Устройство для сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой
DEVICE FOR BURNING COAL-WATER FUEL WITH A CERAMIC FLAME STABILIZER AND BACKLIGHT

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технике генерирования тепловой энергии на принципе пламенного окисления жидкого топлива. Данное устройство разработано специально для сжигания водоугольного топлива. Устройство подходит так же для сжигания любых других видов жидких топлив, может быть использовано для отопления жилых домов и помещений, в промышленности, сельском хозяйстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте и других областях для автономного водяного отопления и воздушного обогрева, а также горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, зданий и сооружений: гаражей, теплиц, хранилищ, ферм, дачных домиков и т.д.
Известно устройство «Способ двухстадийного сжигания топлива и топка для его осуществления» (патент РФ №2324110, F23C 10/02 10.05.2008 г.) при котором способ двухстадийного сжигания топлива осуществляется в первой стадии путем газификации и частичного сжигания его в кипящем слое с циркуляционно связанными вертикально ориентированными нисходящей зоной газификации топлива и восходящей зоной частичного окисления топлива и его коксового остатка при экологически обусловленной низкой температуре горения с последующим и во второй стадии дожиганием продуктов газификации и несгоревшего топлива в факельном высокотемпературном процессе в камерной топке, включающий в себя процесс регенерации тепла, выделившегося в первой стадии сжигания дополнительно к энергозатратам, необходимым для поддержания изотермичности протекающих в слое процессов, в количестве, необходимом для нагрева воздуха, используемого для обеспечения горения и дожигания топлива в обеих стадиях реагирования, и передаваемого воздуху охлаждаемым материалом слоя, выведенным за пределы зоны реагирования. В псевдоожиженном слое организуют, в дополнение к циркуляционным, нисходящую транзитную зону дожигания потоком флюидизирующего воздуха регулируемой температуры горючих компонентов из сливаемого, в количестве и при температуре на выходе из зоны, достаточных для обеспечения нагрева реакционного воздуха теплом регенерации, инертного компонента материала слоя, причем начало зоны дожигания размещают у верхнего уровня псевдоожиженного слоя в непосредственном контакте с верхним, выходным концом восходящей зоны окисления, выносящей на поверхность слоя материал с предельно низким для любого режима реагирования содержанием горючих веществ, часть которых при этом выносится из слоя через его поверхность в объем камерной топки продуктами реагирования и непрореагировавшим воздухом зоны окисления и также не достигает зоны дожигания. Регенерацию тепла производят путем высокоэффективного контактного теплообмена между практически не содержащим горючих компонентов дисперсным минеральным компонентом материала слоя и воздухом, нагреваемым перед его использованием в процессах сжигания горючих веществ. Вне зоны горения технологическую транспортировку горячего, практически не содержащего горючих компонентов дисперсного минерального компонента материала слоя, осуществляют с использованием любых, в том числе аэрогравитационных и пневматических, транспортных систем».
Недостатком этого способа является то, что данный способ требует большого топочного пространства для стабильного и полного горения топлива и не может быть реализовано в бытовых целях, а также неполное сгорание топлива и большое количество шлама, так как в данном методе горение происходит при низких температурах 600-900 градусов Цельсия, что не позволяет полностью сжечь водоугольные смеси.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению, является «Двухкамерная топка для сжигания дробленых древесных отходов» (патент РФ №2476768, F23B 10/00, F23G 5/027, F23C 6/04 27.02.2013 г) содержащая, слоевую призматическую камеру газогенерирования с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, потолочным перекрытием, имеющим газоплотный узел ввода отходов, слоеудерживающей подовой решеткой, с установленными над ней соплами первичного воздушного дутья, с размещенными окнами выпуска генераторного газа на задней стене над слоеудерживающей решеткой и соплами первичного воздушного дутья и под слоеудерживающей решеткой и оснащенными фильтрующими решетками, а также призматическую камеру дожигания с вертикальными фронтовой, задней и боковыми стенами, размещенными на фронтовой стене окнами ввода генераторного газа, соплами дожигающего воздуха, газоходы, соединяющие камеры газогенерирования и дожигания и подключенные к окнам выпуска и ввода генераторного газа соответственно в задней стене камеры газогенерирования и во фронтовой стене камеры дожигания, с заведенными вовнутрь и ориентированными в направлении камеры дожигания осесимметричными соплами вторичного воздушного дутья, в газоходах с равномерным шагом установлены простенки, образующие систему вертикально-щелевых конфузорных каналов с равновеликими входными и выходными проходными сечениями и параллельными между собой вертикальными плоскостями симметрии, шириной на фронтовой стене камеры дожигания (0,4-1,7) ширины каналов в выходных сечениях, сопла вторичного дутья скомпонованы в вертикальные ряды, установлены во входных сечениях каждого из каналов, а их оси совмещены с вертикальными плоскостями симметрии соответствующих конфузорных каналов.
Недостатком этого устройства является то, что данное устройство работает на твердом топливе и на установках, мощностью более 100 кВт, ввиду необходимости большого топочного пространства.
Задачей заявляемого изобретения является разработка бытового отопительного котла малой мощности, работающего на водоугольном топливе (ВУТ).
Известно, что для качественного сжигания, водоугольное топливо должно пройти несколько фаз: испарение воды, горение легких фракций, горение тяжелых угольных фракция с размерами частиц 50-250 мкм. Для стабильного и полного сгорания топлива данная задача решается или путем увеличения времени нахождения частиц топлива в зоне горения или повышением температуры в зоне горения.
Поставленная задача решается тем, что устройство для сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой содержащее две камеры горения с форсунками подачи топлива и воздуха, расположенными вертикально согласно изобретению камеры разделены горизонтально установленными керамическими решетками, одна между верхней камерой горения и нижней камерой, вторая между нижней камерой горения и поддоном для шлама, которые являются стабилизаторами горения, а так же, в нижней камере горения установлен высокотемпературный электрический нагревательный элемент, выполняющий функцию «подсветки» камеры горения для дожига топлива при более высокой температуре и запального элемента в момент пуска устройства.
В нижней камере горения топливовоздушная смесь горит при более высокой температуре за счет дополнительного нагрева электрическим высокотемпературным нагревательным элементом, этот же элемент является запальным устройством. Керамические сотовые решетки стабилизируют процесс горения в камере малого объема, а наличие «подсветки» высокотемпературным электрическим нагревательным элементом позволяет участвовать в процессе горения всех фракций топлива.
На чертеже (Фиг. 1) представлен общий вид устройства для сжигания водоугольного топлива с керамическим стабилизатором горения и подсветкой.
Устройство содержит: 1 - огнеупорный корпус, 2 - верхняя низкотемпературная камера сгорания для топлива, 3 - нижняя высокотемпературная камера сгорания для топлива, 4а, 4б - керамические сотовые решетки для разделения зон горения и стабилизации процесса горения, 5 - высокотемпературный электрический нагревательный элемент, 6 - форсунка подачи топлива и воздуха для горения, 7 - поддон для удаления золы и шлама, 8 - теплообменник, 9 - бак для водоугольного топлива, 10 - регулятор подачи топлива, 11 - топливный насос, 12 - регулятор нагрева высокотемпературного электрического элемента, 13 - шланги для подачи водоугольного топлива, 14 - датчик нагрева теплоносителя, 15 - датчик (высокотемпературная термопара) для регулировки температуры нагрева, 16 - термозащитный кожух, 17 - водоугольное топливо (ВУТ).
Устройство работает следующим образом:
1. Запуск устройства.
- Включается циркуляция теплоносителя;
- Включается электрический высокотемпературный нагреватель (5) в режиме «запала»;
- В камеру (2) и (3) одновременно начинает подаваться водоугольное топливо, которое воспламеняется от высокотемпературного электрического нагревателя. Далее в начале процесса горения происходит нагрев корпуса устройства (1) и керамических решеток (4а, 4б). После окончания нагрева и выхода устройства на рабочий режим, процесс горения происходит под действием высокой температуры корпуса устройства (1) и керамических решеток (4а, 4б), при этом электрический высокотемпературный нагреватель (5) переходит в режим «подсветки» для создания более высокой температуры горения в камере (3). Топливо начинает гореть сначала в нижней высокотемпературной камере (3) потом, в процессе нагрева устройства, топливо загорается и в верхней камере (2).
2. Основной режим работы.
Топливо (17) из бака (9) с помощью шлангов (13), насоса для водоугольного топлива (11) и регулятора подачи топлива (10), через форсунки низкого давления (6) подается в верхнюю (2) и нижнюю (3) камеру горения устройства. В верхней низкотемпературной камере (2) происходит основой процесс горения легких фракций топлива при температуре 1100-1300 градусов Цельсия, но так как объем топки небольшой, примерно 25-30% топлива (17), в основном твердые угольные соединения, размером 50-250 мкм., через сотовую керамическую решетку (4а) с верхней камеры горения (2) попадают в нижнюю высокотемпературную камеру (3), где дожигаются за счет большей температуры. В нижнюю высокотемпературную камеру (3) так же добавляется небольшое количество исходного топлива (17) для стабилизации процесса горения. Большая температура в нижней камере достигается за счет подсветки камеры (3) электрическим дисилицит-молибденовым или другим атмосферным высокотемпературным нагревателем с температурой нагрева 1500-1800 Градусов Цельсия (5). Контроль за температурой нагрева электрического нагревательного элемента (5) производиться с помощью датчика (15). Электрический нагреватель (5) выполняет функции «подсветки» и «запального устройства». Большая температура позволяет вступить в реакцию горения все размеры частиц топлива. Сотовые керамические решетки (4а, 4б) стабилизируют процесса горения и разделяют зоны (2) и (3). В процессе начала работы топки, керамические решетки (4а, 4б) и корпус (1) аккумулируют тепловую энергию, и если в процессе подачи топлива произойдет срыв пламени, то за счет накопленной тепловой энергии, устройство продолжит работу. Остатки несгоревшего топлива (17) и шлам через керамическую решетку (4б) осаждаются на поддоне (7).
3. Остановка устройства.
Остановка происходит путем прекращения подачи водоугольного топлива в устройство.
Использование заявляемого изобретения позволяет производить устройства (бытовые котлы) малой мощности, работающие на водоугольном топливе для обогрева небольших помещений с минимальными выбросами вредных веществ в атмосферу. Данное устройство может работать на других видах жидкого топлива, таких как бензин, керосин, дизельное топливо.