Устройство для сжигания твердого топлива
Устройство для сжигания твердого топлива относится к теплоэнергетике, и может быть использовано при изготовлении паровых и водогрейных котлов. Устройство включает топку, ограниченную с боков водотрубными теплообменными экранами, подключенными к соответствующим горизонтальным верхним и нижним коллекторам, топливный бункер с коническим (в плане) днищем и выполненным в нем выпускным отверстием, дозатор топлива, наклонный питатель, сопряженный одной стороной с топливным бункером, наклонную решетку с поперечными воздушными зазорами, образованными металлическими пластинами, установленными с перехлестом, камеру выгорания летучих веществ, сообщенную с топкой, воздуховод первичного дутья, подключенный к вентилятору и золошлакоуловитель, размещенный в нижней части топки. С целью упрощения конструкции, увеличения срока службы и повышения экологической безопасности устройства, задняя стенка и верхняя часть передней стенки топки также образованы водотрубными теплообменными экранами, подключенными снизу и сверху к соответствующим горизонтальным коллекторам, топливный бункер размещен над наклонным питателем перед передним экраном так, что его коническое днище находится под нижним краем последнего, скошенная стенка днища обращена к топочному пространству и газоплотно соединена с передним экраном с образованием нижней части передней стенки топки, а пространство между скошенной стенкой днища бункера и рабочей поверхности наклонного питателя представляет собой основание камеры выгорания летучих веществ, наклонные питатель, решетка и золошлакоуловитель выполнены заодно из водоохлаждаемых труб, установленных с зазором относительно друг друга и подключенных, соответственно, к дополнительному горизонтальному коллектору и нижнему коллектору заднего экрана, при этом зазоры между водоохлаждаемыми трубами наклонного питателя и боковой стенки золошлакоуловителя газоплотно перекрыты проставками, металлические пластины к водоохлаждаемым трубам решетки приварены под углом 35-40° к горизонтальной плоскости на расстоянии 5-10 мм друг от друга с образованием щелевидных сопел, обращенных к нижней (по ходу топлива) части решетки, угол наклона питателя и решетки к горизонтальной плоскости составляет 45-55°, дополнительный горизонтальный коллектор соединен перепускной
трубой с нижним горизонтальным коллектором переднего экрана, а топка дополнительно снабжена трубопроводами вторичного и дополнительного дутья, размещенными, соответственно, над наклонной решеткой в зоне горения и под решеткой золошлакоуловителя и подключенными к вентилятору.
Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно, к устройствам для сжигания твердого топлива и может быть использована в водогрейных и паровых котлах.
Известно устройство для сжигания твердого топлива, включающее топку, ограниченную водотрубными теплообменными панелями, сообщенными с соответствующими верхними и нижними коллекторами, топливный бункер, наклонный питатель, колосниковую решетку, снабженную вибраторами. См. SU, №1592667, 03.04.87.
В известном устройстве колосниковая решетка представляет собой дорогостоящую громоздкую чугунную конструкцию, трудоемкую в изготовлении. Кроме того, вследствие постоянного воздействия высоких температур при сгорании на ней угля, срок службы решетки невелик. Следует отметить также, что во избежание спекания угля и зашлаковывания решетки, а также для перемещения вдоль нее топлива, решетка оснащена вибраторами, что усложняет устройство. К тому же наличие движущихся механизмов всегда снижает надежность работы устройства.
Недостатком устройства является также повышенное содержание вредных летучих веществ в дымовых газах.
Известно также устройство для сжигания твердого топлива, наиболее близкое к заявляемому по технической сущности (прототип). См. RU, 2202733 С2, 27.07.2000.
Известное устройство включает топку, ограниченную с боков водотрубными теплообменными экранами, подключенными к соответствующим верхним и нижним коллекторам, топливный бункер с коническим днищем и выполненным в нем выпускным отверстием, наклонный питатель, сопряженный одной стороной с топливным бункером, наклонную решетку с поперечными воздушными зазорами, образованными металлическими пластинами, установленными с перехлестом, камеру выгорания летучих веществ, сообщенную с топкой, воздуховод первичного дутья, подключенный к вентилятору и золошлакоуловитель, размещенный в нижней (по ходу топлива) части топки.
В известном устройстве имеется камера выгорания летучих веществ, соединенная с корпусом шнекового питателя, что позволяет осуществить выгорание химических летучих веществ перед подачей топлива на решетку, исключая тем самым химический недожог. Однако упомянутая камера выполнена в виде обращенного к центру топки конфузора с прорезями для подачи воздуха на горение, которое происходит в промежутках между кусками топлива в замкнутом стенками конфузора пространстве. При этом температура в камере достигает до 1600°С. При такой температуре происходит интенсивное образование окислов азота NOx , которые с дымовыми газами попадают в атмосферу, что, в сущности, вреднее химического недожога.
В известном устройстве наклонная решетка выполнена из стальных пластин и значительно проще чугунной колосниковой решетки и более долговечна, однако без специальной системы охлаждения срок службы ее недостаточен. Кроме того угол наклона решетки составляет 2-20°, что значительно ниже угла естественного откоса топлива, и для обеспечения перемещения топлива по решетке и предотвращения ее зашлаковывания дополнительно установлены вибраторы с приводом. Это усложняет устройство и снижает надежность его работы, из-за наличия дополнительных движущихся механизмов. Следует отметить также, что в известном устройстве топливный бункер размещен ниже уровня колосниковой решетки под питателем, а в качестве питателя и дозатора топлива использован шнековый транспортер с приводом. Это усложняет и удорожает устройство. К тому же, как отмечено выше, наличие движущихся узлов снижает надежность работы устройства.
Задачей полезной модели является создание простого по конструкции, долговечного и экологически безопасного устройства.
Указанная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем топку, ограниченную с боков водотрубными теплообменными экранами, подключенными к соответствующим горизонтальным верхним и нижним коллекторам, топливный бункер с коническим днищем и выполненным в нем выпускным отверстием, дозатор топлива, наклонный питатель, сопряженный одной стороной с топливным бункером, наклонную решетку с поперечными воздушными зазорами, образованными металлическими пластинами, установленными с перехлестом, камеру выгорания летучих веществ, сообщенную с топкой, воздуховод первичного дутья, подключенный к вентилятору и золошлакоуловитель, размещенный в нижней части топки,
согласно полезной модели, задняя стенка и верхняя часть передней стенки топки также образованы водотрубными теплообменными экранами, подключенными снизу и сверху к соответствующим горизонтальным коллекторам, топливный бункер размещен над наклонным питателем перед передним экраном так, что его коническое днище находится под нижним краем последнего, скошенная стенка днища обращена к топочному пространству и газоплотно соединена с передним экраном с образованием нижней части передней стенки топки, а пространство между скошенной стенкой днища бункера и рабочей поверхностью наклонного питателя представляет собой основание камеры выгорания летучих веществ, наклонные питатель, решетка и золошлакоуловитель выполнены заодно из водоохлаждаемых труб, установленных с зазором относительно друг друга и подключенных, соответственно, к дополнительному горизонтальному коллектору и нижнему коллектору заднего экрана при этом зазоры между водоохлаждаемыми трубами наклонного питателя и боковой стенки золошлакоуловителя газоплотно перекрыты проставками, металлические пластины к водоохлаждаемым трубам решетки приварены под углом к горизонтальной плоскости с образованием щелевидных сопел, обращенных к нижней (по ходу топлива) части решетки, угол наклона питателя и решетки к горизонтальной плоскости составляет 45-55°, дополнительный горизонтальный коллектор соединен перепускной трубой с нижним горизонтальным коллектором переднего экрана, а топка дополнительно снабжена трубопроводами вторичного и дополнительного дутья, размещенными, соответственно, над наклонной решеткой в зоне горения и под решеткой золошлакоуловителя и подключенными к вентилятору. При этом:
- угол наклона прямоугольных пластин к горизонтальной плоскости составляет 35-40°;
- пластины к водоохлаждаемым трубам решетки приварены на расстоянии 5-10 мм друг от друга;
- золошлакосборник образован нижней (по ходу топлива) частью решетки, отогнутой в виде кармана;
- топливный бункер установлен вплотную к переднему экрану топки, а с нижним краем последнего газоплотно соединена верхняя кромка конического днища;
- в качестве дозатора топлива использован шибер.
В дальнейшем полезная модель поясняется кратким описанием примера ее конкретного выполнения и чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид предлагаемого устройства (вертикальный разрез), на фиг.2 - наклонная решетка (вид сбоку). Устройство для сжигания твердого топлива содержит топку 1, ограниченную со всех сторон водотрубными экранами 2, сообщенными с соответствующими верхними и нижними коллекторами 3, топливный бункер 4, размещен перед экраном 2 топки 1 выше уровня решетки 5, установленной под углом 
45-55° к горизонтали. Топливный бункер 4 имеет коническое (в плане) днище 6 с выпускным отверстием 7, в котором размещен дозатор топлива, выполненный в виде шибера 8 под днищем 6 топливного бункера 4 установлен наклонный питатель 9 для подачи топлива на наклонную решетку 5. Угол наклона питателя 9 одинаков с углом наклона решетки 5 и составляет 45-55°, что соответствует углу естественного откоса для разных видов топлив. При <45° перемещение топлива по питателю 9 и решетке 5 самотеком будет затруднено. При >45° скорость перемещения топлива по питателю 9 и решетке 5 будет излишне высокой, что приведет к его (топлива) неполному сгоранию. Наклонные питатель 9 и решетка 5 и золошлакосборник 10 выполнены заодно из водоохлаждаемых труб, подключенных верхним концом к дополнительному горизонтальному коллектору 11, а нижним - к нижнему горизонтальному коллектору 3 заднего экрана топки 1. Дополнительный горизонтальный коллектор 11 связан перепускной трубой (не показано) с нижним горизонтальным коллектором 3 переднего экрана 2 топки 1. Водоохлаждаемые трубы наклонных питателя 9 и решетки 5 и золошлакосборника 10 установлены с зазором относительно друг друга. При этом зазоры между трубами наклонного питателя 9 газоплотно перекрыты проставками (не показано), а к водоохлаждаемым трубам наклонной решетки 5 приварены с перехлестом на расстоянии L=5-10 мм друг от друга поперечные металлические пластины 12. Упомянутые пластины 12 приварены к трубам под углом 
к горизонтальной плоскости, составляющим 35-40°, с образованием щелевидных сопел, обращенных к нижней (по ходу топлива) части наклонной решетки 5, что позволяет, во-первых обдувать золу с комочков топлива, а во-вторых - способствует перемещению топлива вдоль решетки, исключая ее зашлаковывание. Предельные значения размеров L и углов наклона определены расчетным путем и экспериментально.
При <35° площадь поперечного проходного сечения сопел будет больше, а скорость воздушных потоков (при неизменном давлении) соответственно
меньше расчетного предельного нижнего ее значения. Уменьшение скорости воздушных потоков вызовет уменьшение скорости перемещения топлива по наклонной решетке 5, ниже допустимого предела, что может привести к ее (решетки 5) зашлаковыванию.
При >40°, площадь проходного сечения воздушных сопел уменьшается, что, при неизменном давлении, приведет к излишнему увеличению скорости воздушных потоков, а, следовательно, к увеличению скорости перемещения топлива и его неполному сгоранию. К тому же, как установлено экспериментально, при >40° и при L<5 мм затруднено приваривание металлических пластин 12 к трубам, ухудшается и качество швов.
При L>10 мм, комочки топлива могут проваливаться в сопла, к тому же площадь их (сопел) сечения будет больше, чем необходимо для поддержания требуемой скорости воздуха.
В лучшем варианте выполнения устройства топливный бункер 4 установлен вплотную к переднему экрану 2 топки 1, верхняя кромка его конического днища 6 газоплотно соединена с нижним краем переднего экрана 2 топки 1, а вершина плотно примыкает к наклонному питателю 9, так что наклонная поверхность обращенной к топке 1 стороны конического днища 6 и рабочая поверхность наклонного питателя 9 образуют основание камеры выжигания летучих веществ 13, пространство которой частично совмещено с пространством топки 1, и не замкнуто боковыми стенками, как в известном устройстве-прототипе.
Длина питателя 9 и решетки 5 рассчитана известным образом и по известным зависимостям исходя из размеров топки и количества топлива, сжигаемого за рабочий цикл.
Золошлакосборник 10 выполнен заодно с наклонной решеткой 5 из водоохлаждаеых труб, которые отогнуты от плоскости решетки 5 с образованием кармана. Размеры его рассчитываются известном образом, и зависят от количества шлака, образующегося за рабочий цикл.
Выполнение наклонных питателя 9 и решетки 5 и шлакосборника 10 заодно из водоохлаждаемых труб значительно, во много раз, повышает срок их службы и упрощает устройство.
Трубопровод 14 первичного дутья подведен под наклонную решетку 5, трубопровод 15 вторичного дутья размещен над колосниковой решеткой, для обеспечения горения топлива.
Трубопровод 16 дополнительного дутья поведен под решетку золошлакоуловителя для дожигания коксового остатка.
Все трубопроводы 14, 15, 16 подключены к вентилятору (не показано).
Устройство работает следующим образом:
В исходном состоянии шибер 8 перекрывает выпускное отверстие 7, подачи топлива нет, вентилятор (не показано) выключен. Перед началом работы включают вентилятор (не показано), воздух, по трубопроводу 14 первичного дутья, начинает поступать под наклонную решетку 5, а по трубопроводам 15, 16 вторичного и дополнительного дутья, соответственно, в топочное пространство и под решетку золошлакосборника.
Шибер 8 сдвигают на требуемую величину и твердое топливо самотеком поступает на наклонный питатель 9 и с расчетной скоростью, определяемой углом наклона питателя и сыпучестью топлива, начинает перемещаться по питателю 9 и воспламеняется за счет розжига. Воздух, поступающий по трубопроводам 14, 15 обеспечивает горение. При этом в основании камеры 13 под действием температуры начинается интенсивная эмиссия летучих веществ и их выгорание.
Летучие вещества, не успевшие сгореть, догорают в пространстве топки 1. Т.к. наклонный питатель 9 является одной из стенок основания упомянутой камеры 13 выгорания и выполнен заодно с наклонной решеткой 5, то пространство камеры выгорания совмещено в большей части с пространством топки 1 без ограничивающих объем камеры выгорания дополнительных стенок, а следовательно, в ней, как и в топке 1 температура при горении топлива не превышает 1100-1200°С, что препятствует (в отличие от прототипа) образованию окислов азота - одной из самых вредных составляющих дымовых газов, обеспечивая тем самым экологическую безопасность устройства.
Далее под действием собственного веса твердое топливо, перемещаясь по питателю 9, поступает на наклонную решетку 5, где продолжается его (топлива) горение.
При этом воздух, поступающий через образованные металлическими пластинами 12 щелевидные сопла, благодаря их наклону обдувает золу, интенсифицируя тем самым процесс горения, способствует перемещению топлива по решетке, предотвращает ее зашлаковывание. Образующийся шлак самотеком, благодаря наклону решетки 5, поступает в золошлакосборник 13, где воздух, поступающий
по трубопроводу 16 дополнительного дутья, обеспечивает дожигание коксового остатка.
Таким образом, выполнение наклонных питателя и решетки, а также золошлакосборник заодно из водоохлаждаемых труб позволяет значительно упростить конструкцию устройства, повысить его долговечность и надежность.
Размещение топливного бункера над питателем, выполнение питателя и решетки наклонными под углом 45-55°, и наклон пластин под углом 35-40° к горизонтали обеспечивают перемещение топлива самотеком без зашлаковывания решетки, что также упрощает устройство.
Использование рабочей поверхности наклонного питателя и сопряженной с ней, обращенной к топке стенки конического днища топливного бункера в качестве основания камеры сгорания и частичное совмещение ее пространства с ограниченным экранами пространством топки позволяет упростить и удешевить устройство и обеспечить выжигание летучих веществ без выделения при этом окислов азота, повышая тем самым экологическую безопасность устройства.
1. Устройство для сжигания твердого топлива, включающее топку, ограниченную с боков водотрубными теплообменными экранами, подключенными к соответствующим верхним и нижним коллекторам, топливный бункер с коническим (в плане) днищем и выполненным в нем выпускным отверстием, дозатор топлива, наклонный питатель, сопряженный одной стороной с топливным бункером, наклонную решетку с поперечными воздушными зазорами, образованными металлическими пластинами, установленными с перехлестом, камеру выгорания летучих веществ, сообщенную с топкой, воздуховод первичного дутья, подключенный к вентилятору и золошлакоуловитель, размещенный в нижней части топки, отличающееся тем, что задняя стенка и верхняя часть передней стенки топки также образованы водотрубными теплообменными экранами, подключенными снизу и сверху к соответствующим горизонтальным коллекторам, топливный бункер размещен над питателем перед передним экраном так, что его днище находится под нижним краем последнего, скошенная стенка днища обращена к топочному пространству и газоплотно соединена с передним экраном с образованием нижней части передней стенки топки, при этом скошенная стенка днища бункера и рабочая поверхность наклонного питателя представляют собой основание камеры выгорания летучих веществ, наклонные питатель, решетка и золошлакоуловитель выполнены заодно из водоохлаждаемых труб, установленных с зазором относительно друг друга и подключенных, соответственно, к дополнительному горизонтальному коллектору и нижнему коллектору заднего экрана, при этом зазоры между водоохлаждаемыми трубами наклонного питателя и боковой стенки золошлакоуловителя газоплотно перекрыты проставками, металлические пластины к водоохлаждаемым трубам решетки приварены под углом к горизонтальной плоскости с образованием щелевидных сопел, обращенных к нижней (по ходу топлива) части решетки, угол наклона питателя и решетки к горизонтальной плоскости составляет 45-55°, дополнительный горизонтальный коллектор соединен перепускной трубой с нижним горизонтальным коллектором переднего экрана, а топка снабжена трубопроводами вторичного и дополнительного дутья, размещенными, соответственно, над наклонной решеткой в зоне горения и под решеткой золошлакосборника и подключенными к вентилятору.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклона прямоугольных пластин к горизонтальной плоскости составляет 35-40°.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластины к водоохлаждаемым трубам решетки приварены на расстоянии 5-10 мм друг от друга.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что золошлакосборник образован нижней (по ходу топлива) частью решетки, отогнутой в виде кармана.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что топливный бункер установлен вплотную к переднему экрану топки, а с нижним краем последнего газоплотно соединена верхняя кромка конического днища.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве дозатора топлива использован шибер.
