ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплотехнике и предназначена для нагрева воздуха за счет сжигания горючих растительных отходов, который может применяться в качестве теплоносителя или сушильного агента, используемого соответственно для воздушного отопления и вентиляции зданий и сооружений различного назначения либо подачи в сушильные агрегаты. Преимущественно, данное устройство применяется на предприятиях сельского и лесного хозяйства с использованием нагретого воздуха в различных сушильных аппаратах за счет сжигания собственных горючих отходов. Таким образом одновременно решаются задачи по утилизации отходов и экономии средств при выработке тепловой энергии.
Известна теплогенераторная установка (RU 2234643 МПК F24H 3/00), содержащая топочную камеру с ручным обслуживанием, зольник-поддувало, дымоходный канал в составе патрубков, приточно-вытяжных камер и дымоходных труб, воздуховодный канал, вентилятор и дымовую трубу.
Известен также теплогенератор (RU 182 666 МПК F24H 3/00, F24H 3/008), содержащий топочную камеру с ручным обслуживанием, газоповоротный короб и теплообменные секции. Объем камеры сгорания рассчитан на применение местного низкокалорийного угля.
Недостатками рассмотренных теплогенераторов является низкая надежность, малая теплопроизводительность и непостоянство качества выдаваемого нагреваемого агента, необходимость ручного труда, плохие экологические показатели.
Невозможность поддержания требуемой тепловой мощности на постоянном уровне и неудобство эксплуатации обусловлены периодической ручной загрузкой топлива в топочную камеру и отсутствием дутьевого вентилятора.
Незащищенные от высокотемпературного воздействия топочного факела металлические стенки топки в связи с возможным пережогом ограничивают применяемость топлив по теплоте сгорания и мощности установки и требуют подачи воздуха в топку с большим избытком.
Отсутствие дутьевого вентилятора и ступенчатой подачи воздуха в камеру сгорания в совокупности с периодической подачей топлива обуславливают повышенный химический и механический недожог в уходящих газах.
Низкая надежность из-за возможности низкотемпературной коррозии, т.к. при подаче холодного воздуха температура стенок труб теплообменного блока может охлаждаться до температуры ниже температуры точки росы дымовых газов.
Известен твердотопливный теплогенератор серии ТПГ с теплообменником ВОТ [см. в Интернете https://nvt-tehno.com.ua/shop/teplogeneratory-na-sypuchej-organike/]. Теплогенератор состоит из топочной камеры, зафутерованной огнеупорным кирпичом, наклонной решетки, набранной из чугунных колосников, бункера для топлива, питателя топлива и дутьевого вентилятора. Для предотвращения перегрева камера сжигания окружена воздушной рубашкой, в которой дутьевой воздух нагревается перед подачей его под колосниковую решетку. Теплообменный блок состоит из горизонтально концентрически расположенных камеры дожигания и поворотной камеры, соединенных между собой каналами для прохода газов. По внешнему периметру камер установлено оребрение. Нагреваемый воздух движется в кольцевых каналах между камерами.
Характерны высокая материалоемкость, ограничения по применяемым топливам, трудность обслуживания, низкая надежность, обусловленные следующим:
Обмуровка огнеупорным кирпичом способствует высокотемпературному топочному процессу. При этом происходит интенсификация образования оксидов азота, процессов шлакования топочных стен и заноса теплообменных поверхностей нагрева продуктами возгонки золы. Необходима регулярная трудоемкая очистка топки и теплообменника. Термоциклические напряжения вызывают быстрое разрушение обмуровки и необходимость ее ремонта.
Предварительный нагрев воздуха, подаваемого под чугунные колосники, ограничивает применение сухих высококалорийных топлив. Возможны быстрый прогар колосников и разрушение огнеупорной обмуровки топки.
Теплообменный блок с продольным отмыванием характеризуется низким коэффициентом теплопередачи, в следствие чего повышается его металлоемкость и трудоемкость операций по очистке от золового загрязнения, при этом есть необходимость охлаждения топочных газов разбавлением холодным воздухом и использования дорогих жаростойких сталей.
Задачей полезной модели является:
расширение круга применяемых топлив и отходов;
увеличение экономических и экологических показателей теплогенератора;
повышение надежности работы теплогенератора.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в теплогенераторе, содержащем образованную обмуровкой топочную камеру с колосником, теплообменный блок, питатель топлива, дымосос и вентиляторы подачи нагреваемого воздуха и дутья, предлагается обмуровку закрепить на охлаждаемом каркасе, а топочную камеру разделить на связанные меду собой соединительным газоходом камеру сгорания с колосником и камеру дожигания с соплами вторичного дутья, причем охлаждаемый каркас включить в контур циркуляции теплоносителя с калорифером, который расположен перед входом нагреваемого воздуха в теплообменный блок.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является, во-первых, расширение круга применяемых топлив и отходов, а также повышение экономичности за счет возможности применения вместо покупного топлива различных горючих растительных отходов - измельченной соломы, коро-древесных отходов, шелухи. Это достигается за счет разделения топки на две камеры - сгорания и дожигания с соплами вторичного дутья. При этом организуется двухстадийное низкотемпературное сжигание. Первая стадия горения, включающая сушку, выход летучих веществ и дожигание коксового остатка, проходит в первой камере - камере сгорания. Воздух подается под колосниковую решетку в количестве, достаточном для выгорания коксового остатка, но недостаточном для сгорания летучих веществ. Вторая стадия горения проходит в камере дожигания, в которую вводится воздух через сопла вторичного дутья в достаточном для полного сгорания количестве. Таким образом создаются оптимальные условия на каждой стадии топочного процесса и минимизируется влияние характеристик топлива на качество, экономичность сжигания. Кроме того, экономичность повышается и за счет использования рециркуляции для охлаждения топочных газов перед входом в теплообменный блок. Такое охлаждение происходит без увеличения тепловых потерь с уходящими газами, характерного для случая с применением воздуха.
Во-вторых, при двухстадийном низкотемпературном сжигании повышаются экологические характеристики и надежность работы благодаря отсутствию шлакования стен из-за высокотемпературного воздействия.
В-третьих, циркулирующий теплоноситель обеспечивает надежную работу обмуровки с одновременным ее упрощением путем закрепления на охлаждаемом каркасе. Размещенный в этом контуре перед входом нагреваемого воздуха в теплообменный блок калорифер обеспечивает подогрев воздуха и, соответственно, защиту поверхностей нагрева теплообменного блока от конденсации водяных паров и низкотемпературной коррозии.
Для повышения надежности и эксплуатационных характеристик применяются дополнительные технические решения, пп. 2-9 формулы полезной модели.
По п. 2 колосник образован трубами и включен в контур циркуляции теплоносителя. Это повышает надежность, так как исключает прогар колосника. Надежность также повышается при использовании антифриза, п. 3, так как предотвращает опасность размораживания установки в холодное время года.
В пунктах 4 и 6 предложены меры, направленные на повышение надежности работы теплообменного блока. Для предотвращения пережога металла теплообменного блока вход дымовых газов в теплообменный блок подключен трактом рециркуляции к коробу уходящих газов, он имеет несколько ступеней, причем первая ступень выполнена из жаростойкой стали.
Для снижения температуры и шлакования при работе на высококалорийных топливах в п. 5 предлагается тракт рециркуляции подключить к камере сгорания.
Для дополнительного увеличения надежности, экономических и экологических показателей в п. 7 предложено установить в топочной камере устройство шуровки слоя и удаления золы в виде охлаждаемой теплоносителем шурующей планки, которая обеспечивает управляемый стабильный топочный процесс за счет его механизации и автоматизации.
Технические предложения по п. 8 и 9 повышают экономические и экологические показатели путем улучшения качества выгорания летучих веществ за счет интенсификации их перемешивания с окислителем вихрем, который образуется в камере дожигания за счет тангенциального ввода в неё соединительного газохода, а также за счет установки сопел вторичного дутья в камере сгорания.
Для пояснения на рисунке показана принципиальная схема теплогенератора.
Теплогенератор содержит ограниченную обмуровкой 1 топочную камеру 2 с колосником 3, теплообменный блок 4, питатель топлива 5, дымосос 6, вентилятор подачи нагреваемого воздуха 7 и вентилятор подачи дутья 8. При этом обмуровка 1 закреплена на каркасе 9, а топочная камера 2 выполнена как камера сгорания 10, подключенная через соединительный газоход 11 к камере дожигания 12. В камере дожигания 12 установлены сопла вторичного дутья 13, и такая конструкция топочной камеры 2 создает разделение топочного процесса на две стадии и обеспечивает двухстадийное низкотемпературное, безшлаковочное и экологически эффективное сжигание.
Теплогенератор также содержит контур 14 циркуляции теплоносителя, который включает охлаждаемый каркас 9, калорифер 15, трубы 16, образующие колосник 3 и другие требующие охлаждения ответственные элементы, а также циркуляционный насос 17. Система с циркулирующим теплоносителем обеспечивает надежную работу обмуровки 1, закрепленной на охлаждаемом каркасе 9.
Теплообменный блок 4 имеет первую ступень 18, выполненную из жаростойкой стали, что повышает надежность работы теплогенератора, и своим входом 19 он подключен к коробу 20 уходящих газов, каналом с дымососом 21 рециркуляции дымовых газов.
Камера сгорания 10 обслуживается охлаждаемым механизированным устройством 22 шурования слоя и выгрузки золы, для подачи дополнительного вторичного дутья в ней установлены сопла 23.
Предлагаемый теплогенератор работает следующим образом. Питатель топлива 5 осуществляет непрерывное дозирование топлива из расходного бункера в ограниченную обмуровкой 1 топочную камеру 2. При этом топливо загружается непосредственно в камеру сгорания 10 на колосник 3, образованный охлаждаемыми трубами 16. Под колосник 3 и через сопла 23 вторичного дутья вентилятором 8 нагнетается воздух для горения в количестве, достаточном для поддержания низкотемпературного режима газификации и полного выжигания коксозольного остатка, но недостаточном для полного выгорания горючих летучих веществ из топлива. Затем топочные газы и продукты неполного сгорания из камеры сгорания 10 через соединительный газоход 11 поступают в камеру дожигания 12, причем они входят тангенциально, с образованием вихря, поэтому интенсивно смешиваются, быстро и полно сгорают в потоке вторичного воздуха, который подается дутьевым вентилятором 8 через сопла вторичного дутья 13. После выхода из камеры дожигания 12 раскаленные продукты сгорания на входе19 в теплообменный блок 4 разбавляются присадкой охлажденных уходящих дымовых газов, которые подаются дымососом рециркуляции 21 из короба уходящих газов 20.
При этом происходит снижение их температуры до безопасного по условиям надежной работы металла теплообменного блока 4 уровня. Подготовленные таким образом дымовые газы поступают в теплообменный блок 4, где отдают тепло нагреваемому воздуху. После прохождения теплообменного блока 4 часть дымовых газов отсасывается дымососом рециркуляции 21, остальной объем дымососом 6 сбрасывается в дымовую трубу.
Теплоноситель, заполняющий контур циркуляции 14 осуществляет охлаждение каркаса 9, труб колосника 16, устройства 22 шурования слоя и выгрузки золы и перенос тепла в калорифер 15. При этом циркуляционный насос 17 обеспечивает надежную циркуляцию теплоносителя.
В калорифере 15 теплоноситель отдает тепло входящему потоку воздуха, нагнетаемому вентилятором 7 подачи нагреваемого воздуха. Такой предварительный подогрев воздуха обеспечивает защиту поверхностей нагрева теплообменного блока 4 от конденсации водяных паров и от низкотемпературной коррозии. Далее воздух нагревается в теплообменном блоке 4, причем благодаря первой ступени 18, выполненной из жаростойкой стали, нагрев может проводиться до очень высокой температуры, и направляется по воздуховоду для использования по назначению.
Устройство 22 шурования слоя и выгрузки золы осуществляет механизировано, в автоматическом режиме разравнивание и перемешивание топлива в слое и вывод золы из камеры сгорания.
Таким образом:
Непрерывно организованные подача топлива и топочный процесс обеспечивают стабильность характеристик нагреваемого теплогенератором воздуха.
Топочный процесс, разделенный на две стадии, позволяет сжигать широкий по теплотехническим характеристикам диапазон топлив и горючих отходов без перегрева обмуровки, интенсивного шлакования и спекания золы, с высокими экологическими показателями.
Обмуровка, закрепленная на охлаждаемом промежуточным теплоносителем каркасе, работает надежно и имеет облегченную конструкцию.
Колосниковая решетка, охлаждаемая промежуточным теплоносителем, исключает вероятность прогара колосников.
Разбавление продуктов сгорания после камеры дожигания охлажденными уходящими дымовыми газами обеспечивает надежную работу металла теплообменного блока без увеличения потерь тепла с уходящими газами.
Предварительный подогрев нагреваемого в теплообменном блоке воздуха в калорифере предотвращает вероятность конденсации водяных паров из дымовых газов на чрезмерно охлаждённых трубах и соответственно коррозию и забивание теплообменных труб.