ПИРОЛИЗНЫЙ КОТЕЛ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ ФАКЕЛА
PYROLYSIS BOILER WITH FLUIDIZED BED OF TORCH

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к твердотопливным отопительным устройствам, предназначенным для систем децентрализованного отопления различных объектов бытового назначения.
Из уровня техники известно наиболее близкое к заявляемому техническому решению отопительное устройство, содержащее объединенные вертикально ориентированным корпусом камеру сгорания с загрузочной дверцей, средства подачи первичного и вторичного воздуха с регулируемыми заслонками на их заборных частях, связанных с атмосферным воздухом, а также патрубок дымовой трубы, дополнительно снабжено вертикальным газоходом, расположенным смежно с камерой сгорания в задней части устройства и сообщающимся с патрубком дымовой трубы, а также топливником, расположенным в нижней части камеры сгорания и выполненным в виде выдвижного короба с передней, задней, нижней и двумя боковыми стенками, при этом камера сгорания сообщается с газоходом посредством перекрываемого шибером окна, расположенного на смежной с газоходом стенке в верхней части камеры, и посредством щели в одной из внутренних стенок топливника, средство подачи первичного воздуха расположено в центре топливника и представляет собой установленную в отверстии на его передней стенке трубу с перфорацией, направленной горизонтально и вертикально вверх, а средство подачи вторичного воздуха расположено над топливником и представляет собой установленную по периметру камеры сгорания трубу, имеющую горизонтально направленную перфорацию [Патент №85609 от 10.08.2009 г., заявка: 2009104253/22, 09.02.2009, опубл.: 10.08.2009, бюл. №22, «Отопительное устройство (варианты)»].
Недостатками данного отопительного устройства являются: неравномерный нагрев топливника и корпуса котла, приводящие к деформации металла, сложная конструкция подачи вторичного воздуха выше топливника, повышенная загрязняемость котла из-за образования не разлагаемых отходов сжигаемого топлива в виде смолы и уксуса.
Технический результат предлагаемого изобретения выражается в повышении теплоемкости и теплоотдачи котла, а также улучшении экологичности его работы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что пиролизный котел включает в себя наружный теплообменник, растопочную поворотную заслонку с блокировочной ручкой, установленную на газификаторе, снабженном крышкой, оболочка которого является внутренним теплообменником и вставляется в наружный теплообменник по трем направляющим пластинам под углом 120 градусов, при этом в верхней части котла внутренний теплообменник сочленяется с наружным теплообменником четырьмя пластинами под углом 90 градусов, зольник, снабженный дверцей и подводом вторичного воздуха с трубой вторичного дутья, установленный на двух опорах короба вторичного воздуха и топливника в нижней части зольника, воздушный вентиль и предохранительный клапан, установленные на наружном теплообменнике, верхнюю крышку-дымоход с перепускным патрубком, пристыкованную к общему фланцу наружного теплообменника, топливник с решеткой кипящего слоя, содержащей отверстия малого диаметра, общая площадь которых равна площади отверстий фурм топливника, снабженный вентилятором первичного воздуха и регулирующей плотной дроссельной заслонкой, а также патрубки обратной и прямой сетевой воды, приваренные к наружному и внутреннему теплообменникам соответственно, растопочную и загрузочную дверцы, жестко связанные коробами с наружным и внутренним теплообменниками, дроссельные клапаны первичного и вторичного воздуха.
В зависимости от используемого топлива котел может иметь разные формы в сечении: для дров - прямоугольную или неправильного шестиугольника; для сыпучих материалов - форму цилиндра.
Общий вид пиролизного котла приведен на Фиг. 1, на Фиг. 2 представлен пиролизный котел, вид сбоку, на Фиг. 3 - разрез А-А на Фиг. 2.
Несущей частью котла является наружный теплообменник 2 и зольник 10 с дверцей 9. Оболочка газификатора 4 является внутренним теплообменником 3, оснащенным приваренной крышкой 33 и патрубком прямой сетевой воды 7, и вставляется в наружный теплообменник 2 по трем направляющим пластинам 28, приваренным к внутреннему теплообменнику 3 под углом 120 градусов. В верхней части внутренний теплообменник 3 опирается на наружный теплообменник 2 четырьмя опорами-пластинами 32 под углом 90 градусов по плоскости приваренных к внутреннему теплообменнику 3. Растопочная дверца 15 и загрузочная дверца 14 жестко связаны коробами 26 внутреннего теплообменника 3 и внешнего теплообменника 2. В верхней части на крышке газификатора 4 установлена растопочная поворотная заслонка 1 с блокировочной ручкой 20. На наружном теплообменнике 2 смонтированы воздушный вентиль 12 и предохранительный клапан 13. Внутренний 3 и внешний 2 теплообменники связаны между собой пропускными патрубками 11 через фланцы. Верхняя крышка-дымоход 34 и патрубок 19, выполняющие роль дымохода, пристыковываются к общему фланцу 21, приваренному к наружному теплообменнику 2.
В нижней части зольника 10 на двух разных по диаметру опорах короба вторичного воздуха и топливника 22 устанавливается по длине подвод вторичного воздуха 8, каналом подачи вторичного воздуха 23 с трубой вторичного дутья 36.
Труба вторичного дутья 36 приваривается через отверстие к корпусу зольника 10. На опорах 22 через два отверстия вставляется топливник с решеткой кипящего слоя 5 и с трубой первичного дутья 35, при этом устанавливается зазор для подачи вторичного воздуха 31 между топливником с решеткой кипящего слоя 5 и подводом вторичного воздуха 8, равный по всему контуру, закрепив гайками с резьбой с опорами 22.
Собирается верхняя часть теплообменников 2 и 3 с зольником 10. При этом через отверстие с круглой обечайкой 37, проваренной с обеих сторон внешнего теплообменника 2 вставляется труба первичного дутья 35, устанавливается зазор по периметру топливника выхода синтез-газа из газификатора 25 и верхний корпус котла крепится через фланец 38 зольника 10. Обваривается труба 35 с внешней стороны теплообменника 2.
Вместо традиционных отверстий с фурм в топливниках в изобретении применена решетка кипящего слоя 29 с отверстиями небольшого диаметра, равномерно расположенными по площади всей решетки. Общая площадь суммы отверстий решетки равна общей площади отверстий (фурм) топливника. Диаметр отверстий решетки зависит от требуемой высоты кипящего слоя.
За счет увеличения кипящего слоя решетки получаем более высокую температуру факела: от 1000 до 1200°C. В результате прохождения газов от сухого разложения получаем постоянную температуру в зоне пиролиза от 700 до 900°C.
3
3
Уксус и смола при температуре от 1000 до 1200°C разлагаются на угарный газ и воду. Обе реакции экзотерические, таким образом, происходит выделение тепла. За счет полученных угарного газа и паров воды, увеличивается теплотворная способность генераторного газа (для дров с Орн=1048 ккал/м до 1303 ккал/м). Увеличение паров воды ведет к увеличению теплоемкости и увеличению коэффициента теплопередачи пародымовых газов после сгорания генераторных газов в факеле 24. Генераторный газ, проходя через зазор 25 за счет разряжения в трубе встречается со вторичным воздухом, приходящим через зазор для подачи вторичного воздуха 31, воспламеняется при температуре 530°C. Средняя температура смешанного состава (газ и воздух) составляет от 560 до 610°C. Газ, сгорая, образует факелы по всему периметру нижней части теплообменников 2 и 3. Дымовые газы, проходя через щель-дымоход 30, по всему периметру нагревают воду в теплообменниках 2 и 3.
Преимущества применение решетки с кипящим слоем вместо фурм топливника на первичном воздухе:
- более раскаленный углерод способствует интенсификации реакции пиролиза;
- увеличение теплотворной способности и количества генераторного газа;
- за счет высокой температуры факела котла уксус, смола и другие сложные органические разлагаются на газы и, проходя зону горения газов, сгорают, не образуя сажи и смол, таким образом, котел производит экологически чистые выбросы.
Пиролизный котел работает следующим образом.
Через запорный вентиль, установленный снаружи котла, и патрубок обратной сетевой воды 6 пиролизный котел заполняется водой, при этом воздушный вентиль 12 открыт. После заполнения котла водой вентиль 12 закрывается.
Открывают дроссельную плотную заслонку дымовых газов 27 на дымовой трубе, открывают растопочную поворотную заслонку 1, растопочную дверцу 15 и закрывают дроссельный клапан вторичного воздуха 18. На решетку кипящего слоя 29 укладывают растопочный материал и поджигают.
Как только разгорится растопочный материал, растопочную дверцу 15 закрывают, открывают загрузочную дверцу 14, полностью загружают котел 4 топливом. При этом дроссельная заслонка 27 полностью открыта, включается вентилятор первичного воздуха 16. После разгорания дров загрузочную дверцу 14 закрывают, затем закрывают растопочную поворотную заслонку 1 и открывают дроссельный клапан вторичного воздуха 18. При достижении температуры воды 90°C включается циркуляционный насос, установленный снаружи пиролизного котла, и по показаниям внешнего датчика температуры воды, с помощью дроссельного клапана первичного воздуха 17 регулируется выход синтез-газа, соответственно прямо пропорционально регулируется вторичный воздух через дроссельный клапан 18.
Для останова котла достаточно отключить вентилятор первичного воздуха 16, закрыть дроссельный клапан первичного воздуха 17, дроссельный клапан вторичного воздуха 18 и затем, внешний дроссельный клапан на дымовой трубе. Затем отключить снаружи котла циркуляционный насос, перекрыть вентили обратной и прямой воды.