Твердопаливна теплогенеруюча система

Корисна модель належить до промислової теплоенергетики і може бути використана для теплогенеруючих систем, що працюють з використанням дрібнофракційного сипучого твердого палива, наприклад, опилок, стружки, лузги, зерна або насіння і т.і., або для підігріву, сушки дрібнофракційних термолабільних продуктів у суміжних теплотехнологічних циклах. У переважній більшості відомих конструкцій твердопаливних теплогенеруючих систем (наприклад, "РоекЛьвів", Україна; ЦОПКТБ, м.Рязань, Росія; "ЕК" ООО "Аграф", м.Москва, Росія) не вирішеними є задачі термовологісної підготовки дрібнофракційного палива, що спричиняє до нестабільності характеристик його термохімічного перетворення і, як наслідок, до ненормованих коливань параметрів енергоносія, що генерується та зниженню ступені корисного паливовикористання. Відоме технічне рішення [Твердопаливна теплогенеруюча система, Деклараційний патент на корисну модель №13217, Бюл. №3, 2006р.], що забезпечує термовологісну підготовку твердого сипучого палива за рахунок скидного тепла відходячих газів теплогенеруючого агрегату, що передається до сипучого палива у спеціальній конструкції контактного конденсаційного теплообмінника, що організований у внутрішній порожнині паливного бункеру. Недоліком даного технічного рішення є необхідність комплектації теплогенеруючої системи димососом, а також наявність додаткових витрат енергії на присос, транспортування і нагрів у полості контактного теплообмінника допоміжної витрати повітря, що необхідно для виконання умов піробезпечності контакту гріючого потоку з паливом. Переміщення паливної маси, що утримується на пересипних полицях контактного теплообмінника, забезпечується за рахунок зовнішнього джерела енергії, що ви трачається на збудження вібраційних коливань пересипних полиць. Контроль і управління цим процесом при експлуатації є ускладненим, тому що побудова системи автоматичного регулювання практично неможлива через відсутність чіткого корелювання процесів тепло- і масопереносу. Найбільш близькою до технічного рішення, що заявляється, є твердопаливна теплогенеруюча система, що має у своєму складі паливовикористовуючий теплогенеруючий пристрій з димовим трактом для видалення продуктів згоряння та бункер для накопичування експлуатаційного запасу твердого сипучого палива, обладнаний у верхній частині отвором для завантаження паливної маси та шнековою системою паливопостачання для дозованої подачі палива у камеру згоряння паливовикористовуючого теплогенеруючого пристрою [Твердопаливний теплогенератор. Деклараційний патент №11637. Бюл. №1, 2006p.]. Дане технічне рішення не передбачає можливості термовологісної підготовки сипучого палива, але комплектація системи більш точно відповідає технічному рішенню, що заявляється. Таким чином, недоліками відомих теплогенеруючих систем, що принципово не можуть бути розв'язані в межах існуючих конструктивних підходів, є наявність суттєви х резервів підвищення ступеню корисного паливо використання, які досі не реалізовані при одночасному підтриманні необхідних умов експлуатаційної стабільності та екологічних умов паливовикористання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити відому твердопаливну теплогенеруючу систему шляхом рекуперації скидного тепла відходячих газів до потоку сипучого палива в бункері-накопичувачі за рахунок відділення периферійного об'єму бункера для природної течії продуктів згоряння та поєднанню цього об'єму в тепловому відношенні з потоком паливної маси в бункері за допомогою теплових труб, що газоущільнено закріплюються у своїй середній частині в стінках паливного бункеру, що суміжні до паливної маси - з одночасним вирішенням задач сепарації золовиносу із потоку відходячих газів системи, автоматичного підтримання регулярності переміщення потоку сипучого палива у бункері-накопичувачі, та очищення теплообмінних поверхонь без залучення зовнішніх джерел енергії та додаткових пристроїв. Поставлена задача вирішується тим, що в твердопаливній теплогенеруючій системі, що включає в себе паливовикористовуючий теплогенеруючий пристрій з димовим трактом для видалення продуктів згоряння та бункер для накопичування експлуатаційного запасу твердого сипучого палива, що обладнаний розташованим на верхній стінці отвором для завантаження паливної маси та шнековою системою паливопостачання для дозованої подачі палива у камеру згоряння паливовикористовуючого теплогенеруючого пристрою, новим є те, що стінки бункеру виконані у вигляді кесону, в зовнішній обичайці якого виконані рознесені по висоті і горизонталі отвори, нижній із яких сполучений з димовим трактом теплогенеруючого пристрою, а верхній - з нижнім торцем димової труби. Крім того, у верхній частині вн утрішньої стінки кесону виконані отвори, в яких щільно закріплені теплові труби, нижні ділянки яких розміщені у порожнині кесону з вертикальною орієнтацією, а верхні ділянки - в порожнині паливного бункеру з нахиленою орієнтацією, а їх вільні кінці жорстко сполучені між собою по боковим утворюючим перетинками на ділянках, проекції яких на горизонтальну площину ви ходять за межі проекції на горизонтальну площину отвору завантаження паливної маси. Нижня ланка теплової труби 19, що найбільш віддалена у горизонтальній площині проекцій від нижнього димового отвору сепараційного кесону, виконана з горизонтальною або нахиленою орієнтацією. Твердопаливна теплогенеруюча система зображена на Фіг.1 з вертикальним перерізом паливного бункеру, на Фіг.2 - горизонтальна проекція по Фіг.1. Твердопаливна теплогенеруюча система (Фіг.1, 2) містить паливовикористовуючий теплогенеруючий пристрій 1, з камерою згоряння 2, теплообмінником 3 та димовим трактом 4, паливний бункер 5 та шнекову систему паливопостачання 6. Паливний бункер 5, бокова огороджуюча конструкція якого виконана у вигляді кесона 7, має на верхній стінці отвір 8 з горловиною для завантаження паливної маси, а на нижній стінці - отвір 9 для приєднання до шнекової системи 6 паливопостачання. Система димовидалення включає в себе послідовно розташовані: тракт димовидалення 4, кесон 7 і димову трубу 10. Отвори кесону 20, 21 для приєднання каналів тракту димовидалення 4 і димової труби 10 рознесені по висоті і горизонталі. У верхній частині внутрішньої стінки 11 кесону 7 виконані отвори, в яких щільно закріплені теплові труби, нижні ділянки яких 12 розміщені в порожнині кесону 7 з вертикальною орієнтацією, а верхні ділянки 13 - в порожнині паливного бункеру 5 з нахиленою орієнтацією. Вільні кінці верхніх ділянок 13 теплових труб жорстко сполучені між собою по суміжним боковим утворюючим перетинками 14 на ділянках, проекція яких на горизонтальну площину ви ходить за межі проекції на горизонтальну площину отвор у 8 для завантаження паливної маси. У загальному випадку, кесон з тепловими трубами може бути розміщеним по всьому периметру паливного бункеру, а нахилені ділянки теплових труб згр уповані в окремі пересипні полиці, що ешелоновані по висоті порожнечі паливного бункеру. При цьому, нижні ланки теплових тр уб, наприклад 15, окремих пересипних полиць, що найбільш віддалені у горизонтальній площині проекцій від нижнього димового отвору 21 сепараційного кесону 7, виконані з горизонтальною або нахиленою орієнтацією. Днище кесону 7 паливного бункеру має газоущільнений бункер 16 з розвантажувальним вікном 17, а нижні частини зовнішніх стінок кесону обладнані службовими газоущільненими вікнами 18. При роботі твердопаливної теплогенеруючої системи продукти згоряння, що надходять із димового тракту 4 паливовикористовуючого теплогенеруючого пристрою 1 до нижньої частини кесону 7, гальмуються в порожнині кесону 7, де здійснюється теплопередача через стінку паливного бункеру 5 і полості теплових труб 12, 13 в об'єм паливної маси та сепарація золового уносу, і далі, під дією самотяги, видаляються із верхньої віддаленої зони кесону 7 через димову трубу 10 в навколишнє середовище. Відсепарований із потоку продуктів згоряння золовий унос твердого палива не є налипаючим і тому накопичуються головним чином на горизонтальній, донній поверхні кесону 7, що обладнана газоущільненим бункером 16 з розвантажувальним вікном 17 для періодичної чистки кесону, при цьому, зручність експлуатаційного доступу до внутрішньої порожнини кесону забезпечується відповідним розташуванням у придонній частині зовнішніх стінок кесону службових газоущільнених вікон 18. Певна частина відсепарованого уносу, що затримується на вертикально орієнтованих поверхнях внутрішньої стінки 11 кесону 7 і теплових тр уб 12, з позицій теплової роботи системи є негативним фактором, що призводить до підвищення термічного опору тепловому потоку, що підводиться до сипучого палива в бункері від потоку продуктів згоряння. Проте, завдяки тому, що забруднення теплообмінних поверхонь із потоку продуктів згоряння твердого палива, як відомо, не є налипаючими, то очищення цих поверхонь може вестись досить не ускладненими методами, такими, наприклад, як вібраційний. В конструкції системи, що заявляється вібраційні коливання теплообмінної поверхні, що забезпечують нормування термічного опору, виникають за рахунок автоматичної зміни характеру процесів тепломасопереносу у теплопередаючих полостях теплових труб. Для забезпечення періодичних вібраційних коливань теплообмінних поверхонь паливного бункеру у склад конструкції введена теплова труба 19 з горизонтальним або нахиленим розташуванням зони підводу теплоти 15, що знаходиться в порожнечі кесону 7. Така орієнтація теплопередаючої полості теплової труби 19 забезпечує виникнення "снарядних" режимів течії проміжного теплоносія, що характеризуються найбільшою потужністю акустичних ударних ефектів в параметричній зоні гідродинамічної нестабільності двофазної теплопередаючої системи. Відомий спосіб очистки теплообмінних поверхонь рекуперативного теплообмінника з використанням процесів гідродинамічної нестабільності в теплових труба х [наприклад, авт. свід. СРСР №1702147, Бюл. №48, 30.12.91р.], згідно якому параметрична область вібраційних процесів гідродинамічної нестабільності встановлюється завдяки зовнішній примусовій регулюючій дії, що змінює термічний опір на стороні гріючого або нагріваємого середовища відповідно до параметрів внутрішнього теплопереносу в теплових труба х або певних характеристик регулярності переміщення сипучого теплообмінного середовища - вимагає комплектації твердопаливної теплогенеруючої системи додатковою системою автоматичного регулювання. На відміну від вищезазначеного підходу, процес вібраційного очищення теплообмінних поверхонь та забезпечення регулярності пересування сипучого продукту (палива) в теплогенеруючій системі, що заявляється, відбувається в автоматичному режимі без залучення зовнішніх джерел енергії та додаткового агрегатного і приладного оснащення. При роботі твердопаливної теплогенеруючої системи в замкнених полостях теплових труб в результаті фазових перетворень проміжного теплоносія в полі гравітаційних сил відбувається ефективний тепловідвід від нижніх частин теплових труб, що знаходяться у гріючому середовищі потоку продуктів згоряння до верхніх частин теплових тр уб, що знаходяться у контакті із сипучою паливною масою, що нагрівається. [Див. "Дво фазні термосифони в промисловій теплоенергетиці", Київ. "Вища школа", 1991]. Теплообмінні процеси на зовнішніх поверхнях теплових тр уб характеризуються невисоким питомим навантаженням і ефективність теплової роботи теплообмінної системи у цілому залежить від гідродинамічної стабільності процесів осьового тепломасопереносу в полостях теплових труб та від усталеного, нормованого характеру процесів тепловіддачі на їх зовнішніх поверхнях. Для основної кількості теплових труб, ти х що мають вертикальну орієнтацію нижніх ділянок 12, параметрична область, що зумовлює стабільність процесів осьового тепломасопереносу, має бути окреслена з досить великими запасами надійності, а для периферійних теплових тр уб 19 - з мінімальним запасом надійності, що, в свою чергу забезпечить їх службову функцію періодичної вібраційної дії на всю теплообмінну систему і у такий спосіб - нормування процесів теплообміну на теплообмінних поверхнях, що контактують з гріючим і нагріваємим середовищем. Для конкретної твердопаливної теплогенеруючої системи необхідні параметричні умови процесів внутрішнього тепломасопереносу в теплових тр убах можуть бути легко запрограмовані відповідним вибором розмірів нижніх ділянок 12 та їх співвідношення з розмірами верхніх ділянок 13. Ме ханізм періодично виникаючої гідродинамічної нестабільності процесу внутрішнього тепломасопереносу в периферійних теплових труба х 19 наступний. Відомо, що характеристикою надійності процесу транспорту теплоти в полості теплової труби є швидкість пари проміжного теплоносія Wn в осьовому напрямку труби. Швидкість пари Wn для даної геометрії труби однозначно зв'язана з тепловою потужністю Q, що сприймається тепловою трубою від гріючого середовища, - через термодинамічні параметри проміжного теплоносія, що задіяний у внутрішньому випаровувально конденсаційному циклі теплової труби. Моменту виникнення гідродинамічної нестабільності у дво фазній протиточній системі проміжного теплоносія відповідають критичні значення цих характеристик: Wnкр або Qкр , величина яких для кожного проміжного теплоносія залежить від тиску (температури) насичення Ps (ts): Wnкр=f(Ps); Qкр=f(Ps); Причому, в робочому діапазоні термодинамічних параметрів проміжного теплоносія: dWnкр/dPs>0 і dQкр/dPs>0. Тоді, у стані теплової і гідродинамічної стабілізації системи, коли має місце рівновеликість теплових потоків Q, що підводиться і відводиться від теплової труби, а величина передаваємого теплового потоку Q де що нижча критичної Qкр для відповідного стабілізованого тиску насичення Ps1, то перевід системи на новий рівень тиску насичення Ps2Qкр. Повернення системи в режим гідродинамічної стабілізації процесу внутрішнього тепломасопереносу відбувається при підвищені тиску насичення проміжного теплоносія Ps до значення, якому відповідає величина Q