RU2267700C1 - Mode of firing of solid fuel in a dense bed - Google Patents

Abstract

FIELD: the invention refers to the field of firing of solid fuel in a dense bed and may be used in the fire-chambers of solid-fuel heat -generators, ovens, steam-boilers and hot-water boilers.

SUBSTANCE: the essence of the proposed mode of firing of solid fuel in a dense bed is in that that the surface of the fire-grate is cleaned from burning furnace remains before each regurgitation of fuel, the fuel is thrown over in a layer with the thickness from 0,1 to 2 m and the layer of the fuel is ignited at least in one point of its square. From the burning fuel neighboring sections are ignited and the burning spreads in the shape of a front moving in a horizontal flatness from the place of ignition like a forest fire. Burning furnace remains from preceding regurgitation of fuel which are shoved up in separate sections on the fire-grate may serve as a source of ignition. For reducing air consumption it is directed only under those sections of the fire-grate's square above which the burning front is at this moment.

EFFECT: reduces consumption of fuel and air.

1 cl

Description

Изобретение относится к области сжигания твердого топлива в плотном слое и может быть использовано в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов.The invention relates to the field of solid fuel combustion in a dense layer and can be used in furnaces of solid fuel heat generators, furnaces, steam and hot water boilers.

Известен способ сжигания твердого топлива в плотном слое [1, стр.96], обеспечивающий режим длительного горения (несколько часов между загрузками топлива). Он реализован в отопительных печах длительного горения АКХ-9 [2, стр.163], водогрейном котле [3], отопительном устройстве [4]. При этом топливо загружают сверху в вертикальную шахту, в нижней части шахты установлена колосниковая решетка, под которую подают воздух. Топливо в нижней части шахты над колосниковой решеткой воспламеняют. По мере выгорания топлива в нижней части шахты свежее топливо под действием силы тяжести опускается вниз в зону горения. Образующаяся при горении зола проваливается через колосниковую решетку, установленную на дне шахты. Период времени между загрузками топлива в шахту составляет несколько часов.A known method of burning solid fuel in a dense layer [1, p. 96], providing a long burning mode (several hours between fuel loads). It is implemented in long-life heating furnaces AKH-9 [2, p. 163], a boiler [3], and a heating device [4]. In this case, the fuel is loaded from above into a vertical shaft, in the lower part of the shaft a grate is installed, under which air is supplied. The fuel in the lower part of the shaft above the grate is ignited. As the fuel burns out in the lower part of the mine, fresh fuel falls under the influence of gravity into the combustion zone. The ash formed during combustion falls through the grate installed on the bottom of the mine. The time period between fuel loading into the mine is several hours.

Недостатком данного способа является то, что таким образом можно сжигать только дрова и торф [1, стр.96]. При сгорании этих топлив получается сыпучая зола, которая хорошо проваливается через колосниковую решетку. После сгорания углей остаются куски шлака, не проваливающиеся через отверстия колосников. Шлак накапливается на колосниковой решетке, препятствует опускному движению свежего топлива, и топливо не попадает в зону горения. Слой топлива «зависает» в шахте.The disadvantage of this method is that in this way only wood and peat can be burned [1, p. 96]. When these fuels are burned, free-flowing ash is obtained, which falls well through the grate. After coal combustion, pieces of slag remain that do not fall through the grate openings. Slag accumulates on the grate, prevents the downward movement of fresh fuel, and the fuel does not fall into the combustion zone. The fuel layer “freezes” in the mine.

Наиболее близким техническим решением является способ сжигания твердого топлива в неподвижном плотном слое на неподвижной (простой) колосниковой решетке [1, стр.92]. Таким способом можно сжигать все разновидности твердого топлива. Топливо забрасывают на прогорающие очаговые остатки топлива от предыдущего заброса. Под колосниковую решетку подают воздух, который фильтруется через слой топлива, являясь источником кислорода, необходимого для процесса горения. Свежее топливо воспламеняется снизу от очаговых остатков по всей площади слоя. Фронт горения распространяется снизу вверх по толщине слоя топлива. Толщина слоя свежего топлива, забрасываемого за один раз, не должна превышать 5 диаметров частиц (порядка 5 см). На такой высоте на горение расходуется весь кислород из воздуха, фильтрующегося через слой топлива. На большей высоте начинается восстановительный процесс образования продуктов неполного сгорания (угарного газа и сажи). Это недопустимо, поскольку загрязняет окружающую среду и приводит к потерям энергии с продуктами неполного сгорания. Слой топлива нормальной толщины (порядка 5 см) сгорает за 5-10 минут, после чего забрасывают следующую порцию угля.The closest technical solution is the method of burning solid fuel in a fixed dense layer on a fixed (simple) grate [1, p. 92]. In this way, all kinds of solid fuels can be burned. Fuel is thrown onto burning focal fuel residues from the previous cast. Under the grate, air is supplied, which is filtered through a layer of fuel, being a source of oxygen necessary for the combustion process. Fresh fuel ignites below the focal residues over the entire area of the layer. The combustion front extends from bottom to top in the thickness of the fuel layer. The thickness of the layer of fresh fuel thrown at a time should not exceed 5 particle diameters (about 5 cm). At this altitude, all oxygen from the air filtered through the fuel layer is consumed for combustion. At a higher altitude, the recovery process of the formation of products of incomplete combustion (carbon monoxide and soot) begins. This is unacceptable, since it pollutes the environment and leads to energy losses with products of incomplete combustion. A layer of fuel of normal thickness (about 5 cm) burns out in 5-10 minutes, after which the next portion of coal is cast.

Главным недостатком известного способа является необходимость забрасывать топливо через 5-7 минут и даже чаще [1, стр.38]. При ручном обслуживании это требует практически непрерывной работы кочегара. Кроме того, в период заброса топлива котел переохлаждается за счет подсоса холодного воздуха через открываемую дверку топки. Все это снижает экономические показатели работы котельной, себестоимость производства тепла растет.The main disadvantage of this method is the need to throw fuel in 5-7 minutes and even more often [1, p. 38]. With manual maintenance, this requires almost continuous operation of the stoker. In addition, during the fuel refueling period, the boiler is supercooled by suction of cold air through the open door of the furnace. All this reduces the economic performance of the boiler room, the cost of heat production is growing.

Предлагаемым способом можно сжигать все разновидности твердого топлива и время между забросами топлива может быть увеличено до нескольких часов. Постоянное присутствие кочегара у котла не обязательно. Уменьшаются подсосы холодного воздуха через открываемую дверку топки.The proposed method can burn all types of solid fuel and the time between casting fuel can be increased to several hours. The constant presence of a stoker at the boiler is not necessary. Reduced leaks of cold air through the open door of the furnace.

Предлагаемый способ сжигания топлива в плотном слое заключается в следующем. Перед каждым забросом топлива колосниковую решетку очищают от горящих очаговых остатков. Свежее топливо забрасывают на предварительно очищенную колосниковую решетку слоем толщиной от 0,1 до 2 м. Под колосниковую решетку подают воздух. Воспламенение топлива производят в отдельных точках площади колосниковой решетки. От воспламенившегося топлива постепенно загораются соседние участки слоя и топливо сгорает в виде, по меньшей мере, одного фронта горения, перемещающегося в горизонтальной плоскости по площади слоя от точки воспламенения.The proposed method of burning fuel in a dense layer is as follows. Before each refueling, the grate is cleaned of burning focal residues. Fresh fuel is thrown onto a pre-cleaned grate with a layer thickness of 0.1 to 2 m. Air is supplied under the grate. Ignition of the fuel produced at individual points in the area of the grate. From flammable fuel, neighboring sections of the layer gradually ignite and the fuel burns out in the form of at least one combustion front moving in a horizontal plane along the layer area from the ignition point.

В качестве источника воспламенения могут использоваться догорающие очаговые остатки. В этом случае от горящих очаговых остатков очищают только часть площади колосниковой решетки, на которую затем забрасывают свежее топливо, воспламенение свежего топлива происходит от оставшихся горящих очаговых остатков по границе контакта их со слоем свежего топлива.As a source of ignition, dying focal residues can be used. In this case, only part of the grate grate area is cleaned of burning focal residues, onto which fresh fuel is then sprayed, fresh fuel is ignited from the remaining burning focal residues at the interface between them and the fresh fuel layer.

Для уменьшения расхода воздуха его подают только под те участки площади решетки, над которыми в данный момент находится фронт горения.To reduce air consumption, it is supplied only under those sections of the lattice area above which there is currently a combustion front.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в известный способ введена дополнительная операция очистки колосниковой решетки от прогорающих очаговых остатков топлива перед каждым забросом свежего топлива. Подобную операцию периодически проводят и при осуществлении способа-прототипа для удаления накопившегося шлака, но очистку колосниковой решетки проводят не перед каждым забросом топлива, а лишь по мере накопления шлака - после несколько десятков забросов топлива. Кроме того, часть очаговых остатков на колосниковой решетке обязательно оставляют, затем их разравнивают по всей площади колосниковой решетки и на них набрасывают слой свежего топлива небольшой высоты (до 5 диаметров частиц). В предлагаемом способе перед каждым забросом свежего топлива колосниковую решетку очищают от прогорающих очаговых остатков. Свежее топливо забрасывают на очищенную поверхность колосниковой решетки толстым слоем высотой от 0,1 до 2 м. Топливо воспламеняют в отдельных точках. От загоревшегося топлива воспламеняются соседние участки и горение распространяется в виде фронта, движущегося в горизонтальной плоскости от места воспламенения подобно лесному пожару. Время выгорания топлива на всей площади решетки составляет несколько часов и зависит от расстояния между зонами воспламенения, свойств топлива, условий продувки. Очаговые остатки могут оставлять и в предлагаемом способе для местного воспламенения слоя свежего топлива, но эти очаговые остатки сосредотачивают в отдельных участках колосниковой решетки, в которых планируют воспламенить слой топлива. В предлагаемом способе воздух лучше подавать только под те участки колосниковой решетки, над которыми в данный момент находится перемещающийся фронт горения. Это снизит потери тепла на нагрев избыточного воздуха. По сравнению со способом шахтного сжигания [1, стр.96], предлагаемый способ позволяет без «зависания» сжигать любые виды твердого топлива.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the known method introduces an additional operation of cleaning the grate from burning focal fuel residues before each refueling of fresh fuel. A similar operation is periodically carried out during the implementation of the prototype method to remove accumulated slag, but the grate is not cleaned before each refueling, but only after slag accumulation - after several dozens of refueling. In addition, part of the focal residues must be left on the grate, then they are smoothed over the entire area of the grate and a layer of fresh fuel of small height (up to 5 particle diameters) is sprayed on them. In the proposed method, before each refueling of fresh fuel, the grate is cleaned of burning out focal residues. Fresh fuel is thrown onto the cleaned surface of the grate with a thick layer from 0.1 to 2 m high. The fuel is ignited at individual points. Neighboring areas ignite from ignited fuel and combustion spreads in the form of a front moving in a horizontal plane from the ignition site like a forest fire. The burnup time of the fuel over the entire area of the grate is several hours and depends on the distance between the ignition zones, fuel properties, and purging conditions. Focal residues can be left in the proposed method for local ignition of the fresh fuel layer, but these focal residues are concentrated in separate sections of the grate, in which it is planned to ignite the fuel layer. In the proposed method, it is better to supply air only under those sections of the grate, above which there is currently a moving combustion front. This will reduce heat loss from heating excess air. Compared with the method of mine burning [1, p. 96], the proposed method allows to burn any kind of solid fuel without “hanging”.

Предлагаемый способ сжигания твердого топлива реализован следующим образом. При начальной растопке на всю площадь колосниковой решетки (1,5×1,5 м) забрасывают слой угля толщиной 30-50 см (При сжигании отходов древесины толщина слоя может быть более 1 м). После загрузки угля под колосниковую решетку подают воздух. Уголь воспламеняют в одном отдельном участке, например около загрузочной двери, с помощью легко возгорающегося топлива (дров). От загоревшегося около загрузочной двери угля воспламеняются соседние участки слоя и фронт горения постепенно движется в горизонтальной плоскости по площади слоя от загрузочной двери вглубь топки. Для уменьшения расхода воздуха подрешеточное пространство разделено перегородкой по глубине топки на две камеры. Вначале воздух подают только в ближнюю к двери камеру, затем в обе и, наконец, только в дальнюю. Таким образом, воздух подается только под ту часть колосниковой решетки, над которой в данный момент находится перемещающийся фронт горения. Управляет системой переключения потоков воздуха либо реле времени, либо датчики температуры, контролирующие перемещение фронта горения по глубине топки. За 3-5 часов топливо на решетке у загрузочной дверки прогорает, а фронт горения приближается к задней стенке топки. Прогоревший шлак с ближней части колосниковой решетки удаляют и на его место снова набрасывают слой свежего угля. Он воспламеняется от горящих остатков угля предыдущего заброса и фронт горения начинает перемещаться вперед. Остатки горящего топлива можно распределить и у двух противоположных стен топки, тогда два фронта горения будут двигаться навстречу друг другу.The proposed method of burning solid fuel is implemented as follows. During the initial kindling, a layer of coal 30–50 cm thick is cast over the entire area of the grate (1.5 × 1.5 m) (when burning wood waste, the layer thickness may be more than 1 m). After loading coal, air is supplied under the grate. Coal is ignited in one separate area, for example near a loading door, using easily combustible fuel (firewood). The adjacent sections of the layer ignite from the coal that has burned near the loading door and the combustion front gradually moves in a horizontal plane along the layer area from the loading door into the furnace. To reduce air consumption, the sublattice space is divided by a partition along the depth of the furnace into two chambers. At first, air is supplied only to the chamber closest to the door, then to both, and finally only to the far one. Thus, air is supplied only under that part of the grate, above which the moving combustion front is currently located. It controls the air flow switching system, either a time relay or temperature sensors, which control the movement of the combustion front along the depth of the furnace. In 3-5 hours, the fuel on the grill at the loading door burns out, and the combustion front approaches the rear wall of the furnace. Burnt slag from the near part of the grate is removed and a layer of fresh coal is again sprayed in its place. It ignites from the burning remains of coal from the previous cast and the combustion front begins to move forward. Residues of burning fuel can be distributed at two opposite walls of the furnace, then two combustion fronts will move towards each other.

Использование предлагаемого способа сжигания наиболее эффективно в топках твердотопливных теплогенераторов, печей, паровых и водогрейных котлов небольшой мощности с ручным обслуживанием.Using the proposed method of combustion is most effective in the furnaces of solid fuel heat generators, furnaces, steam and hot water boilers of small capacity with manual maintenance.

Использование предлагаемого способа сжигания обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:Using the proposed method of combustion provides, in comparison with existing methods, the following advantages:

1. Увеличение периода между забросами топлива до нескольких часов, что позволяет исключить постоянное присутствие обслуживающего персонала и уменьшить подсосы холодного воздуха через открытую дверку топки во время забросов топлива.1. An increase in the period between refueling up to several hours, which eliminates the constant presence of maintenance personnel and reduces the suction of cold air through an open firebox door during refueling.

2. Возможность сжигания любых видов твердого топлива.2. The ability to burn any type of solid fuel.

Источники информацииInformation sources

1. Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. Котельные установки. М.: Стройиздат, 1972. 384 стр.1. Schegolev M.M., Gusev Yu.L., Ivanova M.S. Boiler installations. M .: Stroyizdat, 1972. 384 pp.

2. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х частях. Изд. 3-е. Часть 1. Отопление, водопровод, канализация. М.: Стройиздат. 1975. 429 стр.2. Designer reference. Internal sanitary facilities. In 2 parts. Ed. 3rd Part 1. Heating, water supply, sewerage. M .: Stroyizdat. 1975.429 p.

3. Родштейк Л.С., Горянков В.А. Отопительное устройство. Патент №2044217, кл. F 23 B 7/00, опубликовано 20.09.1995.3. Rodshteik L.S., Goryankov V.A. Heating device. Patent No. 2044217, cl. F 23 B 7/00, published 09/20/1995.

4. Побегалов С.А. Водогрейный котел. Авторское свидетельство СССР №964372, кл. F 24 Н 1/26, 1982.4. Pobegalov S.A. Hot water boiler. USSR copyright certificate No. 964372, cl. F 24 H 1/26, 1982.

Claims (2)

1. Способ сжигания твердого топлива в плотном слое, при котором топливо забрасывают в топку на неподвижную колосниковую решетку, под которую подают необходимый для горения воздух, перед каждым забросом топлива всю или часть площади колосниковой решетки очищают от горящих очаговых остатков, на которую затем забрасывают «свежее» топливо слоем толщиной от 0,1 до 2 м, слой топлива воспламеняют, по меньшей мере, в одной точке его площади, причем воспламенение топлива происходит от оставшихся горящих очаговых остатков по границе контакта их со слоем «свежего» топлива.1. A method of burning solid fuel in a dense layer, in which the fuel is thrown into the furnace on a fixed grate, under which the air necessary for combustion is supplied, before each fuel throw, all or part of the grate area is cleaned of burning focal residues, which are then cast " fresh ”fuel with a layer thickness of 0.1 to 2 m, the fuel layer is ignited at least at one point in its area, and the ignition of the fuel occurs from the remaining burning focal residues along the boundary of their contact with fresh fuel. 2. Способ сжигания по п.1, отличающийся тем, что необходимый для горения воздух подают к фронту горения в подрешеточное пространство, разделенное по глубине топки на две камеры, причем вначале в ближнюю к двери топки камеру, затем в обе камеры и после этого в дальнюю камеру.2. The combustion method according to claim 1, characterized in that the air necessary for combustion is supplied to the combustion front into the sublattice space, which is divided into two chambers by the depth of the furnace, first in the chamber closest to the furnace door, then in both chambers and then distant camera.