ТЕПЛОГЕНЕРАТОР-УТИЛИЗАТОР
WASTE HEAT RECOVERY GENERATOR

Изобретение предназначено для использования в деревообрабатывающей отрасли при сушке пиломатериалов, а также в теплоэнергетике для отопления жилых и производственных помещений.
Известный контактный теплоутилизатор содержит вертикальный корпус с верхним газоотводящим и нижним газоподводящим коллекторами, последний из которых выполнен с отверстиями, насадку с оросителями и конусные кольца с центральными газоперепускными патрубками, выходные торцы которых размещены выше нижних оснований тарелок (SU №1082464, 30.03.84, №12).
Известный теплоутилизатор эффективен для больших скоростей горячего газа. Ввод дополнительных конусных колец усложняет конструкцию теплоутилизатора. Конструкция кольцевых конических колец приводит к образованию застойных зон без теплообмена. Подача горячих газов в сторону дна теплоутилизатора приводит к дополнительному сопротивлению и потере их скорости. Отсутствие перераспределения подаваемого газа не позволяет создавать и поддерживать оптимальный режим при изменении параметров газа во время работы. Теплоутилизатор требует значительных капиталовложений.
Известный контактный теплоутилизатор (SU №1231330, 15.05.86, №18) содержит вертикальный корпус, ороситель, установленный над насадкой теплообменной камеры, кольцевой конический элемент, перфорированный коллектор с патрубком подвода горячего газа, подвижную регулирующую заслонку. Боковое расположение подводящего газового патрубка создает неравномерность подаваемого горячего газа по сечению корпуса и насадки. Основной поток газа проходит через центральный участок корпуса и насадки. Пристенные участки корпуса образуют неэффективные зоны. Отсутствует регулирование направления подачи горячего газа. Теплоутилизатор обладает значительной сложностью. Нет возможности достижения оптимального режима работы этого аппарата для обеспечения увеличения производительности при небольших температурах теплоносителя.
В качестве прототипа принят теплогенератор-утилизатор древесных отходов (патент РФ №2174648, кл. F24H 1/10, опубл. 10.10.2000), содержащий бункер для размещения топлива, топку с камерой сгорания, устройство для перемещения топлива внутри топки, устройство подачи топлива из бункера в топку, блок управления подачей топлива. Над выходным отверстием топки установлен теплообменник, к выходу для продуктов сгорания которого подсоединен инерционный золоуловитель с дымососом.
Этот теплогенератор-утилизатор, хотя и может производит утилизацию древесных отходов, однако его конструкция не позволяет эффективно использовать производимое при утилизации топлива тепло.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в интенсификации процесса теплообмена и увеличение производительности без значительного усложнения конструкции теплогенератора-утилизатора.
В качестве решения задачи предлагается теплогенератор-утилизатор, содержащий корпус с патрубками отвода и подвода теплоносителя и отвода отработавших газов, в нижней части которого размещено топочное отделение с камерой сгорания, а над ним в верхней части размещен теплообменник, бункер для размещения топлива, устройства подачи топлива из бункера в топочное отделение и перемещения топлива внутри него, блок управления подачей топлива, согласно изобретению камера сгорания выполнена с арочным сводом и внутренней футеровкой, внутри корпуса теплообменника на неподвижно закрепленных на корпусе трубных досках закреплены, расположенные в рядном порядке горизонтальные трубы для отвода газов продуктов сгорания топлива, а снаружи его корпуса, на его торцевых стенках установлены короба, первый короб со стороны выходных отверстий горизонтальных труб имеет две раздельные полости, верхняя полость соединена с одной стороны с выходными отверстиями горизонтальных труб а с другой с патрубком отвода отработавших газов, а нижняя полость соединена с пространством над сводом камеры сгорания посредством щелевого отверстия, выполненного в ее нижней части, а с другой стороны с выходными отверстиями горизонтальных труб, а второй короб установлен с противоположного торца для перенаправления горячих газов на 180°, при этом корпус теплообменника снабжен водяной рубашкой, соединенной с водяной рубашкой топочного отделения.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где:
- на фиг.1 показана общая схема теплогенератора-утилизатора;
- на фиг.2 изображен продольный разрез теплогенератора-утилизатора;
Теплогенератор-утилизатор содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода теплоносителя, патрубком 3 отвода теплоносителя, патрубком 4 отвода отработавших газов. В нижней части корпуса 1 размещено топочное отделение 5 с камерой сгорания 6, выполненная с арочным сводом 7 и внутренней футеровкой 8. Топочное отделение 5 размещена в водяной рубашке 9. В верхней части корпуса 1 над топочным отделением размещен теплообменник 10, внутри корпуса теплообменника 10 на трубных досках 11 закреплены горизонтальные трубы 12 для прохода газов продуктов сгорания топлива. Трубы 12 расположены в рядном порядке и размещены внутри корпуса теплообменника 10 в водяной рубашке 13, которая соединена с водяной рубашкой 9 топочного отделения. Снаружи корпуса теплообменника 10 на его торцевых сторонах установлены короба задний 14 и передний 15. Короб 14 имеет две раздельные полости верхняя 16 и нижняя 17. Полость 16 соединена с одной стороны с выходными отверстиями горизонтальных труб 12, а с другой с патрубком 4 отвода отработавших газов. Полость 17 нижней частью соединена посредством щелевого отверстия 18 с топочным отделением 5, а ее верхняя часть соединена с выходными отверстиями горизонтальных труб 12. Короб 15 установлен для перенаправления продуктов сгорания топлива (горячих) газов на 180°. Теплогенератор-утилизатор снабжен бункером питателем 19 для размещения топлива, устройство подачи топлива 20 из бункера 19 в топочное отделение 5, устройство 21 для ворошения топлива внутри бункера 19, привод подачи и ворошения топлива 22 и блок управления 23 теплогенератором-утилизатором, который имеет прямую связь с приводом подачи и ворошения топлива и обратную - с температурой теплоносителя на отводе.
Работа предложенного теплогенератора-утилизатора заключается в следующем.
Из бункера 19 устройством подачи топлива 20 топливо подается в камеру сгорания 6 топочного отделения 5, где он под воздействием высокой температуры выделяет генераторный газ, который сгорает в топочном отделении 5. Образующиеся при горении генераторного газа раскаленные продукты сгорания совершают первый ход - поднимаются по стенке камеры сгорания 6 и совершают горизонтальное движение под арочным сводом 7. Выполнение камеры сгорания 6 с арочным сводом и внутренней футеровкой способствует плавному обтеканию раскаленных газов, поднимающихся от факела вверх и по горизонтали по поверхности арочного свода и равномерному тепловому распределению. Далее раскаленные газы совершает второй ход - над арочным сводом 7, где осуществляется предварительный нагрев теплоносителя и отбирается тепло у раскаленных газов. Третий ход - через щелевое отверстие 18 переходит в горизонтальные трубы 12 теплообменника 10, Четвертый ход - перенаправление потока горячих газов в коробе 15 на 180° в горизонтальных трубах 12. Завершающий этап потока газов: выход из горизонтальных труб 12 в полость 16, далее - в патрубок 4 и выход в атмосферу.
Конструкция коробов позволяет обеспечивать удобство текущего обслуживания установки за счет обеспечения легкого доступа к полостям быстро загрязняющихся продуктами сгорания горизонтальных труб и требующих их периодической чистки.
Четырехкратное прохождение газового потока в рабочем пространстве теплогенератора-утилизатора обеспечивает максимальную отдачу тепла отходящих газов, и интенсификацию процесс теплообмена.
Использование предлагаемого теплогенератора-утилизатора обеспечивает получение технического результата, заключающегося в увеличении его КПД, компактности и технологичности.