EA016403B1 - Method for combustion solid fuel and device therefor - Google Patents

Abstract

Method for combustion solid fuel and a device therefor relates to heat engineering, in particular, to furnace assemblies with a one-way forced air blow-in and can be applied in heating buildings and different-purpose structures, garbage burning and also solid combustible materials. The invention is aimed at enhancement effectiveness of solid fuel combustion and reducing ash content and toxicity of reused flue gas. The assigned inventive task is characterized in that in the method of combustion solid fuel comprising fuel and air supply downright to the combustion zone where a primary-hot bed is formed, gaseous combustion remains are discharged into atmosphere through a heat exchanger and solid remains are removed from under the combustion zone, wherein an overpressure is created in the combustion zone. A device for combustion solid fuel comprises a housing, a solid fuel receiver with an inlet for its supply to a furnace consisting of a combustion chamber with a channel of forced oxygen-containing g mixture and a grate, a heat exchange chamber with a heat exchanger communicated with a flue pipe, an ash chamber with an ash collector, the combustion chamber is arranged with an annular gap in the ash chamber made together with the heat exchange chamber.

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способам сжигания твердого топлива и топочным устройствам с односторонним принудительным поддувом, и может найти применение при отоплении зданий и сооружений твердым топливом.The invention relates to the field of power engineering, in particular to methods of burning solid fuel and combustion devices with one-sided forced blowing, and can be used for heating buildings and structures with solid fuel.

Известен способ сжигания и сухой перегонки твердого топлива (патент РФ № 2319065, Р23В 30/00, опубл. 10.03.2008 г.), который включает помещение порции топлива в камеру, нагревание его до температуры выхода летучих веществ, разделение паровой и твердой фаз и сжигание последней в топке, причем перед помещением топлива в камеру ее нагревают изнутри выше температуры, при которой происходит выход основной массы летучих веществ, а помещение топлива в камеру сопровождают ударением его о стенки камеры.There is a method of burning and dry distillation of solid fuel (RF patent No. 2319065, Р23В 30/00, published on March 10, 2008), which includes placing a portion of the fuel in a chamber, heating it to a temperature of volatile matter, separating the vapor and solid phases and burning the latter in the furnace, whereby before placing the fuel in the chamber, it is heated from the inside above the temperature at which the main mass of volatile substances escapes, and the placement of the fuel in the chamber is accompanied by its stress on the chamber walls.

Недостатком описанного способа сжигания твердого топлива является его сложность, обусловленная многооперационностью подготовки топлива к фазе горения.The disadvantage of the described method of burning solid fuel is its complexity, due to the multi-operational preparation of the fuel to the combustion phase.

Наиболее близким к заявленному способу является способ сжигания твердого топлива и устройство для его осуществления (патент РФ № 2294483, Р23В 40/00, Р23С 5/08 , опубл. 27.02. 2007 г.). Согласно этому способу перед сжиганием топливо сортируют на заданные размеры либо гранулируют. Топливо и воздух подают в зону горения по заранее заданному алгоритму, обеспечивающему мощность топки и полноту сгорания топлива. Газовые остатки горения отводят в атмосферу через теплообменник, а твердые остатки - в золосборник. Топливо в зону горения подают вместе с воздухом снизу вверх. Твердые остатки, шлак и зола, автоматически удаляются из зоны горения подаваемыми в нее топливом и воздухом, которые при этом подогреваются верхними слоями шлака и золы.The closest to the claimed method is a method of burning solid fuel and a device for its implementation (RF patent No. 2294483, Р23В 40/00, Р23С 5/08, publ. 27.02. 2007). According to this method, before burning, the fuel is sorted to the specified dimensions or granulated. Fuel and air are supplied to the combustion zone according to a predetermined algorithm that ensures the power of the firebox and the complete combustion of fuel. Gas residues of combustion are discharged to the atmosphere through a heat exchanger, and solid residues to the ash collector. The fuel in the combustion zone is served with air from the bottom up. Solid residues, slag and ash are automatically removed from the combustion zone by the fuel and air supplied to it, which are heated by the upper layers of slag and ash.

Время между периодами подачи топлива в топку определяют из зависимости, чтобы образовавшиеся твердые остатки своевременно заменялись новым топливом.The time between the periods of fuel supply to the furnace is determined from the dependence, so that the formed solid residues are replaced in a timely manner by new fuel.

Устройство для осуществления способа сжигания твердого топлива содержит бункер для твердого топлива, теплообменник, топку, устройства подачи топлива и воздуха в топку, золосборник, блок управления (контроллер), датчики температуры, электрические приводы и вертикальную горелку, выполненную в виде оболочки усеченного конуса с отверстиями для прокачки воздуха и соединенную узкой стороной с устройством подачи топлива и воздуха, представляющего собой коллектор, соединенный с вентилятором. При этом устройство подачи топлива снабжено шнековым конвейером, часть трубы которого, находящаяся в коллекторе, снабжена отверстиями для воздуха.A device for implementing the method of burning solid fuel contains a hopper for solid fuel, a heat exchanger, a firebox, fuel and air supply devices to the furnace, a ash collector, a control unit (controller), temperature sensors, electric drives and a vertical burner made in the form of a truncated cone shell with holes for pumping air and connected by a narrow side with a fuel supply device and air, which is a collector connected to the fan. At the same time, the fuel supply device is equipped with a screw conveyor, a part of the pipe of which in the manifold is provided with air holes.

Недостатком описанного способа сжигания твердого топлива и устройства для его осуществления является низкая эффективность процесса горения, так как нижняя подача в топку топлива с воздухом и непосредственный выход пиролизных газов через дымоход, выполненный в ее потолочной части, не позволяют создать постоянно горящий слой для полного сгорания порционно поступающего топлива, что влечет повышенную зольность и токсичность утилизируемых топочных газов.The disadvantage of the described method of burning solid fuel and a device for its implementation is the low efficiency of the combustion process, since the lower supply of fuel with air to the furnace and direct output of pyrolysis gases through the chimney, made in its ceiling part, do not allow to create a constantly burning layer for complete combustion incoming fuel, which leads to increased ash and toxicity of recycled flue gases.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности сжигания твердого топлива при снижении зольности и токсичности утилизируемых топочных газов.An object of the invention is to improve the efficiency of burning solid fuel while reducing the ash and toxicity of recyclable flue gases.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сжигания твердого топлива топливо и воздух подают сверху вниз в зону горения, где предварительно создают горящий слой, газовые остатки горения отводят в атмосферу через теплообменник, а твердые удаляют из под зоны горения, в зоне горения создают избыточное давление.The problem is solved due to the fact that in the method of burning solid fuel, fuel and air are fed from top to bottom into the combustion zone, where a burning layer is preliminarily created, combustion gas residues are removed to the atmosphere through a heat exchanger, and solid gases are removed from under the combustion zone, in the combustion zone overpressure.

Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее корпус, бункер твердого топлива с каналом его подачи в топку, состоящую из камеры сгорания с каналом принудительной подачи кислородосодержащей смеси и колосником, теплообменную камеру с теплообменником, сообщенную с дымоходной трубой, зольную камеру с золосборником, камера сгорания размещена с кольцевым зазором в зольной камере, которая выполнена заодно с теплообменной камерой.A device for burning solid fuel containing a housing, a solid fuel bunker with a feed channel to the furnace consisting of a combustion chamber with a channel for forcing oxygen-containing mixture and a grate, a heat exchange chamber with a heat exchanger in communication with the chimney, an ash chamber with a collector, a combustion chamber is placed with an annular gap in the ash chamber, which is made integral with the heat exchange chamber.

Подача в зону горения топлива с воздухом сверху вниз на предварительно созданный горящий слой создает условия для интенсивного образования пиролизных газов, которые, проходя через горящий слой под избыточным давлением и смешиваясь с воздушным кислородом, под колосниками образуют горючий газ, при горении которого выделяется тепло, обеспечивающее поддержание стабильного состояния горящего слоя и полное сгорание всех летучих веществ, что влечет заметное снижение зольности и вредных выбросов. Таким образом, выброс топочных газов из под зоны горения способствует интенсивной теплоотдаче в теплообменнике и снижает токсичность отходящих газов.The supply to the combustion zone of the fuel with air from top to bottom on the previously created burning layer creates conditions for the intensive formation of pyrolysis gases, which, passing through the burning layer under excessive pressure and mixing with air oxygen, form a combustible gas under the grate, during combustion of which heat is generated, providing maintaining a stable state of the burning layer and the complete combustion of all volatile substances, which leads to a noticeable decrease in ash and harmful emissions. Thus, the emission of flue gases from under the combustion zone contributes to intensive heat transfer in the heat exchanger and reduces the toxicity of exhaust gases.

Устройство для сжигания твердого топлива иллюстрируется чертежом, где схематично изображен общий вид устройства.A device for burning solid fuel is illustrated in the drawing, which schematically shows a general view of the device.

Устройство для сжигания твердого топлива содержит корпус 1; бункер 2 для твердого топлива с устройствами подачи топлива 3 и принудительной подачи кислородосодержащей смеси (воздуха) 4 в топку; теплообменную камеру 5 с теплообменником 6, сообщающуюся с дымоходной трубой 7. Топка состоит из камеры сгорания 8. Устройство подачи топлива 3 сообщено с бункером 2 и через канал 9 - с камерой сгорания 8. Устройство принудительной подачи кислородосодержащей смеси 4 также сообщено с каналом 9. В донной части камеры сгорания 8 установлен колосник 10. Камера сгорания 8 размещена с кольцевым зазором в зольной камере 11с золосборником 12. Зольная камера 11 выполнена заодно с теплообменной камерой 5 и сообщена с ней посредством кольцевого зазора между наружной стенкой топки и корпусом 1.A device for burning solid fuel comprises a housing 1; bunker 2 for solid fuel with fuel supply devices 3 and forced supply of oxygen-containing mixture (air) 4 to the furnace; a heat exchange chamber 5 with a heat exchanger 6 communicating with the flue pipe 7. The furnace consists of the combustion chamber 8. The fuel supply device 3 communicates with the hopper 2 and through the channel 9 - with the combustion chamber 8. The device for supplying oxygen-containing mixture 4 is also communicated with the channel 9. A grate 10 is installed at the bottom of the combustion chamber 8. The combustion chamber 8 is placed with an annular gap in the ash chamber 11c with the ash collector 12. The ash chamber 11 is made integral with the heat exchange chamber 5 and communicated with it by an annular gap between zhnoy furnace wall and the casing 1.

- 1 016403- 1 016403

Камера сгорания 8 может быть снабжена герметичной дверцей 13, обеспечивающей доступ для размещения начальной растопочной порции топлива, а также для эксплуатационного обслуживания топки.The combustion chamber 8 can be equipped with a hermetic door 13, which provides access to accommodate the initial kindling of fuel, as well as for operational maintenance of the furnace.

Устройство для подачи топлива и воздуха в топку может быть оборудовано блоком управления для контроля за подачей воздуха и топлива любой известной конструкции.The device for supplying fuel and air to the furnace can be equipped with a control unit for controlling the supply of air and fuel of any known design.

Способ сжигания твердого топлива реализуется следующим образом. В камере сгорания 8 на колоснике 10 предварительно создают горящий слой, например из горящих сухих дров, на который через канал 9 принудительно подают атмосферный воздух, а из бункера 2 порционно через канал 9 подают твердое топливо. В камере сгорания 8 создается избыточное давление, при котором твердое топливо загорается от высокой температуры горящего слоя и выделяет пиролизные газы. Пиролизные газы под давлением, проходя через горящий слой под воздействием высокой температуры кипящего на колоснике 10 слоя, догорают и поступают в зольную камеру 11, где высокотемпературные газы поддерживают стабильное состояние горящего слоя на колоснике 10 и обеспечивают сгорание ядовитых летучих продуктов и догорание твердых частиц топлива. При этом проходящие через колосник 10 мелкие твердые продукты горения и несгоревшие остатки топлива оседают в золосборнике 12. Топочные газы из зольной камеры 11 поступают в теплообменную камеру 5, отдавая тепло теплообменнику 6, охлаждаются и через дымоходную трубу 7 выбрасываются в атмосферу.The method of burning solid fuel is as follows. In the combustion chamber 8, a burning layer is preliminarily created on the grate 10, for example, from burning dry wood, to which atmospheric air is forcibly supplied through channel 9, and solid fuel is fed in portions through channel 9. In the combustion chamber 8, an overpressure is created, at which solid fuel ignites from the high temperature of the burning layer and releases pyrolysis gases. Pyrolysis gases under pressure, passing through the burning layer under the influence of high temperature boiling on the grate 10 layer, burn and enter the ash chamber 11, where high-temperature gases maintain a stable state of the burning layer on the grate 10 and ensure the combustion of toxic volatile products and the burning of solid particles of fuel. While passing through the grate 10 small solid products of combustion and unburned fuel residues settle in the ash collector 12. The flue gases from the ash chamber 11 enter the heat exchange chamber 5, releasing heat to the heat exchanger 6, are cooled and through the chimney 7 are discharged into the atmosphere.

Процесс розжига начальной порции топлива можно осуществлять, загружая ее как непосредственно из бункера 2 через канал 9, так и через дверцу 13.The process of igniting the initial batch of fuel can be carried out by loading it directly from the hopper 2 through the channel 9, and through the door 13.

Применение блока управления позволяет автоматизировать и оптимально настроить процесс подачи воздуха и топлива в зависимости от выбранного вида твердого горючего материала.The use of the control unit allows you to automate and optimally adjust the process of supplying air and fuel, depending on the type of solid combustible material selected.

Изобретение позволяет создать экологически чистый, практически бездымный способ сжигания твердого топлива при повышении полноты его сгорания с высоким коэффициентом теплообразования и теплоотдачи, а также упрощает конструкцию топки при повышении ее КПД и увеличении степени термического разложения топлива, что позволяет снизить количество вредных выбросов в атмосферу.The invention allows to create an environmentally friendly, virtually smokeless method of burning solid fuel with increasing combustion efficiency with high heat generation and heat transfer, as well as simplifies the design of the furnace while increasing its efficiency and increasing the degree of thermal decomposition of the fuel, which reduces the amount of harmful emissions into the atmosphere.

Предложенное изобретение может найти широкое применение, так как не требует предварительной подготовки топлива, обеспечивает эффективное сгорание практически любых видов твердых горючих материалов и их смесей, включая бытовой мусор.The proposed invention can be widely used, since it does not require preliminary preparation of the fuel, ensures efficient combustion of almost all types of solid combustible materials and their mixtures, including household garbage.

Claims (2)

1. Устройство для сжигания твердого топлива, содержащее корпус; бункер для твердого топлива с устройствами подачи топлива и принудительной подачи кислородосодержащей смеси в зону горения; топку с камерой сгорания, в донной части которой расположен колосник; теплообменную камеру с теплообменником, сообщенную с дымоходной трубой; зольную камеру с золосборником, причем каналы подачи топлива и воздуха размещены с возможностью подачи топлива и воздуха в камеру сгорания сверху, отличающееся тем, что камера сгорания размещена с кольцевым зазором в зольной камере, которая выполнена заодно с теплообменной камерой.1. A device for burning solid fuel, comprising a housing; a solid fuel hopper with fuel supply devices and forced supply of an oxygen-containing mixture to the combustion zone; a furnace with a combustion chamber, in the bottom of which there is a grate; a heat exchange chamber with a heat exchanger in communication with a chimney; an ash chamber with an ash pan, and the fuel and air supply channels are arranged to supply fuel and air to the combustion chamber from above, characterized in that the combustion chamber is placed with an annular gap in the ash chamber, which is integral with the heat exchange chamber. 2. Способ сжигания твердого топлива с использованием устройства по п.1, включающий следующие этапы:2. A method of burning solid fuel using the device according to claim 1, comprising the following steps: создают в камере сгорания предварительный горящий слой;create a preliminary burning layer in the combustion chamber; подают топливо и воздух в зону горения сверху вниз;supply fuel and air to the combustion zone from top to bottom; создают избыточное давление в зоне горения;create excessive pressure in the combustion zone; газовые остатки горения отводят в атмосферу через теплообменник, а твердые удаляют из под зоны горения.gas combustion residues are discharged into the atmosphere through a heat exchanger, while solid residues are removed from the combustion zone.