Піч

1. Печь, включающая топку и теплообменник, внутри которого установлено шнековое устройство в ви де винтовой по вер хности , закрепленной на трубе, внутри которой с кольцевым зазором поме щено загр узочное устройство для топлива, отли чающаяся тем , что пе чь сна бжена тормозным устройством, выполненным в виде профилирован ных скоб, закрепленных на поверхности тр убы шнекового устройства напротив отверстий в трубе шнекового устройства. 2. П е чь по п . 1 , о тли ча юща я ся тем , что о н а имеет на вы ходе кольцевого зазора, между тр у бой ^шнеко во го устройства и за гр узо чным уст ройством, многощеле вое дожигающее устройст во , вып олненн ое в ви де п лоск и х и ко ни че ски х щелей , о бразованны х кольцами, поме щенными снар ужи за гр узо чно го устро йства , между коль цами уста но влены о гран ичи те ли щелей , сме щенные в окр ужном направлении, а в за гр узоч ном устрой стве в рай оне расп оложения коле ц имеются о твер стия . 3. Печь по п. 1, о тличающаяся тем, что загр узоч ное устройство выполнено в виде усеченного ко нуса. Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для применения в отопительных установках, используемых для обогрева жилых помещений дач, гаражей, теплиц и др. Известны печи и водогрейные котлы бытового назначения, содержащие корпус, топочное устройство, дымоходы и др., описанные, например в книге Ю.П. Соснина, Е.И. Бухаркина "Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома1' М.: Стройиздат, 1991, 384 с. Недостатками этих устройств являются невысокая экономичность, большие габариты, токсичность выхлопа и др. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является печь, содержащая топку, над которой установлен теплообменник, со стоя щий из корп уса с ребрами или с полостью для прохода воды и с отверстием в вер хней части для вы хода дыма, из шнекового устройства в виде винто вой поверхности, закрепленной на трубе, вн утри которой помещено загрузочное устройство для топлива с кольцевым зазором, через который топка сообщается с а тмосферой (патент США № 4836115; F 23 В 7/00, 1989).' Общими признаками прототипа и заявляемого устройства являются топка и теплообменник, внутри которого установлено шнековое устройство в виде вин товой по вер хности , закрепленной на трубе, вн утри которой с кольцевым зазором помещено цилиндрическое загрузочное устройство. Известная конструкция позволяет частично улучши ть техни ческие характеристики печи, так как обеспечивается предварительный подогрев воздуха, поступающего в зону горения по кольцевому зазору между тр убой шнека и загрузочным устройством. Несмотря на это, прототип обладает значительными недостатками из-за плохого смешения воздуха и горючих газов, из-за периодического заклинивания кусков твердого топлива в загрузочном устройстве, из-за токсичности выхлопа. В основу изобретения поставлена задача усовер шенствова ть печь таким образом, чтобы реализовать в ней надежный пульсирующий способ горения топлива с постоянной амплитудой за счет наличия пневматической связи входа и выхода топочного устройства, улучшить смесеобразование и за счет этого добиться интенсификации тепловыделения, улучшения экономичности и экологических характеристик. Поставленная задача решае тся тем, что печь включает топку и теплообменник, внутри которого установлено шнековое устройство в виде винтовой поверхности, закрепленной на трубе, внутри которой с кольцевым зазором помещено топливное загрузочное устройство, при этом, согласно изобретени ю, печь снабжена тормозным м о см CM < э 5Г 27472 устройством, выполненным в виде профилированных скоб, закрепленных на поверхности трубы напротив отверстий в трубе шнекового устройства в кольцевом зазоре между загрузочным устройством и трубой шнекового устройства. Кроме этого, печь имеет на выходе кольцевого зазора между загрузочным устройством и трубой шнекового устройства многощелевое дожигающее устройство, выполненное в виде плоских и конических щелей, образованных кольцами, помещенными снаружи загрузочного устройства, между кольцами установлены ограничители щелей, смещенные в окружном направлении, а в загрузочном устройстве в районе расположения колец имеются отверстия. Кроме этого печь имеет загрузочное устройство, выполненное в виде усеченного конуса. Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявляемая печь отличается тем, что она, во-первых, снабжена тормозным устройством, обеспечивающим связь топки с дымовыми газами, во-вторых, имеет на выходе кольцевого зазора между загрузочным устройством и трубой шнекового устройства многощелевое дожигающее устройство и, в-третьих, загрузочное устройство выполнено в виде усеченного конуса. Первый из указанных существенных признаков является достаточным во всех случаях, а остальные характеризуют изобретение в частных случаях его выполнения. Способ совершенствования сжигания топлива за счет рециркуляции дыма уже нашел признание не только в отечественной теплотехнике. Полезность его отмечалась и на VII Конгрессе Мирового энергетического совета (сентябрь 1992 г., Мадрид). Рекомендации Конгресса опубликованы в журнале "Теплоэнергетика", 1993, № 6 - С. 2-7. Увеличение чи сла мест пневмати ческой связи зоны горения с системой снабжения этой зоны воздухом - через отверстия в трубе шнекового устройства, через пересекающиеся щели и др. делают систему динамичной и восприимчивой к колебаниям, так как она (система) из однопоточной превращается в многопоточную, что аналогично превращению одномассовой механической системы в многомассовую. Предлагаемая конструкция обеспечивает пульсирующий режим горения, улучшение термодинамических характеристик процесса за сче т связи входа и выхода топочного устройства, улучшение экологичности выхлопа. Конструкция дожигающего устройства обеспечивает пересечение плоских и конических струй, эффективно дожигающих продукты сгорания за счет местной повышенной концентрации кислорода, а также лабиринтную завесу из струй подогретого воздуха и дыма, между которыми проходят газы из камеры сгорания и дожигаются до уровня содержания сажи, углекислого газа и окислов азота, удовлетворяющего санитарным нормам и государственным стандартам. Выполнение загрузочного устройства в виде усеченного конуса обеспечивает беспрепятственное продвижение дров или топливных брикетов вниз без заклинивания, под собственным весом. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема печи. , Печь содержит топку 1, образованную дном 2 с заслонкой 3, закрывающей отверстие для удаления шлака, и боковыми стенками корпуса 4, выполненного с полостью 5 для прохода воды, шнековое устройство б, загрузочное устройство 7 для топлива, помещенное с кольцевым зазором внутри трубы шнекового устройства , имеющее в нижней части многощелевое дожигающее устройство, выхлопную тр убу 8, крышку 9 корпуса 4 и крышку 10 загрузочного устройства 7. Корпус 4 имеет отверстия 11 и 12: внизу для входа воды и вверху для вы хода нагретой воды, трехногую опору 13. Шнековое устройство 6 состоит из винтовой поверхности, приваренной к трубе 14, и крепится внутри корпуса 4 неподвижно на небольшом расстоянии от дна 2, достаточным для образования топки 1. Загрузочное устройство 7 для топлива выполнено в виде усеченного конуса (растр уба) и имеет внизу диаметр больший, чем ввер ху для обеспечения продвижения вниз под собственным весом дров или топливны х брикетов в зон у горения. Снаружи на загрузочном устройстве 7 приварены профилированные скобы 15, а напротив них в трубе 14 имеются отверстия 16, в результате чего образуется тормозное устройство для подсоса дыма в кольцевой зазор. Внизу на загрузочном устройстве 7 помещены кольца 17, 18, 19, образующие в данном случае двухщелевое дожигающее устройство. Щель между кольцами 17 и 18 - плоская, а щель между кольцами 18 и 19 - коническая. Для обеспечения заданной толщины щелей между кольцами помещены ограничители 20, которые смещены в окружном направлении друг относительно друга. В раструбе имеются отверстия 21. Печь работает следующим образом. Для розжига печи в топку 1 закладывается растопочный материал и поджигается. Затем после образования устойчивого пламени устройство 7 загружается топливом (дровами или брикетами), закрывается крышкой 10 и печь выходит на режим стационарного горение. При этом воздух, необходимый для поддержания горения, всасывается через кольцевой зазор между трубой 14 и раструбом 7 загрузочно го устройства . В вер хней части тр убы 14 через отверстия 16 в поток всасываемого из атмосферы воздуха попадает часть дыма. За счет подмешивания дыма в воздух концентрация кислорода уменьшается и на первый взгляд это кажется нерациональным, но одновременно с этим воздух прогревается, а скорость реакций горения растет быстрее (по экспоненциальному закону), чем падение (линейно) скорости реакций из-за снижения концентрации кислорода. Проходя по кольцевому зазору, воздух с примесью дыма дополнительно подогревается и попадает в зону горения, обеспечивая более быстрое, более качественное, более экономичное и более экологичное сжигание топлива, чем в прототипе. Нашими исследованиями установлено, что это достигается не только за счет указанных выше причин, но также за счет того, что смесь дыма и воздуха имеет лучшие термодинамические характеристики, в частности, меньший показатель неизоэнтропы, чем воздух без дыма. Экспериментально этот факт установлен многими учеными и 27472 полезность подачи в зону горения смеси воздуха и дыма отмечалось на XV Конгрессе мирового энергетического совета. Кроме этого, предлагаемая конструкция обеспечивает надежный пульсирующий режим горения с постоянной амплитудой колебаний расхода и присущие ему преимущества по экономичности, полноте сгорания и др. Надежность пульсирующего режима горения достигается тем, что два потока: первый - дыма, засасываемого из области выхода из печи, и второй - воздуха из атмосферы - конкурируют др уг с другом в зоне смешения, генерируя колебания расхода потоков. Несколько необычным является в предлагаемой конструкции печи наличие тормозного устройства в виде профилированных скоб возле отверстий 16. Обычно для подсоса воздуха применяют эжекторные устройства, в которых производится дополнительный разгон воздуха за счет уменьшения проходного сечения, и тогда в локальной области потока, имеющего положительное полное давление (т.е. выше атмосферного), уменьшается давление. Однако предлагаемая печь работает в режиме отрицательного давления внутри нее (т.е. ниже атмосферного). Если поток разгонять в зоне отверстий 16, то разность давлений рі-рг (см. рис.) увеличивается и расход воздуха из зазора в поток через шнек увеличивается. Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что для обеспечения подачи дыма в зазор между раструбом и трубой шнека (т.е. с выхода на вход) необходимо поток в зазоре тормозить. Тогда удается разность давлений Др = рі-рг уменьшить до 15-20 мм водного столба, а за счет колебаний давления внутри печи обеспечить периодическое отрицательное значение величин Др = ріР2 и, соответственно, подсос дыма из области выхода в зазор между раструбом загрузочного устройства и трубой 14 шнекового устройства. Тепло, выделяемое при сжигании дров или брикетов прессованного горючего вещества или отходов, используется, например для нагрева воды. Вода входит снизу в корпус 4 через отверстие 11, нагревается в полости 5 и выходит через верхнее отверстие 12. Продукты сгорания из зоны горения проходят по винтовой поверхности шнекового устройства 6 прежде, чем выйти из печи через выхлопную трубу 8 или попасть в зону циркуляции через отверстие 16. Шнековое устройство 6 позволяет отобрать у продуктов сгорания больше тепла. По мере выгорания топлива, например дров, последние опускаются под собственным весом из раструба в зону горения, что создает удобства в обслуживании. После полного выгорания топлива и остывания печи открывается заслонка 3 и из печи удаляется шлак или пепел от сгоревших дров. На выходе из кольцевого зазора может быть установлено много щеле вое дожигающее устройство. При работе печи через щель между нижним кольцом 17 и средним кольцом 18 в область горения втекает плоская струя, перпендикулярная в истоке оси печи, а через щель между кольцами 17 и 18 втекает коническая струя, наклонная в истоке вниз относительно оси печи. Указанные струи пересекаются, что положительно влияет на качество дожигания. Для того , чтобы увеличить повер хность взаимодействия горючих газов и окислителя и удлинить путь движения газов между струями, струи делаются не сплошными в окружном направлении, а прерывистыми, для чего в щеля х между кольцами установлены ограничители щелей 20. Ограничители щелей установлены не в одной вертикальной плоскости, а смещены в окружном направлении для создания лабиринтного движения газов между струями. В кольцах 17, 18, 19 имеются отверстия, пропускающие газы в вертикальном направлении. Кроме это го , в зоне устано вки коле ц 1 7 , 18, 19 имеются отверстия 21 в растр убе . За счет этого о беспе чи вае тся на чало горения также и вн утри растр уба, что поз воляе т уменьши ть габариты печи и улучши ть ее те хниче ские характеристики. Изготовлены и испытаны опытные образцы предлагаемой конструкции мощностью до 20 кВт, которые подтверждают перечисленные выше преимущества и имеют технические характеристики лучшие, чем доп устимые ГОСТ 9817-82, как по экономичности, так и по экологичности. I 27472 8 Тираж 50 екэ. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагарина, 101 (0 3 1 2 2 ) 3 -7 2 -8 9 (0 3 1 2 2 ) 2 -5 7 -0 3