ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА ВОЗДУХА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА, В ТОМ ЧИСЛЕ ТЮКОВАННОЙ И РУЛОННОЙ СОЛОМЫ
HEAT GENERATING PLANT FOR HEATING AIR FOR TECHNOLOGICAL PURPOSES USING AGRICULTURAL WASTES, INCLUDING BALE AND ROLLED STRAW, AS FUEL

Изобретение относится к области теплоснабжения, в частности, к энергетическому оборудованию, работающему на возобновляемом биотопливе, предназначенному для выработки горячего воздуха с температурой от 40 до 120 град С, и может быть использовано в зерносушильных комплексах для сушки зерна, для отопления других объектов.
Из уровня техники известна теплогенерирующая установка для сжигания рулонной соломы, содержащая  камеру сгорания с дверью, в нижней части которой расположена колосниковая решетка с проемами для подачи первичного воздуха, проходящего сквозь горящее топливо. В задней части камеры сгорания установлены сопла вторичного воздуха. Камера сгорания стыкуется с воздушным теплообменным блоком. Теплообмен между топочными газами и агентом сушки (нагреваемым воздухом) происходит в теплообменном блоке за счет конвективного теплообмена происходящего через трубную матрицу. При сгорании дымовые газы поступают в теплообменный блок, где передают энергию нагреваемому воздуху. При этом течение воздуха от продуктов сгорания имеет преимущественно вращательно-вихревое течение. Покидающие установку газы поступают в циклонную установку, где происходит оседание золы, и дальше по системе газоходов через дымовую трубу газы выбрасывают в атмосферу (RU 181950, 30.07.2018).
Однако конструкция данной установки не позволяет производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры, что снижает эксплуатационные характеристики установки и безопасность.
В данной конструкции подача топлива предусмотрена закладкой целого рулона непосредственно в топку, что усложняет процесс горения и его регулировку, снижая эргономичность установки.
Нагрев теплоносителя в данной схеме происходит только за счет конвективного теплообменника, что увеличивает материалоемкость конструкцию.
В данной конструкции топка является полностью офутерованной, для предупреждения процесса спекания золы необходимо поддержание низкотемпературного процесса горения, чтобы его осуществлять необходим большой избыток воздуха, подающегося в топку, данный фактор увеличивает затраты на электроэнергию в связи с применением высокопроизводительного вентилятора и уменьшает КПД установки.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение арсенала технических средств теплогенерирующих установок, позволяющих производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры и, как следствие, исключения разрывов при нагревании с сохранением эффективности теплоотдачи.
.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы установки за счет возможности производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры с сохранением эффективности теплоотдачи и, как следствие, повышение надежности, безопасности и долговечности конструкции установки, а также увеличении тепловой мощности и возможности сжигания топлива с повышенной влажностью
Указанный технический результат достигается в теплогенерирующей установке для сжигания отходов сельского хозяйства, содержащей подвижную камеру сгорания с колосниковым полотном и соплами вторичного воздуха, имеющую свободную постановку в сальниковом узле, и пластинчатый теплообменник, установленный над камерой сгорания и выполненный с возможностью конвективного нагрева и последующего омывания камеры сгорания для  дополнительного нагрева воздуха за счет радиационного излучения, при этом пластинчатый теплообменник выполнен разборным с возможностью произведения подтяжки пластин при возможных температурных расширениях непосредственно при работе установки.
Подвижная камера сгорания представляет собой металлический цилиндр, в котором энергия сгорающего топлива через стенки камеры сгорания передается обтекающим потокам воздуха, благодаря чему происходит охлаждение камеры и нагрев воздуха до необходимой температуры.
Таким образом, в предложенной конструкции теплоноситель нагревается как за счет конвективного теплообменника, так и за счет радиационной энергии камеры сгорания, что позволяет уменьшить материалоемкость и габаритные размеры установки.
При этом за счет применения камеры сгорания без футеровки и обтекающего ее снаружи потока воздуха температура горения поддерживается в необходимых пределах, что позволяет применять менее мощный вентилятор поддува, что, соответственно, уменьшает затраты на электроэнергию.
Колосниковое полотно выполнено с проемами для подачи первичного воздуха.
Колосниковое полотно расположено в нижней части камеры сгорания.
Сопла вторичного воздуха расположены в задней части камеры сгорания.
Сальниковые узлы крепления капсулы камеры сгорания предназначены для возможности температурных расширений при высоких температурах горения. Постановка данного узла дает возможность производить радиационный теплообмен между топкой и теплоносителем, а также позволяет охлаждать стенки топки, в связи с возможностью уменьшения избытка воздуха возможно использовать менее мощный вентилятор поддува.
Возможность производить подтяжку пластин непосредственно на работающем образце при возможных тепловых расширениях позволяет не останавливать работу теплогенератора и всего технологического цикла на техническое обслуживание, что увеличивает срок службы оборудования и уменьшает затраты на его эксплуатацию.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид теплогенерирующей установки; на фиг.2 – вид с торца теплогенерирующей установки.
Теплогенерирующая установка (теплогенератор «TEPLOTOK») для осуществления нагрева воздуха включает в себя пластинчатый теплообменник 5, в котором происходит первичный нагрев воздуха, и подвижную камеру сгорания 1 (топочную капсулу) с возможностью сжигания сельскохозяйственных отходов. Теплогенерирующая установка выполнена с возможностью низкотемпературного режима горения, исключающего возможность шлакообразования до 850°С. Конструкция пластинчатого теплообменника 5 выполнена разборной, имеющей возможность производить подтяжку пластин при возможных температурных расширениях непосредственно на работающем образце. Камера сгорания 1 имеет свободную постановку в сальниковый узел (является подвижным элементом), благодаря чему происходят его линейные и объемные расширения при высоких температурах внутри камеры.
Камера сгорания 1 по внешней поверхности цилиндра выполнена с ребрами жесткости 6, которые усиливают ее конструкцию, закрываемой и снабжена в нижней части колосниковым полотном (решеткой) 3 с проемами для подачи первичного воздуха, и соплами для подачи вторичного воздуха. Пространство под колосниковым полотном 3 служит для сбора золы.
На колосниковом полотне размещается тюк соломы 4. Колосниковое полотно 3 позиционировано в начале камеры 1 для расположения на нем тюка соломы 4 и прохождения первичного воздуха непосредственно сквозь горящее топливо. Подвижная камера сгорания 1 представляет из себя металлический цилиндр, энергия сгорающего топлива через стенки камеры 1 передается обтекающим потокам воздуха, благодаря чему происходит охлаждение камеры 1 и нагрев воздуха до необходимой температуры. В верхней части установки стоит пластинчатый теплообменник 5, проходя через который холодный воздух нагревается, а топочные газы остывают. В задней части камеры сгорания 1 установлены сопла вторичного воздуха поддержания процесса горения и более стабильного разжигания вновь загруженного рулона/тюка соломы 4.
Способ нагрева включает в себя:
- прохождение воздуха через пластинчатый теплообменник, где происходит конвективный нагрев и последующее омывание топочной капсулы, при этом происходит дополнительный нагрев воздуха за счет радиационного излучения;
- подача любых сельскохозяйственных отходов в топочную капсулу либо в ручном либо в механизированном режимах;
- подача воздуха на первичное горение через нижнее колосниковое полотно;
- подача вторичного воздуха с тангенциальным поворотом сопел в сторону подаваемого топлива.
Теплогенерирующая установка работает следующим образом. В камеру сгорания 1 через проем 2 (либо вручную, либо с помощью гидравлического механизма подачи, либо с помощью шнекового транспортера) на колосниковое полотно 3 подается топливо 4. В представленной конструкции топливо подается перманентно с постоянной скоростью, что дает более удобную регулировку процесса горения и поддержания заданной температуры. Топливо 4 загорается от горящих остатков или при первоначальной растопке с помощью уложенной и подожженной биомассы. Первичный воздух, необходимый для горения, по воздухоподводящему каналу, за счет работы вентилятора наддува и открытия фронтальной заслонки, поступает через колосниковые проемы в камеру сгорания 1, непосредственно взаимодействуя с тюком соломы 4. В задней части камеры сгорания 1, через сопла, вторичный воздух направляется на топливо 4 по внутренней образующей камеры сгорания 1. Течение воздуха и продуктов сгорания имеет преимущественно вращательно-вихревое движение. Зола, образующаяся при сгорании, собирается в нижней части камеры сгорания 1 под колосниковым полотном 3.  Образующиеся при сгорании дымовые газы поступают в теплообменник 5, где передают энергию нагреваемому воздуху. Движение газов и воздуха противоточное. Покидающие установку газы поступают в циклонную установку, где происходит оседание золы, дальше по системе газоходов через дымовую трубу газы выбрасываются в атмосферу. Воздух, поступающий в установку, первоначально проходит через пластинчатый теплообменник 5, затем обходит камеру сгорания 1 и подается потребителю.