Устройство для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха - RU2640873C2
Код документа: RU2640873C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для зонированного центробежного сжигания. Более конкретно, предлагаемое устройство относится к устройству для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топливного воздуха, обеспечивающему возможность идеального сжигания низкокачественного топлива, содержащего загрязнители, с центробежным разделением пространства с помощью сильной воздушной завесы, а не огнеупорной стенки. В предлагаемом устройстве для зонированного центробежного сжигания обеспечивается возможность полного отделения друг от друга различных зон, а именно, зоны поступления топлива, зоны предварительного нагрева топочного воздуха, зоны воспламенения и сжигания, зоны отделения и выгрузки взвешенного в газовой среде пепла и несгораемых материалов и зоны выпуска тепла и газов от сжигания путем регулирования расхода поступающего топочного воздуха, так что обеспечивается непрерывность процесса идеального сжигания, а после сжигания содержащие тепловую энергию отходящие газы выпускаются после полного отделения от них взвешенного в газовой среде пепла, благодаря чему предотвращается попадание загрязнителей в потребляющее тепло оборудование и обеспечивается тем самым повышение эффективности производства тепла.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
В целом, в промышленном оборудовании, требующем использования горячей воды технического качества, пара или высокотемпературных газов, используются устройства для сжигания, которые генерируют тепловую энергию от воспламенения и сгорания топлива внутри камеры сгорания с целью получения тепловой энергии. В таких устройствах для сжигания в качестве топлива, с учетом экономической конкурентоспособности и для обеспечения утилизации отходов, используется твердое топливо, такое как топливо из отходов, получаемое из бытовых отбросов, или отходы пластика.
Когда сжиганию в таком устройстве подвергаются отходы, в камеру сгорания печи вводят горючее вещество, которое затем поджигают с помощью воспламенительных горелок, а топочный воздух вдувают в камеру сгорания в линейном прямом направлении с соответствующих верхней, средней и нижней частей печи, так что горючее вещество сгорает с топочным воздухом.
Однако в устройствах для сжигания, относящихся к предшествующему уровню техники, когда процесс горения протекает просто с холодным воздухом, подаваемым нагнетателем, эффективность сжигания невысока, а разнообразие высококалорийных веществ, низкокалорийных веществ и высоких веществ не обеспечивает идеального сжигания по причине неидеального горения. В частности, в атмосферу выбрасывается большое количество веществ, опасных для здоровья человека, например, диоксинов, которые загрязняют среду, включая воздух. Таким образом, использование известных печей сопряжено с серьезными социальными и природоохранными проблемами.
Кроме того, в устройствах для сжигания, относящихся к предшествующему уровню техники, в камере сжигания для материалов, сгорающих при высокой температуре, нельзя добиться их высокотемпературного сгорания без того, чтобы не потратиться на дорогостоящую конструкцию или чтобы не вложить больших трудовых затрат. В частности, требуются специально изготовляемые для использования в высокоскоростной и высокотемпературной среде горелки, нужно вдувать кислород под высоким давлением, а стенка топки должна быть выстроена из огнеупорного кирпича. Камера сгорания, изготовленная из металлического материала, подвержена коррозии, так как не может противостоять окружающей высокой температуре. Это укорачивает срок службы камеры сгорания.
Кроме того, в устройствах для сжигания, относящихся к предшествующему уровню техники некоторые компоненты, такие как слоевая топка, имеющая шахтный коридор, печь для сжигания в псевдоожиженном слое, вихревая печь и вращающаяся печь, не могут обеспечить идеального сгорания без огнеупорной стенки, которая хранит тепло. Однако при такой технологии неизбежно образуется шлак, что ограничивает непрерывность процесса или снижает эффективность производства тепла. Хотя технология центробежного сжигания блокирует тепло с использованием потока топочного воздуха без использования огнеупорной стенки, непрерывность процесса ограничена различными факторами, такими как образование шлака.
Таким образом, было предложено следующее устройство центробежного сжигания.
Описание примера из уровня техники
На фиг. 1 изображено устройство для сжигания, относящееся к предшествующему уровню техники.
Как можно видеть на этом чертеже, от нижнего конца первой камеры 1 выступает вовне фланец 2. К верхней и нижней поверхностям упомянутого фланца 2 по его периферии прикреплены верхний внешний кожух 3 и нижний внешний кожух 4. Под упомянутой первой камерой сгорания 1 расположен топливный резервуар 6, так что верхняя поверхность последнего находится в плотном контакте с нижней поверхностью фланца 2 первой камеры сгорания 1. Упомянутый топливный резервуар 6 открыт кверху, и с его нижней частью соединен гидравлический цилиндр 5. На верхней поверхности упомянутого верхнего внешнего кожуха 3 фиксированным образом установлен фланец 9, выступающий вовне от нижнего конца второй камеры сгорания 8, в верхней части которой выполнена выпускная камера 7. Предусмотрен один или большее количество воздушных нагнетателей 11, расположенных на трубках подачи воздуха 10, которые соединены с нижней частью верхнего внешнего кожуха 3 в направлении, тангенциальном относительно упомянутых воздушных нагнетателей 11, так что последние соединены с впускными воздушными трубками 12 и соединительными воздушными трубками 13, соединенными с верхней частью нижнего внешнего кожуха 4. Предусмотрена совокупность устройств 16 регулирования подачи воздуха, которые расположены на верхней части верхнего внешнего кожуха 3. Каждое из упомянутых устройств 16 регулирования подачи воздуха содержит пластину 14 регулирования подачи воздуха, которая расположена над пространством между первой камерой сгорания 1 и верхним внешним кожухом 3, и регулирующий рычаг 15, с которым фиксированным образом соединена установленная с возможностью поворота упомянутая пластина 14 регулирования подачи воздуха.
Раскрытие предлагаемого изобретения
Техническая проблема
Таким образом, предлагаемое изобретение создано для решения описанных выше проблем предшествующего уровня техники, и одной из целей предлагаемого изобретения является достижения идеального сгорания низкокачественного топлива, содержащего загрязнители, путем центробежного разделения пространства с использованием сильной воздушной завесы вместо стенки из огнеупорного материала. Обеспечивается возможность полного отделения друг от друга различных зон, а именно зоны поступления топлива, зоны предварительного нагрева топочного воздуха, зоны воспламенения и сжигания, зоны отделения и выгрузки взвешенного в газовой среде пепла и несгораемых материалов и зоны выпуска тепла и газов от сжигания путем регулирования расхода поступающего топочного воздуха, так что обеспечивается непрерывность процесса идеального сжигания.
Еще одна цель предлагаемого изобретения состоит в отделение содержащих тепловую энергию отходящих газов от золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла в камере сгорания после сжигания топлива, чтобы в оборудование, потребляющее тепло, поступал чистый теплый газ с предотвращением тем самым загрязнения окружающей среды и повышением эффективности использования тепла.
Еще одна цель предлагаемого изобретения состоит в сжигании только воспламеняемых материалов с нагревом невоспламеняемых материалов предварительно нагретым топочным воздухом до температуры воспламенения или до более высокой температуры и с использованием разрежения камеры зажигания даже в случае использования низкокачественного топлива, чтобы взвешенный в газовой среде пепел идеально отделялся и выгружался благодаря центробежному действию высокоскоростного вращения, с предотвращением тем самым образования шлака.
Техническое решение
Для достижения указанных выше целей предлагаемым изобретением предусматривается создание устройства зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха, содержащего: верхнюю камеру сгорания, выполненную с возможностью подачи через нее топочного воздуха в камеру сгорания, и выхода из нее колонны огня, производимой в результате идеального сжигания с использованием топочного воздуха, нижнюю камеру сгорания, соединенную с нижней частью упомянутой верхней камеры сгорания, при этом обеспечена возможность подачи топлива в нижнюю камеру сгорания и подачи нижней камерой сгорания топлива в камеру сгорания, так что обеспечена возможность смешивания топлива с топочным воздухом для идеального сжигания, трубку подачи воздуха, один конец которой разделен на верхнее ответвление трубки подачи воздуха и нижнее ответвление трубки подачи воздуха, при этом упомянутое верхнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено кверху, а нижнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено книзу, так что обеспечена возможность подачи топочного воздуха соответственно в верхнюю камеру сгорания и нижнюю камеру сгорания, узел вихреобразования, соединенный с нижней камерой сгорания, при этом упомянутый узел вихреобразования выполнен с возможностью поддерживать центробежную силу для топочного воздуха при протекании в нижней камере сгорания процесса зажигания, средство подачи топлива, выполненное на нижнем конце узла вихреобразования и содержащее топливный питатель-дозатор, выполненный с возможностью подавать топливо в нижнюю камеру сгорания в фиксированном количестве, и камеру переработки золы, расположенную на одной стороне упомянутого узла вихреобразования и выполненную с возможностью улавливания и переработки золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла, образующихся при сжигании топлива.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, верхняя камера сгорания может содержать: внешний кожух верхней камеры сгорания, имеющий панель для выпускания топочного газа, выполненную с возможностью прохождения через нее колонны огня, при этом упомянутый внешний кожух верхней камеры сгорания соединен с упомянутым верхним ответвлением трубки подачи воздуха, так чтобы обеспечивалась возможность протекания топочного воздуха, который подается в верхнем направлении, перенаправляющий компонент, расположенный на верхнем конце внешнего кожуха верхней камеры сгорания и обеспечивающий для топочного воздуха возможность протекать в нижнем направлении, и внутренний кожух верхней камеры сгорания, расположенный на предварительно заданном расстоянии от внутренней поверхности внешнего кожуха верхней камеры сгорания, образуя средство верхней подачи воздуха, при этом верхнее ответвление трубки подачи воздуха прикреплено к упомянутому внутреннему кожуху верхней камеры сгорания с обеспечением возможности переноса текучей среды.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, нижняя камера сгорания может быть соединена с нижним концом верхней камеры сгорания. Эта нижняя камера сгорания может содержать: внешний кожух нижней камеры сгорания, нижний конец которой соединен с упомянутым узлом вихреобразования, при этом упомянутый внешний кожух нижней камеры сгорания соединен с упомянутым нижним ответвлением трубки подачи воздуха, так чтобы обеспечивалась возможность протекания топочного воздуха, который подается в нижнем направлении, и внутренний кожух нижней камеры сгорания, расположенный внутри внешнего кожуха нижней камеры сгорания, образуя средство нижней подачи воздуха, при этом нижнее ответвление трубки подачи воздуха прикреплено к упомянутому внутреннему кожуху нижней камеры сгорания с обеспечением возможности переноса текучей среды.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, устройство для районированного центробежного сжигания может дополнительно содержать регулятор-успокоитель, который расположен в точке разветвления трубки подачи воздуха и выполнен с возможностью регулирования температуры воздуха и количества подаваемого воздуха.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, упомянутый узел вихреобразования может содержать: оболочку узла вихреобразования, которая соединена с нижней частью нижней камеры сгорания и соединена со стойками, фиксирующими устройство на поверхности грунта, корпус узла вихреобразования, расположенный внутри упомянутой оболочки узла вихреобразования, при этом упомянутый корпус узла вихреобразования выполнен с возможностью вращения в прямом и обратном направлениях, обеспечивая поддержание центробежной силы для топочного воздуха, подвергающегося предварительному нагреву при движении в нижнем направлении, и камеру переработки золы, которая расположена между упомянутыми оболочкой узла вихреобразования и корпусом узла вихреобразования, при этом упомянутая камера переработки золы выполнена с возможностью улавливания золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла по завершении сгорания.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, упомянутый корпус узла вихреобразования может содержать: вращаемый вал, соединенный с приводным двигателем, так что упомянутый вращаемый вал с возможностью вращения соединен с оболочкой узла вихреобразования, обеспечивая тем самым вращающий момент; направляющую рейку, которая соединена с упомянутым вращаемым валом, при этом упомянутая направляющая рейка выполнена с возможностью управлять диапазоном вращения корпуса узла вихреобразования, несущий корпус, обеспечивающий опору для вращаемого вала при вращении последнего и для упомянутой направляющей рейки, дробительные лопасти, расположенные на нижнем участке корпуса узла вихреобразования, при этом упомянутые дробительные лопасти выполнены с возможностью дробить золу, шлак и взвешенный в газовой среде пепел, образующиеся по завершении сгорания, и открывающую и закрывающую заслонку, обеспечивающую для раздробленных с помощью дробительных лопастей золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла возможность поступления в камеру переработки золы.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, при вращении дробительных лопастей корпуса узла вихреобразования в прямом направлении подвергается дроблению шлак, топливо собирается в центре камеры сгорания, а отходы непрерывно выгружаются, а при вращении дробительных лопастей корпуса узла вихреобразования в обратном направлении отходы, зола и шлак через упомянутую открывающую и закрывающую заслонку непрерывно выгружаются в зольную камеру. Предлагаемое устройство для районированного центробежного сжигания может содержать также двунаправленный скребковый транспортер для перемещения отходов, золы и шлака, собранных в упомянутой зольной камере, в зольный контейнер.
Кроме того, согласно предлагаемому изобретению, упомянутое средство подачи топлива может содержать топливозагрузочную воронку, верхняя часть которой выполнена в форме конуса, так что обеспечивается равномерное распределение заданного количества топлива в объеме некоторой полусферы.
Положительные эффекты
Предлагаемым изобретением обеспечивается возможность идеального сжигания низкокачественного топлива, содержащего примеси, путем центробежного разделения пространства с помощью сильной воздушной завесы без использования стенки из огнеупорного материала. В частности, обеспечивается возможность полного отделения друг от друга различных зон, а именно, зоны поступления топлива, зоны предварительного нагрева топочного воздуха, зоны воспламенения и сжигания, зоны отделения и выгрузки взвешенного в газовой среде пепла и несгораемых материалов и зоны выпуска тепла и газов от сжигания путем регулирования расхода поступающего топочного воздуха, так что обеспечивается непрерывность процесса идеального сжигания.
Кроме того, предлагаемым изобретением обеспечивается возможность отделения содержащего тепловую энергию топочного газа от золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла в камере сгорания после сжигания топлива, так что обеспечивается возможность поступления в потребляющее тепло оборудование чистой тепловой энергии и газа, чем предотвращается загрязнение окружающей среды и оптимизируется эффективность производства тепловой энергии.
Кроме того, предлагаемым изобретением обеспечивается возможность сжигания только воспламеняемых материалов с нагревом невоспламеняемых материалов предварительно нагретым топочным воздухом до температуры воспламенения или до более высокой температуры и с использованием разрежения камеры зажигания даже в случае использования низкокачественного топлива, так чтобы взвешенный в газовой среде пепел идеально отделялся и выгружался благодаря центробежному действию высокоскоростного вращения, с предотвращением тем самым образования шлака.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
На фиг. 1 изображено устройство для сжигания согласно предшествующему уровню техники.
На фиг. 2, фиг. 3a и фиг. 3b изображено устройство для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг. 4, фиг. 5а и фиг. 5b в увеличенном масштабе показаны ключевые части устройства для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11, фиг. 12 и фиг. 13 устройство для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения показано в поперечных сечениях соответственно по А-А', В-В', С-С', D-D', Ε-Ε', F-F', G-G' и H-H' (см. фиг. 14).
На фиг. 14 иллюстрируется работа устройства для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления предлагаемого изобретения
Далее подробно описан иллюстративный вариант осуществления предлагаемого изобретения, который проиллюстрирован на прилагаемых чертежах. На всех чертежах к одинаковым или сходным частям устройства насколько возможно применяются одинаковые ссылочные обозначения. В дальнейшем объяснении предлагаемого изобретения опускается подробное описание известных процессов и компонентов устройства, если это не создает препятствий для понимания сущности изобретения.
На фиг. 2, фиг. 3а и фиг. 3b изображено устройство для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения; на фиг. 4, фиг. 5а и фиг. 5b в увеличенном масштабе показаны ключевые части устройства для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения; на фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11, фиг. 12 и фиг. 13 устройство для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения показано в поперечных сечениях соответственно по А-А', В-В', С-С', D-D', Ε-Ε', F-F', G-G' и H-H' (см. фиг. 14).
На фиг. 14 иллюстрируется работа устройства для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно одному из иллюстративных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
Как можно видеть на прилагаемых чертежах, рассматриваемое устройство для зонированного центробежного сжигания содержит верхнюю камеру сгорания 310, нижнюю камеру сгорания 210, узел вихреобразования 410, средство подачи топлива 510 и камеру переработки золы 420. Топочный воздух приводится во вращение во внутреннем пространстве верхней камеры сгорания 310, и из верхней камеры сгорания 310 выходит колонна огня, образующаяся при идеальном сжигании с топочным воздухом. Нижняя камера сгорания 210 соединена с нижней частью верхней камеры сгорания 310. Нижняя камера сгорания 210 выполнена таким образом, что для идеального сжигания топливо, подаваемое в нижнюю камеру сгорания 210, перемешивается с топочным воздухом. Узел вихреобразования 410 присоединен к нижней камере сгорания 210 и выполнен с возможностью регулирования потока топочного воздуха для поддержания центробежной силы, когда в нижней камере сгорания 210 протекает процесс воспламенения. Средство подачи топлива 510 выполнено с возможностью подачи топлива в нижнюю камеру сгорания 210. Камера переработки золы 420 выполнена с возможностью улавливания и переработки золы, шлака, взвешенного в газовой среде пепла и т.п., образующихся в процессе сжигания топлива.
Верхняя камера сгорания 310 снабжена относящимися к ней внешним кожухом 318, внутренним кожухом 316, панелью 314 для выпускания топочного газа и соединительным фланцем 320.
Внешний кожух 318 верхней камеры сгорания является компонентом, который придает предлагаемому устройству для зонированного центробежного сжигания внешнюю форму. Внешний кожух 318 верхней камеры сгорания имеет форму цилиндра, обеспечивающего возможность беспрепятственного прохождения текучей среды от верха до низа, и выполнен с возможностью предотвращать утечку подаваемого топочного воздуха. Выполненный таким образом внешний кожух 318 верхней камеры сгорания соединен с верхним ответвлением 332 трубки подачи воздуха 330, через которое топочный воздух подается во внешний кожух 318 верхней камеры сгорания. Внешний кожух 318 верхней камеры сгорания обеспечивает для топочного воздуха возможность течь кверху.
Выполненный таким образом внешний кожух 318 верхней камеры сгорания снабжен панелью 314 для выпускания топочного газа, которая расположена на его верхнем конце и выполнена с возможностью пропускать через себя колонну огня, образующуюся в процессе идеального сжигания топлива. В центральной области панели 314 для выпускания топочного газа выполнен выпускной порт 312 для топочного газа, через который в вертикальном направлении проходит колонна огня.
Кроме того, на верхнем конце внешнего кожуха 318 верхней камеры сгорания предусмотрен перенаправляющий компонент 350. Упомянутый перенаправляющий компонент 350 обеспечивает для топочного воздуха, подаваемого в камеру сгорания через верхний воздуховод 338, возможность течь книзу.
Внутренний кожух 316 верхней камеры сгорания имеет форму цилиндра и расположен на предварительно заданном расстоянии от внутренней поверхности внешнего кожуха 318 верхней камеры сгорания. На нижнем конце внутреннего кожуха 316 верхней камеры сгорания расположен соединительный фланец 320. Этот соединительный фланец 320 соединен с внешним кожухом 318 верхней камеры сгорания и обеспечивает для верхнего ответвления 332 трубки подачи воздуха 330 крепление с обеспечением возможности переноса текучей среды.
В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения упомянутая трубка подачи воздуха 330 выполнена таким образом, что один ее конец разделен на верхнее ответвление 332, отведенное кверху, и нижнее ответвление 334, отведенное книзу, благодаря чему обеспечивается возможность подачи топочного воздуха как в верхнюю камеру сгорания 310, так и в нижнюю камеру сгорания 210.
Кроме того, в точке разветвления трубки подачи воздуха 330 предусмотрен регулятор-успокоитель 336. Этот регулятор-успокоитель 336 выполнен с возможностью регулирования температуры топочного воздуха и количества подаваемого топочного воздуха.
Упоминавшийся выше верхний воздуховод 338 образован между внутренней поверхностью внешнего кожуха 318 верхней камеры сгорания и внешней поверхностью внутреннего кожуха 316 верхней камеры сгорания и выполнен с возможностью подачи в него топочного воздуха и протекания этого топочного воздуха кверху.
Нижняя камера сгорания 210 соединена с нижним концом верхней камеры сгорания 310. Нижняя камера сгорания 210 соединена с нижним ответвлением 334 трубки подачи воздуха 330, так что обеспечена возможность подачи через нижнюю камеру сгорания 210 топочного воздуха в камеру сгорания.
Нижняя камера сгорания 210 содержит относящиеся к ней внешний кожух 218 и внутренний кожух 216. На нижнем конце внешнего кожуха 218 нижней камеры сгорания предусмотрен соединительный фланец 220, который выполнен как одно целое с узлом вихреобразования 410. Внутренний кожух 216 нижней камеры сгорания расположен внутри внешнего кожуха 218 нижней камеры сгорания с образованием тем самым нижнего воздуховода 238.
Благодаря наличию в устройстве согласно предлагаемому изобретения верхней камеры сгорания 310 и нижней камеры сгорания 210, описанных выше, при подаче топочного воздуха под предварительно заданным давлением через верхний воздуховод 338, этот топочный воздух течет кверху, вращаясь в верхнем воздуховоде 338 со скоростью, величина которой зависит от величины входного давления. При соударении потока топочного воздуха с перенаправляющим компонентом 350 направление движения топочного воздуха изменяется, и он течет книзу по направлению к нижней камере сгорания 210. По мере, того как топливо в камере сгорания сжигается под действием зажигания, текущий книзу топочный воздух подвергается предварительному нагреванию до некоторой предварительно заданной температуры.
Кроме того, топочный воздух, вводимый в нижний воздуховод 238 нижней камеры сгорания 210, также течет книзу, вращаясь внутри нижнего воздуховода 238 со скоростью, величина которой зависит от величины входного давления. В это время внутри относящегося к узлу вихреобразования 410 корпуса 440 узла вихреобразования топочный воздух смешивается с упоминавшимся выше предварительно нагретым топочным воздухом, поступающим сверху от верхней камеры сгорания 310.
То есть имеет место регулирование температуры топочного воздуха, предварительно нагретого в верхней камере сгорания 310 с помощью топочного воздуха, подаваемого через нижнюю камеру сгорания 210. Регулирование температуры предварительно нагретого топочного воздуха может осуществляться как реакция на работу регулятора-успокоителя 336.
Кроме того, перемешанный топочный воздух, будучи приводимым во вращение, течет к узлу вихреобразования 410, расположенному в нижней части нижней камеры сгорания 210. Топочный воздух ударяется в донную пластину 441 камеры сгорания, движется кверху, будучи вращаемым, и полностью перемешивается с топливом.
Узел вихреобразования 410 содержит оболочку 412 узла вихреобразования, корпус 440 узла вихреобразования и камеру переработки золы 420. Оболочка 412 узла вихреобразования соединена с нижней частью нижней камеры сгорания 210. Предусмотрены стойки 102, выполненные с возможностью фиксирования предлагаемого устройства для сжигания на грунте и соединенные с оболочкой 412 узла вихреобразования. Узел вихреобразования 440 расположен внутри оболочки 412 узла вихреобразования. Когда топливо горит, узел вихреобразования 440 вращается в заданном направлении внутри оболочки 412 узла вихреобразования и сообщает центробежную силу предварительно нагретому топочному воздуху при движении последнего книзу из верхней камеры сгорания 310 и нижней камеры сгорания 210. Камера переработки золы 420 расположена между оболочкой 412 узла вихреобразования и корпусом 440 узла вихреобразования и выполнена с возможностью улавливания золы, шлака, взвешенного в газовой среде пепла и т.п. продуктов сгорания.
Корпус 440 узла вихреобразования снабжен средством силовой трансмиссии, через посредство которого корпус 440 узла вихреобразования соединен с оболочкой 412 узла вихреобразования с возможностью вращения. Упомянутое средство силовой трансмиссии содержит: вращаемый вал 446, который соединен с приводным двигателем, в качестве которого может использоваться, например, электрический двигатель, обеспечивающий вращающий момент, направляющую рейку, один конец которой соединен с упомянутым вращаемым валом 446, при этом упомянутая направляющая рейка выполнена с возможностью направлять корпус 440 узла вихреобразования с целью придания ему устойчивого вращения под действием вращающего момента вращаемого вала 446, и несущий корпус 442, выполненный с возможностью поддерживать вращение вращаемого вала 446 и направляющей рейки 444.
На нижней части корпуса 440 узла вихреобразования расположены дробительные лопасти 470. Упомянутые дробительные лопасти 470 выполнены с возможностью дробить золу, шлак, взвешенный в газовой среде пепел и т.п. продукты сгорания. Поступление раздробленных с помощью дробительных лопастей 470 золы, шлака, взвешенного в газовой среде пепла и т.п. продуктов сгорания в камеру переработки золы 420 осуществляется через открывающую и закрывающую заслонку 430.
Упомянутая открывающая и закрывающая заслонка 430 выполнена с возможностью открываться или закрываться автоматически в зависимости от направления вращения корпуса 440 узла вихреобразования. В случае его вращения в прямом направлении выгрузка золы и шлака осуществляется за счет центрифугирования через донную пластину 441 камеры сгорания, выполненную на нижней внутренней поверхности корпуса 440 узла вихреобразования, и топливо, толкаемое дробящими лопастями 470, собирается в центре. Когда корпус 440 узла вихреобразования вращается в обратном направлении, зола, шлак и т.п. продукты сгорания выталкиваются дробящими лопастями 470 вовне и попадают в камеру переработки золы 420, так как автоматическая открывающая и закрывающая заслонка 430 находится в открытом положении.
Кроме того, продукты сгорания, такие как зола, взвешенный в газовой среде пепел и шлак, улавливаются в камере переработки золы 420. Предусмотрен выгружающий скребковый транспортер 450, выполненный с возможностью осуществлять непрерывную выгрузку упомянутых продуктов сгорания из камеры сгорания. Когда уловленные продукты сгорания накапливаются до предварительно заданного количества, упомянутый выгружающий скребковый транспортер 450 начинает в непрерывном режиме выгружать эти продукты сгорания через выходной порт 421 в контейнер 106 для золы.
Кроме того, внутри камеры переработки золы 420 предусмотрена защитная пластина 413. Упомянутая защитная пластина 413 выполнена с возможностью предотвращать возвращение продуктов сгорания обратно в камеру сгорания.
Упоминавшееся ранее средство подачи топлива 510 расположено таким образом, что между ним и оболочкой 412 узла вихреобразования 410 обеспечено пространство предварительно заданных размеров. Средство подачи топлива 510 снабжено подающим устройством-дозатором 530, выполненным с возможностью подавать топливо в заданной дозе.
Кроме того, средство подачи топлива 510 снабжено топливозагрузочной воронкой 512. Верхняя часть топливозагрузочной воронки 512 выполнена в форме конуса, так что обеспечивается равномерное распределение заданного количества топлива в объеме некоторого полушария. Внешняя поверхность верхнего конца топливозагрузочной воронки 512 расположена на дне камеры сгорания на одном уровне с портом разгрузки 460. При таком решении обеспечивается возможность перемешивания подаваемого топлива с предварительно нагретым топочным воздухом без утечки, благодаря чему обеспечивается идеальное сжигание топлива.
В описанном выше устройстве для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно предлагаемому изобретению топочный воздух, предварительно нагретый при прохождении через верхнюю камеру сгорания 310 и нижнюю камеру сгорания 210, будучи вращаем, течет книзу вдоль внутренней поверхности узла вихреобразования 410, после столкновения с донной пластиной 441 меняет направление течения на противоположное (течет кверху) и перемешивается с топливом, подаваемым из средства подачи топлива 510 и распределяющимся в объеме некоторого полушария, с образованием тем самым первой зоны горения. Топочный воздух, который двигался книзу до среднего участка, перемешивается с продуктами упомянутой первой зоны горения с образованием тем самым второй зоны горения. Топочный воздух входит в выпускной порт 312 для топочного газа и перемешивается с оставшимся топочным воздухом, поступающим из верхней камеры сгорания 310 с образованием тем самым третьей зоны горения.
Таким образом, при работе устройства для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно предлагаемому изобретению происходит образование первой, второй и третьей зон горения, благодаря чему обеспечивается идеальное сжигание топлива. Центробежная сила поддерживается благодаря устранению или уменьшению препятствий для вращающей силы как реакции на вращение узла вихреобразования 410. Пламя, возникающее в процессе горения, образует колонну огня, которая выходит через упомянутый выпускной порт 312 для топочного газа.
В описанном выше устройстве для зонированного центробежного сжигания с использованием потока топочного воздуха согласно предлагаемому изобретению в качестве реакции на высокое давление топочного воздуха, который с высокой скоростью вращается вблизи внутренних поверхностей верхней камеры сгорания 310 и нижней камеры сгорания 210, в центральной части камеры сгорания возникает сильное разрежение, действующее на выпускной порт 312 для топочного газа.
Кроме того, содержащий тепловую энергию топочный газ и негорючие материалы, отделенные от топочного воздуха, подвергаются отделению друг от друга, благодаря чему остается чистой внешняя поверхность воздуховода. Содержащий тепловую энергию топочный газ и негорючие материалы утягиваются колонной огня в выпускной порт 312 для топочного газа, выполненный в панели 314 для выпускания топочного газа, которая расположена в центральной верхней части камеры сгорания, при этом они подвергаются сильному вращению вместе с неиспользованным остаточным топочным воздухом. Следовательно, осуществляется идеальное сжигание топлива, и колонна огня простирается прямо кверху идеальным образом.
В это время, прежде чем из камеры сгорания выйдет взвешенный в газовой среде пепел, осуществляется его центрифугирование под действием силы высокоскоростного вращения внутри колонны огня. Следовательно, под действием центробежной силы взвешенный в газовой среде пепел отделяется от колонны огня, движется в сторону внутренней поверхности стенки камеры сгорания и переносится на топочный воздух, который течет книзу, подвергаясь сильному вращению с прилеганием к внутреннему кожуху 316 верхней камеры сгорания и к внутреннему кожуху 216 нижней камеры сгорания. При таком решении выгрузка взвешенного в газовой среде пепла в камеру переработки золы 420 осуществляется отдельно.
Кроме того, в поперечных сечениях А-А' и В-В' (см. фиг. 14), представленных соответственно на фиг. 6 и фиг. 7, показана граница между первой зоной горения и второй зоной горения, о которых говорилось выше. На этих чертежах можно видеть, что после того, как произошло первое горение в первой зоне горения, горение переходит через эту границу во вторую зону горения.
Кроме того, на фиг. 8 и фиг. 9 представлены соответственно поперечные сечения С-С' и D-D', на которых показаны части первой зоны горения, в которой происходит горение. Показано также направление, в котором имеет место вращение взвешенного в газовой среде пепла и предварительно нагретого топочного воздуха.
Кроме того, на фиг. 10 и фиг. 11 представлены соответственно поперечные сечения Ε-Ε' и F-F', на которых показано вращение взвешенного в газовой среде пепла и предварительно нагретого топочного воздуха в верхнем конце средства подачи топлива 510.
Согласно варианту осуществления предлагаемого изобретения, описанному выше, обеспечивается возможность идеального сжигания низкокачественного топлива, содержащего примеси, путем центробежного разделения пространства с помощью сильной воздушной завесы без использования стенки из огнеупорного материала. В частности, обеспечивается возможность полного отделения друг от друга различных зон, а именно, зоны поступления топлива, зоны предварительного нагрева топочного воздуха, зоны воспламенения и сжигания, зоны отделения и выгрузки взвешенного в газовой среде пепла и несгораемых материалов и зоны выпуска тепла и газов от сжигания путем регулирования расхода поступающего топочного воздуха, так что обеспечивается непрерывность процесса идеального сжигания. Обеспечивается возможность отделения содержащего тепловую энергию топочного газа от золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла внутри камеры сгорания по завершении сжигания, так что к потребляющему тепловую энергию оборудованию подаются полученное в результате сжигания топлива чистое тепло и газ, благодаря чему предотвращается загрязнение окружающей среды и оптимизация эффективности процесса производства тепловой энергии. Обеспечивается возможность сжигания только горючих материалов, в то время как негорючие материалы при предварительном нагревании топочного воздуха до температуры воспламенения топлива или до более высокой температуры и под действием разрежения в камере зажигания даже в случае низкокачественного топлива приходят во взвешенное состояние в газовой среде, так что взвешенный в газовой среде пепел идеальным образом отделяется и выгружается за счет центробежного действия при высокоскоростном вращении с предотвращением тем самым образования спекшихся скоплений.
Кроме того, следует добавить, что ссылочное обозначение «104», которое не было использовано при подробном описании изобретения, относится к колонне огня.
Должно быть понятно, что приведенное выше описание и приложенные чертежи представлены с целью пояснения определенных принципов предлагаемого изобретения. Специалист в отрасли, к которой относится предлагаемое изобретение, в состоянии сделать в нем изменения и вариации, не отклоняясь от принципов предлагаемого изобретения. Раскрытые выше варианты осуществления предлагаемого изобретения должны пониматься как только иллюстративные, но не ограничивающие принципов и объема предлагаемого изобретения. Должно быть понятно, что объем предлагаемого изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения и все его эквиваленты охватываются предлагаемым изобретением.
Реферат
Изобретение относится к области энергетики. Устройство для зонированного центробежного сжигания топлива содержит верхнюю камеру сгорания, выполненную с возможностью подавать через нее топочный воздух в камеру сгорания и выпускать из нее колонну огня, образующуюся в процессе сжигания топлива с использованием топочного воздуха, нижнюю камеру сгорания, соединенную с нижней частью упомянутой верхней камеры сгорания, при этом упомянутая нижняя камера сгорания выполнена с возможностью подачи в нее топлива и с возможностью подачи из нее топлива в камеру сгорания с обеспечением перемешивания топлива с топочным воздухом для идеального его сжигания, трубку подачи воздуха, один конец которой разделен на верхнее ответвление трубки подачи воздуха и нижнее ответвление трубки подачи воздуха, при этом упомянутое верхнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено кверху, а нижнее ответвление трубки подачи воздуха отклонено книзу с обеспечением возможности подачи топочного воздуха соответственно в верхнюю камеру сгорания и нижнюю камеру сгорания, узел вихреобразования, соединенный с нижней камерой сгорания и выполненный с возможностью поддерживать центробежную силу для топочного воздуха при протекании в нижней камере сгорания процесса воспламенения, средство подачи топлива, выполненное на нижнем конце узла вихреобразования и содержащее топливный питатель-дозатор, выполненный с возможностью подавать топливо в нижнюю камеру сгорания в фиксированном количестве, и камеру переработки золы, расположенную на одной стороне упомянутого узла вихреобразования и выполненную с возможностью улавливания и переработки золы, шлака и взвешенного в газовой среде пепла, образующихся при сжигании топлива. Изобретение позволяет повысить качество сжигания топлива, снизить выброс вредных веществ в атмосферу и образование шлака. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.
