій для спалювання біомаси, особливо соломи", створена TENZA a.s., Чеська республіка. Вона стосується спалювання розпушених куп соломи, що подаються в камеру згоряння. Спалюючий пристрій доповнено розпушуючим пристроєм і солома подається від розпушуючого пристрою в приймальний отвір в стінці камери згоряння поршневим живильником, в якому є бункер. З іноземних документів можна указати на австрійську корисну модель "AT 000068 U2 Doppelschereinshub" (Подавальний пристрій з подвійними ножицями). У цій корисній моделі використовується пристрій, в якому окремі купи соломи розділяються на частини гідравлічними ножицями з двома паралельними ножами, що проходять через весь переріз купи і подають їх в топку. Для керування робочим циклом гідравлічного пристрою є пасивний захист від зворотного викиду на всьому процесі. Вищезгадані пристрої мають складну конструкцію і вже застаріли з точки зору рівня техніки. Розкриття винаходу 1 UA 103649 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вищеописані недоліки значною мірою усунуті в способі підготовки і спалювання куп соломи в котлі для спалювання біомаси для одержання енергії за даним винаходом, суть якого полягає в тому, що спосіб включає наступні етапи: передусім купу соломи переносять на завантажувальну лінію, де її автоматично зважують і вимірюють, потім купу переміщують для подальшої обробки на відокремлюючий механізм, де її ділять ножем, і окремі частини купи далі подають в камеру згоряння для спалювання. У переважному варіанті даного винаходу купу соломи на лінії завантаження укладають на горизонтальний конвеєр, який переміщує її на ваги і вимірювальний пристрій для автоматичного зважування і визначення розмірів. Потім купа надходить на перекидний конвеєр, за допомогою якого купа встановлюється у вертикальне положення і переміщується на відокремлюючий механізм, де вона розрізається ножем на попередньо певні частини купи. Потім ці частини регульованим рухом подавального поршня заштовхують відповідно до даних, одержаних при зважуванні і вимірюванні розмірів, через відкриту заслінку, що охолоджується водою, в тунель, який охолоджується водою, і через охолоджуване водою регульоване крило, в камеру згоряння на похилу рухому колосникову решітку, для початкового запалення поверхні під дією випромінювання від склепіння топки і повітря, що надходить знизу через похилу рухому колосникову решітку, через яку вони далі зсуваються до центральної частини камери згоряння для горіння з участю вторинного повітря, що надходить по головній подавальній лінії вторинного повітря, яке одночасно охолоджує охолоджуючі стінки камери згоряння, при якому незгорілі залишки соломи згоряють в кінці похилої рухомої колосникової решітки під дією випромінювання від склепіння камери згоряння, що нагріваються зверху потоком гарячих відхідних газів, що проходять з верхньої частини камери згоряння до конвекційного теплообмінника, при цьому речовина попелу виводиться через випускний патрубок. В іншому переважному способі заштовхування розділених частин купи соломи в камеру згоряння здійснюють ступінчасто, де частини купи соломи руйнуються зверху охолоджуючим водою регульованим крилом, і прискорюються знизу сходинками похилої рухомої колосникової решітки для розпушування соломи на похилій колосниковій решітці, де швидкість ступінчастого руху похилої колосникової решітки і відношення довжини ходу поршня до довжини кроку похилої рухомої колосникової решітки регулюють на основі щільності спресованої купи, що визначається вагою і вимірювальним пристроєм, при якому наявність палива на похилій рухомій колосниковій решітці в результаті розпушування соломи контролюють зверху оптичними датчиками, які, одночасно, контролюють швидкість на похилій рухомій колосниковій решітці, по заданій швидкості подачі подавального поршня і похилій рухомій колосниковій решітці, де у випадку недостатньої кількості палива на похилій рухомій колосниковій решітці швидкість подачі збільшують, а у випадку переповнення похилої рухомої колосникової решітки подачу палива припиняють, і подачу вторинного повітря перемикають з головного джерела вторинного повітря на форсунки допоміжного джерела вторинного повітря. Вищеописані недоліки пристрою для спалювання усуваються значною мірою за допомогою пристрою, що виконує спосіб підготовки і спалювання куп соломи в котлі для спалювання біомаси для одержання енергії за даним винаходом. Цей пристрій містить завантажувальну лінію, включаючи пристрої для зважування, вимірювання і розділення куп соломи, механізм подачі, а також камеру згоряння, в якій відбувається спалювання оброблених куп соломи. У переважному прикладі пристрою завантажувальна лінія містить горизонтальний конвеєр, що має зважувальний і вимірювальний пристрій, перекидний конвеєр, що розділяє механізм, утворений ножем для розділення куп соломи, подавальний поршень для переміщення обробленої купи до камери згоряння, а також камеру згоряння, частиною якої є охолоджувана водою заслінка, охолоджуваний водою тунель, охолоджуване водою регульоване крило, похилі рухомі колосникові решітки, в якому склепіння топки розташоване над передньою частиною похилої рухомої колосникової решітки, головне джерело вторинного повітря встановлене над центральною частиною похилої рухомої колосникової решітки, перший датчик встановлений над центральною частиною похилої рухомої колосникової решітки, і другий датчик встановлений над задньою частиною похилої рухомої колосникової решітки, є також форсунки допоміжного джерела вторинного повітря, і склепіння допалювання, в якому верхня і середня частина камери згоряння має охолоджувані водою стіни, а в задній її частині встановлений теплообмінник, при цьому в нижній частині камери згоряння на кінці похилої рухомої колосникової решітки є випускний отвір для топкового газу. Спосіб і пристрій за даним винаходом дають наступні переваги. Завдяки тому, що солома з частин розділеної купи гальмується зверху регульованим крилом, що охолоджується водою, і прискорюється знизу сходинками похилої рухомої колосникової решітки, солома на похилій рухомій колосниковій решітці розрихлюється і розпушується. Це сприяє її кращому згорянню. 2 UA 103649 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Потік палива постійної ваги постійно підтримується автоматично, за рахунок зміни часу очікування між активними ходами поршня на основі даних про зважування і вимірювання ступеня спресованості соломи в купі. Змінюючи співвідношення довжини ходу подавального поршня до довжини сходинки колосникової решітки, підтримується рівномірне розпушування соломи на похилій рухомій колосниковій решітці навіть у випадку різного ступеня первинної спресованості соломи в купі. З точки зору горючих властивостей соломи спалювання соломи здійснюється в камері згоряння, в якій є відповідна комбінація охолоджуваних і не охолоджуваних стін. Солома проштовхується через охолоджуваний тунель на рухому колосникову решітку, на якій вона займається під дією випромінювання від займистого склепіння. Поверхня соломи, що горить, аерується за рахунок руху колосникової решітки і потоку первинного повітря, і запалюється повітрям, що подається з-під колосникової решітки, а займисті леткі речовини, які вивільнилися підпалюються вторинним повітрям, що подається форсунками, які встановлені рядами над паливом в бічних охолоджуваних стінках центральної частини камери згоряння. Таким чином, солому спалюють в просторі, обмеженому знизу колосниковою решіткою, що охолоджуються повітрям, а з боків і зверху - охолоджуваними стінками теплообмінника. Умови для згоряння палива без його спікання утворюються шляхом достатніх розмірів простору згоряння, інтенсивним охолоджуванням полум'я стінками під дією руху колосникової решітки. Допалювання залишків палива відбувається завдяки ефектам випромінювання керамічного склепіння, встановленого в кінці колосникової решітки. З точки зору повноти згоряння, в камері згоряння встановлені датчики наявності палива на колосниковій решітці. При недостатній кількості палива на колосниковій решітці, швидкість подачі соломи збільшують, а при переповненні колосникової решітки паливом, подачу соломи припиняють і вторинне повітря для спалювання переносять на задні форсунки. Короткий опис креслень Далі йде докладніший опис даного винаходу з посиланнями на креслення, де: Фіг. 1А-1С - схематична ілюстрація подачі палива в камеру згоряння. Фіг. 2 - схематична ілюстрація простору спалювання, що показує розташування охолоджуваних і не охолоджуваних деталей, положення форсунок вторинного повітря і датчиків наявності палива на колосниковій решітці. Докладний опис На фіг. 1А, 1В і 1С схематично показана подача купи 1 соломи на похилу рухому колосникову решітку 11 камери 21 згоряння. На фіг. 1А показані окремі компоненти завантажувальної лінії. Завантажувальна лінія складається з горизонтального конвеєра 2, забезпеченого вагами 3 і вимірювальним пристроєм4 для зважування і вимірювання розмірів купи 1 соломи, а також з перекидного конвеєра 5, відокремлюючого механізму, утвореного ножем 6 для розділення купи 1 соломи, і подавального механізму, утвореного подавальним поршнем 7 для переміщення частин купи 1 соломи на похилу рухому колосникову решітку 11 камери згоряння. На фіг. 1А, крім того, показані компоненти камери згоряння, а саме, охолоджувана водою заслінка 8, охолоджуваний водою тунель 9, охолоджуване водою крило 10, і похила рухома колосникова решітка 11. На фіг. 2 схематично показана камера 21 згоряння. На лівій стороні камери 21 згоряння показаний охолоджуваний водою тунель 9, що утворює вхідну частину камери 21 згоряння, в якому стрілкою показаний напрямок подачі купи 1 соломи на похилу рухому колосникову решітку 11 камери 21 згоряння. Похила рухома колосникова решітка 11 проходить від вхідної частини діагонально вниз до патрубка 17 для виведення. Над передньою частиною похилої рухомої колосникової решітки 11 встановлене головне джерело 13 вторинного повітря і перший датчик 18, а над задньою частиною похилої рухомої колосникової решітки 11 встановлений другий датчик 19. Крім того, там же встановлені форсунки 20 допоміжного джерела вторинного повітря, і склепіння 15 допалювання, при цьому верхня і центральна частини камери 21 згоряння мають охолоджувані стіни 14, а в задній її частині встановлений теплообмінник 16, а в нижній частині на кінці похилої рухомої решітки 11 є патрубок 17 для виведення. Як показано на фіг. 1А, оператор поміщує купу 1 соломи на горизонтальний конвеєр 2, забезпечений вагами 3 і вимірювальним пристроєм 4 для визначення ваги і розмірів купи 1. Ця операція здійснюється при закритій охолоджуваній водою заслінці 8, щоб не впливати на реакцію горіння в камері 21 згоряння. Як показано на фіг. 1В, відокремлюючий ніж 6 спочатку заштовхується так, щоб купа соломи, підготовлена і повернута у вертикальне положення перекидним конвеєром 5, впала на дно лінії. 3 UA 103649 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Як показано на фіг. 1С, потім відокремлюючий ніж 6 відділяє частину купи 1, яку штовхає подавальний поршень 7 через відкриту охолоджувану водою заслінку 8, через охолоджуваний водою тунель 9 в камеру 21 згоряння. Заштовхування частин купи 1 здійснюється ступінчасто, при цьому солома пригальмовується зверху охолоджуваним водою регульованим крилом 10 і прискорюється знизу сходинками похилої рухомої колосникової решітки 11 і, таким чином, розпушується на похилій рухомій колосниковій решітці 11 камери згоряння. Відношення довжини ходу поршня 7 до довжини ходу похилої рухомої колосникової решітки 11 регулюють на основі щільності купи 1, що визначається її зважуванням і вимірюванням розмірів вагами 3 і вимірювальним пристроєм 4. Як показано на фіг. 2, пресована солома проштовхується через охолоджуваний водою тунель 9 на похилу рухому колосникову решітку 11, де вона займається під дією випромінювання від короткого підпалювального керамічного склепіння 12. Солома переміщується похилою рухомою колосниковою решіткою 11 до центральної частини камери 21 згоряння, де вона згоряє при підтримці вторинного повітря 13, що одночасно охолоджує охолоджуючі стіни 14 камери 21 згоряння. Незгорілі залишки соломи згорають на кінці похилої рухомої колосникової решітки 11 під дією керамічного склепіння 15 допалювання, що нагрівається зверху потоком гарячого топкового газу, що виходить з верхньої частини камери 21 згоряння в конвекційну частину теплообмінника 16. Попіл з похилої рухомої колосникової решітки 11 і з простору над керамічним склепінням 15 виводиться через випускний патрубок 17. На основі інформації від першого датчика 18 про кількість палива на похилій рухомій колосниковій решітці 11, регулюють швидкість подачі соломи на колосникову решітку 11. Інформація від другого датчика 19 про кількість палива на похилій рухомій колосниковій решітці 11 дозволяє зупинити подачу палива і перемкне подачу вторинного повітря на форсунки 30 допоміжного джерела вторинного повітря. Перелік позицій: 1 - купа соломи 2 - горизонтальний конвеєр 3 - ваги 4 - вимірювальний пристрій 5 - перекидний конвеєр 6 - відокремлюючий ніж, що утворює механізм розділення 7 - подавальний поршень, що утворює подавальний механізм 8 - охолоджувана водою заслінка 9 - охолоджуваний водою тунель 10 - охолоджуване водою регульоване крило 11 - похила рухома колосникова решітка 12 - підпалювальне склепіння 13 - основне джерело вторинного повітря 14 - стінки камери згоряння 15 - склепіння допалювання 16 - теплообмінник 17 - випускний патрубок для попелу 18 - перший датчик палива на колосниковій решітці 19 - другий датчик палива на колосниковій решітці 20 - форсунки допоміжного джерела вторинного палива 21 - камера згорання ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Спосіб підготовки і спалювання куп соломи в котлі для спалювання біомаси для отримання енергії, який включає етапи, на яких спочатку купу (1) соломи подають на завантажувальну лінію для автоматичного зважування і вимірювання розмірів, і потім переміщують для подальшої обробки на відокремлюючий механізм для розділення, і відокремлені частини купи (1) далі подають в камеру згоряння для фактичного спалювання, який відрізняється тим, що купу (1) соломи подають на горизонтальний конвеєр (2) завантажувальної лінії, за допомогою якого її переміщують на ваги (3) і вимірювальний пристрій (4), де здійснюють автоматичне зважування і визначення розміру, після чого купу (1) переміщують на перекидний конвеєр (5), за допомогою якого купу (1) переводять у вертикальне положення і подають на відокремлюючий механізм (6), де її розділяють відокремлюючим ножем на частини купи (1) попередньо 4 UA 103649 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 визначеного розміру, які далі на основі даних зважування і вимірювання розмірів, отриманих на вагах і вимірювальному пристрої (3, 4), подають регульованими ходами подавального поршня (7) через відкриту охолоджувану водою заслінку (8) в охолоджуваний водою тунель (9) і потім через охолоджуване водою регульоване крило (10) в камеру (21) згоряння на похилу рухому колосникову решітку (11), на якій поверхню розділених частин купи (1) соломи спочатку запалюють зверху випромінюванням підпалюваного склепіння (12) і знизу первинним повітрям, що проходить крізь похилу рухому колосникову решітку (11), яка далі переміщує ці частини до центральної частини камери (21) згоряння для згоряння при підтриманні вторинного повітря, яке подається основним джерелом (13) вторинного повітря, яким одночасно охолоджують охолоджувані стіни (14) камери (21) згоряння, причому незгорілі залишки соломи допалюють на кінці похилої рухомої колосникової решітки (11) за допомогою випромінювання допалюючого склепіння (15), що нагрівається зверху потоком гарячого топкового газу, який відводиться з верхньої частини камери (21) згоряння в конвекційну частину теплообмінника (16), і потім золу виводять через патрубок (17). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заштовхування відокремлених частин купи (1) соломи в камеру (21) згоряння здійснюють ступінчасто, при цьому солому відокремлених частин купи (1) пригальмовують зверху охолоджуваним водою регульованим крилом (10) і прискорюють знизу сходинками похилої рухомої колосникової решітки (11) для розпушування соломи на похилій рухомій колосниковій решітці (11), при цьому швидкість ступінчастої подачі похилої рухомої колосникової решітки (11) і відношення довжини ходу поршня (7) до довжини ходу похилої рухомої колосникової решітки (11) регулюють на основі щільності купи (1), визначеної вагами і вимірювальним пристроєм (3 і 4), при цьому наявність палива на похилій рухомій колосниковій решітці (11) в результаті розпушення соломи контролюють зверху оптичними датчиками (18, 19), які одночасно контролюють швидкість руху палива на похилій рухомій колосниковій решітці (11) за швидкістю ступінчастої подачі подавального поршня (7) похилої рухомої колосникової решітки (11), при цьому в разі недостатньої кількості палива на похилій рухомій колосниковій решітці (11) швидкість подачі збільшують, а при переповненні похилої рухомої колосникової решітки (11) подачу палива припиняють і подачу вторинного повітря перемикають з основного джерела (13) вторинного повітря на форсунки (20) допоміжного джерела вторинного повітря. 3. Пристрій для здійснення способу підготовки і спалювання купи соломи в котлі для спалювання біомаси для отримання енергії за п. 1 або 2, який містить завантажувальну лінію, що містить пристрої для зважування, вимірювання та розділення куп (1) соломи, і включає подавальний механізм, який, крім того, містить камеру згоряння, в якій відбувається згорання обробленої купи (1) соломи, який відрізняється тим, що завантажувальна лінія містить горизонтальний конвеєр (2), забезпечений вагами (3) і вимірювальним пристроєм (4), перекидний конвеєр (5), відокремлюючий механізм (6), утворений ножем для розділення куп (1) соломи, подавальний поршень (7) для переміщення розділених частин купи (1) соломи до камери (21) згоряння, частиною якої є охолоджувана водою заслінка (8), охолоджуваний водою тунель (9), охолоджуване водою регульоване крило (10), похилу рухому колосникову решітку (11), при цьому над передньою частиною похилої рухомої колосникової решітки (11) розташоване підпалювальне склепіння (12), над центральною частиною похилої рухомої колосникової решітки (11) встановлене основне джерело (13) вторинного повітря, над центральною частиною похилої рухомої колосникової решітки (11) встановлений перший датчик (18), а над задньою частиною похилої рухомої колосникової решітки (11) встановлений другий датчик (19), при цьому над задньою частиною похилої рухомої колосникової решітки (11) також встановлені форсунки (20) допоміжного джерела вторинного повітря і склепіння (15) допалювання, при цьому у верхній і центральній частині камери (21) згоряння є охолоджувані стіни (14), а в задній частині камери (21) згоряння встановлений теплообмінник (16), при цьому в кінці похилої рухомої колосникової решітки (11) із золою є патрубок (17) для виведення продуктів згоряння. 5 UA 103649 C2 6 UA 103649 C2 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 7