ВЫБОР ЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ СЛОЕВОГО ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНОГО ТОПЛИВА

 

Левин А.Б., Семенов Ю.П. (МГУЛ, г. Москва, РФ)

 

Various techniques of burning fuel wood have been compared. New furnace for a waste wood is presented.

 

Непрерывное удорожание ископаемого топлива с новой остротой ставит проблему полного использования ресурсов древесного топлива – отходов основного производства лесозаготовок и деревопереработки.

Владельцы и технический менеджмент предприятий лесопромышленного комплекса осознали с некоторым опозданием экономическую эффективность и неизбежность перехода к полному использованию всех древесных отходов в качестве топлива, но широкому внедрению древесного топлива в топливно-энергетический баланс предприятий препятствует отсутствие на рынке эффективных отечественных конструкций топочных устройств для сжигания древесного топлива, особенно высоковлажного.

В настоящее время известны 4 способа сжигания твердого топлива: слоевой, камерный, вихревой (циклонный) и в кипящем слое. В практике все они используются для сжигания и древесного топлива. Сравнительные характеристики различных типов топочных устройств представлены в табл. 1.

Сухие отходы с влажностью  можно эффективно сжигать в вихревых и циклонных топках, а особо мелкие (шлифовальную пыль и т.п.) в камерных топках со специальными горелками. Для влажного древесного топлива такие топочные устройства не применимы.

Для очень крупных предприятий, на которых даже полное использование отходов не обеспечивает покрытия потребностей в тепловом потреблении и требуется обязательное использование и ископаемого топлива, оптимальным представляется сжигание древесных отходов в топках с кипящем слоем. Для малых и средних предприятий, особенно в случае отсутствия других видов топлива, предпочтительны слоевые топки.

Хорошо известные теплотехнические характеристики древесных отходов предъявляют специфические требования к эффективной конструкции слоевого топочного устройства.

Невысокая адиабатическая температура горения влажных древесных отходов требует минимизации отвода теплоты от очага горения. Этому требованию не удовлетворяют широко распространенные топки с зеркалом горения, обращенным к экранам (топки с наклонным зеркалом горения, топка ЦКТИ-Померанцева и др.). Более целесообразно устройство топки системы МЛТИ-Крайцберга, а также кучевых топок с нижней подачей топлива (Tampella, Sermet OY, Bertrams-KONUS и др.).

Высокая парусность древесных частиц не позволяет использовать интенсивное дутье в топках со «свободным» слоем, поэтому предпочтительно сжигание в «зажатом» слое со встречным направлением движения дутьевого воздуха и топлива.

Эффективная конструкция топки должна обеспечивать замену наиболее повреждаемых в процессе эксплуатации элементов без замены неповрежденных частей или перекладки обмуровки.

Сформулированные выше требования к конструкции эффективного топочного устройства для сжигания древесных отходов последовательно применены кафедрой теплотехники МГУЛ при разработке новой топки. Принципиальная схема топки представлена на рис. 1. Топка содержит наружную обмуровку 1, внутри которой размещена шахта 2, образованная трубами 3 и легкосъемной натрубной обмуровкой 4. Трубы 3 установлены так, что шахта несколько расширяется книзу, что позволяет избежать зависания топлива. Фронтовая стена топки выполнена кирпичной кладкой. Задняя стена может быть выполнена кладкой из шамотного кирпича или из труб с натрубной обмуровкой, аналогично боковым стенам. Съемная обмуровка удерживается на трубах приваренными к ним штырями и может быть выполнена, в частности, из стандартного огнеупорного кирпича, при этом расстояние между трубами «в свету» должно соответствовать его размеру. Малое число труб и наличие обмуровки обеспечивает высокую температуру в очаге горения. Навесная обмуровка устанавливается на трубах таким образом, что по всей высоте стен шахты в них образуются расположенные в шахматном порядке окна для выхода продуктов сгорания в огневые каналы.

Перегородка 6 делит пространство между обмуровкой 1 и шахтой 2 на огневые каналы 5 и дутьевые каналы 7. В нижней части шахты размещается колосниковая решетка 8. Это может быть плоская решетка из неподвижных плиточных или балочных колосников, решетка с поворотными колосниками или цепная колосниковая решетка. Все варианты конструкции топок защищены патентами РФ на изобретение.

Образующие стены шахты трубы 3 через нижние 9 и верхние 10 коллекторы включены в циркуляционный контур котла.

Топливо из расходного бункера опускается в шахту под действием силы тяжести по мере сгорания. Воздух от дутьевого вентилятора подается в дутьевые каналы 7, затем поступает под колосниковую решетку и поверх нее через окна в стенах шахты. Такое направление подачи воздуха («встречное дутье») обеспечивает малые потери от уноса и создает корытообразное зеркало горения. Продукты сгорания движутся навстречу опускающемуся топливу и осуществляют его интенсивную подсушку перед поступлением в зону горения, а затем через окна в стенах шахты выходят в огневые каналы, которые выводят продукты сгорания к поверхностям нагрева парового или водогрейного котла паропроизводительностью до 10 т/ч или тепловой мощностью 6 МВт.

 

 

Таблица 1 - Сравнение характеристик различных типов топок для древесины

	Слое-вые	Камер-ные	Вихре-вые	Кипяще-го слоя
Возможность выделения очага горения для повышения температуры в нем	+	+	+	+
Допустимость колебаний фракционного состава и влажности в широких пределах	+	-	0	0
Простота пуска из холодного состояния	+	0	0	-
Возможность работы без отдельной системы регулирования подачи топлива	+	-	-	-
Отсутствие потребности в ископаемом топливе	+	-	0	-
Возможность изменения тепловой мощности в широких пределах	+	0	-	-
Возможность достижения единичной мощности Q>8 МВт	-	+	0	+

 

+   – условие выполнимо;

0    – условие выполнимо не полностью или выполнение его связано с трудностями;

-    – условие невыполнимо.

 

 

Рисунок 1- Принципиальная схема топочного устройства