Способ регулировки интенсивности горения топлива и печь, в которой реализован этот способ
FUEL BURNING RATE ADJUSTMENT METHOD AND THE OVEN, WHERE THIS METHOD IS IMPLEMENTED

Изобретение относится к способам и устройствам сжигания топлива, преимущественно для бытовых нужд, и может быть использовано для создания печей с регулируемой интенсивностью горения топлива и саморегулированием заданной интенсивности горения.
Из уровня техники известен способ регулировки динамики горения с помощью камеры сгорания [RU 2478807, С2, F02C 9/00, F02K 3/00, 10.04.2013], который включает операции получения информации рабочей частоты для множества индивидуальных отсеков двигателя, определение вариаций информации рабочей частоты, по меньшей мере, между двумя индивидуальными отсеками, определение среднего значения, по меньшей мере частично, на основе вариации, а также определение, превышает ли среднее значение, по меньшей мере, одно рабочее пороговое значение и управление двигателем, чтобы модифицировать, по меньшей мере, одну из рабочих частот, если, по меньшей мере, одно рабочее пороговое значение превышено.
Недостатком способа является относительно узкая область применения, поскольку способ предназначен для эффективной регулировки интенсивности горения топлива в двигателях, имеющих множество индивидуальных отсеков.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ [RU 2162193, C1, F23N 5/00, F23N 3/00, F23B 7/00, 20.01.2001] сжигания твердого топлива в котлоагрегате с нижним дутьем и регулировкой расхода общего воздуха по содержанию кислорода в дымовых газах, причем расход воздуха также регулируется в соответствии со статическим давлением воздуха в канале сопла нижнего дутья.
Особенностью способа является то, что регулировка расхода воздуха осуществляется регуляторами общего воздуха и нижнего дутья на основании сигналов датчиков содержания кислорода и статического давления, а поддержание уровня давления производят регулятором нижнего дутья, а по достижении им полного открытия - регулятором общего воздуха.
Недостатком наиболее близкого технического решения относительно способа является его относительно высокая сложность, поскольку расход воздуха регулируется в соответствии и с содержанием кислорода в дымовых газах и со статическим давлением воздуха в канале сопла нижнего дутья, что предопределяет необходимость одновременного определения содержания кислорода в дымовых газах и определения статического давления воздуха в канале сопла нижнего дутья с использованием соответствующих анализаторов и датчиков и усложняет выбор регулирующего воздействия по двум параметрам, которые могут быть разнонаправленными.
Задачей, которая решается в предложенном изобретении относительно способа, является создание простого способа регулирования интенсивности горения топлива в печи и обеспечение саморегулирования подачи воздуха для поддержания заданной интенсивности.
Требуемый технический результат заключается в упрощении способа.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что для регулировки интенсивности горения топлива, размещенного и подожженного в камере сгорания, в которую для поддержания горения топлива подают воздух и из которой выводят продукты горения, согласно изобретению камеру сгорания выполняют в виде замкнутого объема с технологическим отверстием в ее вертикальной боковой стенке для подачи воздуха в камеру сгорания и вывода из камеры сгорания продуктов горения, при этом технологическое отверстие для подачи воздуха в камеру сгорания и вывода из камеры сгорания продуктов горения снабжают задвижкой, изменением положения которой регулируют размер проходного сечения технологического отверстия.
Известны также печи для сжигания топлива для различных, преимущественно бытовых, целей.
В частности, известна печь [RU 68654, C1, F24B 1/28, 27.11.2007], содержащая в одном корпусе топку, духовку, коптильный шкаф, дымоход и дымовую трубу, причем топка и коптильный шкаф связаны между собой дымоходом, соединенным с дымовой трубой, топка с двух сторон снабжена дополнительными воздуховодами, выполненными каждая в виде плоской емкости, одна из стенок которой является стенкой топки, а другая стенка одной из них является наружной стенкой печки, а другая стенка емкости расположенной внутри печки является стенкой дымохода, причем емкости снабжены верхними и нижними отверстиями, при этом верхние отверстия одного воздуховода выполнены с возможностью выхода воздуха наружу, а верхние отверстия второго воздуховода, расположенного внутри печки, выполнены с возможностью выхода воздуха в верхнюю часть топки, кроме того, печь снабжена двумя внутренними разделительными перегородками, одна из которых установлена горизонтально и соединена с верхней частью воздуховода, расположенного внутри печки, а другая установлена вертикально между духовкой и коптильной камерой, кроме того, духовка установлена выше дна корпуса печки с возможностью прохождения дымовых газов вокруг духовки, с разворотом направления движения дымовых газов на 360°.
Недостатком этого технического решения является относительно высокая сложность и относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие осуществлять регулировку интенсивности горения топлива.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенному устройству является устройство [RU 2162193, C1, F23N 5/00, F23N 3/00, F23B 7/00, 20.01.2001], содержащее топку с вводом в горелку и соплом нижнего дутья, шиберы, установленные в воздуховоде сопла и соединенном с ним воздуховоде общего воздуха, причем один из шиберов соединен с регулятором нижнего дутья, состоящим из исполнительного механизмами и регулирующего блока, а второй шибер соединен с регулятором общего дутья, состоящим из исполнительного механизма и регулирующего блока, при этом регулирующие блоки связаны между собой и подключены к датчику статического давления, установленному на входе в сопло, и к датчику содержания кислорода в дымовых газах, установленному на выходе из топки.
Сжигание твердого топлива в этом устройстве производится с измерением содержания кислорода в дымовых газах датчиком, согласно показаниям которого избыток кислорода за топкой поддерживается на заданном уровне изменением подачи общего воздуха через воздуховод регулирующим блоком при помощи механизма, управляющего шибером. Соответствующим датчиком измеряется статическое давление воздуха в сопле нижнего дутья и сигнал с датчика поступает на регулирующий блок, который поддерживает статическое давление на заданном уровне с помощью механизма и шибера изменением расхода воздуха, подаваемого через воздуховод в сопло.
Недостатком наиболее близкого технического решения относительно устройства является его относительно высокая сложность, поскольку расход воздуха регулируется в соответствии и с содержанием кислорода в дымовых газах и со статическим давлением воздуха в канале сопла нижнего дутья, что предопределяет необходимость использования соответствующих анализаторов и датчиков для одновременного определения содержания кислорода в дымовых газах и определения статического давления воздуха в канале сопла нижнего дутья, а также регуляторов и исполнительных механизмов со сложной конструкцией для реализации регулирующего воздействия по двум параметрам, которые могут быть разнонаправленными.
Кроме того, известное техническое решение обладает относительно низкой безопасностью применения, поскольку углерод при горении топлива разогревается и, не найдя кислорода для сгорания, выходит из камеры сгорания через дымоход в трубу и сгорает на ее выходе, когда соединяется с кислородом, поэтому труба нагревается, а на ее выходе могут возникать зоны горения и вылетающие искры, что вызывает опасность возникновения пожара. Дополнительно к этому следует отметить, что в известном техническом решении не предусмотрена возможность быстрого прекращения процесса горения топлива, например, в чрезвычайных ситуациях. Это также снижает безопасность применения устройства.
Задачей, которая решается в предложенном изобретении относительно устройства, является создание печи с простой конструкцией регулирования интенсивности горения топлива и саморегулированием заданной интенсивности горения, а также повышенной безопасностью применения.
Требуемый технический результат заключается в упрощении устройства и повышении безопасности применения.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в печи, содержащей камеру сгорания для размещения и поджига топлива, а также камеру для сбора и удаления летучих продуктов горения, снабженную в верхней части трубой для удаления летучих продуктов горения в атмосферу, согласно изобретению корпус камеры сгорания выполнен в виде замкнутого объема, снабженного в боковой вертикальной стенке технологическим отверстием для подачи воздуха и отвода продуктов горения, снабженным регулировочной задвижкой, выполненной с возможностью изменения проходного сечения технологического отверстия, при этом камера сгорания соединена через технологическое отверстие с камерой для сбора и удаления летучих продуктов горения, которая имеет отверстие для подачи в нее воздуха.
Печь, в которой реализован предложенный способ регулировки интенсивности горения топлива с саморегулированием заданной интенсивности горения представлена на чертеже в разрезе.
Печь содержит камеру 1 сгорания для размещения и поджига топлива, а также камеру 2 для сбора и удаления летучих продуктов горения, снабженную в верхней части трубой 3 для удаления продуктов горения в атмосферу.
Кроме того, в печи корпус камеры 1 сгорания выполнен в виде замкнутого объема, снабженного в боковой вертикальной стенке технологическим отверстием 4, снабженным регулировочной задвижкой 5, выполненной с возможностью изменения проходного сечения технологического отверстия 4. Особенностью предложенной печи является то, что камера 1 сгорания соединена через технологическое отверстие 4 с камерой 2 для сбора и удаления летучих продуктов горения, которая имеет отверстие 6 для подачи в нее воздуха.
На чертеже представлены также: топливо - 7, поток продуктов горения - 8, поток поступающего в камеру сгорания воздуха - 9.
Печь, в которой реализован предложенный способ регулировки интенсивности горения топлива с саморегулированием заданной интенсивности горения, используется следующим образом.
Топливо 7 закладывается в камеру 1 и поджигается, например, через технологическое отверстие.
Продукты горения, обладающие более высокой температурой, устремляются вверх, и поток 8 летучих продуктов горения выходит из камеры 1 сгорания в камеру 2 через верхнюю часть технологического отверстия 4, снабженного предварительно выдвинутой регулировочной задвижкой 5. Далее продукты горения устремляются через трубу 3 в атмосферу. В камере 1 сгорания создается разрежение, в результате чего через нижнюю часть технологического отверстия 4 в камеру 1 поступает обогащенный кислородом воздух в виде потока 9 из камеры 2, в которой имеется отверстие 6 для подачи в нее воздуха из атмосферы. При полностью открытом технологическом отверстии 4 горение топлива 7 происходит максимально интенсивно. Уменьшая проходное сечение технологического отверстия 4 с помощью регулирующей задвижки 5, интенсивность горения уменьшается за счет того, что проходящие через отверстие 4 потоки саморегулируются, в данном случае уменьшаются по мощности. Этим самым осуществляется регулировка интенсивности горения без ухудшения его характеристик, в частности заданной интенсивности за счет саморегулирования.
В предложенной конструкции печи, благодаря тому что разогретый углерод не может выйти из зоны горения (камеры 1) наружу из-за замкнутой конструкции камеры 1 сгорания, все горение происходит только в ней, а труба 3 служит только для вывода продуктов горения и в ней горения не происходит. Это существенно увеличивает безопасность применения печей предложенной конструкции по отношению к известным печам. Кроме того, трубу 3 можно чистить даже во время горения топлива, а погасить печку можно в любой момент процесса горения даже при наличии остатков топлива, полностью закрыв задвижку. Исключается и эффект обратной тяги, когда пламя «выскакивает» из печи. В предложенной конструкции максимум, что произойдет, это только выброс дыма, а пламя сразу погаснет. Все это существенно увеличивает безопасность применения предложенного устройства.
Таким образом, в предложенном изобретении достигается требуемый технический результат относительно способа, заключающийся в упрощении процесса регулировки интенсивности горения топлива, а относительно устройства - его упрощение при одновременном обеспечении саморегулирования заданной интенсивности горения и повышении безопасности применения.