СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
PROCEDURE FACILITATING COMBUSTION OF FUEL

Изобретение относится к способам обеспечения горения топлива в печах и может быть использовано при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения.
Известна мусоросжигательная печь секционной структуры, содержащая прямую закрытую трубу с отверстиями, расположенными по ее длине, которая предназначена для подачи воздуха в топку. Труба подачи воздуха вставлена в топку через отверстие, выполненное в верхней части топки. Воздух в трубу подают при помощи вентилятора. Воздух струится сквозь отверстия трубы и участвует при интенсивном сгорании топлива, в данном случае - мусора (патент ЕР 0636840 А1, МПК F24B 1/00, 5/00).
Данный способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания и устройство сгорания пригодны для безопасного и интенсивного сжигания мусора, но не эффективны для длительного экономичного сжигания топлива.
Известна топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагревания воздуха помещений. Топка состоит из камеры сгорания, в ее центр вставленной трубы подачи воздуха и шнекового устройства. Воздух в очаг сгорания подают при помощи вентилятора сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу (патент USA 4782765, МПК F24B 1/00, 5/00).
Конструкция такой топки сложна и не пригодна для сжигания дров.
Известен способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания, когда воздух в камеру сгорания подают сверху по трубе, при этом труба заканчивается распределителем воздуха, опирающимся на топливо и вместе с трубой опускающимся вниз, когда количество топлива в камере сгорания уменьшается, причем воздух в камере сгорания распределяют следующим образом: в очаг сгорания подают 40-60%; на края очага сгорания подают 10-30%; над очагом сгорания - 20-40% (патент ЕР 005303, заявка №200301136 от 19.04.01, МПК F24B 1/00, 5/00).
Недостатком данного способа является то, что на трубе подачи воздуха в зону горения необходимо устанавливать распределитель воздуха и перемещать его во время процесса горения. Это приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и ухудшению условий ее работы за счет того, что часть топлива под распределителем практически не участвует в процессе горения. Кроме этого, необходимо достаточно точно распределять воздушные потоки, что также приводит к усложнению конструкции печи и усложнению условий ее обслуживания и эксплуатации.
Известен способ обеспечения горения топлива в печи с вертикально ориентированным корпусом, реализованный при помощи печи твердотопливной, содержащей камеру сгорания с козырьком в ее верхней части, которая примыкает к боковым и задней стенкам и разделяет камеру сгорания на верхнюю и нижнюю части, дверцу с застекленным окном на передней стенке камеры сгорания для загрузки топлива, нижний и щелеобразный верхний подвод воздуха для обдувания стекла окна дверцы плоским потоком воздуха и формирования внутри камеры сгорания области дожигания продуктов сгорания топлива и патрубок для отвода продуктов сгорания, расположенный в верхней задней части камеры сгорания.
Воздух для первичного горения твердого топлива подается в камеру сгорания как со стороны задней стенки печи, так и со стороны нижней части передней стенки камеры сгорания при помощи заслонок, управляемых с передней стороны печи. Дожигание (вторичное горение) несгоревших частиц топлива осуществляется подачей в камеру сгорания двух потоков воздуха, один из которых (холодный) управляется заслонкой, а второй - неуправляемый теплый, после обдувания стекла дверцы поступает в переднюю часть камеры сгорания в область дожигания несгоревших продуктов твердого топлива. Стенки камеры сгорания футерованы кирпичной кладкой и размещены внутри металлического кожуха. Между стенками камеры сгорания и кожухом имеется пространство, по которому затягивается воздух из нижней части отапливаемого помещения для охлаждения кожуха печи (патент US 4766876 A, F24B 5/02, 30.08.1988 - прототип).
Недостаток прототипа заключается в том, что при изменении состава твердого топлива не обеспечивается высокий КПД печи. Это объясняется тем, что не вся химическая энергия твердого топлива (различного по составу) может полностью превратиться в тепловую энергию без регулирования необходимого количества горячего воздуха для дожигания несгоревших частиц данного вида твердого топлива. Несгоревшие полностью остатки твердого топлива, вылетая из трубы печи, снижают ее КПД и ухудшают экологию окружающей среды. Кроме того, другим недостатком прототипа является футеровка кирпичом стенок печи, что снижает ее мобильность для обогрева дачных и временных построек.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа сжигания топлива, применение которого позволит значительно повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе обеспечения горения топлива, преимущественно дров, в печи с вертикально ориентированным корпусом, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, заключающемся в укладке топлива в зоне горения печи с последующей подачей воздуха и поджигом, согласно изобретению топливо укладывают в печь, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, каналы подачи воздуха в зону горения выполняют таким образом, что воздух подается в верхнюю область зоны горения, при этом одну, основную, часть каналов держат постоянно открытыми, другую, дополнительную, открывают по мере сгорания топлива и перемещения зоны горения вниз, при этом воздух в зону горения в начальный и последующие моменты времени подают через основные каналы, а ближе к окончанию процесса горения - через основные и дополнительные.
Для оптимизации процесса горения открытие каналов производят автоматически, например, топливом, по мере выгорания топлива ниже заданной высоты.
Для оптимизации конструкции печи площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,1…0,75) от площади проходного сечения основных каналов.
Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий горения нижней части столба топлива, связанное с маленьким расходом воздуха на горение.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение массово-габаритных характеристик печи.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез печи, используемой для реализации данного способа, положение топлива и направление потоков воздуха в начальный момент времени, на фиг.2 - продольный разрез печи, положение топлива и направление потоков воздуха в конечный момент времени.
Указанный способ реализуется следующим образом.
Через дверцу 8 в вертикально ориентированный корпус 1 печи, в зону горения 2, укладывают топливо 9, например дрова. Через выходные части 5 каналов 3 в зону горения 2 подается воздух. Каналы 4 в это время закрыты при помощи устройства 6. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива 9 поджигают. Топливо 9 начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть, ограниченная стенками зоны горения 2. Продукты сгорания отводят через трубу 10. По мере прогорания верхней части столба топлива 9, при необходимости, через дверцу 8 подкладывают новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива 9 при этом остается в исходном состоянии.
При прогорании столба топлива 9 ниже заданного уровня, например ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы 3, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, при помощи устройства 6, открывают каналы 4, и в зону горения подается воздух через их выходные части 7, что способствует продолжению процесса горения с заданной эффективностью. Продукты сгорания также отводят через трубу 10.
Для оптимизации конструкции печи площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,1…0,75) от площади проходного сечения основных каналов.
Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерного образца предложенной печи, в котором реализован данный способ обеспечения горения топлива, подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит повысить экономичность работы печи и увеличить время ее работы при неизменном расходе топлива.