ВОДОГРЕЙНЫЙ ПИРОЛИЗНЫЙ КОТЕЛ

Водогрейный пиролизный котел относится к теплоэнергетике, в частности, к теплогенераторам, и может быть использован для автономного отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, производственных, административных и социально-бытовых сооружений. Кроме того, водогрейный пиролизный котел может быть использован для утилизации древесных и прочих органосодержащих отходов.
Известен водогрейный отопительный пиролизный котел, содержащий корпус с размещенной внутри него топочной камерой, а над ней - камерой сжигания отходящих газов, дверцу топочной камеры, дверцу регулировки подачи первичного воздуха, внешнюю дверцу технологического окна, патрубки обратной и подающей линий, соединенные боковой, верхней и задней водяной рубашкой, нижнюю и переднюю камеры вторичного воздуха, трубу подвода вторичного воздуха, а также патрубок отходящих газов (см. Технический паспорт. Руководство по обслуживанию, эксплуатации и монтажу котла «Буржуй-К»; ЗАО «ТеплоГарант», г. Кострома, подписано в печать 05.08.2010, заказ №136, 2 п.л.).
Недостатками такого котла являются:
1. Высокая инерционность регулирования процесса пиролиза, которое достигается изменением подачи воздуха в топочную камеру. Например, при воспламенении топлива и последующем принудительном уменьшении подачи воздуха процесс горения будет продолжаться до возникновения нового устойчивого состояния, определяемого соотношением объема топлива, объема топочной камеры и объема воздуха.
2. Узкий диапазон регулирования процесса пиролиза.
3. Существенный риск выделения в топочной камере окиси углерода (СО) и его проникновения в помещение.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение инерционности регулирования процесса пиролиза, расширения диапазона регулирования процесса, а также уменьшения риска выделения в топочной камере окиси углерода (СО) и его проникновения в помещение.
Такой технический результат достигается тем, что водогрейный пиролизный котел содержащий корпус с размещенной внутри него топочной камерой, а над ней - камерой сжигания отходящих газов, дверцу топочной камеры, дверцу регулировки подачи первичного воздуха, внешнюю дверцу технологического окна, патрубки обратной и подающей линий, соединенные боковой, верхней и задней водяной рубашкой, нижнюю и переднюю камеры вторичного воздуха, трубу подвода вторичного воздуха, а также патрубок отходящих газов, дополнительно оснащен коробкообразной емкостью, решетчатым электродом, термоэлектрическим преобразователем, блоком питания, регулятором, фотоэлементом, электроприводным устройством и протяжным механизмом, причем коробкообразная емкость расположена в нижней части топочной камеры, выполнена из токопроводящего материала, дно которой имеет отверстия, а решетчатый электрод расположен над коробкообразной ескостью и соединен с электроприводным устройством через протяжный механизм, размещенный вертикально внутри топочной камеры, на решетчатом электроде установлены направленные к низу заостренные элементы, при этом на патрубке отходящих газов установлен термоэлектрический преобразователь, выход которого через блок питания соединен с первым входом регулятора, ко второму входу которого подключен фотоэлемент, установленный внутри топочной камеры, а к выходам - коробкообразная емкость, решетчатый электрод и электроприводное устройство.
На фиг. 1 представлен общий вид водогрейного пиролизного котла.
Водогрейный пиролизный котел содержит корпус 1 с размещенной внутри него топочной камерой 2, а над ней - камеру 3 сжигания отходящих газов, дверцу 4 топочной камеры, дверцу 5 регулировки подачи первичного воздуха, внешнюю дверцу 6 технологического окна, патрубок 7 обратной линии и патрубок 8 подающей линии, соединенные боковой водяной рубашкой 9, верхней водяной рубашкой 10 и задней водяной рубашкой 11, нижнюю камеру вторичного воздуха 12 и переднюю камеру 13 вторичного воздуха, трубу 14 подвода вторичного воздуха, а также патрубок 15 отходящих газов. В нижней части топочной камеры 2 расположена коробкообразная емкость 16 для сжигаемого топлива. Коробкообразная емкость 16 выполнена из токопроводящего материала, например, из стали, а дно ее содержит отверстия 17 для воздуха. Над коробкообразной емкостью 16 размещен решетчатый электрод 18, выполненный, например, в виде рамки с расположенной внутри нее сетки из токопроводящего материала. К узлам сетки прикреплены направленные к низу заостренные элементы 19, например, иглы. Решетчатый электрод 18 посредством протяжного механизма 20, установленного вертикально в топочной камере 2, связан с электроприводным устройством 21. Протяжный механизм 20 выполнен, например, в виде замкнутого металлического троса, натянутого между роликами, установленными на боковой поверхности топочной камеры 2. Электроприводное устройство 21 представляет собой совокупность электродвигателя и редуктора. При этом выходной вал редуктора связан с тросом протяжного механизма 20.
На патрубке 15 отходящих газов установлен термоэлектрический преобразователь 22, представляющий собой, например, батарею пластинчатых термопар. При этом внутренние поверхности термопар касаются внешней поверхности патрубка 15 отходящих газов, а внешние контактируют с окружающей средой. Выход термоэлектрического преобразователя 22 соединен со входом блока 23 питания. Блок 23 питания включает в себя, например, инвертор и повышающий трансформатор. Выход блока 23 питания соединен с первым входом регулятора 24. Ко второму входу регулятора 24 подключен фотоэлемент 25, установленный внутри топочной камеры 2.
К выходам регулятора 24 подключены коробкообразная емкость 16, решетчатый электрод 18 и электроприводное устройство 21 соответственно.
Водогрейный пиролизный котел работает следующим образом.
Разогреваемая вода поступает в корпус котла 1 через патрубок 7 обратной линии, нагревается, проходя через боковую водяную рубашку 9, заднюю водяную рубашку 11 и верхнюю водяную рубашку 10, и в нагретом виде выходит через патрубок 8 подающей линии. Дрова или иное топливо закладываются в топочную камеру 2 через дверцу 4 топочной камеры и размещаются в коробкообразной емкости 16. Здесь происходит горение при ограниченном доступе кислорода, сопровождающееся процессом пиролиза. Доступ кислорода в зону горения осуществляется через отверстия 17. Количество кислорода в топочной камере 2 регулируется дверцей 5 регулировки подачи первичного воздуха.
Выделившийся в процессе пиролиза газ естественным путем поступает в камеру 3 сжигания отходящих газов, где, например, в зоне инжекторов-дожигателей с калибровочными отверстиями происходит его смешение с вторичным, заранее приготовленным воздухом, подаваемым через переднюю камеру 13 вторичного воздуха и через трубу 14 подвода вторичного воздуха. Этот воздух приготалвивается в результате разогрева воздуха окружающей среды, поступающего в котел через дверцу 5 регулировки подачи первичного воздуха в нижнюю камеру 12 вторичного воздуха. В результате термохимической реакции в камере 3 сжигания отходящих газов происходит процесс воспламенения несгоревших топливных газов, что позволяет превратить в тепловую энергию 90% содержащихся в дыме мелких частиц, тем самым, не допуская их выброса в атмосферу. Остаточные дымовые газы отводятся из котла через патрубок 15 отходящих газов.
Через внешнюю дверцу 6 технологического окна осуществляется наблюдение за процессом горения пиролизного газа для последующего ручного воздействия на процесс пиролиза изменением подачи кислорода в топочную камеру 2 посредством изменения положения дверцы 5 регулировки подачи первичного воздуха.
За счет разности температур на патрубке 15 отходящих газов и окружающей среды на выходе термоэлектрического преобразователя возникает постоянное по полярности электрическое напряжение, поступающее на вход блока 23 питания. В блоке 23 питания происходит преобразование этого напряжения в переменное напряжение и его повышение до значений, например, 12 В, 220 В и 2,5…5, 0 кВ. Напряжение 12 В используется для питания регулятора 24, напряжение 220 В - для питания электроприводного устройства 21, а напряжение 2,5…5,0 кВ - для образования продольного электрического поля в топочной камере 2. С выхода блока 23 питания электрическая энергия поступает на первый вход регулятора 24. На второй вход регулятора 24 подается сигнал с фотоэлемента 25, измеряющего уровень освещенности (а, соответственно, и наличие пламени) в топочной камере 2.
С выхода регулятора 24 электрическая энергия подается на коробкообразную емкость 16 и решетчатый электрод 18. образуя между ними разность потенциалов порядка 2,5…5,0 кВ. С другого выхода регулятора 24 переменное напряжение величиной 220 В подается на вход электроприводного устройства 21.
При появлении пламени регулятор 24 увеличивает значение напряжения между коробкообразной емкостью 16 и решетчатым электродом 18. Одновременно включается электроприводное устройство 21, которое через протяжный механизм 20 осуществляет сближение решетчатого электрода 18 и коробкообразной емкости 16. Происходит увеличение напряженности продольного электрического поля в топочной камере 2 и практически мгновенное угнетение горения.
Угнетение горения (срыв пламени) осуществляется за счет прекращения протекания цепных реакций деления заряженных радикалов воспламененных веществ, проявляющегося в угнетении дробления частиц горящего топлива под влиянием внешнего электрического поля. При этом электрическое поле определяет выделение части электронов и разноименно зараженных радикалов из пламени и их осаждение на заостренных элементах 19. Как правило, для безынерционного угнетения горения большинства топлив достаточно напряженности электрического поля от 1 до 7 кВ/см.
Угнетение горения электрическим полем не вызывает увеличения выделения окиси углерода, которое сопровождает принудительное гашение пламени за счет уменьшения подачи кислорода.
Работа регулятора 24 настраивается таким образом, чтобы процесс пиролиза протекал в граничном режиме, при котором выделение пиролизного газа было бы максимальным, и в то же время воспламенения топлива не происходило.
Кроме того, диапазон и точность регулирования процесса пиролиза в предлагаемой полезной модели существенно увеличиваются за счет возможности варьирования тремя факторами: величиной электрического напряжения между коробкообразной емкостью 16 и решетчатым электродом 18, расстоянием между ними, а также количеством поступающего кислорода изменением положения дверцы 5 регулировки подачи первичного воздуха.