ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к устройствам получения горячего рабочего агента (газообразного или жидкого), используемого для технологий сушки различных материалов или отопления производственных, бытовых и прочих помещений и производств в различных отраслях народного хозяйства (сельском хозяйстве, производстве строительных материалов, угольной промышленности и т.д.).
Известны теплогенераторы для получения горячего воздуха или смеси воздуха и дымовых газов, используемые для сушки зерна в сельском хозяйстве (1. Атаназевич В.И. Сушка зерна. М. ВО - Агропромиздат - 1989, с.136-160). В существующих теплогенераторах используются либо прямоточные топки, работающие на жидком нефтяном или газообразном топливе, либо слоевые топки для сжигания рядового угля.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является теплогенератор зерносушилок М 820 (1, стр.154-155).
Теплогенератор оборудован слоевой топкой для сжигания рядового угля с системой подачи топлива, теплообменником с системой подачи рабочего агента, устройством для удаления дымовых газов.
Недостатками аналогов и прототипа являются:
- использование в качестве топлива дорогостоящих и дефицитных жидких нефтяных и газообразных топлив;
- взрыво- и пожароопасность производства;
- загрязнение зерна или другого высушиваемого материала продуктами сгорания топлива;
- низкая эффективность работы слоевых топок;
- невозможность автоматизации слоевых топок.
Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются:
- устранение недостатков, присущих аналогам и прототипу;
- обеспечение использования для сжигания в теплогенераторах экологически чистого суспензионного угольного топлива.
Поставленные задачи решаются тем, что камера сжигания теплогенератора для получения горячего рабочего агента выполнена в виде вихревой камеры сгорания, оборудованной устройством для зажигания суспензионного угольного топлива, выполненным в виде форкамеры, тангенциально примыкающей к внутренней поверхности камеры сгорания, при этом форкамера снабжена горелкой высокореакционного топлива, струя которого направлена тангенциально к внутренней поверхности форкамеры в сторону камеры сгорания, и форсункой суспензионного угольного топлива, установленной по оси форкамеры, кроме того, теплообменник в нижней части оборудован камерами для сбора и удаления золы, а оборудование для отвода дымовых газов снабжено системой улавливания пыли.
Выполнение камеры сжигания топлива в виде вихревой камеры сгорания обеспечивает возможность использования в качестве топлива суспензионного угольного топлива, например, водоугольного топлива (ВУТ). Сжигание распыленного ВУТ в вихревой топке позволяет достичь выгорания топлива с эффективностью более 97%.
Для надежного воспламенения суспензионного угольного топлива вихревая камера сжигания оборудована устройством для зажигания ВУТ, выполненным в виде форкамеры, тангенциально примыкающей к внутренней поверхности камеры сгорания, при этом форкамера снабжена горелкой высокореакционного топлива, струя которого направлена тангенциально к внутренней поверхности форкамеры в сторону камеры сгорания. Такое выполнение вихревой камеры сгорания позволяет:
- обеспечить тангенциальную подачу распыленного и воспламеняющегося ВУТ в камеру сгорания, не нарушая при этом вихревое вращение горящих капель топлива в камере;
- надежное воспламенение распыленной струи топлива, выходящей из сопел форсунки.
При этом распыленная струя основного топлива не разрушается воздействием направленной тангенциально к внутренней поверхности форкамеры в сторону камеры сжигания горящей струи высокореакционного топлива, используемого в первоначальный момент для зажигания ВУТ и вывода теплогенератора в рабочий режим работы на основном топливе.
Установка в нижней части теплообменника камер для сбора и удаления золы и снабжение оборудования для отвода дымовых газов системой улавливания пыли обеспечивает экологическую чистоту работы теплогенератора на ВУТ.
Теплогенератор состоит из следующих основных частей (см. фиг.1, 2): форкамеры 1, форсунки суспензионного угольного топлива 2, горелки высокореакционного топлива 3, вихревой камеры сгорания 4 с пережимным окном 5, теплообменника 7 с камерой для сбора и удаления золы 6 и системы пылеулавливания 11. При этом форкамера 1 расположена тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания 4, а форсунка суспензионного угольного топлива 2 установлена на оси форкамеры так, что распыленная струя топлива направлена тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания. Горелка высокореакционного топлива 3 расположена на форкамере 1 тангенциально к ее внутренней поверхности и с отклонением в сторону вихревой камеры сгорания 4. Выход продуктов сгорания в теплообменник осуществляется через пережимное окно 5. Для сбора и удаления золы в нижней части теплообменника 7 расположена специальная камера 6. Газоход 10 соединяет теплообменник 7 с системой пылеулавливания 11. Для подачи нагреваемого рабочего агента в теплообменник предназначен патрубок 9, а для отвода нагретого рабочего агента - патрубок 8.
Теплогенератор работает следующим образом.
Сначала включается в работу расположенная на форкамере горелка высокореакционного топлива, предназначенная для розжига основного топлива. Пламя этой горелки, направленное тангенциально к внутренней поверхности форкамеры в сторону камеры сгорания прогревает внутреннюю поверхность форкамеры, а выходящие из форкамеры газы разогревают вихревую камеру сгорания.
После прогрева камеры сгорания до 500÷750°С (внутренняя поверхность форкамеры при этом разогревается до более высоких значений температуры), через форсунку суспензионного топлива подается распыленная водоугольная суспензия. Разработанная конструкция форкамеры обеспечивает высокую надежность зажигания основного топлива, когда распыленная струя водоугольной суспензии оказывается «обернутой» пламенем высокореакционного топлива. Воспламененная струя основного топлива поступает в вихревую камеру сгорания тангенциально внутренней поверхности последней. Благодаря этому она естественным образом, без разрушения, вовлекается в вихревое движение, которое дополнительно формируется тангенциальной подачей вторичного воздуха (на фиг.1. не показано). Температура в камере сгорания начинает быстро повышаться. При достижении рабочей температуры 800-1050°С (в зависимости от марки угля, из которого приготовлена суспензия) горелка высокореакционного топлива выключается.
3
Таким образом, конструкции форкамеры и вихревой камеры обеспечивают надежное воспламенение и устойчивое горение основного топлива. Вихревое движение горящих частиц в камере с пережимным окном обеспечивает пребывание частиц в камере на протяжении времени, необходимого для полного выгорания всех частиц. Камеру покидают с дымовыми газами только самые легкие, с полностью выгоревшим горючим частицы. Согласно полученным данным остаток горючих веществ в золовых частицах не превышает 3%, а насыпная плотность их не более 350 кг/м. Для
сравнения: в шлаке и золе от сжигания угля в слоевых топках содержится от 15 до 55% углерода.
В теплообменнике наиболее крупные частицы золы оседают в камере, расположенной в нижней части теплообменника. Из этой камеры осевшая зола периодически удаляется.
Рабочий агент, проходящий через теплообменник, нагревается горячими газами. Соответственно, дымовые газы, проходящие через теплообменник, охлаждаются. При этом теплопередача происходит через стенки теплообменника без смешения дымовых газов и рабочего агента.
Отдавшие тепло газы с остатками тонких пылевых частиц поступают в систему пылеулавливания, после чего выбрасываются в атмосферу.
Техническая осуществимость и высокая эффективность работы теплообменника подтверждена при работе теплогенератора ТГ-2,5А с вихревой топкой, работающей на суспензионном угольном топливе. Указанный комплекс прошел успешные испытания в институте механизации и электрификации сельского хозяйства РАСХН (г.Новосибирск) в 2007 году.
В таблице приведены результаты испытаний теплогенератора.
Наименование параметра
Единица измерения
Значение
Расход топлива
л/ч
55
Температура в топке
°С
950
Температура исходного воздуха
°С
5
Температура нагретого воздуха
°С
80
Температура дымовых газов
°С
200
На фото (приложение) показан общий вид разработанной и испытанной установки.