Пиролизный котел-утилизатор
PYROLYSIS WASTE HEAT BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям водогрейных аппаратов, и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения.
Известно газогенераторное отопительное устройство [патент РФ №2439437], содержащее объединенные общим вертикально ориентированным корпусом камеру сгорания с дверцей для загрузки топлива; камеру дожигания с дверцей для ее чистки; форсунки, обеспечивающие движение пиролизного газа из камеры сгорания в камеру дожигания; вентилятор для принудительной подачи воздуха в камеру дожигания; вертикальный газоход; теплообменник, связанный с системой водяного отопления. Камера дожигания расположена под камерой сгорания и сообщается в нижней своей части с вертикальным газоходом. Форсунки установлены между камерой сгорания и камерой дожигания, выполнены из шамота, имеют модульное исполнение и содержат горизонтальные воздухоподводящие отверстия. Вертикальный газоход расположен в задней части устройства, смежно с камерами сгорания и дожигания, и сообщается с патрубком дымовой трубы.
В известном решении не уделяется особого внимания конструкции теплообменника, в частности его эффективности, в сущности, теплообменник представляет собой угловатую емкость сложной формы, подверженную сильному загрязнению продуктами сгорания.
В качестве прототипа выбран котел отопительный [патент РФ на полезную модель №153204], содержащий корпус, в котором размещена загрузочная камера газогенерации и связанная с ней форсункой камера сгорания, соединенная с размещенными в водяной рубашке нижним дымовым каналом и с трубами теплообменника, соединенного с дымоходом, и регулятор подачи воздуха, снабжен датчиком температуры теплоносителя, а регулятор подачи воздуха выполнен в виде управляемых шиберов переменного проходного сечения и блока автоматического управления, причем загрузочная камера газогенерации соединена с атмосферой через один управляемый шибер, а камера сгорания соединена с атмосферой через другой, подключенный к форсунке, управляемый шибер, при этом блок автоматического управления связан с датчиком температуры и выполнен с возможностью раздельного управления шиберами загрузочной камеры газогенерации и камеры сгорания.
В данных котлах применен вертикальный газотрубный теплообменник, в котором при прохождении нагретых газов вследствие их вращательно-поступательного движения под действием центробежной силы на стенках труб осаждаются несгоревшие продукты (сажа и т.д.), вследствие чего падает эффективность теплообмена и возникает необходимость периодической очистки теплообменника с остановкой работы котла. Это не позволяет использовать котел в качестве котла- утилизатора.
Также в подобных котлах устанавливают прямоугольную камеру сгорания, что не эффективно из-за «мертвых зон» (углы камеры), которые не контактируют с горячими газами и требуется больше «клепок» для стыковки с наружной рубашкой котла.
Задача изобретения - повышение эффективности теплообмена пиролизного котла и использование котла в качестве котла-утилизатора, а также упрощение обслуживания и очистки теплообменников пиролизных котлов-утилизаторов без останова их работы.
Указанная задача решается пиролизным котлом-утилизатором, содержащим корпус с загрузочной камерой и связанной с ней одной или несколькими форсунками камерой сгорания, соединенной с размещенными в водяной рубашке нижним дымовым каналом и с трубами теплообменника, соединенного с дымоходом, в котором согласно изобретению теплообменник выполнен водотрубным с горизонтальным продольным размещением труб в шахматном порядке с возможным их наклоном в сторону трубы подачи до 5 градусов, а камера сгорания выполнена восьмиугольной в поперечном сечении.
Целесообразно в боковой стенке котла выполнить технологическое окно, для обслуживания теплообменника (в том числе без останова работы).
Заявляемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен внешний вид пиролизного котла-утилизатора.
На фиг. 2 представлен продольный разрез пиролизного котла-утилизатора.
На фиг. 3 показана схема расположения труб в теплообменнике.
На фиг. 4 показан фронтальный вид на камеру сгорания с частью наружной рубашки.
В общем случае устройство содержит дверку камеры загрузки 1, воздуховоды 2 первичного/вторичного воздуха, регулятор 3 заслонки первичного воздуха, вентилятор 4 наддува воздуха (первичного/вторичного), регулятор 5 заслонки вторичного воздуха, дверка 6 камеры сгорания, водяную рубашку 7, заслонку 8 перепуска дымогазов, трубы 9 горизонтального водотрубного теплообменника, воздуховод (внутренний) 10 первичного воздуха, футеровку (шамотный кирпич) 11 камеры загрузки, форсунку 12 из огнеупорного бетона (до 1600°С), камеру 13 дожига пиролизных газов из шамотного кирпича в камере сгорания 14. В боковой стенке котла выполнено технологическое окно 15, для обслуживания теплообменника. В верхней задней части котла размещен патрубок дымохода 16.
В камеру загрузки закладываются через дверку 1 горючие материалы, например дрова, а также различные отходы (резина, пластик и т.п.), и поджигаются при открытой заслонке 8. Когда горючее разгорится, заслонка 8 закрывается, и включается вентилятор 4. В камере 1 происходит обугливание и газификация, то есть собственно пиролиз. Это происходит с ограниченной дозированной подачей воздуха через воздуховод 2 и воздуховод 10 посредством регулятора 3, в зависимости от вида горючего материала. Выделяющийся в процессе горения газ (углеводороды, угарный газ и водород, азот из первичного воздуха) проходит через форсунку 12, где смешивается с дозированным, посредством регулятора 5, воздухом, поступающим по воздуховоду 2.
Образованная горючая смесь сгорает в камере 13 дожига пиролизных газов с высокой температурой газов (~1200°C). Высокотемпературная смесь проходит через участки камеры сгорания 14 (нижний дымовой канал), контактируя с водяной рубашкой 7, далее через трубы 9 теплообменника и удаляется через дымоход 16.
С применением горизонтального водотрубного теплообменника исключается вращательно-поступательное движение газов, как следствие, достигается снижение налипания продуктов сгорания на трубы 9 теплообменника, что позволяет использовать котел в качестве котла-утилизатора для сжигания отходов резины и пластика и т.д., а расположение труб 9 в шахматном порядке и с наклоном до 5° повышает теплообмен и исключает бурление при нагревании, и так как пыль и сажа осаждаются на верхней части труб 9, то на теплообмен это практически не влияет, в результате имеется повышенный теплообмен и отсутствие необходимости в частой очистке и обслуживании теплообменника, а расположение технологического окна 15 в боковой части котла позволяет проводить его очистку и обслуживание без остановки.
Камеры сгорания пиролизных котлов, как правило, изготавливаются либо прямоугольной формы, либо круглой, что не эффективно в первом случае из-за «мертвых зон» (углы), которые не контактируют с горячими газами, и требуется больше «клепок», в случае круглой формы камеры сгорания возникают сложности в изготовлении таких камер (требуется специальное оборудование типа вальцов), а также сложности в стыковке наружной и внутренних рубашек котла, в нашем случае применена восьмиугольная камера сгорания, которая по эффективности близка к круглой, но в стыковке наружной и внутренней рубашек котла нет технологических сложностей и уменьшено количество «клепок». Кроме того, такая форма камеры сгорания позволяет увеличить запас теплоносителя (воды) в самой критической зоне котла-утилизатора, тем самым предотвращая его вскипание (см. фиг. 4).