Пристрій для спалювання твердого сипучого палива

Реферат: Пальник з високотемпературною топкою включає камеру згоряння. Він містить пальник, корпус якого виконано у вигляді чотиригранної прямокутної призми, внутрішня поверхня якої викладена шаром футерівки, в корпусі пальника є піролізний відсік, з'єднаний з трубою подачі палива, в якій виконано повітряний патрубок подачі повітря, і шнек подачі палива, що сполучений з електрорегульованим приводом мотора-редуктора подачі палива, попільне вікно, камеру догорання у формі прямокутної чотиригранної призми, у нижню частину якої входить сопло, а верхня частина камери догорання виконана у вигляді вертикально розташованих пластин з простором між ними, пристрій містить завантажувальний люк, з'єднаний з паливним бункером прямокутної форми з нижньою частиною у вигляді зворотної піраміди, в якій розташована ворошилка палива, сполучена з електрорегульованим приводом мотораредуктора привода ворошилки. UA 108191 U (12) UA 108191 U UA 108191 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі теплоенергетики і може бути використана як у побутових опалювальних системах, так і на невеликих виробництвах, що використовують теплову енергію, а також для утилізації подрібнених горючих побутових відходів. Відомо котел для спалювання палива в псевдозрідженому шарі, що містить горизонтальну циліндричну камеру для проведення процесу спалювання палива в псевдозрідженому шарі з водоохолоджуваними стінками. В нижній частині камери розміщена повітророзподільна решітка, причому камера забезпечена двома поздовжніми рядами водоохоложуваних вертикальних труб, а повітророзподільна решітка розташована між рядами згаданих труб і являє собою кілька паралельних один до одного і поздовжньої осі камери з псевдозрідженим шаром перфорованих профілів. Водоохолоджувані труби встановлені похило до вертикальної осі і центру котла, а профілі повітророзподільної решітки мають перфорацію тільки з одного і того ж для всіх профілів боку по ходу або проти ходу годинникової стрілки [RU 2168678, F24H 1/00, 2001]. Зазначений казан має низьку теплопродуктивність, тому що зона горіння оточена поверхнями теплообмінника, які перешкоджають досягненню високих температур у зоні горіння, через що паливо при горінні не спікається, і при подачі достатнього для повного згоряння палива кількості повітря відбувається підвищене віднесення дрібних фракцій палива, особливо при спалюванні палива широкого фракційного складу, такого як обпила, фрезерного торфу, лузги соняшника, гречки і т.п. Кількість попелу і недопаленого палива зворотно пропорційна показнику якості згоряння палива, і чим його більше, тим нижче цей показник. У даного казана існують складності, пов'язані з якісним спалюванням легкого й сипучого палива (з тієї причини, що при низьких і середніх температурах горіння не відбувається спікання палива в конгломерати, і при інтенсивному роздуванні повітряним потоком, відбувається викид попелу і недопаленого палива із зони горіння), подолання яких тягне за собою потребу в накопиченні різного роду вловлювачів дрібної летучої фракції попелу і недопаленого палива, що, у свою чергу, ускладнює конструкцію і сприяє її здорожчанню. Також ефект розльоту попелу спричиняє його осідання на поверхнях теплообмінника, що негативно впливає на ККД теплообмінника, і виникає потреба у частому очищенні його поверхонь. Відомо установку для спалювання для електростанції на кам'яному вугіллі, що містить плавильну камеру, причому для прискорення вигорання вугілля через окремий підвідний трубопровід в зоні горіння плавильної камери додатково до вугілля може підводитися титановмісний матеріал [Патент RU 2152428, C10L 9/10, 2000]. Проте така установка не дає можливості використати сучасні методи спалювання палива у високотемпературних режимах для побутових призначень. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є пристрій для спалювання біомаси, що містить V-подібну камеру згоряння, утворену нахиленими один до одного вхідним скатом і вихідною суцільною пластиною, нижні краї яких розташовані з утворенням щілини, що має довжину, рівну ширині вхідного ската, повітряну камеру і збірник золи, розташовані під камерою згоряння і сполучені з останньою через згадану щілину, автоматичний завантажувальний пристрій подачі біомаси, який включає плоске направляюче полотно і вхідний отвір, що має довжину, рівну ширині вхідного ската, і обмежений з одного боку верхнім краєм останнього, сполученого з напрямним полотном, що має ширину, рівну ширині камери згоряння. Вхідний скат також виконаний у вигляді суцільної пластини, нижній край вихідної пластини заведений під нижній край останньої до перетину з уявною лінією продовження пластини вхідного ската, направляюче полотно завантажувального пристрою розташоване горизонтально і перпендикулярно щілині між пластинами, вхідний отвір обмежено з боку вихідної пластини умовною вертикальною площиною, що проходить через щілину, яка має довжину, рівну ширині вихідної пластини [Патент RU 2015449, F23B 1/38,1994]. Зазначений пристрій для спалювання біомаси має низку недоліків. Величезної площі холодне ядро, яке не дозволяє створити високі температури, - це вхідний скат великої площі, вихідна пластина, а також стінки камери, виконані з металу, які забезпечують відвід тепла із зони горіння. А низькі температури в топковій камері сприяють неякісному горінню палива. Вхідний скат і вихідна пластина - слабке місце топки, його складніше розжарити, чим стельову поверхню топки. А якщо вхідний скат і вихідна пластина "холодні", то на них не відбувається рівномірний прогрів до високих температур усього об'єму палива, при якому відбувається спікання й коксоутворення. Таким чином, на цих поверхнях буде звичайне "холодне" горіння палива, при якому утвориться попіл, що спікається в коржі, "пригоряє" до холодних поверхонь камери згорання, утворюючи спечені нарости, які, у свою чергу, уже потрібно видаляти механічним шляхом, особливо при використанні низькоякісного палива. 1 UA 108191 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При стику з "холодними" поверхнями камери згоряння відбувається так званий механічний недопал. Паливо, не встигнувши вигоріти, вистигає й перетворюється в зольні відкладення, які утворюються в значних обсягах, і все це скидається в попільний відсік. У дорогих пристроях ці відсіки являють собою ємності великих обсягів, або передбачається механізоване шнекове видалення попелу й недопаленої фракції палива (у конструкції якого передбачаються наявність датчиків і логічних схем, що спричиняє значне здорожчання пристрою). Пристрій виготовлено зі сталі, що з часом руйнується, зменшуючи термін його служби, його роз'їдає деревна кислота, що завжди виділяється при горінні деревини і не розкладається при низьких температурах горіння. В описі прототипу зазначено, що температура не піднімається вище 1000 °C (при використанні сухого - вологість не вище 15 % - палива), а також, що такий пристрій можна використати для спалювання вологого палива з вмістом вологи, що досягає 60 %, однак цей підвищений вміст вологи є баластом, що знижує ККД (забираючи із зони горіння велику кількість теплоти для свого прогріву). Цьому пристрою, як і попереднім аналогам, властиво вузький діапазон потужностей, максимальні значення яких перевищують мінімальні не більш, ніж у три-чотири рази. До того ж, він не може у короткий строк підняти температуру теплоносія до потрібного рівня (в умовній системі опалення), тому що неможливо в "холодній" камері згорання швидко спалити надлишковий обсяг палива, і потрібно значний відрізок часу для того, щоб паливо розгорілося. В основу корисної моделі поставлено задачу створити пристрій для спалювання твердого сипучого палива, який збільшив би термін його служби і підвищив якість горіння палива. Поставлену задачу вирішують тим, що у пристрої для спалювання твердого сипучого палива, що включає камеру згоряння, згідно з корисною моделлю, містить пальник, корпус якого виконано у вигляді чотиригранної прямокутної призми, внутрішня поверхня якої викладена шаром футеровки, в корпусі пальника є піролізний відсік, з'єднаний з трубою подачі палива, в якій виконано повітряний патрубок подачі повітря, і шнек подачі палива, що сполучений з електрорегульованим приводом мотора-редуктора подачі палива, попільне вікно, камеру догорання у формі прямокутної чотиригранної призми, у нижню частину якої входить сопло, а верхня частина камери догорання виконана у вигляді вертикально розташованих пластин з простором між ними, пристрій містить завантажувальний люк, з'єднаний з паливним бункером прямокутної форми з нижньою частиною у вигляді зворотної піраміди, в якій розташована ворошилка палива, сполучена з електрорегульованим приводом мотора-редуктора привода ворошилки. Крім цього, пальник містить відсік утворення коксу і відсік кругового обертання ізотермічних реакцій. Пальник також містить оглядове вікно. Корисна модель, що заявляється, сприяє забезпеченню високоефективного високотемпературного спалювання твердого сипучого палива, такого як відходи елеваторів, відходи деревообробки, пелети (у тому числі низькоякісні) тощо. Пристрій слугує для автономного опалення приміщень і автономного забезпечення споживачів тепловою енергією. Він також сприяє утилізації подрібнених горючих побутових відходів. Викладення внутрішньої поверхні пальника шаром футеровки, що перешкоджає утилізації тепла із зони горіння, створює умови для досягнення високого рівня температур, наближаючи горіння до адіабатичного. Використання в конструкції пальника камери догорання забезпечує повне догорання горючих з'єднань. Через безперервні ендотермічні процеси одержують значну економію палива. Інтенсивність підведення повітря в зону горіння забезпечує аеродинаміку вертикального завихрення ізотермічних процесів. При високих температурах сипуче паливо під час горіння спікається, і цей ефект запобігає його розльоту, що, в свою чергу, приводить до повного його згорання. На теплообміннику пальника відкладається лише незначний шар попелу, що звичайно утворюється при розпалювані пальника. Вимоги до якості палива, яке використовується у пристрою, мінімальні. Спалювати можна дешеве, а частіше безкоштовне паливо. У пальнику, що заявляється, горіння відбувається при високих температурах, при яких деревна кислота, як з'єднання вуглеводнів, розкладається з виділенням додаткового тепла при прогоні її через розпечені прошарки вуглецю. Також при високих температурах відбувається максимальне вигорання палива і до розпечених футерованих поверхонь нічого не прилипає. Це збільшує термін служби пристрою. 2 UA 108191 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 У топці з високотемпературною камерою згорання горить паливо з вологістю до 60 % і не просто без погіршення ККД, а й зі збільшенням цього показника за рахунок запуску ряду ендотермічних реакцій високої інтенсивності з утворенням горючих з'єднань, які, окисляючись, виділяють додаткову кількість теплоти. Цей ефект починається при температурах більше 950°. А у пристрою температура піднімається до рівня 1300 °C, тому що водяний газ при згоранні дає її підвищення. У пристрої діапазон потужності набагато більше (від 5 до 70 кВт), ніж у прототипі, максимальні значення потужності перевищують мінімальні більш, ніж у десять разів. Це дає можливість за значно коротший проміжок часу підняти температуру теплоносія до потрібного рівня (в умовній системі опалення). У розпеченому топковому просторі перехід потужності горіння з 5 кВт до 70 кВт займає не більше секунди. Корисна модель пояснюється схемою пристрою для спалювання твердого сипучого палива. Пристрій для спалювання твердого сипучого палива містить пальник 1, корпус якого виконано у вигляді прямокутної чотиригранної призми. Внутрішня поверхня корпусу пальника 1 викладена шаром футеровки 2. У пальнику 1 є піролізний відсік 3, з'єднаний з трубою 4 шнека, в якій міститься повітряний патрубок 5 підведення повітря в шнекову подачу палива, і шнеком 6 для подачі палива 6, що сполучений з електрорегульованим приводом мотора-редуктора 7 подачі палива. У корпусі пальника 1 також є попільне 8 вікно, оглядове 9 вікно, патрубок 10 підведення повітря в камеру згоряння, який має тангенціальне розташування, що забезпечує додання потоку повітря обертового руху, і з'єднаний із пристроєм нагнітання (на схемі не зазначене), а також камера 11 догорання, виконана у формі прямокутної чотиригранної призми, в нижню частину якої входить сопло пальника 12, а верхня частина камери 2 догорання виконана у вигляді вертикально розташованих пластин із простором між ними для виходу жару. Пальник також містить відсік утворення коксу 13 і 14 відсік кругового обертання ізотермічних реакцій. До паливоподаючих елементів пристрою належать завантажувальний люк 15 паливного бункера, паливний бункер 16 прямокутної форми з нижньою частиною у вигляді зворотної піраміди, в якій розташована ворошилка 17 палива, сполучена з електрорегульованим приводом 18 мотора-редуктора привода ворошилки 17. Пристрій працює в такий спосіб. Обертанням ворошилки 17 палива, через електрорегульований привід мотора-редуктора привода 18 ворошилки паливо в бункері розпушеним подають на шнек 6 подачі палива, що через електрорегульований привід 7 мотора-редуктора подачі палива просуває його в піролізний відсік 3. Після досягнення піролізного відсіку 3 при впливі температур з палива починає виділятися піролізний газ, що просувається до відсіку 14 утворення коксу, який штовхається вищим тиском, створеним подачею повітря в патрубок 5(8) підведення повітря в шнекову подачу палива. Піролізний газ, що виділився, горить у відсіку 14 кругового обертання ізотермічних реакцій, за участі повітря, поданого через повітряний патрубок підведення повітря в камеру згоряння, тангенціальне розташування якого забезпечує додання потоку обертовий рух, неодноразово проходячи через розпечений кокс у відсіку 13 утворення коксу. Після цього полум'я через сопло 12 пальника попадає в розпечену камеру 11 догорання, у якій і відбувається повне догорання всіх здатних горіти хімічних сполук, після чого розпечені гази подаються на теплообмінник (на схемі не зазначений). Пристрій, що заявляється, конструктивно простий і легко виготовляється. Його застосування особливо корисне, коли гостро стоїть питання про альтернативні види палива. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Пристрій з високотемпературною топкою, що включає камеру згоряння, який відрізняється тим, що містить пальник, корпус якого виконано у вигляді чотиригранної прямокутної призми, внутрішня поверхня якої викладена шаром футерівки, в корпусі пальника є піролізний відсік, з'єднаний з трубою подачі палива, в якій виконано повітряний патрубок подачі повітря, і шнек подачі палива, що сполучений з електрорегульованим приводом мотора-редуктора подачі палива, попільне вікно, камеру догорання у формі прямокутної чотиригранної призми, у нижню частину якої входить сопло, а верхня частина камери догорання виконана у вигляді вертикально розташованих пластин з простором між ними, пристрій містить завантажувальний люк, з'єднаний з паливним бункером прямокутної форми з нижньою частиною у вигляді зворотної піраміди, в якій розташована ворошилка палива, сполучена з електрорегульованим приводом мотора-редуктора привода ворошилки. 3 UA 108191 U 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пальник містить відсік утворення коксу і відсік кругового обертання ізотермічних реакцій. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пальник містить оглядове вікно. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 4