ПИРОЛИЗНАЯ ПЕЧЬ ВИХРЕВОГО ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к печам и может применяться как для отопления помещений, нагрева воды, так и для сжигания отходов мусороперерабатывающих предприятий [F24B 1/02, F24B 5/02].
Из уровня техники известна ПЕЧЬ ПИРОЛИЗНАЯ [RU 157185 U1, опубл.: 20.11.2015], содержащая пиролизный корпус, стенки которого выполнены с возможностью теплоаккумулирования, снабженный загрузочной дверцей, нижняя поверхность которого снабжена колосниковой решеткой, при этом пиролизный корпус оперт на опорный отсек, снабженный поддувалом, регулятором интенсивности горения и регулятором тяги пиролиза, кроме того, печь снабжена дымоотводящей трубой, отличающаяся тем, что боковые, передняя и задняя стенки пиролизного корпуса футерованы слоем теплостойкого материала, верхняя стенка выполнена в виде плиты, с возможностью использования в качестве варочной, при этом дымоотводящая труба сообщена отводящими каналами, снабженными заслонками, выполненными с возможностью полного перекрытия каналов соответственно с полостью пиролизного корпуса и с полостью опорного отсека, причем регулятор интенсивности горения выполнен в виде коробчатого корпуса, стенка которого, совпадающая с передней стенкой опорного отсека, выполнена в виде его дверцы, причем он скреплен с ней снизу, на равном удалении его кромок от ее краев, при этом ширина коробчатого корпуса соответствует 1/3 от ширины колосниковой решетки.
Недостатком аналога является низкая степень сжигания газов, образовавшихся от сгорания топлива.
Также известна ПЕЧЬ ДЛЯ СЖИГАНИЯ БИОМАССЫ [CN101240904 (A), опубл.: 13.08.2008], включающая корпус печи, воздухозаборник, выпускной клапан, золоотвод, кольцевой резервуар для воды и ножки печи, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса печи содержит порт подачи, коническая крышка печи для сбора конденсата, канал для направления газа и удержание высокотемпературного газа в высокотемпературной зоне горения печи, кольцевой канал с прикрепленным к валу устройством для падения материала, приводимым в движение золой, и кольцевым вращающимся устройством для впуска воздуха в высокотемпературную зону горения корпуса печи.
Недостатком аналога является высокий уровень загрязнения окружающего воздуха углекислым и оксидом углерода за счет их низкого сгорания.
Наиболее близким по технической сущности является ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ [RU 140364 U1, опубл.: 10.05.2014], содержащая корпус с топкой и вытяжной трубой, систему подачи топлива с топливопроводом, форсункой и теплообменником-подогревателем, установленным в топке, отличающаяся тем, что система подачи топлива содержит смеситель-эмульгатор, предназначенный для смешения воды с топливом, и систему подачи воды с баком-накопителем, трубопроводом низкого давления, причем к входу в смеситель-эмульгатор присоединен топливопровод, к выходу - система подачи эмульсии с водотопливной форсункой, а в топке против водотопливной форсунки установлен катализатор и устройство нагрева катализатора.
Технической проблемой прототипа является высокий уровень загрязнения окружающего воздуха углекислым газом и оксидом углерода, обусловленный низким коэффициентом полезного действия печи сжигания твердого топлива.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента полезного действия печи сжигания твердого топлива.
Указанный технический результат достигается за счет того, что пиролизная печь вихревого горения, содержащая корпус с вытяжной трубой, катализатор, системы подачи воды и эмульсии, отличающаяся тем, что в верхней части корпуса печи к отверстиям, выполненным на противоположных стенках, с возможностью создания вихревых потоков воздуха смонтирована пара воздуховодов с вентиляторами, по центру корпуса внутри печи с возможностью отвода пиролизных газов из центральной части печи, смонтирована вертикальная труба с отверстиями в ее боковых стенках, труба в нижней части печи выполнена расходящейся вверх к выходным отверстиям с вентиляторами так, что торцы отводов вертикальной трубы загнуты по направлению воздушных потоков, создаваемых вентиляторами с возможностью эжекции воздуха из центральной части печи, вытяжная труба смонтирована в отверстии крышки печи, с внутренней стороны крышки печи вокруг отверстия вытяжной трубы смонтирован катализатор, закрытый снизу экраном, при этом выходное отверстие катализатора сообщается с вытяжной трубой, а входное отверстие катализатора сообщается с камерой активации, образованной по периметру печи наружными стенками катализатора и внутренними стенками корпуса, сверху и снизу камера активации ограничена крышкой и экраном соответственно, в экране под камерой активации выполнены отверстия с возможностью прохождения пиролизных газов внутрь камеры активации, внутри камеры активации смонтирован реактор-испаритель, по периметру которого выполнены отверстия для подачи в камеру активации эмульсии для создания горючей смеси с пиролизными газами, в вытяжной трубе выполнено отверстие для подачи воздуха для окисления горючей смеси, над отверстием для подачи воздуха смонтирована горелка, сверху вытяжной трубы смонтирован колпак, в котором смонтирована трубка отвода газов, трубка соединена со смесительной с озоном камерой, выходная трубка смесительной камеры смонтирована вблизи одного из вентиляторов с возможностью подачи в печь.
В частности, корпус печи снаружи футерован теплоизоляционным материалом.
В частности, вентиляторы выполнены радиальными.
В частности, воздуховоды с вентиляторами смонтированы тангенциально к боковым стенкам печи.
В частности, отверстия в вертикальной трубе выполнены прямоугольными из отогнутых наружу вырезов в ее боковых стенках.
В частности, крышка выполнена съемной.
В частности, края крышки смонтированы в углубление по периметру верхнего края корпуса печи с возможностью препятствия выхода газам.
В частности, углубление заполнено жаростойким материалом.
В частности, катализатор выполнен из металлической полосы в виде спирали.
В частности, реактор-испаритель выполнен в виде гибкой металлической трубы.
В частности, отверстие для подачи воздуха в вытяжной трубе выполнено в виде зазора, образованного коаксиально смонтированной трубой большего диаметра.
В частности, к отверстию для подачи воздуха смонтирован вентилятор.
В частности, горелка выполнена в виде беспламенной горелки с керамическим катализатором.
В частности, над горелкой смонтирован теплообменник.
В частности, к смесительной камере подключен озонатор.
В частности, вентиляторы соединены с контроллером с возможностью изменения скорости подачи воздуха.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана пиролизная печь вихревого горения вид спереди в разрезе.
На фиг.2 показана пиролизная печь вихревого горения вид спереди в разрезе.
На фиг.3 показан центральная труба отвода вид сверху.
На фиг.4 показан затвор пиролизной печи вихревого горения вид спереди в разрезе.
На фиг.5 показан большой экран вид сверху.
На фиг.6 показан большой экран вид сбоку.
На фиг.7 показана пиролизная печь вихревого горения вид сверху.
На фигурах обозначено: 1 – корпус печи, 2 – вентиляторы, 3 – воздуховоды, 4 – центральная труба отвода, 5 – боковые трубы отвода, 6 – крышка, 7 – затвор, 8 – вытяжная труба, 9 – катализатор, 10 – малый экран, 11 – большой экран, 12 – газовые окна, 13 – камера активации, 14 – реактор-испаритель, 15 – вентиль, 16 – расширительный бак, 17 – камера вторичного сгорания, 18 – горелка, 19 – возвратная трубка, 20 – смесительная камера, 21 – трубка озонатора, 22 – смесительная трубка, 23 – загрузочный люк, 24 – люк выгрузки шлака, 25 – ручки с замками, 26 – контроллер, 27 – труба теплообменника, 28 - газозаборник.
Осуществление изобретения.
Пиролизная печь вихревого горения содержит корпус 1 (см.Фиг.1), выполненный из металла и футерованный снаружи теплоизоляционным материалом (на фигурах не показан). Снаружи на противоположных боковых стенках в отверстиях (на фигурах не показаны) в верхней части корпуса печи 1 тангенциально к боковым стенкам корпуса 1 смонтированы воздуховоды 3 с вентиляторами 2, выполненными в виде радиальных вентиляторов.
Внутри корпуса 1 по центру вертикально смонтирована центральная труба отвода 4 (см. Фиг.2), выполненная из металлической трубы со множеством прямоугольных вырезов (см. Фиг.3), выполненных по периметру упомянутой трубы 4 в боковых стенках из отогнутых наружу вертикальных П-образных пропилов. К центральной трубе отвода 4, например, через тройник (на фигурах не показан) смонтирована пара боковых отводящих труб 5, проложенных вдоль дна и боковых стенок корпуса 1 к отверстиям трубопроводов вентиляторов 3, при этом выходные отверстия боковых труб отвода 5 направлены тангенциально к боковым стенкам корпуса 1 печи.
Сверху на корпусе 1 смонтирована крышка 6, при этом края крышки 6 выполнены загнутыми вниз, и при монтаже крышки 6 на корпусе 1 упомянутые края вставлены в затвор 7 (см. Фиг.3), выполненный в виде углубления по периметру с торца боковых стенок корпуса 1. Затвор 7 заполнен сыпучим жаростойким материалом, например, песком, с возможностью обеспечения герметичного объема внутри корпуса 1.
По центру крышки 6 выполнено отверстие (на фигурах не показано) сверху к которому смонтирована вытяжная труба 8. Снизу к крышке 6 смонтирован катализатор 9, выполненный из металлической полосы, свернутой в спираль вокруг отверстия вытяжной трубы 8. Снизу к катализатору 9 по центру смонтирована малый экран 10, перекрывающий собой 2-3 витка катализатора 9 в каждую сторону от его вертикальной оси. Снизу к малому экрану 9 и к загнутым краям крышки 6 смонтирован большой экран 11 (см. Фиг.4), состоящий из двух полуколец (на фигурах не показаны), при этом диаметр внутреннего отверстия большого экрана 11 выполнен меньшим диаметра малого экрана 9. Концы полуколец большого экрана 11 разведены в противоположные стороны так, что образуют пару газовых окон 12 (см. Фиг.5) в круговую камеру активации 13, образованную по периметру между крышкой 6, внешними витками катализатора 9 и большим экраном 11. Внутрь камеры активации 13 заведен через отверстие (на фигурах не показано) в крышке 6 и смонтирован вдоль корпуса 1 реактор-испаритель 14, выполненный из гибкой металлической трубы, торцы которой выполнены заглушенными. Снаружи корпуса 1 реактор-испаритель 14 снабжен вентилем 15 и сообщается с расширительным баком 16. В боковых стенках реактора-испарителя 14, с его внутренней стороны выполнены отверстия.
Сверху на вытяжной трубе 8 коаксиально смонтирована труба, образующая камеру вторичного сгорания 17, при этом упомянутая труба выполнена большим диаметра вытяжной трубы 8 с возможностью подсоса воздуха через образовавшийся зазор между внешними стенками вытяжной трубы 8 и внутренними стенками трубы камеры вторичного сгорания 17.
В одном из вариантов реализации к отверстию в вытяжной трубе 8, выполненным в виде зазора между образованным зазором внешними стенками вытяжной трубы 8 и внутренними стенками трубы камеры вторичного сгорания 17 смонтирован вентилятор (на фигурах не показаны) с возможностью дополнительного нагнетания воздуха в камеру вторичного сгорания 17.
Внутри камеры вторичного сгорания 17 смонтирована горелка 18 (см. Фиг.6), выполненная в виде беспламенной горелки с керамическим катализатором. Над горелкой 18 смонтирована труба теплообменника 27. Над трубой теплообменника 27 смонтирован газозоборник 28, выполненный в виде закрытого колпака. В боковой стенке газозоборника 28 выполнено отверстие (на фигурах не показано) к которому смонтирована возвратная трубка 19, соединенная со смесительной камерой 20. К смесительной камере 20 подсоединена трубка озонатора 21. Смесительная камера 20 смесительной трубкой 22 соединена с одним из трубопроводов вентиляторов 3. Трубки 21-22 снабжены кранами (на фигурах не показаны) с возможностью регулирования количество подаваемого озона в смесительную камеру 20 и смеси озона и газов в печь.
В корпусе 1 печи смонтирован загрузочный люк 23, а под ним люк выгрузки шлака 24. Люки 23-24 снабжены шарнирными петлями (на фигурах не показаны) и ручками с замками 25. Изнутри люков 23-24 по периметру смонтирован уплотнитель (на фигурах не показан), выполненный из жаростойкого материала, например асбестового шнура.
Вентиляторы 2 соединены с контроллером 26, смонтированным снаружи корпуса 1 котла.
Контроллер 26 выполнен с возможностью управления вентиляторами 2 для регулирования интенсивности горения за счет изменения воздушной тяги над областью горения топлива и области разряжения, создаваемой вентиляторами 2 и центральной трубой отвода 4.
Пиролизную печь вихревого горения используют следующим образом.
Перед началом использования реактор-испаритель 14 заполняют твердым эмульгатором, состоящим, например, из смеси мелких фракций технического углерода и металлических опилок. Реактор-испаритель 14 через отверстие, выполненное в крышке 6, заводят в камеру активации 13 и укладывают его вдоль боковых стенок корпуса 1 котла.
Присоединяют реактор-испаритель 14 к расширительному баку 16, который заполняют водой или водомасляной эмульсией. Через загрузочный люк 23 загружают топливо, при этом следят, чтобы верхний уровень топлива не перекрывал отверстия в корпусе 1 со смонтированными к ним воздуховодами 3. Поджигают топливо сверху и плотно закрывают загрузочный люк 23 с помощью ручки с замком 25.
2
После устойчивого разгорания топлива с контроллера 26 включают вентиляторы 2 и подают воздух (показан пунктирными линиями со стрелками). Вентиляторы 2 за счет тангенциального смещения входных отверстий воздуховодов 3 к боковым стенкам корпуса 1 печи создают вихревые потоки. Нагнетаемый вентиляторами 2 воздух создает зону высокого давления по периферии корпуса 1 печи, при этом за счет воздуха, нагнетаемого вентиляторами 2, происходит интенсивное окисление топлива. За счет эжекции, возникаемой у выходных отверстий боковых труб отвода 5 потоки воздуха от вентиляторов 2 вовлекают  в вихревое движение пиролизные газы, поступающие из центральной части корпуса 1 печи через прямоугольные отверстия (показаны линиями со стрелками), выполненные в боковых стенках центральной трубы отвода 4 и происходит сгорание части пиролизных газов внутри центральной трубы отвода 4, при этом происходит нагревание топлива вокруг упомянутой трубы 4 с последующим окислением и сгоранием. Другую часть пиролизных газов вихревыми потоками через газовые окна 12, выполненные в большом экране 11, подают в камеру активации 13. Одновременно из отверстий в реакторе-испарителе 14 в камеру активации 13 подают эмульсию, образованную из водомасляной эмульсии, поступающей в реактор-испаритель 14 из расширительного бака 16 через открытый вентиль 15, разогретую в реакторе-испарителе 14 до парообразного состояния за счет температуры горения топлива в котле и технического углерода. Эмульсия при высокой температуре образует синтез-газ, состоящий из монооксида углерода СО и водорода Н. Синтез-газ за счет вытеснения его из камеры активации 13 пиролизными газами вместе с этими газами подают в катализатор 9, при прохождении через спираль которого происходит интенсивное  смешивание синтез-газа и пиролизных газов в результате чего производят подготовку указанной смеси к кинетическому, более интенсивному и полному сгоранию. Из катализатора 9 горючая смесь синтез-газа и пиролизных газов, разогретая до температуры 600-800°С через вытяжную трубу 8 подают в камеру вторичного сгорания 17, при этом через зазор, выполненный между внутренними стенками камеры вторичного сгорания 17 и наружными стенками вытяжной трубы 8 за счет разницы давления внутри и снаружи трубы в камеру  вторичного сгорания 17 снаружи «подсасывается» воздух (показан пунктирными линиями со стрелками). Вместе с воздухом через зазор между внутренними стенками камеры вторичного сгорания 17 и наружными стенками вытяжной трубы 8 в одном из вариантов реализации полезной модели подают озон из озонатора (на фигурах не показан) с возможностью повышения оксилительной способности подаваемой горючей смеси.
Смесь воздуха и горючего газ, достигая горелки 18, эффективно сгорает и передает тепло трубе теплообменника 27, заполненной циркулирующей жидкостью. Часть диоксида углерода, образованного от сгорания указанных газов, из газосборника 28 через возвратную трубку 19 подают в смесительную камеру 20, в которую одновременно через трубку озонатора 21 подают озон и смешивают их. Через смесительную трубку 22 смесь озона и диоксида углерода подают в один из трубопроводов вентиляторов 3, через который с потоком воздуха от вентиляторов 2 газовую смесь подают в зону окисления топлива. Описанный процесс сжигания пиролизных газов осуществляют циклически, при котором обеспечивают высокую степень сжигания газов, образующихся в процессе горения топлива.
По мере необходимости производят очистку котла через люк выгрузки шлака 24.
Подачу топлива в котел могут осуществлять непрерывно, например, шнековым загрузчиком.
Технический результат - повышение коэффициента полезного действия печи сжигания твердого топлива обеспечивается полным сгоранием топлива и образованных от его сгорания газов путем интенсивного окисления топлива воздухом, нагнетаемым вентиляторами 2, смонтированными к стенкам корпуса 1 печи, первичного сжигания пиролизных газов в центральной трубе отвода 4, вовлекаемых в упомянутую трубу 4 за счет их эжекции через боковые трубы отвода 5 вихревыми потоками воздуха, создаваемыми за счет тангенциального размещения к стенкам корпуса 1 печи воздуховодов 3 с вентиляторами 2, вторичного сжигания горелкой 18 в камере вторичного сгорания 17 пиролизных газов, вовлекаемых вихревыми потоками воздуха через отверстия в большом экране 11  и смешанных в спиральном катализаторе 9 с синтез-газом, образованным эмульсией водяного пара и топлива, подготовленной в реакторе-испарителе 14 камеры активации 13 и возврате в зону окисления топлива корпуса 1 печи части газов, образованных от сгорания смеси пиролизных газов, смешанных с озоном в смесительной камере 20.  Кроме того, за счет разделения объема печи центральной трубой отвода 5 увеличивают объем топлива, одновременно участвующего в окислительном процессе.
В 2019 году автором была изготовлена пиролизная печь вихревого горения испытания которой показали ее высокую эффективность при сжигании твердого топлива и газов, образовавшихся от его сгорания с минимальным образованием золошлаковых отходов, что подтверждает ее высокий коэффициент полезного действия. При этом при проведении испытаний был проведен эксперимент по сжиганию твердых бытовых отходов в указанной печи. Результаты показали также высокую степень сжигания указанных отходов и сопутствующих процессу сжигания газов, что обеспечивает возможность ее использования на мусороперерабатывающих предприятиях.