Изобретение относится к методам дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования и может отыскать применение в промышленной теплоэнергетике для модернизации имеющихся технологий, используемых в паровых либо водогрейных котлах, в традиционном варианте работающих на природном газе, мазуте либо угле, в предлагаемом варианте вероятен перевод их на другое, более доступное горючее.

В текущее время животрепещуща задачка перевода промышленных и городских котельных, использующих жидкое горючее, на внедрение биомассы. В качестве сжигаемой биомассы может употребляться самое различное сырье: отходы деревопереработки, некондиционная древесная порода, торф, сапропель, сухой навоз, трава, лузга, илы канализации, промышленно-бытовые отходы, энерго травки и другие виды горючего органического горючего.

Основной технологической неувязкой, возникающей при сжигании биомассы в котлах, вначале рассчитанных на жидкое горючее, является существенное понижение к.п.д. использования теплосодержания горючего. Этот эффект понижения к.п.д. разъясняется различными температурами топочных газов, получаемых при сжигании водянистого нефтяного горючего и биомассы: высококалорийное жидкое нефтяное горючее, сгорая, развивает температуру более 1200°С, что обеспечивает к.п.д. котлов более 90%, а биомасса не является высококалорийным топливом и, обычно, содержит воду, что при сжигании не позволяет получить температуру топочных газов более 850°С. Потому в случае использования биомассы подача топочных газов с температурой 850°С в теплообменник мазутного котла, рассчитанного на 1200°С, приводит к понижению его к.п.д. с 90 до 60-65%. А понижение к.п.д. приводит к понижению производительности котельного оборудования и перерасходу горючего.

В уровне техники не найдено технических решений, способных при сжигании биомассы получить температуру топочных газов не ниже 1200°С и тем обеспечить паспортную производительность котельного оборудования при экономии сжигаемого горючего.

Известен метод сжигания горючего, представленный вертикальным циклонным предтопком, в каком организована схема двухступенчатого сжигания горючего, содержащим колосниковую решетку, расположенную в основании конической части внутреннего корпуса, и цилиндрическую циклонную камеру дожигания товаров газификации и несгоревших частиц горючего. Подвод воздуха осуществляется тангенциально к конической части предтопка (патент Франции 2.142.281, МПК F23C 5/00, 1971). Недочетом данной конструкции циклонного предтопка является верхний торцевой выход дымовых газов, что делает дополнительные трудности при сборке устройства с котельным агрегатом, а также не позволяет использовать весь рабочий объем топочной камеры котла.

Известен метод (макет) сжигания биомассы (Э.Н.Сабуров, С.В.Карпов. Циклонные устройства в деревообрабатывающем и целлюлозно-бумажном производстве. М.: Экология, 1993 г., с.77-79), реализованный в циклонном предтопке, содержащем циклонную камеру, камеру дожигания, колосниковую решетку, расположенную в циклонной камере, и тангенциальные сопла. Разработка сжигания биомассы в способе-прототипе предугадывает двустадийное сжигание древесных отходов в нижней и верхней камерах горения. Размельченное горючее из бункера гидравлическим плунжером подается по трубе огромного поперечника на колосниковую решетку через особое отверстие в ее центре. Образующаяся коническая куча древесных отходов воспламеняется газовой запальной горелкой, автоматом отключающейся после начала устойчивого горения горючего. В этом случае в макете реализуется традиционная схема вертикальной конструкции предтопка, комфортная в том отношении, что попадание в камеру дожигания осуществляется в силу деяния силы гравитации на прогоревшие, уменьшившиеся в размере, кусочки горючего.

Но в схожем вертикальном выполнении циклонной камеры и камеры дожигания есть недочеты, заключающиеся в том, что при сжигании биомассы в схожем устройстве нереально получить температуру топочных газов более 850°С, а это в предстоящем, при подаче топочных газов с температурой 850°С в теплообменник мазутного котла, рассчитанного на 1200°С, приводит к понижению к.п.д.

Общими признаками макета и заявляемого изобретения является подача горючего из бункера, тангенциальный ввод воздуха в устройство сжигания биомассы и, на конечном шаге, поступление горючего газа в топку котельного агрегата.

Отличия состоят в том, что способ-прототип реализован при помощи циклонной камеры и камеры дожигания, в то время как в заявляемом техническом решении процесс дожигания осуществляется в котле. В заявляемом техническом решении камера газогенератора и смесительная камера делают роль циклонной камеры макета.

Техническим результатом заявляемого технического решения является создание метода дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования, который позволит при промышленном производстве тепла перейти с водянистого нефтяного горючего на жесткое органическое горючее без подмены котельного агрегата. При всем этом будет сохранен высочайший к.п.д. имеющихся котлов, что позволит не уменьшать их термическую производительность и улучшить расход твердого органического горючего (биомассы).

Данный технический итог в методе дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования, включающем подачу горючего из бункера в устройство сжигания биомассы, в каком организован тангенциальный ввод воздуха, и сжигание биомассы с поступлением образовавшегося горючего газа в топку котельного агрегата, достигается тем, что подачу горючего производят горизонтально средством шнекового дозатора с возможностью регулирования средством частотного регулятора скорости подачи сырья и, соответственно, мощности котла и температуры теплоносителя в горизонтально сориентированное устройство сжигания биомассы, состоящее из камеры газификатора и смесительной камеры, при всем этом горючее поначалу подают в за ранее нагретый газификатор, куда сразу с топливом через воздушный коллектор, снабженный дутьевой решеткой, обеспечивающей скорость истечения воздуха 40-50 м/с, подают воздух в количестве наименее 60% от объема, нужного для полного сжигания горючего, при этом снутри газификатора производят циклонное вращение газов при недвижном слое горючего, находящемся на деньке газификатора, а дальше получившийся горючий газ высочайшей калорийности из газификатора подают в смесительную камеру, в какой происходит смешение горючего газа, поступающего из газификатора, с дополнительным потоком воздуха, нужным для предстоящего полного сгорания горючего и поступающим через ряд наддувных отверстий в стене смесительной камеры, снабженных воздушными заслонками, средством которых регулируют напор воздуха, при всем этом поток воздуха в смесительную камеру направляют через воздуховод, соединенный с воздушным коллектором, выполненным в виде наружного кожуха смесительной камеры, в какой происходит процесс смешивания воздуха, проходящего через упомянутые наддувные отверстия, расположенные под углом 10-12° к радиусу смесительной камеры, с горючими газами, поступающими из газификатора, в соотношении частей поступающего в смесительную камеру воздуха и горючего газа, приобретенного из сжигаемой биомассы, нужном для полного сгорания горючего, а потом приобретенный в итоге смешивания высокотемпературный топочный газ в виде высокотемпературного факела из смесительной камеры подают в камеру сгорания котельного агрегата, в какой происходит окончательное дожигание газовой консистенции и подача газового факела на теплообменники котла для нагрева теплоносителя.

В случае использования при сжигании мелкодисперсного горючего на деньке газификатора сформировывают взвешенный слой пылающего материала средством организации поддува снизу, в итоге чего горючее резвее сгорает.

Камеры сгорания оборудованы бункерами подачи сырья. При помощи шнека сырье из бункера подается в камеру, куда также подается воздух. Горючее газифицируется, горючий газ поступает в топку котла, где сгорает и дает свое тепло нагреваемой воде. Скорость подачи сырья регулируется с помощью частотного регулятора. Таким макаром, регулируется мощность котла, а означает, и температура нагреваемой воды либо расход пара.

Используя предлагаемые камеры сгорания (газификатор и смесительную камеру), можно перевести имеющиеся котлы на другое горючее без полной их подмены. Другими словами нет необходимости на сто процентов поменять котлы и переоборудовать всю котельную. Таким макаром можно избежать значимых денежных издержек на переоборудование котельной и получить возможность использовать более доступное и доступное местное горючее.

Установка камер сгорания осуществляется в недлинные сроки. Автоматическая работа упрощает эксплуатацию оборудования.

Метод дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования производят последующим образом.

Жесткое органическое горючее шнековым дозатором подается в газогенератор, куда сразу с топливом через воздушный коллектор подается воздух в количестве наименее 60% от объема, нужного для полного сжигания горючего. Воздух в газогенератор подается через дутьевую решетку из огнеупорного материала, при этом поперечник отверстий обеспечивает скорость истечения воздуха 40-50 м/с. Это дает возможность избежать проваливания твердого горючего в воздушный коллектор и разрыхлить пылающее горючее. Внутренняя поверхность газогенератора облицована огнеупорной футеровкой. Газогенератор имеет смотровое окно, дверь для очистки и подготовительного розжига и место для стыковки со смесительной камерой. Смесительная камера служит для смешения горючего газа, поступающего из газогенератора, с дополнительным количеством воздуха, нужным для предстоящего полного сгорания горючего. Горючий газ из газогенератора поступает в смесительную камеру через входное отверстие. Смесительная камера облицована огнеупорной футеровкой, при всем этом в футеровке имеется ряд отверстий для наддува воздуха, пропускная способность которых регулируется воздушными заслонками. Воздух в смесительную камеру поступает через воздушный коллектор, выполненный в виде наружного кожуха смесителя. В воздушный коллектор воздух поступает из воздуховода. Поток воздуха, проходя через наддувные отверстия, расположенные под углом 10-12° к радиусу камеры смешения, смешивается с горючими газами, поступающими из газогенератора, в соотношении, нужном для полного сгорания горючего, и через выходное отверстие поступает в камеру сгорания котельного агрегата. Подача воздуха в смесительную камеру под углом 10-12° обеспечивает закручивание газового потока, что наращивает время его пребывания в смесительной камере и улучшает смешивание воздуха и горючего газа.

Заявляемый метод обеспечивает теплообменники котельного агрегата высокотемпературными топочными газами. При всем этом фактически не понижается термическая производительность котла и к.п.д. использования горючего.

Изобретение позволяет сформировать газовую смесь из воздуха и газообразного горючего, получаемого в заявляемом устройстве из сжигаемой биомассы, и совсем дожечь эту газовую смесь конкретно в камере сгорания котельного устройства. Это позволяет подать на теплообменники котла газовый факел с температурой 1200°С, что обеспечит высочайший к.п.д. работы котла и экономичное внедрение сжигаемой биомассы.

Пример определенного выполнения метода

В качестве горючего могут употребляться опилки, трава, лузга подсолнечника и другие отходы растительного происхождения, также торф и бурый уголь с размером фракции 0,1-10 мм. Влажность сжигаемого горючего не должна превосходить 35%, а для торфа и бурого угля не выше 25%, при более высочайшей влажности горючее нужно сушить. Зольность горючего должна быть менее 25%. Метод реализован при помощи устройств для дискретного сжигания горючего с техническими чертами, приведенными в таблице (данные приведены для опилок с влажностью до 30% и зольностью до 3%)

Таблица Технические свойства метода дискретного сжигания Характеристики Тип камеры сгоранияУДС-160 УДС-250УДС-500 УДС-800УДС-1000УДС-1500 УДС-3000Мощность, кВт160250 5008001000 15003000 Температура сгорания, °С 1100Расход горючего, кг/ч 1)72113 225360 4509001350 Теплота сгорания, ккал/кг 2600Расход воздуха, нм 3/ч360570 12001900 240045007000 Установленная электронная мощность, кВт22,5 3,34,15,2 9,412,5 Примечание: 1)Количество горючего находится в зависимости от параметров сырья, калорийности, влажности, зольности.

При анализе уровня техники не найдено решений с схожим сочетанием экономичности и технической эффективности, что позволяет прийти к выводу о том, что заявляемый метод соответствует аспектам «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Метод дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования методом подачи горючего из бункера в устройство сжигания биомассы, в каком организован тангенциальный ввод воздуха, сжигания биомассы с поступлением образовавшегося горючего газа в топку котельного агрегата, отличающийся тем, что подачу горючего производят горизонтально средством шнекового дозатора с возможностью регулирования средством частотного регулятора скорости подачи сырья и соответственно мощности котла и температуры теплоносителя, в горизонтально сориентированное устройство сжигания биомассы, состоящее из камеры газификатора и смесительной камеры, при всем этом горючее поначалу подают в за ранее нагретый газификатор, куда сразу с топливом со скоростью истечения 40-50 м/с подают воздух в количестве наименее 60% от объема, нужного для полного сжигания горючего, при всем этом снутри газификатора производят циклонное вращение газов при недвижном слое горючего, находящемся на деньке газификатора, а дальше приобретенный горючий газ высочайшей калорийности из газификатора подают в смесительную камеру, в какой происходит смешение горючего газа, поступающего из газификатора, с дополнительным потоком воздуха, нужным для предстоящего полного сгорания горючего, поступающим через ряд наддувных отверстий в стене смесительной камеры, снабженных воздушными заслонками, средством которых регулируют напор воздуха, при всем этом дополнительный поток воздуха в смесительную камеру направляют через воздуховод, соединенный с воздушным коллектором, выполненным в виде наружного кожуха смесительной камеры, в какой происходит процесс смешивания воздуха, проходящего через упомянутые отверстия, расположенные под углом 10°-12° к радиусу смесительной камеры, с горючими газами, поступающими из газификатора, в соотношении частей поступающего в смесительную камеру воздуха и горючего газа, приобретенного из сжигаемой биомассы, нужном для полного сгорания горючего, а потом приобретенный в итоге смешивания высокотемпературный топочный газ в виде высокотемпературного факела из смесительной камеры подают в камеру сгорания котельного агрегата, в какой происходит окончательное дожигание газовой консистенции и подача газового факела на теплообменники котла для нагрева теплоносителя.

2. Метод дискретного сжигания биомассы и получения топочного газа для котельного оборудования по п.1, отличающийся тем, что, в случае использования при сжигании мелкодисперсного горючего, на деньке газификатора сформировывают взвешенный слой пылающего материала средством организации поддува снизу, в итоге чего горючее резвее сгорает.