Твердопаливний теплогенератор

1. Твердопаливний теплогенератор, що містить теплообмінник зі збуджувачем витрати середовища, що нагрівається, та шарову колосникову камерну топку з вогневою амбразурою, газогенеруючу камеру, обладнану шнековим механізмом подачі палива, який відрізняється тим, що газогенеруюча камера розташована всередині камерної топки та розміщена на частині її подини, що не обладнана колосниковою решіткою, і щільно з’єднана з вогневою амбразурою топки, при цьому шнековий механізм подачі палива має насадок, щільно закріплений у вогневій амбразурі таким чином, що його вихідний кінець розміщено у внутрішньому об’ємі газогенеруючої камери, крім того у вогневій амбразурі щільно закріплено повітряний патрубок, зовнішній по відношенню до топки кінець якого з’єднано з системою регульованого нагнітання повітря, а протилежний кінець якого заведено в об’єм газогенеруючої камери. 2. Теплогенератор за п.1, який відрізняється тим, що теплообмінник виконано у вигляді горизонта C2 2 UA 1 3 77342 4 пучих палив. Львів]. Намагання вести процес при спорадичному Загальним недоліком перелічених і інших віперерозподілі кускових і сипучих компонентів падомих паливовикористовуючих пристроїв з механілива, які неорганізовано подаються у єдиний пазованою подачею дрібно фракційного палива чельниковий об'єм, в принципі недоцільно, так як рез шнековий постачальник є конструктивна може спричинити до ненормованого забруднення невирішеність питання про запобігання перекитеплообмінних поверхонь при факельній активізадання полум'я із реакційної зони пальника в шнек і ції горіння, або вибухонебезпечних ситуацій у віродалі - в паливний бункер. Відомі конструктивні і гідному циклі: подавления відкритого полум'я при технологічні підходи до вирішення проблеми попередозуванні ущільненої дрібнофракційної палижежонебезпечності таких систем є або енергетичвної маси - газифікація паливного шару - створенно невигідними, - при штучному зволоженні палива ня вибухонебезпечної газоповітряної суміші над на етапі його підготовки, або складними і недостапаливним шаром - відновлення відкритого полум'я тньо надійними, - при організації зовнішньої регунад шаром палива. Тому конструктивне виділення люючої дії на аварійний вприск води в шнековий витрат дрібнофракційної частини твердого палива паливопостачальник. в окремий регульований процес доцільно не тільки В основу винаходу поставлено задачу удосков інтересах механізації і автоматизації робочих налити відомий теплогенератор шляхом розташуфункцій твердопаливної теплогенеруючої техніки, вання газогенеруючої камери всередині топки та а, насамперед, виходячи з вищевказаних принциспорядження його системою повітряпостачання, пових обмежень. Проте відомі варіанти технічної що забезпечує підвищення безпеки експлуатації реалізації в цілому теоретично продуктивного підтеплогенератора та підвищення ефективності тепходу до одночасного використання різнофракційлопостачання. них палив мають суттєві недоліки. Поставлена задача вирішується тим, що в Відомі конструктивні варіанти теплогенератотвердопаливному теплогенераторі, що містить рів [наприклад, Herz Firematic, МТА-200.1 ООО теплообмінник зі збуджувачем витрати середови"ІКС Технології", Ройек-Львів] в яких газогенерующа, що нагрівається, шарову камерну топку з вогча камера, що обладнана механізмом шнекової невою амбразурою, газогенеруючу камеру, що подачі палива, розміщена окремо або відділена обладнана шнековим механізмом подачі палива, від пальникового об'єму суміжного до теплообмінновим є те, що газогенеруюча камера розташованика. В таких теплогенераторах використовується на всередині топки на частині її подини, що не обтільки летюча складова хімічної енергії палива, а ладнана колосниковою решіткою та щільно з'єднаконструкції топок невиправдано ускладнені через на з вогневою амбразурою топки, при цьому необхідність організації видалення високотемпешнековий механізм подачі палива має насадок ратурного коксового залишку. щільно закріплений в вогневій амбразурі таким Відомі конструктивні рішення щодо компонучином, що його вихідний кінець розміщено у внутвання теплообмінних поверхонь теплогенераторів рішньому об’ємі газогенеруючої камери. можуть бути класифіковані по двом типам: перКрім того, в вогневій амбразурі щільно закріпший, (наприклад, система теплогенеруюча Ройеклено повітряний патрубок, зовнішній по відношенЛьвів) коли теплообмінна поверхня відділена від ню до топки кінець якого з'єднано з системою репальникового пристрою, не має прямого променегульованого нагнітання повітря, а протилежний вого зв'язку з шаром палива, що горить (подиною) кінець заведено в об’єм газогенеруючої камери. і є конвективною; другий, [наприклад, МТА-200.1 Теплообмінник виконано у вигляді горизонтальноООО "ІКС Технології"] коли теплообмінна поверхго або нахиленого трубного пучка, що закріплений ня екранує стінки пальникового пристрою, або й газоущільнено на верхніх торцях стінок камерної ще розвинена у його об'ємі і є переважно радіатопки таким чином, що утворює її охолоджувану ційною. Недоліком першого типу теплогенеруючих склепінняову частину, що має відкриті міжтрубні пристроїв є ускладнена конструкція високотемпепроміжки для під’ємної течії продуктів згоряння. ратурної огорожуючої поверхні топки, зокрема, не Обичайки теплообмінника, що мають виходи торохолоджуваної склепінняової частини і, як насліців теплообмінних трубок, забезпечено конфузордок, низькі ресурсні і підвищені цінові і малогабано-дифузорними елементами стику повітропровіда ритні характеристики пристрою у цілому. для включення теплообмінних трубок у контур для Недоліком другого типу теплогенеруючих привимушеної течії, наприклад повітря, що нагрівастроїв є надмірний теплоз'єм безпосередньо від ють, а самі елементи стику обладнані динамічними реакційної зони горіння, що ускладнює використрубками, що закріплені газоущільнено на їх стінтання в робочому процесі палив з підвищеною ках таким чином, що торець внутрішнього кінця вологістю і вимагає зазвичай додаткового викоритрубки перпендикулярний осі повітряного каналу, стання висококалорійних пілотних палив, таких, а зовнішній кінець виведено за межі повітряного наприклад, як природний газ. каналу. У верхній частині камерної топки розміщеНайбільш близьким до теплогенератора, що на перфорована повітряна трубка, відкритий тозаявляється, є теплогенератор, що містить теплорець якої виведено за межі камерної топки і з'єдобмінник зі збуджувачем витрати нагріваємого нано з динамічною трубкою повітропровіда середовища та шарову колосникову камерну топку теплообмінника. з приєднаною до неї зовні через полум"яневу амбНа зовнішній обичайці подової поверхні топки разуру газогенеруючою камерою, обладнаною під отвором для колосникової решітки закріплено шнековим механізмом подачі палива [HERZ золоприймальний пристрій, виконаний у вигляді Firematic, MTA-200.1OOO"IKC Технології, Ройекгазоущільненого кесону, що має патрубок, з'єдна 5 77342 6 ний з динамічним патрубком повітропровіда тепвана повітряна трубка 14 має горизонтальну орієлообмінника через допоміжну трубку з регулювантацію і газоущільнено заведена в камерну топку 1 льною затулкою. Відкритий торець перфорованої через її вертикальну бокову стінку таким чином, повітряної трубки переважно може бути з'єднаний що розміщується у безпосередній близькості до з допоміжною трубкою живлення кесону золопвнутрішньої поверхні фронтальної стінки камерної риймального пристрою на відрізку між місцями топки 1 вище амбразури 6. Соплові отвори перфоз'єднання допоміжної трубки з динамічним патрубрації 24 виконані на ділянці перфорованої трубки ком і регулювальною затулкою. 14, розміщеної над колосниковою решіткою11 і Твердопаливний теплогенератор зображено утепленою зоною подової частини топки 25. Сопна Фіг.1 у фронтальному розрізі, лові отвори 24 перфорованої трубки 14 орієнтована Фіг.2 - вигляд зверху по Фіг.1. ні в бік топочного об'єму таким чином, що їх осі Теплогенератор (Фіг.1) містить шарову камермають горизонтальну або слабонахилену орієнтану топку 1, обладнану системами паливопостацію, а сліди від перетинання цих осей з протилежчання, повітропостачання і золовидалення, та труною внутрішньою стінкою камерної топки 1 знахобчатого рекуперативного теплообмінника 2, дяться на рівні вище ніж паливна амбразура 6. обладнаного системою примусового нагнітання і Склепінняова частина камерної топки 1 викорозподілення течії, наприклад, повітря, що нагрінана у вигляді трубчатого рекуперативного тепловається, а також оснасткою для регульованого обмінника 2 газоущільнено закріпленого на верхніх димовидалення. торцях стінок камерної топки таким чином, що має Система паливопостачання камерної топки 1 відкриті міжтрубні проміжки для під'ємної течії виконана комбінованою і має у своєму складі шнепродуктів згоряння. Теплообмінні трубки 26 теплоковий паливопостачальник 3 з вихідним насадком обмінника 2 мають горизонтальну або нахилену 4, щільно закріпленим у вогневій амбразурі 5, а орієнтацію. Торці теплообмінних трубок 26 газоутакож паливну амбразуру 6 для періодичного защільнено закріплені у трубних дошках 27,28 завантаження кускового палива, що зачиняється безпечених відповідно дифузорним 29 і конфузорвогнетривкими дверцятами 7. ним 30 стиковочними елементами повітропровіду Подова 8 ί бокові 9 поверхні обичайки топки 1 для включення теплообмінних трубок у контур для мають на всій своїй площині внутрішню вогнетриввимушеної течії нагріваємого повітря, яка забезпеку футеровку 10. чується вентилятором 31. Стиковочні елементи Подова обичайка 8 має на частині своєї пло29, 30 обладнані динамічними трубками 17, 18, щини отвір, що відповідає за розмірами проекції газоущільнено закріпленими на їх стінках таким колосникової решітки 11 (Фіг.2) на горизонтальній чином, що внутрішні торці трубок перпендикулярні площині. осі повітряного каналу, а зовнішні торці виведені На частині футеровано!' поверхні подової обиза межі повітряного каналу. чайки 8, прилеглої до місця розташування вогневої Димовий канал теплообмінника 2 обмежений амбразури 5 закріплена газогенеруюча камера 12 вертикальними поверхнями трубних дощок 27, 28 у вигляді горизонтального або слабонахиленого та відповідними вертикальними замикаючими постакану, ближній до амбразури 5 торець якого гаверхнями бокових стінок, а його проекція на горизоущільнено приєднаний до вогнетривкої футерозонтальну площину відповідає горизонтальному вки 10 і охоплює вогневу амбразуру 5, а протилеперерізу об'єму камерної топки 1. жний торець стакану розміщений на футерованій Протилежний відносно камерної топки переріз утепленій частині 25 подової обичайки 8 і має віддимового каналу теплообмінника 2 обладнаний критий переріз, сполучуючий об'єм газогенеруючої газоущільнено закріпленим димовим конфузором камери 12 (Фіг.1) із об'ємом камерної топки 1. 32, який сполучує тракт відходящих газів теплогеСистема повітропостачання камерної топки 1 нератора з димовою трубою 33, що має регулювамає у своєму складі повітряний патрубок 13, перльну затулку 34. форовану повітряну трубку 14 (Фіг.2) і золоприйПри роботі теплогенератора, енергія, що видімальний газоущільнений кесон 15 з повітряним ляється при згоранні твердого палива, що подапатрубком 16, що з'єднуються з динамічними повіється на подову частину камерної топки 1 передатрязаборними трубками 17,18 за допомогою трується через стінки теплообмінних трубок 26 бок живлення 19, 20, 21 (Фіг.1). Трубка живлення рекуперативного теплообмінника 2 потоку повітря, 21 газогенеруючої камери 12 та допоміжна трубка що збуджується всередині трубок 26, наприклад, 19 живлення колосникової зони камерної топки 1 під напірною дією вентилятора 31. Потік повітря, обладнанні регулювальними затулками 22 і 23. що нагрівається, розподіляється на вході в теплоТрубка живлення 20 перфорованої повітряної труобмінні трубки 26 за допомогою дифузорного елебки 14 з'єднується з допоміжною трубкою живленменту стику 29 повітропровіду, що сполучує периня 19 на ділянці між регулювальною затулкою 23 і метри вхідної трубної дошки 27 і вихлопного вікна динамічною повітрозаборною трубкою 17, розмівентилятора 31 з додержанням необхідних аерощеною на нагнітальній стороні повітряного тракту динамічних умов безвідривної течії повітряного теплообмінника 2. Трубка 21 живлення газогенепотоку. Відповідно, на виході із теплообмінника 2 руючої камери 12 газоущільнено закріплена в вогпотоки нагрітого повітря з окремих теплообмінних невій амбразурі 5 з можливістю аксіального перетрубок 26 формуються у єдину течію за допомогою міщення. Вихідний торець трубки 21 розміщений в конфузорного елементу стику 30, що охоплює свогазогенеруючій камері 12 на ділянці між її вихідним їм вихідним перерізом периметр вихідної трубної перерізом і перерізом співпадаючим з місцем роздошки 28. Потік продуктів згоряння палива прохоташування вихідного торця насадку 4. Перфородить через міжтрубні проміжки, що створені зовні 7 77342 8 шніми поверхнями теплообмінних трубок 26 і обтачальника 3 ) таким чином, що вихідні ланки тепмежені по відповідному до горизонтального перелообмінних трубок теплообмінника 2, протилежні різу топки 1 периметру поверхнями трубних дощок до місця з'єднання теплообмінника 2 з дифузор27, 28 та боковими стінками (щоками) димового ним елементом стику повітроводу 29 і вентилятоканалу, а далі, за допомогою димового конфузора ром 31 розміщується над газифікаційною зоною 32, що охоплює вихідний переріз димового каналу подини камерної топки 1, прилеглої до бокової теплообмінника 2, спрямовується у димову трубу стінки, яка обладнана шнековим паливопостача33, де утворюється надлишкова самотяга для збульником 3. Слід зауважити, що принцип розміщендження течії відходящих димових газів. Балансуня газогенеруючої камери в об’ємі камерної топки, вання напірної складової течії у димовому тракті що заявляється, дозволяє суттєво (майже вдвічі) теплогенератора з його аеродинамічним опором збільшити її поперечний розмір з додержанням при дотриманні необхідного нормативного розрівимог нормативного теплового навантаження тодження у камерній топці 1 здійснюється за допопочного простору, запобігання підвищеного золомогою регулювальної затулки 34. вого виносу в разі використання дрібнофракційних За типом теплообмінних процесів рекуператинизькосортових палив за умов високого ступеню вний теплообмінник 2 є радіаційно-конвективним. корисного паливовикористання в агрегаті. Перший за ходом відходящих газів горизонтальВказані геометричні та функціональні особлиний ряд теплообмінних трубок 26, що знаходяться вості камерної топки 1 цілком узгоджуються з ідеоу променевому зв'язку з камерною топкою 1 є пелогією раціональної побудови теплообмінної часреважно радіаційним, а наступні за ходом відхотини 2 теплогенератора. Так, практичне усунення дящих газів горизонтальні ряди теплообмінних обмежень на довжину трубок радіаційного ряду трубок, що екрануються трубками першого ряду, є дозволяє компонувати теплообмінник 2 в цілому у переважно конвективними. вигляді найпростішого трубчатого пучка, однохоПриродно, що перший за ходом відходящих дового для обох обмінюючихся теплом середогазів горизонтальний ряд трубного пучка теплообвищ, що є найбільш оптимальним з позицій мінімімінника 2 відводить не тільки переважну частину зації масогабаритних показників конструкції та генеруємого у топці радіаційного теплового потоку, аеродинамічного опору димового та повітряного але і приймає на поверхню своїх трубок конвектитрактів. Конструкція камерної топки 1 теплогеневну складову теплового потоку найвищої щільратора передбачає одночасне або незалежне ності. спалювання шматкового і сипучого дрібнофракційТаким чином, теплообмінна поверхня теплооного палива, наприклад, дров, вугілля, відходів бмінника 2 в принципі може працювати при суттєдеревообробки у вигляді обрізків деревини, опиво різних умовах теплового навантаження і не є лок, стружки; відходів сільгоспвиробництва у вирівновірогідною з позицій дотримання температургляді лузок насіння, гречки і т.і. них обмежень експлуатації. Шматкове паливо вигорає переважно на зоні Вказана проблема принципово вирішується в колосникової решітки 11 подини. Коксовий заликонструкції теплогенератора, що заявляється, рашок, що виштовхується із газогенеруючої камери зом з реалізацією нових підходів до раціональної 12 свіжими порціями дрібнофракційного палива, організації комбінованого спалювання різнофраквигорає переважно на адіабатній "утепленій" зоні ційних палив. 25 поду, прилеглої до вихідного перерізу газифікаВ камерній топці 1 теплогенератора одночасно ційної камери 12. Горючі газові суміші, що надхопротікають процеси прямого спалювання шматкодять в толочний простір із вихідного перерізу гавого палива та двостадійного спалювання з попезифікаційні камери 12, підживлюють факельний реднєю газифікацією мілкофракційного палива в процес згоряння в об'ємі камерної топки 1. Рух газифікаційній камері 12. Зонам локалізації вказадрібнофракційного палива забезпечується шнеконих процесів на площині подини 8 відповідають вим паливо-постачальником 3, зусилля якого до суттєво різні рівні випромінювання: інтенсивне переміщення паливної маси витрачаються також на ущільнення палива у вихідному насадку 4, чевипромінювання від паливного слою (Τ 1500К), рез який паливо потрапляє в газифікаційну камеру вкриваючого адіабатну (утеплену) подову зону 25 і 12 у комкованому вигляді, що сприяє процесам зону колосникової решітки 11; та м'яке випромінюгазової фільтрації у реакційному об'ємі камери. вання, урівноважене на температурному рівні Ущільнена маса палива у витягнутій порожнині (Т 500...600К) подової зони розташування газифінасадку виконує також функцію пірозатвору для каційної камери 12, зумовленому протіканням козапобігання перекидання полум'я із газифікаційної лективного процесу зневоложування і низькокамери 12 в шнековий паливопостачалькник 3. температурного піролізу дрібнофракційної паливБезпечність теплогенератора при експлуатації ної маси та перевипромінювання з реакційним забезпечується також тим, що живлення всіх паоб'ємом топки і її огороджуючими поверхнями при ливних процесів у топочному пристрої повітрям відносно малих кутах атаки. Така двозонова оргавідбувається із вимушеного потоку повітря, що нізація випромінюючої активності камерної топки 1 нагрівається, циркулюючого в теплообмінній часна склепінняову поверхню теплообмінника 2 дотині 2 за допомогою наприклад, вентилятора 31 зволяє нівелювати епюру теплового навантаження Таким чином, припинення теплоз'єму у теплообтеплообмінних трубок, що знаходяться у світу томіннику 2, наприклад, через аварійне переривання почного простору шляхом аксіального розміщення електропостачання і зупинення вентилятору 31 трубного пучка рекуперативного теплообмінника 2 автоматично присклепінняить до припинення аквідносно напрямку подачі в камерну топку 1 мілтивних процесів теплогенерації в паливній частині кофракційного палива (осі шнекового паливопос 9 77342 10 1 теплогенератора через відсутність надходження стовується газифікована литюча фаза, тоді як твеповітря в газифікаційну камеру 12, колосникову рда, мілкофракційна частина блокована в об'ємі камеру 15 і перфоровану повітряну трубку 14. газогенеруючої камери, а далі, у вигляді коксового Запобігання посиленому золовинесенню, хазалишку розташовується переважно на адіабатній рактерному для агрегатів, використовуючих дрібзоні подини, що не має нижньої продувки і пасивнофракційне паливо, конструктивно забезпечуєтьної до активних процесів масопереносу. ся у даному теплогенераторі завдяки струйному В інтересах не перевищення загальної необвводу частини повітря на горіння у верхньому пехідної витрати повітря на горіння обидві продувки рерізі камерної топки, що забезпечує допалювання реакційної зони горіння: верхня, через перфоровагазифікованої частини палива з одночасним форну трубку 14 і нижня, через колосники 11, - можуть муванням поперечного кола циркуляції паливопоодержувати живлення повітрям від єдиного динавітряної суміші в об'ємі паливної камери. Нахилемічного патрубку 18. При цьому, для постійної рена в напрямку до слою горіння палива орієнтація алізації важливої функції запобігання активному векторів повітряних струменів забезпечує поверзоловиносу перфорована трубка 14 має постійне нення мілкофракційного золовиносу у зону слою. живлення, а перерозподіл повітря між верхнім 20 і Другою конструктивною передумовою запобігання нижнім 16 вводами досягається дроселюванням посиленому золовиносу є попередня газифікація затулкою 23 допоміжної трубки 19 на відгалуджудрібнофракційної частини палива, коли у активноючій ділянці перед золоприймальним кесоном 15. му факельному топочному процесі окремо викори Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601