RU2133409C1

RU2133409C1 - Wood waste incinerator

Info

Publication number: RU2133409C1
Application number: RU95110926A
Authority: RU
Original assignee: Свинарев Борис Михайлович
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: wood waste incinerating equipment. SUBSTANCE: incinerator has charging hopper, heat-exchange device, exhaust fan and vertical shaft with perforated lower part. Vertical shaft has perforated sleeves and device for preventing dome formation. Sleeves are mounted in vertical position so as to rest with their open part upon fire grate. Afterburner has annular section and is defined at inner side by vertical shaft wall and at outer side by secondary air heater having two vertical collectors with horizontal annular tubes between them. One of collectors has nozzles for supplying heated secondary air into combustion chamber. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания различных древесных отходов, таких, как опилки, кора, дрова, образующихся в больших количествах на предприятиях, связанных с переработкой древесины в лесозаготовительной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности и может быть использована в этих отраслях, как составная часть установок для выработки тепла (теплогенераторов). The invention relates to devices for burning various wood waste, such as sawdust, bark, firewood, generated in large quantities at enterprises associated with the processing of wood in logging, woodworking, pulp and paper and other industries and can be used in these industries, as part of heat generation plants (heat generators).

На предприятиях указанных выше отраслей постоянно скапливаются в больших количествах древесные отходы, не имеющие спроса и резко нарушающие экологический баланс в районах их захоронения. At the enterprises of the above industries, wood waste is constantly accumulated in large quantities, which has no demand and dramatically violates the ecological balance in the areas of their burial.

Решение проблемы сжигания древесных отходов позволит не только существенно улучшить экологическую обстановку, но и получить дешевую тепловую энергию. Solving the problem of burning wood waste will not only significantly improve the environmental situation, but also get cheap thermal energy.

В настоящее время известно довольно большое количество печей для сжигания различных видов отходов, в том числе влажных низкокалорийных, какими являются древесные отходы (Богушевская К.К., Термические методы обезвреживания отходов, Л., Химия, 1975, 150 с, Арзамасова З.А. Санитарная очистка городов, М., Стройиздат, 1966, 220 с.). Currently, there are a fairly large number of furnaces for burning various types of waste, including humid low-calorie waste such as wood waste (Bogushevskaya K.K., Thermal methods of waste disposal, L., Chemistry, 1975, 150 s, Arzamasova Z.A Sanitary cleaning of cities, M., Stroyizdat, 1966, 220 pp.).

Основной характеристикой любой печи, как теплогенератора, является удельный съем тепла с 1 м² пода печи (тепловое напряжение) q_уд (Ккал/м²).The main characteristic of any furnace as a heat generator is the specific heat removal from 1 m ^{2 of the} furnace hearth (thermal voltage) q _beats (Kcal / m ² ).

Основными элементами печей для сжигания отходов являются: загрузочный бункер с устройством для предотвращения сводообразования, колосниковая решетка, камера дожигания, подогреватель вторичного воздуха, теплообменник для выработки тепла путем нагревания теплоносителя отходящими из печи дымовыми газами, дымосос и вентилятор. The main elements of waste incinerators are: a loading hopper with a device for preventing arch formation, a grate, an afterburner, a secondary air heater, a heat exchanger for generating heat by heating the heat carrier with flue gases leaving the furnace, a smoke exhauster and a fan.

Известна топка для сжигания древесных отходов (Авторское свидетельство 1296789, кл. F 23 G 7/00, 1987), в которой древесные отходы предварительно прессуются, что значительно усложняет конструкцию и снижает надежность ее работы. A known furnace for burning wood waste (Copyright certificate 1296789, class F 23 G 7/00, 1987), in which wood waste is pre-pressed, which greatly complicates the design and reduces the reliability of its operation.

Известна топка для сжигания твердых бытовых отходов (Авторское свидетельство 1756741, кл. F 23 G 5/00, 1992), в которой имеются бункер с воронкой, загрузчик топлива, валковая колосниковая решетка с межвалковыми уплотнителями, системы подачи воздуха к валкам, шлаковыгружатели. A known furnace for burning solid household waste (Copyright Certificate 1756741, class F 23 G 5/00, 1992), in which there is a hopper with a funnel, a fuel loader, a grate with a roller grate with inter-roll seals, air supply systems to the rolls, slag dumpers.

Недостатками этой печи являются громоздкость, сложность в управлении и ненадежность из-за возможности забивания воздушных отверстий в валках. The disadvantages of this furnace are bulky, difficult to control and unreliable due to the possibility of clogging air holes in the rolls.

В установке для пиролиза отходов (Авторское свидетельство 877236, кл. F 23 G 5/027, 05.11.87), включающей вертикальную шахту с бункером, камеры сгорания и дожигания с расположенным в последней подогревателем вторичного воздуха или пиролизных газов, теплообменник и дымосос, существенным недостатком является снижение интенсивности процесса подсушивания отходов в вертикальной шахте из-за относительно невысоких температур стенок шахты, расположенных вне зоны горения или дожигания газов. Кроме того, подогреватель вторичного воздуха, выполненный змеевикового типа, требует для своего размещения увеличение объемов установки. In the installation for the pyrolysis of waste (Copyright certificate 877236, class F 23 G 5/027, 05.11.87), which includes a vertical shaft with a hopper, combustion and afterburners with a secondary air or pyrolysis gas heater located in the latter, a heat exchanger and smoke exhaust, essential the disadvantage is the decrease in the intensity of the drying process of waste in a vertical shaft due to the relatively low temperatures of the walls of the shaft located outside the zone of combustion or afterburning of gases. In addition, the secondary air heater, made of a coil type, requires an increase in installation volumes for its placement.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является печь (RU патент 2015450, кл. F 23 B 1/38, 30.06.94) для сжигания древесных отходов. Она состоит из опускной шахты, камеры сгорания с колосниковой решеткой и камеры дожигания. Closest to the technical nature of the proposed is a furnace (RU patent 2015450, CL F 23 B 1/38, 06/30/94) for burning wood waste. It consists of a lowering shaft, a combustion chamber with a grate and an afterburner.

В этой печи отходы из шахты попадают на колосниковую решетку, сквозь которую продувается первичный воздух, проходящий сквозь слой отходов, подсушивающий и воспламеняющий их. Несгоревшие частицы дожигаются на вспомогательной дожигательной решетке путем пропуска сквозь нее нагретого вторичного воздуха, а несгоревшие газообразные продукты дожигаются в камере дожигания. После этого дымовые газы проходят через газовыпускное окно и далее выбрасываются в атмосферу. In this furnace, waste from the mine enters the grate, through which primary air is blown, passing through the waste layer, drying and igniting them. Unburned particles are burned on an auxiliary afterburner by passing heated secondary air through it, and unburned gaseous products are burned in the afterburner. After that, the flue gases pass through the gas outlet window and are then released into the atmosphere.

Данная печь имеет следующие недостатки. Процесс подсушки отходов в шахте является малоэффективным из-за того, что стенки ее имеют низкую температуру (на части периметра шахты стенки ее вообще имеют температуру, помещения, где находится печь). Поэтому основной объем сушки происходит на колосниковой решетке, что уменьшает рабочий объем камеры сгорания и соответственно, теплосъем. Толщина слоя отходов на колосниковой решетке сильно ограничена возможностями потери напора первичного воздуха, преодолеваемые дымососом, уменьшается количество первичного воздуха, продуваемого сквозь слой отходов и соответственно, снижается процесс интенсивности горения и теплосъем. Кроме того, расположение камеры дожигания отдельно от шахты приводит к увеличению габаритов печи. This furnace has the following disadvantages. The process of drying waste in the mine is ineffective due to the fact that its walls have a low temperature (on the part of the perimeter of the mine, its walls generally have temperature, the premises where the furnace is located). Therefore, the bulk of the drying takes place on the grate, which reduces the working volume of the combustion chamber and, accordingly, heat removal. The thickness of the waste layer on the grate is severely limited by the possibilities of loss of pressure of the primary air overcome by the smoke exhaust, the amount of primary air blown through the waste layer decreases and, accordingly, the process of burning intensity and heat removal are reduced. In addition, the location of the afterburner separately from the shaft leads to an increase in the dimensions of the furnace.

Таким образом, малоэффективный процесс сушки отходов в шахте, ограничение толщины слоя отходов, конструктивные решения по размещению камеры дожигания приводят к снижению количества сжигаемых древесных отходов, увеличению габаритов печи и как следствие, к уменьшению теплопроизводительности (теплосъема) печи и снижению эффективности ее работы в целом. Thus, the ineffective drying process of waste in the mine, limiting the thickness of the waste layer, design solutions for placing the afterburner, reduce the amount of wood waste burned, increase the dimensions of the furnace and, as a result, reduce the heat output (heat removal) of the furnace and reduce its overall performance .

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности работы печи, т. е. увеличение теплосъема и уменьшение габаритов. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the furnace, that is, an increase in heat removal and a decrease in size.

Поставленная цель достигается тем, что печь содержит загрузочный бункер, теплообменное устройство и дымосос, шахта выполнена вертикальной с перфорированной нижней частью, снабженной одним или несколькими перфорированными стаканами, расположенными вертикально и опирающимися открытой частью на колосниковую решетку, и с устройством для предотвращения сводообразования, а камера дожигания выполнена кольцеобразного поперечного сечения, ограниченной внутри стенкой вертикальной шахты, а на периферии - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов с горизонтальными кольцами труб между ними, причем один из коллекторов снабжен соплами для подачи нагретого воздуха в камеру сжигания. This goal is achieved in that the furnace contains a loading hopper, a heat exchanger and a smoke exhaust, the shaft is made vertical with a perforated bottom, provided with one or more perforated cups located vertically and supported by the open part on the grate, and with a device to prevent arch formation, and the camera the afterburning is made of an annular cross-section, bounded inside by the wall of a vertical shaft, and on the periphery by a secondary air heater, in complements in two vertical rings collector with horizontal tubes therebetween, wherein one of the headers provided with nozzles for supplying heated air in the combustion chamber.

На фиг. 1 (а, б) изображена предлагаемая печь для сжигания древесных отходов, продольный и поперечный разрез. In FIG. 1 (a, b) shows the proposed furnace for burning wood waste, longitudinal and transverse section.

Печь содержит загрузочный бункер 1; вертикальную шахту 2 с устройством 3 для предотвращения сводообразования - древесных отходов. Внизу вертикальная шахта закрыта колосниковой решеткой 4, на которую опирается открытой частью перфорированный стакан 5 (ось стакана расположена вертикально). Нижняя часть вертикальной шахты 2 снабжена перфорацией. Пространство между перфорированными стенками стакана 5 и шахты 2 образует камеру сгорания. Снаружи нижней перфорированной части шахты 2 расположена полость кольцеобразного поперечного сечения, представляющая собой камеру дожигания 6, ограниченную внутри перфорированной стенки шахты 2, а по периферии - подогревателем вторичного воздуха, выполненным в виде двух вертикальных коллекторов 7 и 8 с горизонтальными кольцами труб 9 между ними. Один из коллекторов 8 снабжен соплами 10, расположенными таким образом, что их оси направлены внутрь камеры дожигания 6, т. е. в зазор между стенками вертикальной шахты и другого коллектора. Снаружи камера 6 закрыта теплоизоляцией 11, а внутри имеет перегородку 12. Кроме того, печь имеет теплообменник 13 для нагрева теплоносителя, дымосос 14 и растопочную горелку 15. The furnace contains a loading hopper 1; vertical shaft 2 with a device 3 to prevent arching - wood waste. At the bottom, the vertical shaft is closed by the grate 4, on which the perforated cup 5 rests (the axis of the cup is vertical). The lower part of the vertical shaft 2 is provided with perforations. The space between the perforated walls of the glass 5 and the shaft 2 forms a combustion chamber. Outside the lower perforated part of the shaft 2 there is a cavity of an annular cross section, which is a afterburner 6, limited inside the perforated wall of the shaft 2, and on the periphery - a secondary air heater made in the form of two vertical collectors 7 and 8 with horizontal pipe rings 9 between them. One of the collectors 8 is equipped with nozzles 10 arranged in such a way that their axes are directed into the afterburner 6, i.e., into the gap between the walls of the vertical shaft and another collector. Outside, the chamber 6 is closed by thermal insulation 11, and inside has a partition 12. In addition, the furnace has a heat exchanger 13 for heating the coolant, a smoke exhauster 14 and a kindling burner 15.

Печь работает следующим образом. Древесные отходы после загрузки в бункер 1 поступают в вертикальную шахту 2 и заполняют ее всю до колосниковой решетки 4. Включается устройство 3, предотвращающее сводообразование в шахте. После включения дымососа 14 в камере дожигания 6 создается разрежение и первичный воздух через колосниковую решетку 4 и перфорацию стакана 5 начинает фильтроваться сквозь слой древесных отходов, находящихся между стенками стакана и вертикальной шахты. В период запуска печи включается горелка 15, дающая первоначальное тепло. Древесные отходы, находящиеся в нижней части (перфорированной) шахты 2, т.е. в камере сгорания, начинают подсыхать и гореть. Горелку 15 после начала процесса горения отключают, включают источник вторичного воздуха (например, вентилятор), который подают в коллектор 2. The furnace operates as follows. Wood waste after loading into the hopper 1 enters the vertical shaft 2 and fills it all the way up to the grate 4. The device 3 is turned on, which prevents arch formation in the shaft. After turning on the smoke exhauster 14 in the afterburner 6, a vacuum is created and primary air through the grate 4 and the perforation of the glass 5 begins to filter through the layer of wood waste located between the walls of the glass and the vertical shaft. During the start-up period of the furnace, the burner 15 is turned on, giving the initial heat. Wood waste located in the lower part of the (perforated) shaft 2, i.e. in the combustion chamber, begin to dry out and burn. The burner 15 after the start of the combustion process is turned off, turn on the source of secondary air (for example, a fan), which is fed into the manifold 2.

При установившемся режиме сушка отходов начинается в зоне, расположенной выше камеры сгорания, т.е. выше стакана 5, а в самой камере сгорания процесс горения совмещается с пиролизом древесины, т.е. с выделением горючих газообразных продуктов, которые сквозь перфорацию шахты 2 поступают в камеру дожигания 6, где смешиваются с горячим вторичным воздухом, поступающим в нее из сопел 10 коллектора 8 и догорают, поддерживая температуру в камере 6, а следовательно, и нижней части стенки шахты 2 в пределах 900-1000^oC. Образующиеся в результате в камере 6 дымовые газы через теплообменник 13 и дымосос 14 выбрасываются в атмосферу или идут на очистку. В теплообменника 13 дымовые газы отдают тепло теплоносителю, которым может быть воздух или вода, подаваемые в него нагнетателями. Зола, остающаяся после сгорания древесных отходов, проваливается сквозь колосниковую решетку и удаляется.In the steady state, the drying of the waste begins in the zone located above the combustion chamber, i.e. above the cup 5, and in the combustion chamber itself, the combustion process is combined with the pyrolysis of wood, i.e. with the release of combustible gaseous products, which through the perforation of the shaft 2 enter the afterburner 6, where they are mixed with hot secondary air coming into it from the nozzles 10 of the manifold 8 and burn out, maintaining the temperature in the chamber 6, and hence the lower part of the shaft 2 wall in the range of 900-1000 ^o C. The resulting flue gases in the chamber 6 through the heat exchanger 13 and the exhaust fan 14 are emitted into the atmosphere or are cleaned. In the heat exchanger 13, flue gases give off heat to the coolant, which may be air or water supplied to it by superchargers. The ash remaining after the combustion of wood waste falls through the grate and is removed.

Наличие перфорированного стакана 5 и перфорации стенки нижней части шахты 2 позволяет создать практически любой требуемый объем камеры сгорания, т. е. пространства, где осуществляется фильтрация первичного воздуха сквозь слой древесных отходов. Для этого необходимо варьировать лишь высотой перфорированного стакана 5 и, соответственно, высотой перфорации в нижней части стенки шахты 2 или количеством стаканов 5. Схематично влияние наличия стакана 5 на размеры образующейся камеры сгорания представлено на фиг. 2. The presence of a perforated cup 5 and perforation of the wall of the lower part of the shaft 2 allows you to create almost any required volume of the combustion chamber, i.e. the space where the primary air is filtered through a layer of wood waste. For this, it is necessary to vary only the height of the perforated cup 5 and, accordingly, the perforation height in the lower part of the shaft wall 2 or the number of cups 5. The effect of the cup 5 on the dimensions of the resulting combustion chamber is shown schematically in FIG. 2.

Таким образом, предлагаемое конструктивное решение позволяет осуществлять процесс сжигания отходов только в вертикальной шахте, в отличие от прототипа по пат. 2015450 и установки по а.с. 877236, где отходы после шахты рассыпаются тонким слоем на колосниковой решетке. Это существенно сокращает габариты печи и повышает производительность ее, т.е. удельный теплосъем q_уд.Thus, the proposed constructive solution allows the process of burning waste only in a vertical shaft, in contrast to the prototype of US Pat. 2015 450 and installations by A.S. 877236, where the waste after the mine is scattered in a thin layer on the grate. This significantly reduces the dimensions of the furnace and increases its productivity, i.e. specific heat removal q _beats .

Благодаря кольцеобразной форме поперечного сечения камеры дожигания 6 стенки нижней части шахты 2 по всему периметру, в отличие от прототипа находятся в зоне интенсивного нагрева (900-1000^oC). Это способствует быстрой сушке отходов, поступающих в нижнюю часть вертикальной шахты 2. Кольцеобразная форма камеры дожигания 6 и наличие у одного из коллекторов сопел 10, позволяющих вдувать вторичный воздух в камеру 6 таким образом, что газы внутри последней движутся по восходящей спирали, с большой скоростью омывая витки труб подогревателя вторичного воздуха (эта скорость определяется поперечными размерами камеры 6 и расходом вторичного воздуха), позволяют интенсифицировать процесс нагрева вторичного воздуха, в отличие от нагревателя газов в установке по а.с. 877236, находящегося в зоне малых скоростей дымовых газов. Кроме того, кольца труб 9 подогревателя вторичного воздуха помимо прямого назначения (подогревать воздух) являются и силовым конструктивным элементом, образующим периферийную стенку камеры дожигания 6. Все это также способствует повышению теплосъема q_уд. и снижению габаритов предлагаемой печи.Due to the annular cross-sectional shape of the afterburning chamber 6, the walls of the lower part of the shaft 2 around the entire perimeter, in contrast to the prototype, are in the zone of intense heating (900-1000 ^o C). This contributes to the quick drying of the waste entering the lower part of the vertical shaft 2. The annular shape of the afterburner 6 and the presence of nozzles 10 on one of the collectors that allow secondary air to be blown into the chamber 6 so that the gases inside the latter move in an upward spiral at high speed washing the coils of the secondary air heater pipes (this speed is determined by the transverse dimensions of the chamber 6 and the secondary air flow rate), they allow intensifying the process of heating the secondary air, unlike the heater gases in the installation by a.s. 877236, located in the zone of low speeds of flue gases. In addition, the pipe rings 9 of the secondary air heater, in addition to their direct purpose (to heat the air), are also a power structural element forming the peripheral wall of the afterburner 6. All this also contributes to an increase in heat removal q _beats. and reducing the size of the proposed furnace.

Предлагаемая печь согласно приведенному выше описанию была разработана и изготовлена на предприятии "ИНТЕРМ" и в настоящее время находится в опытной эксплуатации. The proposed furnace according to the above description was developed and manufactured at the company "INTERM" and is currently in trial operation.

В таблице (см. в конце описания) представлены сравнительные характеристики предлагаемой печи и действующих как зарубежных, так и отечественных печей, являющихся аналогами прототипа. The table (see the end of the description) presents the comparative characteristics of the proposed furnace and existing both foreign and domestic furnaces, which are analogues of the prototype.

Примечание. Данные получены путем обследования печи, установленной на Выборгском целлюлозно-бумажном комбинате. Ленинградская область. Note. Data obtained by examining a furnace installed at the Vyborg Pulp and Paper Mill. Leningrad region.

Таким образом, предлагаемая печь значительно эффективнее действующих современных печей. Кроме того, благодаря интенсификации процесса сушки и горения отходов в предлагаемой печи, она может перерабатывать древесные отходы практически любой влажности (до 80%), в то время, как одна из лучших зарубежных печей для сжигания коры (АО "ОУТОКУМПУ"-Финляндия) использует предварительно отжатую до влажности 50-55% кору, для чего необходимо иметь мощное подготовительное производство. Thus, the proposed furnace is much more efficient than existing modern furnaces. In addition, due to the intensification of the drying and burning of waste in the proposed furnace, it can process wood waste of almost any moisture content (up to 80%), while one of the best foreign bark kilns (JSC OUTOKUMPU-Finland) uses pre-squeezed to a moisture content of 50-55% bark, for which it is necessary to have a powerful preparatory production.

В настоящее время в ПО "ИНТЕРМ" разработаны рабочие проекты и изготавливаются печи для сжигания древесных отходов тепловой мощностью от 0,5 до 10,0 Гкал/час. At present, INTERM software has developed working projects and manufactures stoves for burning wood waste with a heat capacity of 0.5 to 10.0 Gcal / h.

Claims

A wood waste incinerator containing a shaft, a combustion chamber, a grate, an afterburner, characterized in that it comprises a feed hopper, a heat exchanger and a smoke exhauster, the shaft is vertical with a perforated bottom, provided with one or more perforated cups arranged vertically and leaning the open part on the grate, and with a device to prevent arch formation, the afterburner is made of an annular cross-section, limited second inside vertical wall of the charge, and on the periphery - a secondary air preheater, made in two vertical rings collector with horizontal tubes therebetween, wherein one of the headers provided with nozzles for supplying the heated secondary air to the combustion chamber.