Изобретение относится к горелке для твердого топлива и способу сжигания топлива, который применим в тепловых установках котлов, технологических 5 устройствах или установках для генерирования окиси углерода.

Известно три типа горелок с автоматической подачей топлива, для которых характерно горение с пламенем в кипящем слое или на поверхности топлива.

Типы этих горелок детально описаны в публикации «Wood реllеts in Finland - tесhпоlоgу, есопоmу апd market», Аlаkапgаs.Е., Раju P. (Jуvаkуlа VTT Рrосеssеs,

10 2002).

В горелках первого типа топливо засыпают сверху на колосники, выполненные в виде тарелок. Это используется в каминах. Конструкциям этого типа присущи проблемы со смолой, и они требуют частой чистки, поскольку ненагретые гранулы быстро попадает в зону горения, что уменьшает температуру горения и 15 приводит к образованию смолы.

В горелках второго типа топливо подают снизу, при этом образуется горка топлива, на которую дуют воздух. Здесь недостатки проявляются при остановке горения. В режиме ожидания выделяется смола, которая под действием температуры углей из нижнего слоя топлива испаряется несгоревшей и конденсирует- Ю ся на теплообменных поверхностях котла. Поток воздуха из горелки иногда выдувает частички угля, и дальнейшая работа горелки не обеспечивает сжигания смолы и угля, отложившихся на поверхностях, поэтому требуется частый технический уход.

В горелках третьего типа осуществляют горизонтальную подачу топлива на

!5 колосники, выполненные в виде наклонного пола, где по всей длине горелки снизу подают воздух. По достижении температуры 300 ⁰ C при подаче воздуха на поверхности начинают гореть летучие вещества, образуя трудносжигаемые или несжигаемые вещества (продукты полного сгорания): углекислый газ, водяной пар и смолу, препятствуя, тем самым, полезному вторичному горению в газах.

0 Горелки такого типа описаны в патентных заявках EP2032896 (F23B40/06), «A реllеt burner» и EP1950272 (C10JЗ/30), «Method апd dеviсе fоr thеrmаl сопvеrsiоп оf реllеts оr wооd chippings».

В упомянутых устройствах топливо сжигают на поверхности, несгоревшие продукты в виде газов и паров пытаются сжечь при помощи дополнительного воздуха и удлиненного пламени, однако в этой горючей смеси имеется много продуктов полного сгорания или трудносжигаемых веществ, например, смол, поэтому горение часто является неполным, и оборудование котельных надо очищать от смолистых отложений и копоти.

Целью изобретения является разработка горелки, обеспечивающей полно- ценный процесс вторичного или окончательного сжигания без образования отложений, таких как смолы

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения достигается путем создания горелки для сжигания твердого топлива (см. описание конструктивных вариантов горелки в п. п. 1-5 форму- лы изобретения), который содержит корпус и выполненный в его верхней части загрузочный люк, причем в верхней части корпуса размещены воздушные форсунки, находящиеся над топливом, и в нижней части корпуса или в полу размещены воздушные форсунки, находящиеся под топливом, для образования отдельных потоков воздуха над топливом и под топливом. Горелка отличается тем, что размещенные в нижней части корпуса воздушные форсунки, содержащие ввод воздуха, расположены в конце выпуска. Кроме того, пол, находящийся в нижней части корпуса, размещен с наклоном, и этот пол может быть подвижным, еще больше улучшая продвижение топлива в горелке. Дополнительно к этому, в верхней части корпуса, за воздушными форсунками, размещенными в верхней части корпуса, могут быть размещены форсунки воздуха окисления или верхнего воздуха, такое решение уменьшает температуру в зоне форсунок. Еще можно использовать в качестве верхней форсунки загрузочный люк. Это позволяет транспортировать топливо вместе с верхним воздухом, подача которого обеспечивается с помощью пневматического транспортного устройства, снаб- женного воздухопроводом, дозатором, вентилятором и емкостью. Дополнительно к этому для достижения цели изобретения разработан способ (см. описание вариантов способа в п. п. 6-10 формулы изобретения) сжигания твердого топлива, отличающийся тем, что загруженное в корпус горелки топливо нагревают излучением теплоты горения пламени, в результате чего происходит пиролиз. Вновь загружаемое топливо перемещает ранее загруженное нагретое топливо к размещенным в нижней части горелки форсункам, воздухом из которых продувают накаленный слой топлива, в результате чего происходит неполное сгорание. Образовавшиеся в результате неполного сгорания газообразные вещества и пары смешиваются с верхним воздухом, который за- ранее подавался из загрузочного люка или форсунок, обеспечивая дальнейшее горение с пламенем. Кроме того, при размещении верхних форсунок ближе к концу горелки за нижними форсунками пламя отдаляется от топлива. Причем, если скорость подачи топлива существенно превышает способность горелки сжигать все топливо, из горелки выдаются раскаленные (нагретые) угли. Допол- нительно к этому пламя отводят вниз через слой углей, обеспечивая генерирование окиси углерода и водорода. Кроме того, с целью генерирования «вoдянo- го гaзa» или «cинтeз-гaзa» во время процесса горения подводят водяной пар или водяной пар вместе с кислородом до допустимого уровня стабильного горения. Далее сущность изобретения объясняется более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены: Фиг. 1 - Первый вариант горелки.

Фиг. 2 - Второй вариант горелки с наклонным полом и отдаленным горением. Фиг. 3 - Третий вариант горелки - газовый генератор.

Фиг. 4 - Строение форсунки нижнего воздуха.

Фиг. 5 - Механизмы подачи топлива: а) прямо в горелку, в) пневмотранспортом;

1- корпус горелки, 2- форсунка нижнего воздуха, 3- ввод нижнего воздуха, 4- загрузочный люк топлива, 5- пол горелки, 6- зола, 7- жаровая труба, 8- форсунки верхнего воздуха, 9- бункер, 10- шнековый транспортер, 11- воздушный затвор, 12- вентилятор, 13- трубопровод пневматического транспорта, 14- вертикальная шахта, 15- колосники, 16- выхлопная труба генераторного газа, 17- топливо, 18- угли. Горелка (фиг. 1) содержит горизонтальный корпус 1 с плоским полом 5 и сводом над ним. В начальной части горелки сверху выполнен люк 4 для загрузки гранул, который используют также как ввод 8 верхнего воздуха. В полу у конца выпуска горелки выполнены форсунки для ввода нижнего воздуха. Жаровая труба 7, из которой выходит пламя, соответствует конструктивным размерам оборудования котла. Форсунки нижнего воздуха 2 изготовлены из керамики и соединены металлической трубой, образующей ввод нижнего воздуха 3.

Горелка этого варианта работает следующим образом: подаваемое топливо попадает в горелку через загрузочный люк 4, который служит также вводом 8 верхнего воздуха, на полу 5 топливо 17 сначала получает нагрев от излучения от пламени горения, и происходит пиролиз; вновь загружаемое через загрузочный люк 4 топливо перемещает ранее загруженное нагретое топливо к концу горелки, где размещены воздушные форсунки 2; воздушный поток обеспечивает горение, и при избытке топлива газы и пары смешиваются с верхним воздухом; у жаровой трубы 7 начинается горение с пламенем. У этой конструкции горелки имеется сходство с третьим типом ранее описанных горелок, но есть отличие в способе подачи нижнего воздуха, которое полностью меняет схему и результаты горения.

Второй вариант горелки для топлива с большим содержанием зольных веществ (фиг. 2) содержит горизонтальный корпус 1 с наклонным полом 5 и сво- дом над ним. В начальной части горелки сверху выполнен люк 4 для загрузки топлива, в полу у конца выпуска горелки выполнены форсунки 2 для ввода нижнего воздуха, из которых воздух выходит в горизонтальном направлении. К жаровой трубе 7 подключен ввод 8 верхнего воздуха или воздуха окисления. Во время горения наклон пола 5 способствует перемещению топлива, размещение нижних воздушных форсунок 2 распределяет концентрацию температуры, при этом остается место для золы под форсунками. Зону пламени отдаляют, вводя верхний воздух через отдельный ввод 8 верхнего воздуха в жаровую трубу 7. Таким образом обеспечивается по возможности более низкая температура в топке, уменьшается спекание золы и шлака в случае использования низкокаче- ственного топлива.

К третьему варианту горелки - газогенератору (фиг. 3) присоединена вертикальная шахта 14 с колосниками 15 для улавливания углей 18 и выхлопная труба 16 генераторных газов. Горелка газогенератора отличается скоростью подачи гранулированного топлива, которая заставляет несгоревшие, но уже обуг- ленные гранулы высыпаться из горелки в вертикальную шахту на колосники. Пламя в горелке проходит через слой углей и генерирует горючие газы.

Загрузку топлива в топку в зависимости от мощности горелки и количества топлива осуществляют при помощи гравитации, механической подачей или объединяя оба этих варианта подачи. Механическая подача возможна с помощью шнекового конвейера путем ввода топлива через загрузочный люк 4 или напрямую в горелку (фиг.ба), с помощью передвижного затвора через загрузочный люк или напрямую в горелку, или с помощью пневмотранспортера (фиг.δв), который из бункера (9) с помощью шнекового конвейера и ротационного запорного клапана 11 дозирует количество гранул. Вентилятор 12 через воздухопро- вод 13 транспортирует к загрузочному люку гранулы вместе с верхним воздухом горелки.