Печь-крематор для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды
CREMATOR FOR UTILIZATION OF BIOLOGICAL WASTES WITH CLOSED WATER SYSTEM FOR WATER HEATING

Изобретение относится к области энерготехнологического оборудования, а именно к устройствам уничтожения отходов путем сжигания, в частности для утилизации биологических, органических и медицинских отходов и конструкций теплогенераторов. Печь-крематор уничтожает непригодную органическую массу под воздействием высоких температур.
Подход к защите окружающей среды предполагает уничтожение туш животных и птиц, отходов животноводческих производств и птицеферм, а также других предприятий, оставляющих в процессе работы непригодную биомассу. Это необходимо осуществлять, чтобы опасные биоотходы не подверглись стихийному захоронению или сбрасыванию на свалку. Кроме того печь-крематор позволяет нагревать воду для бытовых нужд предприятия, через теплообменник, что позволяет сэкономить на электроэнергии для нагрева необходимого объема горячей воды используемой для целевых нужд предприятий. Печь-крематор имеет возможность врезки в общую систему отопления, что позволяет сэкономить на сжигаемом топливе в отопительных котлах предприятий в зимний период. Это существенно экономит  финансовые затраты и позволит добиться максимальной эффективности сжигания биомассы,  а также положительно влияет  на окружающую среду.
Заявка RU, № 2012136024 , № патента 2 507 488 , Приоритет: 21.08.2012 , опубл.  20.02.2014 Бюл. № 5 , МПК F23G 5/00 (2006.01), наименование: НЕЙТРАЛИЗАТОР БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ, Нейтрализатор биологических отходов, содержащийкамеру сгорания, горелочный узел, высоконапорный вентилятор с выходом воздуха и последовательно расположенные загрузочную камеру, камеру дожига, циклон и резонансную трубу, отличающийся тем, что дополнительно содержит горизонтально ориентированный цилиндрический корпус, снабженный люком на цилиндрической поверхности, конусом на одной торцевой стороне, второй торцевой стороной корпус соединен с камерой дожига, загрузочная камера выполнена в виде цилиндра с конусными сужениями и отверстиями на торцевых сторонах, расположена горизонтально внутри корпуса на ложементах и снабжена люком на цилиндрической поверхности напротив люка корпуса, камера сгорания выполнена съемной в виде цилиндра, расположена горизонтально внутри загрузочной камеры и снабжена решеткой на одном торце со стороны камеры дожига, горелочный узел закреплен на конусе корпуса и сопряжен со вторым торцом камеры сгорания, выход воздуха вентилятора направлен тангенциально внутрь корпуса в области конуса корпуса и внутрь загрузочный камеры в области конуса со стороны горелочного узла.
Заявка RU, № 2018122160 , № патента 185863 , Приоритет: 15.06.2018 , опубл.  20.12.2018 Бюл. № 35 , МПК F23B 10/00 (2011.01), F23G 5/027 (2006.01), наименование: ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, Отопительное устройство, содержащее вертикально ориентированный корпус с двойными стенками, внутри которого находятся бункер для древесного топлива прямоугольного сечения и объединенная с ним камера газификации, в нижней части которой расположено окно для выхода пиролизных газов с колосниковой решеткой, а ниже колосниковой решетки размещен ящик для золы, а также камеру дожигания и воздуховоды подачи первичного и вторичного воздуха, отличающееся тем, что  камера дожигания выполнена в виде осесимметричного короба, размещена горизонтально в нижней части и вдоль продольной оси камеры газификации, и при этом большая часть внешней поверхности короба камеры дожигания находится выше колосниковой решетки, а на той части короба камеры дожигания, которая находится ниже колосниковой решетки,  имеются две горизонтальные прорези для прохода потока пиролизного газа из выходного окна камеры газификации в камеру дожигания с разворотом газового потока влево и вправо на 90 и более градусов.
Заявка RU, № 2010122246 , № патента 96933 , Приоритет: 31.05.2010 , опубл.  20.08.2010 Бюл. № 23 , МПК F23G 5/00    (2006.01), наименование: НЕЙТРАЛИЗАТОР ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ОГНЕВОЙ, Нейтрализатор твердых бытовых отходов огневой, содержащий загрузочную камеру, камеру сгорания и циклон, снабженный дымовой трубой, при этом камера сгорания размещена под загрузочной камерой и представляет собой вертикально ориентированный цилиндрический корпус с соосно расположенной внутри него шахтой с образованием кольцевого зазора между боковыми стенками корпуса и шахты, подводом воздушного потока, расположенным тангенциально к боковой стенке корпуса и подключенным к боковой стенке корпуса горелочным узлом, выполненным с возможностью пульсационного горения, при этом в нижней части корпуса камеры сгорания закреплен зольник, соединенный с ворошителем зольного остатка, отличающийся тем, что  он снабжен камерой дожига, расположенной под камерой сгорания и представляющей собой корпус с цилиндрической боковой поверхностью, люком выгрузки продуктов переработки и соплом, закрепленным в верхней центральной части камеры дожига и выполненным в виде усеченного конуса с обращенным в сторону люка выгрузки меньшим основанием, а циклон тангенциально подключен к камере дожига, шахта корпуса представляет собой цилиндр, к нижнему основанию которого прикреплен металлический каркас, выполненный в виде набора вертикально ориентированных металлических прутков, расположенных по окружности цилиндра и скрепленных между собой металлическим обручем.
Заявка RU, № 2019133207 , № патента 2 718 384 , Приоритет: 18.10.2019 , опубл.  02.04.2020 Бюл. № 10, МПК F23B 40/00 (2006.01) F23G 5/027 (2006.01), наименование: ТОПКА ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ И ТЕПЛОГЕНЕРАТОР, Топка теплогенератора с использованием древесных отходов, включающая цилиндрический корпус, выполненный из обечаек, скрепленных между собой и образующих внутренний объем топки, каждая из обечаек содержит цилиндрическую воздушную камеру и внутреннюю футеровку огнеупорным материалом, воздушная камера подсоединена к соответствующему дутьевому вентилятору и сообщена посредством дутьевых сопел с внутренним объемом топки, внутри нижней обечайки размещена камера горения, в стенке которой выполнено окно, в котором установлено по меньшей мере одно устройство загрузки древесных отходов на дно камеры горения, при этом по меньшей мере часть внутренней стенки камеры горения, примыкающей к ее дну и расположенной напротив устройства загрузки, выполнена конусной, сужающейся к упомянутому дну камеры горения, ряд верхних обечаек образует пространство над камерой горения, а внутри верхней обечайки размещена камера смешения, между пространством над камерой горения и камерой смешения установлена потокоотклоняющая перегородка, над камерой смешения установлена труба, сообщающая камеру смешения через регулирующую задвижку с атмосферой, а на выходе камеры смешения, являющемся выходом топки теплогенератора, установлен дымосос, при этом топка теплогенератора снабжена устройством управления режимом работы дутьевых вентиляторов, устройства загрузки  и регулируемой задвижки.
Известно техническое решение заявка RU, № 2014103912 , № патента 2 559 103, Приоритет: 04.02.2014 , опубл.  10.08.2015 Бюл. № 22, МПК F23B 50/12 (2006.01) F23H 7/02 (2006.01), наименование: ТОПКА С НЕПОДВИЖНОЙ КОЛОСНИКОВОЙ РЕШЕТКОЙ, Топка с неподвижной колосниковой решеткой и подвижным слоем топлива с наклонным зеркалом горения для сжигания агропеллет, включающая топку водотрубного или жаротрубного котла и чугуннуюколосниковую решетку, отличающаяся тем, что 1/3 колосников, расположенных в нижней части колосниковой решетки, крепится к водоохлаждаемым трубам, в которых циркулирует котловая вода контура циркуляции котла.
Наиболее близким является техническое решение по заявке RU, № 2019126034 , № патента 2 716 652 , Приоритет: 19.08.2019 , опубл.  13.03.2020 Бюл. № 8, МПК F23G 5/027 (2006.01) F23B 80/02 (2006.01), наименование: Топка для утилизации ТКО, Топка для утилизации твердых коммунальных отходов, включающая корпус, внутри которого расположены две камеры – верхняя и нижняя, разделенные неподвижной колосниковой решеткой и соединенные между собой по меньшей мере одним ходом рециркуляции,  патрубок подачи первичного воздуха, соединенный с корпусом посредством хода рециркуляции, камеру дожига, связанную с корпусом посредством по меньшей мере одного газового канала, и дымосос, связанный с камерой дожига, при этом по меньшей мере один ход рециркуляции соединен с нижней камерой и с возможностью направления выходящего из него потока газа по касательной к внутренней поверхности нижней камеры. Топка по п. 1, которая дополнительно включает теплообменник, соединенный с камерой дожига и дымососом.
Технический результат, на получение которого направлено изобретение, заключается в повышение производительности и экономии электроэнергии для нагрева необходимого объема горячей воды используемой в цехах предприятий и на хранение отходов в морозильных камерах, за счет экономии расходов на угль, газ и других видов топлива, использующиеся  в котлах предприятий для отопления помещений, в отопительный период.
Технический результат достигается следующим образом, Печь-крематор для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды, включающая корпус, внутри которого последовательно расположены поддувное пространство с высоконапорным дутьевым вентилятором, камера горения и загрузочная камера,камера дожига, отличающийся тем, что корпусимеет внутреннюю футеровку огнеупорным материалом, а внутри корпуса в поэтажной последовательности  расположены, поддувное пространство, которое снабжено люком для удаления золы и отверстием для подачи воздуха по средствам высоконапорного дутьевого вентилятора, над которым расположены камера горения с отсеком для закладки угля, разделенные колосниковой решеткой, имеющей дутьевые отверстия, и загрузочные камеры для загрузки и утилизации отходов, разделенные неподвижными колосниковыми решетками, имеющими ячейки для прохождения огня, дыма и сгоревших частиц отходов, при этом колосниковые решетки имеют водяные рубашки, которые по средствам системы трубопровода включены в единую замкнутую систему теплообмена водяной системы, включающую расширительный бак, бак-теплообменник, внутри которого расположены четыре змеевика, сетевой насос и воздушный теплообменник, при этом водяные рубашки для охлаждения колосниковых решеток подсоединены  к коллекторам  подачи и обратки, а камера дожига расположена над корпусом и имеет пирамидообразную купольную форму, в верхней части которой она соединяется с дымоходной трубой.
Печь-крематор  для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды имеет футеровку из огнеупорного кирпича толщиной 230 мм.  Камера горения имеет автоматическую поддувку воздуха. Дутьевой вентилятор подсоединен к внутреннему объему камеры горения посредством дутьевых сопел. Двери отсеков открываются сверху вниз, образуя наклон вовнутрь печи. Колосниковая решетка, на которую закладываются отходы, имеет водяную систему охлаждения колосниковых решеток. Колосниковые решетки выполнены из профильной трубы 60*60*6.  Печь-крематор  для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды имеет возможность врезки в общею систему отопления. Печь-крематор  для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды работает на угле. Камера дожига имеет футировку из огнеупорного материала толщиной 50 мм.
Заявляемое изобретение  поясняется следующими чертежами.
фиг. 1 общий вид устройства,
Фиг. 2 сечение А-А печи-крематора,
Фиг. 3 сечение Б-Б печи-крематора,
Фиг. 4  Замкнутая система теплообмена водяной системы печи-крематора.
Заявляемое техническое устройство Печь-крематор для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды  реализуется следующим образом, корпус (1) Печи-крематора выполнен из металла с футеровкой из огнеупорного материала (2), например из огнеупорного кирпича толщиной 230 мм, это позволяет защитить металл от перегрева, а также достигать и сохранять высокую температуру внутри печи до 1200 градусов, которая необходима для полного уничтожения отходов. Внутри корпуса (1) последовательно горизонтально расположены поддувное пространство (3), которое снабжено люком (4) для удаления золы и отверстием (5) для подачи воздуха по средствам высоконапорного дутьевого вентилятора (6). Вентилятор (6) нагнетает воздух в поддувное пространство (3). Над поддувным пространством (3) расположены камера горения (7) с отсеком для закладки угля, разделенные колосниковой решеткой (8), выполненной из профильной трубы 60*60*6 и имеющей дутьевые отверстия.  Камера горения (7) имеет автоматическую поддувку воздуха, которая позволяет поддерживать температуру в необходимом диапазоне внутри печи, что способствует  эффективному сгоранию отходов и температуры воды в водяной системе. Автоматический поддув воздуха, который отключается при достижение заданной температуры обеспечивает удержание необходимой температуры в камере горения  (7)  в диапазоне 750-800 градусов. Поток воздуха, дутьевого вентилятора (6) регулируется по средствам частотного преобразователя. Это позволяет экономить уголь, требуемый для сжигания отходов  и  полностью исключить выбросы  дыма  из дымоходной трубы.
Загрузочные камеры (9) для загрузки и утилизации отходов, разделенные неподвижными колосниковыми решетками (10), имеющими ячейки для прохождения огня, дыма и сгоревших частиц отходов. Поэтажное расположение загрузочных камер, позволяют отходам быстро, разгораются друг от друга и даёт возможность  закладки отходов в процессе горения по средствам грузоподъёмной площадки или кран-балки. При этом двери (11) в каждом отсеке печи-крематора, открываются сверху вниз и образуют наклон вовнутрь печи, что обеспечивает лёгкую загрузку отходов, а также имеют регулировку наклона, для закладки габаритных отходов.
Колосниковые решетки (10) имеют водяные рубашки (12), которые по средствам системы трубопровода включены в единую замкнутую систему теплообмена водяной системы, при этом на выходе и входе всех колосниковых решеток имеются  фланцевые соединения и краны (13), подсоединённые к коллекторам (14) подачи  и обратки, что облегчает обслуживание  и  замену колосниковых решеток.
В замкнутую систему теплообмена водяной системы входит расширительный бак (15) закрытого типа, а также бак-теплообменник (16), имеющий цилиндрическую форму диаметром 500 мм и высотой 2500 мм, объемом 500 литров,  внутри  которого расположены четыре змеевика (17)  из гофрированной нержавеющей трубы диаметром 15 мм, длиной по 25 метров каждый. На входе и выходе, все  нержавеющие трубы соединяются в  конусные  коллектора (18), по которым циркулирует горячая вода замкнутой системы печи-крематора, образовавшаяся в процессе горения отходов. В результате чего происходит обмен температур воды, замкнутой системы печи-крематора, циркулирующей по средствам сетевого насоса (19)  и воды поступающей  в бак обменник (16) со скважины, которая нагревается и используется на разбор, для любых нужд  предприятий. Такое  конструкторское решение позволяет, при разборе горячей воды,  сбрасывать температуру в замкнутой водяной системе печи-крематора. Обмен температур в баке (16), позволяет нагревать воду на разбор и одновременно охлаждать колосниковые решетки печи-крематора.  Так же бак-теплообменник (16)  используется  в качестве аккумулятора для поддержания температуры в системе отопления предприятия в отопительный период, отдавая своё тепло в обратном порядке, в ночное время после окончания работы. При не активном разборе горячей воды, температура в замкнутой системе печи-крематора сбрасывается по средствам воздушного теплообменника (20), входящего в замкнутую схему водяной системы. Таким образом, воздушный теплообменник (20) позволяет сбрасывать лишнюю температуру воды, не  использованную в производстве, образовавшуюся в процессе сгорания отходов, в автоматическом режиме.
Воздушный теплообменник (20) представляет собой прямоугольный металлический корпус со встроенными в него вентиляторами (21), внутри которого в 2 ряда горизонтально располагаются множество тонких, медных трубок, по которым циркулирует вода замкнутой системы печи-крематора. Медные трубки остывают по средствам обдува воздуха вентиляторов, включающихся в автоматическом режиме. Вентиляторы включаются и отключаются при достижение заданного порога температуры на термостатном датчике, находящийся в щите управления (22).
Такое конструкторское решение позволяет поддерживать температуру воду в замкнутой системе печи-крематора  и температуру горячей воды, поступающую на разбор  в  необходимом, заданном  диапазоне и тем самым  защищает  колосниковые решетки от перегрева.
Воздушный теплообменник (20) и бак-теплобменик (16)  подсоединяется в общую водяную систему печи-крематора  к основным  коллекторам  подачи и обратки.
Камера дожига (23) расположена над корпусом и имеет пирамидообразную купольную форму и имеет прямоточную систему выходящих газов. В верхней части камера дожига соединяется с дымоходной трубой (24). При этом камера дожига (23) имеет внутреннюю футеровку огнеупорным материалом, что защищает металл от перегрева и позволяет сохранять высокую внутреннюю температуру.
Камера дожига (23) имеет пирамидообразную купольную форму, благодаря такой конструкции весь объем выходящих газов и языки пламени стелются по наклонным стенам камеры дожига (купола) и по инерции уходят в дымоходную трубу, образуя хорошую естественную тягу. Пирамидообразная форма камеры дожига работает по принципу воронки, собирая все газы в одно отверстие дымоходной трубы. При этом осуществляется направленное беспрепятственное прохождение газов, что позволяет быстро поднимать температуру в камере горания (7) и в водяной системе печи-крематора,  также такая конструкция является хорошим основанием для дымоходной трубы (24).
Печь-крематор имеет прямоточную систему выходящих газов весь дым, образовавшийся в процессе горения отходов, поднимается снизу вверх  в камеру дожига, где полностью выгорает за счёт высокой внутренней температуры и далее газы выходят через дымоходную трубу, таким образом, при прогревание печи, что составляет около 30 минут работы печи-крематора, в камере дожига (23) достигается температура 750 градусов, в результате происходит эффект "перолиза" и дым, выходящий из трубы, полностью исчезает. Это даёт возможность располагать печь-крематор вблизи населённых пунктов.
Печь-крематор  для утилизации биологических отходов с замкнутой водяной системой для нагрева воды имеет возможность врезки в общею систему отопления, а также  может работать как на угле, так и на дровах или других видах топлива, при этом не терять своей эффективности и утилитарного назначения. Кроме того своевременное сжигание биологических отходов экономит рабочее пространства, так как нет необходимости хранить и накапливать отходы. Это избавляет  от неприятного запаха и привлечения  на предприятие диких и домашних животных, птиц, мух, и грызунов. А экологически чистое сжигание позволяет располагать  Печь-крематор вблизи населённых пунктов.
Печь-крематор используется в животноводческих хозяйствах, свинокомплексах, птицефабриках и т.п. для сжигания падежа животных, а также на убойных пунктах, мясоперерабатывающих комбинатах для сжигания отходов производства, на утилизирующих заводах для сжигания органических отходов, в ветеринарных и медицинских учреждениях для сжигания медицинских отходов.