Котел газогенераторний твердопаливний

Реферат: Котел газогенераторний твердопаливний містить топку з піролізною камерою, зольником та колосниковою решіткою, яка розділяє піролізну камеру від зольника, засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів, що виконані в вигляді системи жарових труб, розміщених в водяній сорочці жаротрубного блока, пальниковий пристрій, вхід якого сполучений з виходом піролізної камери, а вихід - з вхідною ділянкою системи жарових труб, вентилятор тяги, встановлений на виході системи жарових труб, засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру і вторинного повітря в пальниковий пристрій. Пальниковий пристрій виконаний в вигляді об'ємної камери згорання з засобами подачі вторинного повітря в камеру згорання, всередині якої закріплені завихрювачі, що виконані з можливістю завихрення газоповітряної суміші навколо центральної частини камери згорання, у вхідному вікні камери згорання розміщений каталізатор горіння, що виконаний у вигляді пластинчастої решітки, а у вихідному вікні камери згорання встановлене сопло з завихрювачами газоповітряної суміші в каналі сопла та з каталізатором горіння, що виконаний в вигляді конічної перфорованої обичайки на вихідній ділянці сопла. UA 106649 U (12) UA 106649 U UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для спалювання твердого палива, зокрема до твердопаливних котлів газогенераторного типу, в яких паливо піддається піролізу з наступним спалюванням піролізних газів для отримання теплової енергії. В даний час газогенераторні твердопаливні котли є альтернативою твердопаливним котлам з традиційною схемою прямого спалювання палива. В основу роботи газогенераторного твердопаливного котла покладено процес піролізу (або сухої перегонки) твердого органічного палива з отриманням піролізних газів, подальшим їх спалюванням і утилізацією теплової енергії згорання піролізних газів. Піроліз твердого органічного палива відбувається в діапазоні температур 200-800 °C в умовах нестачі кисню. Процес екзотермічний, тобто проходить з виділенням тепла, за рахунок якого здійснюється прогрівання і підсушування палива, відбувається підігрів повітря, що надходить в зону горіння. В умовах піролізу органічне паливо розкладається на летучу частину піролізний газ і твердий залишок - золу. Склад піролізного газу багатокомпонентний. Летуча частина (парогазова суміш) складається з газів, які є сполуками вуглецю, водню, кисню (CO, CO2, СН4, С2Н4, О2, Н2), парів смол, оцтової кислоти (СН3СООН), води та інше. Змішування піролізного газу з повітрям при високій температурі викликає процес горіння піролізного газу з отриманням теплової енергії. Використання газогенераторних твердопаливних котлів вирішує одну з проблем сьогоднішнього часу - виробництво теплової енергії без нанесення шкоди навколишньому середовищу, так як продукти згорання на виході газогенераторного котла практично не містять шкідливих домішок, є, здебільше, сумішшю вуглекислого газу і водяної пари. Головними агрегатами відомих газогенераторних твердопаливних котлів є: топка з піролізною камерою (камерою газифікації палива), з засобами завантаження палива і подачі первинного повітря; пальниковий пристрій з засобами подачі вторинного повітря, в якому згорають піролізні гази, засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів. В топці здійснюється спалювання (газифікація) відповідного палива в умовах утворення піролізних газів, які згорають в пальниковому пристрої. Теплова енергія продуктів згорання піролізних газів утилізується (передається робочому теплоносію) в засобах утилізації тепла продуктів згорання. Прикладом газогенераторних твердопаливних котлів (аналогом корисної моделі, що заявляється) є твердопаливний газогенераторний котел ОВСГДВД піролізного типу, http://aom.at.ua/index/koteLovsgdvd/0-45. Переважним паливом для котла служить дерево (дрова, обрізки), відходи деревини (тріски, стружка, тирса) вологістю до 60 %, а також пілети, брикети тирси і частково торф. Котел призначений для систем центрального водяного опалювання виробничих приміщень, цехів і індивідуальних житлових будинків. Топка котла запатентована (патент України на винахід № 17695, МПК F23B 1/12, дата подання заявки 06.02.1996). Котел містить піролізну камеру (газогенератор) з дверцятами для завантаження палива та решіткою для нагнітання повітря, камеру згорання піролізного газу і утилізатор тепла, виконаний у вигляді водяної сорочки, яка охолоджує розжарені гази і відбирає тепло продуктів згорання. У піролізну камеру повітря подається за допомогою вентилятора надування повітря. Між піролізною камерою і камерою згорання встановлений пальниковий пристрій у вигляді сопла. Сопло, через яке проходить піролізний газ в камеру згорання, нагріваючись від жару спалювання палива, інтенсифікує запалювання піролізного газу, тобто виконує роль свічки запалювання. Факел полум'я направлений в камеру згорання, в якій відбувається згорання піролізного газу. Котел виготовляється відповідно до ТУУ 25.2-2466607016.001-2002. Котел працює наступним чином. Паливо через дверцята завантажують у піролізну камеру і запалюють при відкритому клапані, що з'єднує піролізну камеру з витяжним каналом. При цьому через решітку відбувається природний доступ повітря у піролізну камеру (проходить прямий процес горіння палива). Після розпалювання палива до утворення жарового шару піролізну камеру довантажують паливо, закривають зазначений клапан та дверцята і подають первинне повітря у піролізну камеру через повітряні канали та решітку. Паливо спалюється з виділенням піролізного газу, який в нагрітому жаром соплі загорається і проходить у камеру, де згорає і виділяє тепло, яке використовують для опалення. Продукти згоряння виходять через витяжний канал. Утилізація тепла здійснюється водяною сорочкою, яка охолоджує розжарені гази і відбирає тепло продуктів згорання для подальшого використання. Загальними ознаками аналога та корисної моделі, що заявляється, є: котел газогенераторний твердопаливний, який містить топку, що забезпечує спалювання палива з утворенням піролізних газів, пальниковий пристрій, що забезпечує згорання піролізних газів, та засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів. 1 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зазначений котел (з урахуванням його конструктивних особливостей) призначений для роботи на традиційних видах палива - дерево (дрова, обрізки), відходи деревини (тріски, стружка, тирса), а також пілети, брикети тирси, торф, тобто є критичним до видів палива. При використанні нетрадиційних видів палива, наприклад гуми, пластмас та інших органічних відходів, котел не може забезпечити ефективний режим спалювання палива з максимальним ККД при мінімальних шкідливих викидах в навколишнє середовище. Як найближчий аналог вибрано котел газогенераторний твердопаливний, що відомий за патентом України № 94800, МПК F23B 80/00, F23B 10/00, дата подання заявки 09.10.2009. Котел містить топку, що призначена для завантаження палива та його спалювання з утворенням піролізного газу, пальниковий пристрій, який забезпечує згорання піролізного газу, утвореного в процесі спалювання палива в топці, засоби утилізації тепла, що забезпечують передачу теплової енергії від продуктів згорання піролізного газу до теплоносія (води), а також засоби подачі первинного повітря в топку для спалювання палива і вторинного повітря в пальниковий пристрій для згорання піролізних газів. Топка містить піролізну камеру та зольник, які розділені колосниковою решіткою і розміщені в єдиному корпусі з водяною сорочкою. Конструкція топки запатентована в Україні (патент України на винахід № 95347, МПК F23B 10/02, F23B 90/00, F23B 60/02, F23G 5/027, дата подання заявки 09.10.2009). На передній стінці піролізної камери виконані порожнисті дверцята для завантаження палива в піролізну камеру. Зольник також виконаний з порожнистими дверцятами на його передній стінці. Корпус топки ізольований водяною сорочкою. Колосникова решітка містить центральну частину, передню плиту (передню ділянку), що розміщена вздовж передньої стінки піролізної камери, та задню плиту (задню ділянку), що розміщена вздовж задньої стінки піролізної камери, які виконані похилими в бік від центральної частини піролізної камери. Центральна частина колосникової решітки виконана випуклою вверх. Передня плита виконана у вигляді порожнистого короба, що з'єднаний з засобами нагнітання в нього первинного повітря, та виконаний з щілинним соплом, розташованим в піролізній камері над центральною частиною колосникової решітки. Задня плита утворена колосниками з зазорами між ними для подачі первинного повітря із зольника в задню частину піролізної камери. При завантаженні палива в піролізну камеру головна частина палива розміщується на центральній частині колосникової решітки. Частина палива розміщується на передній плиті уздовж передньої стінки піролізної камери, частина палива - на задній плиті уздовж задньої стінки піролізної камери. Паливо на передній плиті знаходиться практично без доступу первинного повітря. В таких умовах паливо без горіння прогрівається теплом піролізної камери, частково піддається піролізу і підготовлюється до процесу основного піролізу. Процес основного піролізу здійснюється в зоні центральної частини колосникової решітки. Частина палива на задній плиті колосникової решітки в умовах достатнього доступу первинного повітря піддається процесу прямого горіння з утворенням факелу горіння, який підводиться на вхід пальникового пристрою. В процесі горіння палива на центральній частині колосникової решітки в об'ємі палива утворюється високотемпературний коксовий (жаровий) шар горіння палива, який забезпечує газифікацію палива з утворенням піролізних газів. Над задньою плитою колосникової решітки встановлений ковпак з вихідним отвором, через який факел горіння палива підводиться на вхід пальникового пристрою. Пальниковий пристрій розміщений в верхній частині піролізної камери. Вхід пальникового пристрою сполучений з піролізною камерою, а вихід - з вхідною ділянкою жарової труби засобів утилізації тепла, яка утворює камеру згорання піролізних газів (камера згорання розміщена в межах вхідної ділянки жарової труби). Конструкція пальникового пристрою запатентована в Україні (патент України на винахід № 96799, МПК F23D 14/02, F23D 14/24, F23D 14/66, F23D 17/00, дата подання заявки 07.11.2009). Пальниковий пристрій містить корпус, що утворює камеру приготування горючої суміші, до якої підводяться піролізні гази і повітря, де вони змішуються з утворенням горючої суміші, послідовно розташовані ділянку горіння горючої суміші та ділянку допалювання продуктів горіння горючої суміші. Ділянка горіння горючої суміші утворена циліндричним тепловим екраном, що встановлений з кільцевим зазором відносно корпуса пальникового пристрою, як каналом підводу повітря до ділянки горіння горючої суміші. В зазначеному тепловому екрані встановлено два порожнистих циліндри з радіальними зазорами між собою та тепловим екраном. Ділянка допалювання продуктів горіння горючої суміші обмежена патрубком, що встановлений з кільцевим зазором відносно корпуса пальникового пристрою з утворенням 2 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кільцевого каналу між зазначеним патрубком та корпусом пальникового пристрою, призначеним для підводу повітря до ділянки допалювання продуктів горіння горючої суміші. На ділянках горіння горючої суміші та допалювання продуктів горіння горючої суміші встановлено стабілізатор горіння, що виконаний в вигляді центрального стержня (трубки), який розташований уздовж осі корпуса пальникового пристрою в межах зазначених ділянок. На вході та на виході ділянки горіння співвісно з центральним стержнем розташовані теплоємні кільця. Пальниковий пристрій з камерою згорання забезпечує приготування газоповітряної суміші шляхом змішування піролізних газів з вторинним повітрям, запалювання та згорання газоповітряної суміші. Засоби утилізації тепла, являють собою теплообмінник, що забезпечує передачу теплової енергії продуктів згорання піролізного газу до теплоносія (води), який виконаний в вигляді жаротрубного блока, що містить систему жарових труб, по яких протікають продукти згорання піролізних газів, розміщених в воді водяної сорочки жаротрубного блока. Вода є теплоносієм. На виході жаротрубного котла встановлено витяжний вентилятор як засіб забезпечення тяги для подачі первинного повітря в піролізну камеру та вторинного повітря в пальниковий пристрій. Паливо завантажують у піролізну камеру і запалюють в режимі прямого горіння палива. Після розпалювання палива до жару (до утворення коксового шару горіння), піролізну камеру довантажують паливом, котел переводять в робочий режим. Первинне повітря подають в топку безпосередньо з навколишнього середовища через щілинне сопло порожнистого короба передньої плити, що розташоване в надколосниковому просторі піролізної камери, та через дверцята камери і зольника, які обладнані регуляторами витрат первинного повітря. Піролізний газ з піролізної камери надходить до пальникового пристрою, загорається і згорає у камері згорання. Для забезпечення оптимального режиму згорання піролізного газу передбачена регульована подача вторинного повітря до пальникового пристрою, яку здійснюють через відповідні канали з регуляторами витрат вторинного повітря. Зазначені канали проходять через нагріту зону жаротрубного блока, що забезпечує попереднє підігрівання вторинного повітря, яке подається до пальникового пристрою. Для спалювання піролізного газу використанатак звана жаротрубна система спалювання, коли камера згорання піролізного газу розташована в системі жарових труб жаротрубного котла (в даному випадку камера згорання піролізного газу влаштована в межах вхідної ділянки жарової труби жаротрубного котла). Подача первинного повітря в піролізну камеру та вторинного повітря в пальниковий пристрій забезпечується вентилятором тяги, що встановлений на виході жаротрубного котла. Управління режимом роботи котла здійснюється шляхом контролю температури горіння та складу вихідних газів відповідними датчиками та регулювання витрат первинного повітря в піролізну камеру та вторинного повітря в пальниковий пристрій. Процес управління може бути автоматизованим. Паливом може служити дерево (дрова, обрізки), відходи деревини (тріска, стружка, тирса), пелети, брикети тирси та інше органічне паливо. Загальними ознаками найближчого аналога та корисної моделі є: котел газогенераторний твердопаливний, який містить топку з піролізною камерою, зольником та колосниковою решіткою, яка розділяє піролізну камеру від зольника, засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів, що виконані в вигляді системи жарових труб, розміщених в водяній сорочці жаротрубного блока, пальниковий пристрій, вхід якого сполучений з виходом піролізної камери, а вихід - з вхідною ділянкою системи жарових труб, вентилятор тяги, встановлений на виході системи жарових труб, засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру і вторинного повітря в пальниковий пристрій. Загально відомо, що склад піролізних газів, отриманих в результаті газифікації різних видів палива (від традиційних - дрова, обрізки деревини, відходи деревини, пілети та брикети деревини, торф, вугілля, до нетрадиційних - гума, пластмаса, органічні побутові відходи, органічні відходи промислового та сільськогосподарського виробництва, інші біомаси) істотно відрізняється. Склад піролізного газу газифікації традиційних видів палива представлений, переважно, легко займистими, легко спалимими компонентами. Спалювання такого піролізного газу з мінімальними викидами шкідливих речовин в навколишнє середовище (повнота спалювання) особливих проблем не викликає. Піролізний газ при газифікації гуми, пластмаси та інших нетрадиційних видів палива, в більшості випадків, насичений важко спалимими складовими, забезпечення повноти згорання яких (без викидів шкідливих речовин в навколишнє середовище) є проблемним. Практика експлуатації котла газогенераторного твердопаливного, що вибраний як найближчий аналог, свідчить про його високу ефективність як генератора теплової енергії при 3 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 використанні традиційних видів палива. При спалюванні гуми, пластмас та інших органічних відходів як нетрадиційних видів палива, котел не забезпечує повноту згорання піролізних газів, насичених важко спалимими складовими, що обмежує можливості його використання як утилізатора побутових відходів, органічних відходів промислового та сільськогосподарського виробництва. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення котла газогенераторного твердопаливного, в якому за рахунок особливостей конструктивного виконання забезпечується повнота згорання піролізних газів, насичених важко спалимими складовими, що утворюються при газифікації нетрадиційних видів палива, таких як гума, пластмаса, органічні побутові відходи, органічні відходи промислового та сільськогосподарського виробництва, інші біомаси. Це дозволяє використовувати котел, що заявляється, як генератор теплової енергії, так і як утилізатор різноманітних органічних відходів. Поставлена задача вирішується тим, що в котлі газогенераторному твердопаливному, який містить топку з піролізною камерою, зольником та колосниковою решіткою, що розділяє піролізну камеру від зольника, засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів, що виконані в вигляді системи жарових труб, розміщених в водяній сорочці жаротрубного блока, пальниковий пристрій, вхід якого сполучений з виходом піролізної камери, а вихід - з вхідною ділянкою системи жарових труб, вентилятор тяги, встановлений на виході системи жарових труб, засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру і вторинного повітря в пальниковий пристрій, згідно з корисною моделлю, пальниковий пристрій виконаний в вигляді об'ємної камери згорання з засобами подачі вторинного повітря в камеру згорання, всередині якої закріплені завихрювачі, що виконані з можливістю завихрення газоповітряної суміші навколо центральної частини камери згорання, у вхідному вікні камери згорання розміщений каталізатор горіння, який виконаний у вигляді пластинчастої решітки, а у вихідному вікні камери згорання встановлене сопло з завихрювачами газоповітряної суміші в каналі сопла та з каталізатором горіння, який виконаний в вигляді конічної перфорованої обичайки на вихідній ділянці сопла. Зазначені ознаки є суттєвими ознаками корисної моделі. Доцільно пластинчасту решітку у вхідному вікні камери згорання та перфоровану обичайку на виході сопла, як каталізаторів горіння, виконати із жаростійкої хромонікелевої сталі, що забезпечує активацію процесів згорання піролізних газів та експлуатаційну надійність зазначених вузлів пальникового пристрою. Доцільно колосникову решітку виконати в вигляді реторти, що утворена колосниковим днищем, передньою, задньою та боковими плитами. Таке виконання забезпечує рівномірне розподілення та вигорання палива на колосниковій решітці. Доцільно передню плиту колосникової решітки виконати у вигляді порожнистого короба з щілинним соплом, розташованим в підколосниковому просторі зольника. При такому розташуванні щілинного сопла попереджується швидке вигорання палива в передній частині колосникової решітки (попереджується нерівномірність вигорання палива по площині колосникової решітки), забезпечується рівномірний підпір первинного повітря в підколосниковому просторі зольника, як в зоні колосникового днища, так і в зоні задньої плити колосникової решітки. Доцільно бокові плити колосникової решітки виконати з отворами, які з'єднують підколосниковий простір зольника з надколосниковим простором піролізної камери з можливістю подачі первинного повітря безпосередньо в коксовий шар горіння палива через зазначені отвори. Таке виконання забезпечує ефективне спалювання та газифікацію різних видів палива, в тому числі і нетрадиційних (по принципу примусового "роздування" млявого вогнища). Доцільно засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру виконати з каналом, що проходить через нагріту зону жаротрубного блока та з'єднаний з порожнистим коробом передньої плити колосникової решітки. Таке виконання забезпечує підігрів первинного повітря, попереджує небажане охолодження піролізної камери, забезпечує ефективне протікання процесів підсушування, спалювання та газифікації палива. Доцільно засоби подачі вторинного повітря в пальниковий пристрій виконати в вигляді каліброваних отворів фіксованої подачі вторинного повітря, розташованих по периметру камери згорання, і каналу регульованої подачі вторинного повітря, що виконаний в передній частині камери згорання та оснащений засобами регулювання витрат вторинного повітря. Таке виконання дозволяє в широких межах регулювати витрати вторинного повітря для забезпечення повноти згорання та допалювання піролізних газів, одержаних від спалювання як традиційних, так і не традиційних видів палива. 4 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Суттєві ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом. Так, відмітні ознаки корисної моделі (пальниковий пристрій виконаний в вигляді об'ємної камери згорання з засобами подачі вторинного повітря в камеру згорання, всередині якої закріплені завихрювачі, що виконані з можливістю завихрення газоповітряної суміші навколо центральної частини камери згорання, у вхідному вікні камери згорання розміщений каталізатор горіння, який виконаний у вигляді пластинчастої решітки, а у вихідному вікні камери згорання встановлене сопло з завихрювачами газоповітряної суміші в каналі сопла та з каталізатором горіння, який виконаний в вигляді конічної перфорованої обичайки на вихідній ділянці сопла) в сукупності з істотними ознаками, спільними з найближчим аналогом, забезпечують повноту згорання піролізних газів, насичених важко спалимими складовими, що утворюються при газифікації нетрадиційних видів палива, таких як гума, пластмаса, органічні побутові відходи, органічні відходи промислового та сільськогосподарського виробництва, що є технічним результатом корисної моделі. Досягнення технічного результату підтверджуються численними випробовуваннями експериментальних зразків котла. При використанні як палива відходів гумових, пластмасових виробів та побутових відходів котел забезпечує достатню повноту згорання піролізних газів без перевищення встановлених норм шкідливих викидів в навколишнє середовище. Перелік креслень. Нижче наводиться докладний опис котла газогенераторного твердопаливного, що заявляється, з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг. 1 - Котел газогенераторний твердопаливний, структурна схема. Фіг. 2 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема топки котла, поздовжній розріз. Фіг. 3 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема топки котла, поперечний розріз. Фіг. 4 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема колосникової решітки, поздовжній розріз. Фіг. 5 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема колосникової решітки, поперечний розріз. Фіг. 6 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема пальникового пристрою, поздовжній розріз. Фіг. 7 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема згорання піролізних газів традиційних видів палива. Фіг. 8 - Котел газогенераторний твердопаливний, схема згорання піролізних газів не традиційних видів палива. Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі. Структурна схема котла газогенераторного твердопаливного, що показана на фіг. 1, містить наступні головні агрегати котла: топку 1, яка призначена для завантаження палива та його спалювання з утворенням піролізного газу; пальниковий пристрій 2, який забезпечує згорання піролізного газу, утвореного в процесі спалювання палива в топці 1; засоби утилізації тепла, які забезпечують передачу теплової енергії продуктів згорання піролізного газу до води (теплоносія) та виконанні в вигляді жаротрубного блока 3, що містить систему жарових труб 4, по яких протікають продукти згорання піролізних газів, розміщених в проточній водяній сорочці 5 жаротрубного блока 3; вентилятор тяги 6, який забезпечує протікання газових потоків в процесах спалювання палива, згорання піролізного газу та передачі теплової енергії (забезпечує примусову тягу); засоби подачі первинного повітря в топку 1 з каналом 7, що проходить через нагріту зону жаротрубного блоку 3, та з вентилятором 8 наддуву підігрітого первинного повітря в топку 1. Топка 1 містить піролізну камеру 9 та зольник 10, які розділенні колосниковою решіткою 11 і розміщені в єдиному корпусі 12 з водяною сорочкою 13. Схема топки 1 показана на фіг. 2 (поздовжній розріз топки) та на фіг. 3 (поперечний розріз топки). В передній частині топки 1 (в передній стінці корпуса 12) виконані дверцята 14 піролізної камери 9 та дверцята 15 зольника 10. В верхній частині піролізної камери 9 виконано вихідне вікно 16, через яке піролізні гази та факел горіння палива підводяться з піролізної камери 9 до пальникового пристрою 2. В дверцятах 14 піролізної камери 9 та в дверцятах 15 зольника 10 виконані регульований канал 17 для подачі первинного повітря в піролізну камеру 9 та регульований канал 18 для подачі первинного повітря в зольник 10 безпосередньо з зовнішнього середовища. Колосникова решітка 11 виконана в вигляді реторти, що утворена плоским днищем 19 в вигляді колосників 20 з радіаторами 21 (направляючими 21 для золи), передньою плитою 22, 5 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 задньою плитою 23 та боковими плитами 24. Днище 19 виконано похилим в напрямку від передньої плити 22 до задньої плити 23, передня плита 22, задня плита 23 та бокові плити 24 виконані похилими в бік днища 19. Передня плита 22 виконана у вигляді порожнистого короба 25, що з'єднаний з каналом 7 нагнітання первинного повітря, з щілинним соплом 26, розташованим в підколосниковому просторі зольника 10. В бокових плитах 24 виконані отвори 27, через які первинне повітря подається у надколосникову зону піролізної камери 9. В задній плиті 23 виконані отвори 28, через які первинне повітря подається у зону факелу горіння палива на задній плиті 23. Між боковими плитами 24 та водяною сорочкою 13 топки 1 (боковими стінками топки 1) виконані зазори 29, які забезпечують термічну ізоляцію палива від холодної водяної сорочки 13, та доступ первинного повітря до отворів 28 в бокових плитах 24. Вихідне вікно 16 обрамлене обичайкою 30, яка виступає в бік піролізної камери 9 (фіг. 2, 3, 4, 5). Виконання колосникової решітки 11 в вигляді реторти, що утворена плоским похилим днищем 19, передньою плитою 22, задньою плитою 23 та боковими плитами 24 забезпечує рівномірне розподілення та рівномірне вигорання палива на колосниковій решітці 11, концентрацію більшої маси палива в зоні задньої плити 23 (де паливо згорає в режимі утворення факела з витратами палива в два три рази більше, ніж на основній колосниковій частині решітки 11), балансування витрат палива по всій площі колосникової решітки 11 в процесі його спалювання. Первинне повітря нагрівається в каналі 7 до температури 70-80 °C та подається до порожнистого короба 25 і далі через щілинне сопло 26 в підколосниковий простір зольника 10. Далі, частина первинного повітря обтікає радіатори 21 колосників 20, додатково нагрівається, охолоджуючи колосники 20, та через зазори між колосниками 20 в нагрітому стані надходить в зону спалювання та газифікації палива в піролізній камері 9. Частина підігрітого первинного повітря через зазори 29 та отвори 28 в бокових плитах 24 подається в безпосередньо в пористий коксовий (жаровий) шар горіння палива. Частина підігрітого первинного повітря через отвори 28 в задній плиті 23 подається в зону горіння палива на задній плиті 23, де горіння відбувається з утворенням факелу, який подається на вхід пальникового пристрою 2. Виконання вихідного вікна 16 з обичайкою 30, що виступає в бік піролізної камери 9, попереджує попадання охолоджених піролізних газів, що контактують з холодною водяною сорочкою 13 топки 1, на вхід пальникового пристрою 2. Пальниковий пристрій 2 містить корпус 31, який утворює об'ємну камеру згорання 32 з завихрювачами 33 потоку газів. Об'ємна камера згорання 32 виконана звуженою у верхній частині і опуклою в задній частині. У нижній частині камери згорання 32 виконано забірне (вхідне) вікно 34, яке розташоване над факелом горіння палива в піролізної камері 9. У обичайці 35 забірного вікна 34 встановлено ґратчастий пластинчастий каталізатор 36 горіння піролізних газів. У корпусі 31 виконані канали фіксованої подачі вторинного повітря у вигляді каліброваних отворів 37, розташованих по периметру камери згорання 32, і канал 38 регульованої подачі вторинного повітря, виконаний в передній частині камери згорання 32. Канал 38 регульованої подачі вторинного повітря оснащений забірником повітря 39, шторкою 40 і регулятором 41 положення шторки 40. У передній частині камери згорання 32 встановлено сопло пальникового пристрою 2. Вхідна частина сопла, що сполучена з камерою згорання 32, виконана у вигляді забірника 42 і ділянки 43 з завихрювачами 44 потоку газів, яка розширюється в напрямку потоку газів. Вихідна частина сопла, що сполучена з камерою допалювання 45, виконана з каталізатором горіння у вигляді кільцевої обичайки 46 із жаростійкої хромонікелевої сталі, яка звужується в напрямку потоку газів та виконана з отворами 47. У центральній частині сопла встановлений металокерамічний розсікач полум'я 48. Виконання камери згорання 32 звуженою у верхній частині і опуклою в задній частині, виконання і розташування завихрювачів 33, а також каналів 37, 38 подачі вторинного повітря в камеру згорання 32, дозволяє утворити і утримувати плазмову кулю горіння піролізного газу в центральній частині камери згорання 32. У результаті тягового зусилля, що забезпечується вентилятором тяги 6, в камері згорання 32 створюється розрідження відносно центру камери 32 за рахунок чого плазмова куля відривається від пластинчастого каталізатора 36 в обичайці 35 забірного вікна 34 і утримується у центрі камери згоряння 32. Вторинне повітря, що подається через регульований канал 38 і калібровані отвори 37, розташовані по периметру камери згорання 32, взаємодіючи з завихрювачами 33, створює турбулентність, яка сприяє обертанню плазмової кулі, активному насиченню газів киснем повітря. Поздовжній розріз пальникового пристрою 2 показано на фіг. 6. Процес згорання піролізних газів в пальниковому пристрої 2 відбувається наступним чином. 6 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Утворені в піролізній камері 9 гази, заздалегідь збагачені киснем первинного повітря, надходять у забірне (вхідне) вікно 34 камери згоряння 32, що розташоване над факелом горіння палива в піролізної камері 9. У обичайці 35 забірного вікна 34 піролізні гази взаємодіють з пластинчатою решіткою (каталізатором горіння) 36, де факел горіння піролізних газів багаторазово роздвоюється. Роздвоєння факела приводить до підвищення температури в каналах решітчастого каталізатора 36. У піролізних газах, що проходять через високотемпературні зони в каналах решітчастого каталізатора 36, відбувається перетворення двоокису вуглецю в окис вуглецю, водяної пари - в водень. Частина легкозаймистих газів згорає тут же, підвищуючи температуру і сприяючи розкладанню більш складних складових компонентів піролізного газу, таких як пари смол, кислот, сполук сірки та інше. Згорання піролізних газів відбувається в камері згорання 32 в плазмовій кулі. Максимально висока температура утворюється у верхніх шарах плазмової кулі. Тяговим зусиллям гази відводяться в сопло пальникового пристрою 2. Металокерамічний розсікач полум'я 48, що встановлений у центральній частині сопла, попереджує утворення небажаної високотемпературної голки факела полум'я. Таким чином гаситься сам факел полум'я, температура газів більш рівномірно розподіляється по об'єму газового потоку, що сприяє процесу допалювання газів в камері допалювання 45 у разі неповного згорання деяких компонентів, наприклад парів сполук сірки. Конструкція пальникового пристрою забезпечує два режими згорання піролізних газів. У першому режимі піролізні гази, що утворені при спалюванні традиційних видів палива, переважна частина яких представлена займистими, легко спалимими складовими, практично повністю згорають в камері згорання 32 в плазмовій кулі. Незначна частина піролізних газів допалюється в камері допалювання 47 практично без утворення факелу горіння в зазначеній камері. Оптимальні параметри такого режиму згорання піролізних газів задаються шляхом регулювання подачі вторинного повітря через регульований канал 38 (фіг. 7). У другому режимі піролізні гази, що утворені при спалюванні пластмас, гуми та інших нетрадиційних видів палива, в яких значну частину піролізного газу складають важкоспалимі компоненти, частково згорають в камері згорання 32 в плазмовій кулі. Незгоріла частина піролізних газів допалюється в камері допалювання 47 з утворення факелу горіння в зазначеній камері. Оптимальні параметри такого режиму згорання піролізних газів також задаються шляхом регулювання подачі вторинного повітря через регульований канал 38 (фіг. 8). Засоби утилізації тепла продуктів згорання являють собою теплообмінник, що виконаний по відомій схемі жаротрубного блока. Жаротрубний блок 3 містить систему жарових труб 4, по яких протікають продукти згорання піролізних газів, розміщених в проточній водяній сорочці 5 жаротрубного блока 3. Вода виконує функції теплоносія. Засоби подачі первинного повітря в топку 1 містять канал 7, що проходить через нагріту зону жаротрубного блока 3, з вентилятором наддуву 8, короб 25, що з'єднаний з каналом 7 та виконаний з щілинним соплом 26, розташованим в підколосниковому просторі зольника 10, отвори 27, що виконані в бокових плитах 24, через які первинне повітря подається у жаровий (коксовий) шар горіння палива, отвори 28, що виконані в задній плиті 23, через які первинне повітря подається у зону факелу горіння палива на задній плиті 23. Засоби подачі вторинного повітря містять канали фіксованої подачі вторинного повітря у камеру згорання 32 в вигляді каліброваних отворів 36, розташованих по периметру камери згорання 32, і канал 37 регульованої подачі вторинного повітря, виконаний в передній частині камери згорання 32 та оснащений засобами регулювання витрат вторинного повітря. Котел газогенераторний твердопаливний, що заявляється, працює наступним чином. Для запуску котла в роботу в піролізну камеру 9 завантажують кускове паливо на 2/3 від максимального об'єму завантаження. Паливо рівномірно розподіляють по всій площі колосникової решітки. Вмикають вентилятор тяги, розпалюють паливо. Подача первинного повітря відбувається через підколосниковий простір зольника 10 через колосники 20, отвори 27, 28 в бокових 24 та задній 23 плитах в надколосниковий простір. Обмежена кількість первинного повітря подається через дверцята 14 піролізної камери 9. Регулюючи продуктивність вентилятора тяги 6 встановлюють необхідне розрідження в топці. На цьому етапі відбувається утворення коксового (жарового) шару, розігрівається пальниковий пристрій 2 і система підігріву повітря. Завантажувати паливо для піролізу можна тільки після отримання стабільного коксового (жарового) шару. Під впливом високої температури коксового шару починається процес газифікації палива. Котел налаштовують на спалювання конкретного палива. Для того, щоб створити необхідне розрідження для забору газів і сформувати необхідний факел полум'я поступово збільшують продуктивність вентилятора тяги 6 до моменту впевненого стабільного забору газоповітряної 7 UA 106649 U 5 10 15 20 25 30 35 40 суміші. Оскільки надходження первинного повітря обмежено, то газоповітряна суміш сильно збагачена піролізними газами. Поступово додають первинне повітря через регульований канал 17 в дверцятах 14 піролізної камери 9 до моменту появи білого факела полум'я на вході в пальник 2. Для виведення котла на повну потужність активізують процес піролізу вмиканням вентилятора 8 наддуву підігрітого первинного повітря. Частина підігрітого первинного повітря збільшує підпір в підколосниковому просторі, друга частина первинного повітря подається через отвори 27 в похилих плитах 24 безпосередньо в пористий коксовий шар горіння палива, частина повітря через отвори 28 задньої плити 23 в зону утворення факела в піролізній камері 9. Регулюючи продуктивність вентилятора 8 наддуву встановлюють бажаний режим газифікації. У разі спалювання палива з високою вологістю або з великим вмістом летучих речовин, таких як гума, пластик, недостачу первинного повітря компенсують додатковою подачею повітря через регульований канал 18 в дверцятах 15 зольника 10 Правильним налаштуванням режиму можна вважати утворення синього полум'я на вході пальника 2. Колосникова решітка здатна працювати в кульовому, змішаному і піролізному режимах спалювання палива. При спалюванні якісних видів палива таких як антрацит, брикети, суха кускова деревина, вміст піролізних газів швидко зменшується, процес спалювання переходить в режим кульового горіння. Змішаний і піролізний режими спалювання виникають при спалюванні палива з підвищеною вологістю, палива дрібної фракції з великим вмістом піролізних газів, а також при спалюванні гуми, пластиків, інших органічних речовин, як нетрадиційних видів палива. Піролізні гази, збагачені киснем первинного повітря, разом з факелом полум'я подаються на вхід пальникового пристрою 2, де газоповітряна суміш взаємодіє з ґратчастим пластинчастим каталізатором горіння 35. Під впливом високої температури відбувається відновлення двоокису вуглецю в окис вуглецю, а водяної пари в водень, протікають інші хімічні процеси в залежності від складу палива. В камері 32 відбувається згорання піролізних газів. Недостачу кисню компенсують подачею вторинного повітря в камеру згоряння через отвори 36. При спалюванні палива з великим вмістом піролізних газів додаткову кількість вторинного повітря подають в камеру згорання 32 через регульований канал 37, переводячи його в положення максимальної подачі повітря. Незгоріла частина піролізних газів допалюється в камері допалювання 40, яка являє собою вхідну ділянку системи жарових труб 4 жаротрубного блока 3. Продукти згорання піролізних газів подаються в першу трубу системи жарових труб 4 жаротрубного блока 3, послідовно протікають по жарових трубах 4, розміщених в проточній водяній сорочці 5 жаротрубного блока 3. Протікання продуктів згорання по жарових трубах 4 забезпечується тягою, яку створює вентилятор тяги 6. В результаті теплова енергія продуктів згорання піролізних газів передається до води (теплоносія), що протікає через водяну сорочку 5, з подальшим її використанням споживачами. Особливості виконання котла газогенераторного твердопаливного, що заявляється, забезпечують йому виконання функцій як теплового агрегату (генератора теплової енергії), так і утилізатора відходів таких як гума, пластмаси, органічні побутові відходи, органічні відходи промислового та сільськогосподарського виробництва, інші біомаси. З урахуванням зазначеного даний котел в комерційному обороті буде мати назву "Котел водяний газогенераторний твердопаливний - утилізатор (КВГТ-У)". 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Котел газогенераторний твердопаливний, що містить топку з піролізною камерою, зольником та колосниковою решіткою, яка розділяє піролізну камеру від зольника, засоби утилізації тепла продуктів згорання піролізних газів, що виконані в вигляді системи жарових труб, розміщених в водяній сорочці жаротрубного блока, пальниковий пристрій, вхід якого сполучений з виходом піролізної камери, а вихід - з вхідною ділянкою системи жарових труб, вентилятор тяги, встановлений на виході системи жарових труб, засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру і вторинного повітря в пальниковий пристрій, який відрізняється тим, що пальниковий пристрій виконаний в вигляді об'ємної камери згорання з засобами подачі вторинного повітря в камеру згорання, всередині якої закріплені завихрювачі, що виконані з можливістю завихрення газоповітряної суміші навколо центральної частини камери згорання, у вхідному вікні камери згорання розміщений каталізатор горіння, що виконаний у вигляді пластинчастої решітки, а у вихідному вікні камери згорання встановлене сопло з завихрювачами газоповітряної суміші в 8 UA 106649 U 5 10 15 20 каналі сопла та з каталізатором горіння, що виконаний в вигляді конічної перфорованої обичайки на вихідній ділянці сопла. 2. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що пластинчаста решітка, як каталізатор горіння у вхідному вікні камери згорання, та перфорована обичайка, як каталізатор горіння на виході сопла, виконані із жаростійкої хромонікелевої сталі. 3. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що колосникова решітка виконана в вигляді реторти, утвореної колосниковим днищем, передньою, задньою та боковими плитами. 4. Котел за п. 3, який відрізняється тим, що передня плита виконана у вигляді порожнистого короба з щілинним соплом, розташованим в підколосниковому просторі зольника. 5. Котел за п. 3, який відрізняється тим, що бокові плити виконані з отворами, які з'єднують підколосниковий простір зольника з надколосниковим простором піролізної камери з можливістю подачі первинного повітря безпосередньо в коксовий шар горіння палива через зазначені отвори. 6. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що засоби подачі первинного повітря в піролізну камеру включають канал, що проходить через нагріту зону жаротрубного блока та з'єднаний з порожнистим коробом передньої плити колосникової решітки. 7. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що засоби подачі вторинного повітря в пальниковий пристрій включають канали фіксованої подачі вторинного повітря у вигляді каліброваних отворів, розташованих по периметру камери згорання, і канал регульованої подачі вторинного повітря, що виконаний в передній частині камери згорання та оснащений засобами регулювання витрат вторинного повітря. 9 UA 106649 U 10 UA 106649 U 11 UA 106649 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12