Горелка с подачей топлива сверху, работающая на твердом топливе, и способ ее применения

1 Настоящее изобретение относится к горелке с подачей топлива сверху согласно преамбуле п.1 формулы изобретения. Это изобретение, как можно видеть из отличительной части п.1, представляет собой полностью новую конструкцию горелки с производительностью, которую можно постоянно понижать до менее чем 10% (исключая, конечно,случай, когда горелка полностью закрыта) от нормальной производительности. Изобретение будет поэтому описано более подробно в форме примеров со ссылками на чертежи, из которых на фиг. 1 показано схематическое изображение в поперечном разрезе горелки, являющейся предметом настоящего изобретения, на фиг. 2 показан разрез по линииII-II с фиг. 1 и на фиг. 3 схематически показан вариант реализации колосниковой решетки, если смотреть в разрезе сбоку. Горелка, являющаяся предметом настоящего изобретения, состоит из корпуса 1 камеры сгорания, окружающего камеру сгорания 2. Камера сгорания 2 при наблюдении сверху является круглой и ограничивается снизу колосниковой решеткой 3. Колосниковая решетка 3 опирается на раздвижную колонну 4, и ее привод осуществляется валом 4' в форме шлицевого патрубка, например, посредством угловой зубчатой передачи 5 двигателя 6, который может включаться периодически и который одновременно осуществляет привод шнека 7 для уборки золы. На валу 4' может также быть установлено скребковое устройство 8 в форме лопаток. Колосниковая решетка 3, которая на фиг. 1 показана в нижнем положении, может быть поднята или опущена, например, с помощью рычажного механизма, обозначенного схематически позицией 9. По верхней поверхности колосниковой решетки свободно распределено определенное количество керамических шариков 10. Шарики 10 могут быть уложены на колосниковой решетке 3 в несколько слоев, и на решетке может также располагаться мешалка 11. В газоотводе 12 круглой камеры сгорания размещается регулируемое вытяжное отверстие 13, посредством подъема или опускания которого соответственно ограничивают или открывают газоотвод, соединенный с воздушным коробом 14 горелки. Регулируемое вытяжное отверстие 13 располагают таким образом, чтобы его можно было сместить с целью ограничения газоотвода 12, и даже снабжено одним (или несколькими) каналами 15, через которые в газоотвод можно подать даже вторичный воздух. Вторичный воздух может даже быть введен через канал(или каналы) 16, расположенный над вытяжным отверстием 13. Высокая скорость газового потока в газоотводе 12 создает турбулентность и,таким образом, обеспечивает хорошее перемешивание газов по всем позициям вытяжного отверстия 13. Канал (или каналы) 15 в вытяжном отверстии 13 открыт со стороны вытяжного 2 отверстия, поэтому, когда оно закрывается, каналы будут уменьшены из-за того, что входное отверстие каналов запирается наружной скользящей заслонкой 15' вытяжного отверстия 13. Верхний канал (или каналы) 16 может быть ограничен или закрыт заслонкой 17. Корпус 1 камеры сгорания окружен наружной и внутренней оболочками 18 и 19, соответственно. Воздух для горения всасывается между оболочками 18 и 19 через отверстие 20 в наружной оболочке 18 с помощью продувочного вентилятора 21 и подается далее между внутренней оболочкой 19 и корпусом 1 камеры сгорания в область каналов 15 и 16. Воздух даже подводят через канал 22 с нижней стороны колосниковой решетки 3, через которую воздух проходит как первичный воздух. Вытяжное отверстие 23 для продувочного воздуха с соплом соединяет камеру сгорания 2 с корпусом камеры сгорания, который продувает воздух для горения. Короб 24 для топлива открывается в центре над камерой сгорания 2, а топливо в форме стружки или древесных окатышей поступает через питающий короб 25 из, например, более крупной емкости для хранения (не показана). Медленно вращающийся двигатель 26 с зубчатой передачей поворачивает мешалку 27 из стальной проволоки, имеющую нужную форму и проходящую вниз в короб 24 для топлива. Воспринимающее количество движения устройство 28, включающее в себя двигатель 26 для привода мешалки, обнаруживает нагрузку на мешалку 27, предназначенную для медленного вращения в коробе 24 для топлива с целью не допустить прилипания топлива к коробу 24 для топлива и образования комков, которые могут создать проблемы, в особенности в случае применения стружки. Когда уровень топлива в коробе 24 для топлива повышается, возрастает сопротивление вращению мешалки 27, что влечет за собой стремление двигателя 26, установленного на шарикоподшипниках, к повороту с преодолением действия пружины в направлении упорного болта. В отличие от этого, когда уровень топлива в коробе 24 для топлива опускается, сопротивление вращению мешалки 27 уменьшается, а двигатель 26 под воздействием пружины стремится повернуться в противоположном направлении к другому упорному болту. Эти тенденции к движению двигателя обнаруживаются и воздействуют на микропереключатель, например, таким образом, что при возрастании количества движения мешалки 27 двигатель 26 выключается, в то время как уменьшение количества движения вызывает включение двигателя. Такие воспринимающие количество движения конструкции реализуются различными способами и хорошо известны в данной области техники. По этой причине они не образуют часть настоящего изобретения и не будут описаны здесь более подробно. 3 Параллельный короб 29 соединяет питающий короб 25 со стороной наддува продувочного вентилятора 21, что означает, что выше, в месте ввода короба 24 для топлива в камеру сгорания 2, имеет место повышенное давление. Это препятствует подъему дыма по коробу 24 для топлива. На фиг. 1 позицией 30 обозначено герметично закрывающееся запальное и смотровое отверстие в камере сгорания 2, а позицией 31 обозначен резервуар для золы, загрузка которого осуществляется шнеком 7 для уборки золы. Согласно изобретению горелка обладает следующими функциями. Топливо в виде древесных окатышей, стружки и тому подобного загружают по питающему коробу 25, сбрасывая его в вертикальный короб 24 для топлива, в котором медленно вращается выполненная из стальной проволоки мешалка 27, которой придана нужная форма и которая препятствует прилипанию топлива к стенкам короба. Топливо из короба 24 для топлива заполняет камеру сгорания 2 и, в зависимости от интенсивности расходования топлива в камере сгорания, будет опускаться по коробу 24 для топлива и оставаться в камере сгорания 2 на определенном уровне. Колосниковую решетку 3 вращает с подходящей скоростью двигатель 6,который включается периодически и который осуществляет также привод посредством зубчатой передачи 5 шнека 7 для уборки золы. Скорость вращения двигателя 6 регулируют таким образом, чтобы она соответствовала производительности горелки. Мешалка 11, установленная на колосниковой решетке, распределяет топливо в камере сгорания. Когда перфорированная колосниковая решетка 3, например, поворачивается, раскаленный слой оказывает определенное сопротивление, и шарики 10, находящиеся в настоящее время на колосниковой решетке и лежащие достаточно толстым слоем, развивают неравномерное движение, вследствие чего возникает медленное движение "кипения", обеспечивающее достаточную аэрацию раскаленного слоя, но не допускающее сквозной продувки воздуха. Зола падает сквозь слой шариков вниз,а остающийся жар догорает. Шарики препятствуют даже излучению тепла по направлению вниз, а тепло, уловленное шариками, передается первичному воздуху, поступающему снизу. Поступающий воздух или воздух для горения втягивается продувочным вентилятором 21 через отверстие 20 и между наружной и внутренней оболочками 18 и 19 соответственно для последующей продувки для горения камеры сгорания 1. Воздух поступает по каналу 22 как первичный воздух под колосниковую решетку 3. Вторичный воздух может впускаться через одинаковые интервалы по каналам 15 и 16 в области регулируемого вытяжного отверстия 13,расположенного за камерой сгорания 2, но перед воздушным коробом горелки 14. Сопло в 4 отверстии 23 для продувочного воздуха вдувает струю воздуха в направлении стенки камеры сгорания над раскаленным слоем, чтобы не допустить накопления слоя золы. Поскольку воздух для горения втягивают между наружной и внутренней оболочками 18 и 19 соответственно,наружная оболочка охлаждается одновременно с предварительным нагревом воздуха для горения. Дополнительный предварительный нагрев воздуха для горения происходит при его последующем вдувании в корпус 1 камеры сгорания. Зажигание топлива осуществляют через герметично закрывающееся отверстие 30 с помощью, например, запальной спирали. Когда горелка работает на полную мощность, продувочный вентилятор 21 работает с максимальной номинальной производительностью. Благодаря использованию параллельного короба 28 можно в принципе не ограничивать давление продувки, не допуская при этом утечки дыма. Когда нужно понизить производительность, сначала уменьшают скорость вращения продувочного вентилятора, после чего его останавливают, и в результате горелка при снижении производительности приблизительно до 60% работает за счет самовентиляции. Регулируемое вытяжное отверстие 13 начинает закрываться и одновременно ограничивать канал (каналы) 15, в то время как вытяжное отверстие 17 ограничивает канал (каналы) 16, перекрывая подачу в воздушный короб 14 горелки вторичного воздуха. Одновременно изменяются интервалы, через которые двигатель 6 колосниковой решетки осуществляет медленное вращение колосниковой решетки 3. При более низкой производительности колосниковую решетку 3 можно даже поднять, и при самой низкой производительности, порядка 10% от номинальной мощности закрывается отверстие 23 для продувочного воздуха. При минимальной производительности подача вторичного воздуха полностью отсекается, и регулируемое вытяжное отверстие почти полностью закрывается. Колосниковую решетку поднимают таким образом,что раскаленный слой образует лишь небольшой участок под коробом 24 для топлива. Это означает, что часть первичного воздуха проходит мимо колосниковой решетки, а горение газа начинается в камере сгорания 2. В это время вытяжное отверстие 13 закрывается таким образом, что остается открытой лишь небольшая его часть, в результате чего весь газ поступает в поддон котла (не показан), причем возникает небольшое насыщенное высокотемпературное пламя, дожигающее любые возможные не сгоревшие газы, проходящие мимо него. Поскольку полость камеры сгорания 2 теперь невелика,температуру в камере сгорания, а также на входе в воздушный короб горелки 14 можно теперь поддерживать на высоком уровне. Даже первичный воздух, который всасывается через ко 5 роб 22, подвергается предварительному нагреву до очень высокой температуры. Для поддержания минимальной производительности, не допуская при этом угасания или усиления пламени, где-то над выходом короба горелки 14 в поддон котла (не показан) помещают термочувствительный элемент (не показан). При такой низкой производительности горячие газы поднимаются вверх сразу после того, как они покидают короб горелки 14, однако при более высокой производительности газы продуваются под термочувствительным элементом, который в случае, если пламя становится слишком высокотемпературным, полностью останавливает двигатель колосниковой решетки, в результате чего в раскаленном слое начинается быстрое накопление золы и пламя гаснет. Поскольку регулируемое вытяжное отверстие, играющее ключевую роль при работе на низкой мощности, несет ответственность за ограничение потока, поступающего в поддон котла, не существует опасности создания помех скрытым вытяжкам как в камере сгорания, так и коробе 24 для топлива. На фиг. 3 показан один вариант реализации колосниковой решетки 3, которая в данном случае содержит центральную секцию 32 плюс наружное кольцо 33 колосниковой решетки и внутреннее кольцо 34 колосниковой решетки. Между кольцами 33, 34 и центральной секцией 32 имеются кольцеобразные зазоры. Центральная секция имеет отверстие или перфорационные отверстия 35. Центральная секция опирается на вал 4, который вращает секцию, а кольца 33 и 34 опираются на три протяженных вала 36,радиально симметричных относительно друг друга и прикрепленных к опоре 37 центрального вала (например, колонна 4, как показано на фиг. 1), как показано на фиг. 3, что позволяет поднимать и опускать колосниковую решетку. В каждом из валов 36 вытачивают паз 38. Каждый из пазов 38 вытачивают со смещением относительно центральной оси вала 36, и вытачивание выполняют таким образом, что на каждом валу два паза вытачиваются со смещением от оси в противоположных направлениях. Кольца 33 и 34, как показано на фигуре, опираются на пазы опорными краями 39. Если валы 36 поворачиваются или смещаются относительно друг друга на 1/3 оборота, происходит асимметричное движение вверх и вниз при движении в противоположных направлениях наружного кольца 33 и внутреннего кольца 34. Благодаря этому раскаленный слой поддерживается в движении, и зола может легко падать вниз между кольцами. Привод 66 соответствующих валов 36 осуществляется с одинаковой скоростью угловой зубчатой передачей 40, причем внутреннее кольцо 34 будет поворачиваться с большей скоростью, чем наружное кольцо 33. Очевидно, конечно, что можно применять больше двух колец 33, 34. 6 Полное управление продувочным вентилятором 21, регулируемым вытяжным отверстием 16, вытяжным отверстием 17, вращением колосниковой решетки 3 с помощью двигателя 6 и подъемом и опусканием с помощью поворотной траверсы 9, отверстием 23 для продувочного воздуха и мешалкой 27 с целью достижения нужной последовательности горения при различной производительности осуществляется с помощью команд, поступающих от управляющего компьютера. Он здесь не показан и не описан, поскольку программирование обеспечивает только оптимизацию условий работы горелки, но не является само по себе изобретением, однако, может рассматриваться как общепринятая в настоящее время технология программного и аппаратного обеспечения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Горелка с подачей топлива сверху, работающая на твердом топливе, таком как стружка,уголь и тому подобное, с регулируемой производительностью, которая включает камеру сгорания (2), ограниченную снизу колосниковой решеткой (3), вращающейся в горизонтальной плоскости, воздушный короб (14) горелки, соединенный с камерой сгорания и предназначенный для несгоревших газов и средства подачи первичного и вторичного воздуха, отличающаяся тем, что колосниковая решетка (3) установлена с возможностью перемещения по вертикали для уменьшения или увеличения объема камеры сгорания (2), при этом на выходе (12) из камеры сгорания в воздушный короб горелки имеется отверстие (16) для вторичного воздуха,которое может быть закрыто, а также регулируемое вытяжное отверстие (13), снабженное регулируемым каналом (15) для вторичного воздуха, и для регулирования подачи в камеру сгорания воздуха для горения, горелка снабжена продувочным вентилятором. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстие регулируемого вытяжного отверстия(13) выполнено в виде одного или более каналов(15), расположенных таким образом, чтобы автоматически закрываться, когда регулируемое вытяжное отверстие (13) ограничивает выход(12). 3. Горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем,что сверху колосниковой решетки размещен слой свободно лежащих шариков (10), предпочтительно имеющих различные размеры и выполненных из керамического материала. 4. Горелка по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что отверстие (23) для продувочного воздуха размещено между продувочным вентилятором и камерой сгорания (2) в канале для воздуха для горения между продувочным вентилятором и камерой сгорания. 5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что колосниковая решетка (3), регулируемое вы 7 тяжное отверстие (13), отверстие для вторичного воздуха (16), отверстие (23) для продувочного воздуха и продувочный вентилятор (21) перемещаются с помощью двигательных устройств. 6. Горелка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что топливо поступает в камеру сгорания сверху по существу через отверстие, которым открывается вертикальный короб (24) для подачи топлива над колосниковой решеткой (3). 7. Горелка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что колосниковая решетка (3) имеет форму двух или нескольких концентрических колец (33, 34), размещенных на определенном расстоянии друг от друга и предназначенных для вращения с движениями опрокидывания во взаимно смещенных фазах. 8. Способ применения горелки, описанной в пп.1-7, по которому для понижения производительности горелки уменьшают скорость вра 8 щения продувочного вентилятора (21), после чего ограничивают канал, ведущий от камеры сгорания (2) к воздушному коробу (14) горелки,одновременно ограничивают выход для потока вторичного воздуха в камеру сгорания (2),уменьшают скорость вращения колосниковой решетки (3) и закрывают отверстие (23) для продувочного воздуха. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что находящийся под давлением воздух для горения за продувочным вентилятором (21) подводят к коробу (24) для подачи топлива и в топливо,находящееся в верхней части горелки. 10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что первичный и вторичный воздух подвергают предварительному нагреву путем обдува камеры сгорания (2) и воздушного короба(14) горелки внутри оболочки (18, 19), окружающей горелку.