Теплогенератор для нагріву повітря при спалюванні палива рослинного походження

1. Теплогенератор для нагріву повітря при спалюванні палива рослинного походження, що містить корпус і розташовану в ньому топкову камеру з дверима і вибухорозрядним клапаном, повітропроводи подачі повітря в зону горіння, колектори, трубний теплообмінник над топковою камерою, вентилятор для подачі повітря в зону горіння, вентилятор подачі нагрітого повітря, пристрій керування з датчиком температури, який відрізняє ться тим, що вентилятор подачі нагрітого повітря змонтований зовні корпусу над дверима, його всмоктувальний патрубок з'єднаний із отвором для забору атмосферного повітря через колектор і повітряний канал між корпусом і топковою камерою. 2. Теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що отвір для забору атмосферного повітря розташований по периметру нижньої частини корпусу. 3. Теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що повітряний канал утворенний порожниною між корпусом і топковою камерою має замкнутий контур, форма каналу в поперечному перерізі повторює конфігурації корпусу і топкової камери. 4. Теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що нагнітальний патрубок вентилятора подачі нагрітого повітря з'єднаний із міжтрубним простором першого, починаючи від дверей, трубного U 2 (19) 1 3 20285 міщень, птахоферм), в інши х сферах господарської діяльності де необхідне використання нагрітого повітря. Відомий теплогенератор для виробництва теплової енергії з використанням енергоносіїв рослинного походження [деклараційний патент на корисну модель України №3519, кл. F23C1/12 від 15.11.2004 p.], що включає топку, завантажувальний отвір з заслінкою, жарову трубу, теплообмінник, димову трубу, повітропроводи, вентилятор подачі додаткового повітря з привідною заслінкою і блок керування з датчиком температури. У відомому теплогенераторі процес горіння підтримується за рахунок повітряної тяги, яка здійснюється за допомогою димової труби та вентилятора подачі додаткового повітря у димові гази за межами зони горіння. Завантажувальний отвір виконаний у верхній горизонтальній стінці топки, яка має вихід у жарову трубу, а та, в свою чергу, на ви ході з'єднується з горизонтальним теплообмінником, канали якого з другого боку, в свою чергу, на виході з'єднуються з димовою трубою. Забір холодного повітря починається з повітропровода, розташованого навколо гарячої димової труби, де повітря попередньо підігрівається, і далі, проходячи через порожнини між каналами теплообмінника, остаточно нагрівається і подається споживачеві. Недоліком даного теплогенератора є недостатньо практичне виконання завантажувального отвору з заслінкою вгорі, яка приймає на себе велике теплове навантаження, що ускладнює обслуговування теплогенератора при подачі наступної порції палива. Окрім того, для стабільного процесу горіння палива рослинного походження з урахуванням його вологості, в топку повинна надходити регульована кількість повітря. Вданій конструкції теплогенератора кількість та швидкість повітря, яке приймає участь у процесі горіння в топці, залежить тільки від висоти димової труби, а примусова подача додаткового повітря у жарову трубу за межами зони горіння непрогнозовано впливає на повітряні потоки в зоні знаходження палива. Класична схема підтримування процесу горіння в топці, яка знаходиться під розрідженням передбачає наявність димовсмоктувального вентилятора, який примусово протягає регульовану кількість повітря через топковий простір, а вторинне повітря засмоктується із регульованого отвору в зоні жарової труби. При нерегульованій подачі повітря в зону горіння в топці можуть накопичуватись димові гази, певна концентрація яких може привести до вибуху. Для запобігання цього в відомому теплогенераторі не передбачений вибухорозрядный клапан. Окрім того, конструкція горизонтально розташованого теплообмінника при недостатній швидкості руху газоповітряної суміші приводить до залишкового відкладання сажі в каналах і не передбачає конструктивного рішення по їх очищенню. До недоліків також можна віднести і те, що процес нагрівання повітря, яке направляється до споживача, починається з димової труби, о холоджування димових газів в якій приводить до кисло 4 тоутворювання, що негативно впливає на термін служби конструкції, в той час як найбільш теплонавантажена частина теплообмінника охолоджується в останню чергу. Передбачений в даній конструкції конвективний спосіб відбору тепла не може забезпечити необхідною кількістю нагрітого повітря більшість зерносушарок, які експлуатуються у сільському господарстві, де окрім кількості повітря необхідно забезпечити і його тиск на вході в сушарку. Примусова ж подача тепла до споживача під тиском за допомогою додаткового вентилятора приведе до його виходу зі ладу тому, що він буде перепускати через себе повітря з високою температурою. Щодо ремонтопридатності, то жарова труба, яка виконана, як правило, з шамотної цегли або іншого подібного матеріалу, має низьку теплопровідність і з часом руйнується через високу температуру і негативні хімічні сполуки, які містяться у паливі рослинного походження, а це приводить, у свою чергу, до необхідності часткової або повної перебудови конструкції. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої корисної моделі є відомий нагрівач повітря спалюванням біомаси NPA-450 фірми "Graso" [www.graso.com.pl, Польща, Старогард Гданьський, Кронг 4а]. Нагрівач повітря включає корпус, всередині якого, з повітряним зазором по периметру, знаходиться топкова камера з дверима для завантаження паливом у вигляді тюків соломи із однієї сторони, і отвором в стелі для виходу димових газів з протилежної сторони. Зверху над топковою камерою встановлений 2-х ходовий горизонтальний трубний теплообмінник. Зовні корпусу, в нижній його частині з протилежної дверям сторони, встановлені три вентилятори, один з яких під дією пристрою керування з датчиком температури, встановленим на виході із теплоообмінника, подає повітря в топкову камеру для підтримання процесу горіння, а два други х всмоктують холодне атмосферне повітря і продувають його через порожнину між корпусом і топковою камерою, де воно попередньо нагрівається від контакту з поверхнею топки, яка, в свою чергу, о холоджується. В подальшому, повітря проходить через теплообмінник і, остаточно нагрівшись від контакту з гарячими трубами, поступає споживачеві. З метою безпеки на протилежній дверям стінці топки встановлений вибухорозрядний клапан. Ознаками відомого нагрівача повітря, які збігаються з ознаками теплогенератора, що заявляється, є: топкова камера встановлена в корпусі із зазором; топкова камера з дверима для завантаження палива і вибухорозрядним клапаном; трубний теплообмінник встановлений над топковою камерою в верхній частині корпусу; пристрій керування подачею повітря в зону горіння; повітропроводи подачі повітря в зону горіння в топковій камері; вентилятори для подачі повітря в зону горіння і подачі повітря в міжтрубний простір теплообмінника встановлені зовні корпусу. 5 20285 Відомому нагрівачу повітря присутні недоліки, що перешкоджають одержанню бажаного результату: низька ефективність в результаті нерівномірності спалювання соломи через розташування повітропроводів для підтримання горіння в топці лише у верхній її частині, а також регулювання кількості повітря для горіння за рахунок положення привідної заслінки на всмоктувальному патрубку вентилятора. При цьому кількість повітря не може при необхідності збільшуватись і знаходиться в межах характеристики даного вентилятора з номінальною потужністю; збільшене сажевідкладення на внутрішніх поверхнях трубного блоку, внаслідок горизонтального розташування труб теплообмінника; ускладнений процес очищення від сажних відкладень горизонтального трубного блоку теплообмінника; наявність нерівномірно обдуваємих застійних зон теплообмінника і толочної камери у зв'язку з непрямолінійною їх продувкою, що приводить до перегріву окремих частин теплогенератора і зменшенню терміну експлуатації. Завданням запропонованої корисної моделі є досягнення більш ефективного спалювання палива рослинного походження, стабілізації процесу горіння, а також зниження теплового навантаження на окремі частини конструкції для підвищення коефіцієнту корисної дії і терміну експлуатації, спрощення обслуговування теплообмінника при очищенні трубного блоку від відкладень сажі, підвищення ремонтопридатності. Поставлене завдання вирішується тим, що теплогенератор для нагріву повітря при спалюванні палива рослинного походження, наприклад, соломи, в т.ч. тюкованої, містить теплоізольований корпус, всередині якого розташована топкова камера. Порожнина між корпусом і топковою камерою утворює повітряний канал, форма якого в поперечному перерізі повторює конфігурації корпусу і топкової камери, і який з'єднується з отвором для забору атмосферного повітря, розташованим в нижній частині корпусу, по його периметру, а також через два канали у верхній частині корпусу і колектор - з засмоктувальним патрубком вентилятора подачі нагрітого повітря. Засмоктуване цим вентилятором атмосферне повітря попередньо підігрівається від поверхні топкової камери і одночасно охолоджує її. В подальшому, це повітря нагнітається в міжтрубний простір розташованого над топковою камерою 3-х ходового трубного теплообмінника з вертикальним розташуванням труб, по яким проходять топкові гази. При цьому, передача тепла повітрю розпочинається із першого, найбільш навантаженого тепловою енергією трубного блоку теплообмінника, і тому перегріті металеві поверхні охолоджуються у першу чергу. В цьому випадку відбір тепла відбувається найбільш ефективно і термін експлуатації теплогенератора збільшується. Окрім того, поставлене завдання вирішується тим, що для ефективного і стабільного процесу горіння, у толочну камеру вмонтовано зверху і знизу декілька рядів повітропроводів із змінними і 6 поворотними соплами на кінцях. Таким чином, повітряні потоки максимально рівномірно розподіляються по усьому об'єму топкової камери. Усі повітропроводи зв'язані через колектор з нагнітальним патрубком вентилятора подачі повітря для горіння. При цьому, нижні повітропроводи зв'язані з колектором через електромагнітні затвори. Процес спалювання тюкованої соломи контролюється пристроєм керування, до складу якого входить багатоканальний температурний датчик, розташований у вихідному каналі теплообмінника, та перетворювач частоти обертів асинхронних двигунів, який змінює кількість обертів вентилятора, в залежності від заданих температурних параметрів, тим самим регулюючи кількість повітря, необхідного для стабільного процесу горіння. Паливо, завантажене через двері у передній частині теплогенератора, починає вигорати зверху вниз при подачі повітря у верхні повітропроводи із змінними і поворотними соплами на кінцях, які регулюються залежно від виду рослинного палива. Коли верхній рівень палива, вигораючи, знижується і повітряні потоки перестають досягати поверхні горіння, активність горіння зменшується, що приводить до зниження температури повітря на виході із теплообмінника. При зменшенні температури повітря нижче заданої, багатоканальний температурний датчик дає команду на підвищення частоти обертів двигуна вентилятора, що приводить до збільшення напору і кількості повітря в верхніх повітропроводах, внаслідок чого вигорає кожен наступний шар палива. При зниженні рівня поверхні горіння палива в топці так, що збільшенням подачі повітря через верхні повітропроводи вже неможливо забезпечити стабільність горіння, і температура повітря на виході із теплообмінника продовжує знижуватись, багатоканальний температурний датчик дає команду на включення електромагнітних затворів, які відкривають подачу повітря через сопла нижніх повітропроводів, завдяки чому і допалюються залишки палива. Такий спосіб підтримання процесу горіння дає можливість більш ефективно використовувати паливо, підтримувати стабільність горіння, скоротити кількість завантажень топки паливом, а також отримувати на виході нагріте повітря з мінімальними коливаннями заданої температури. Також, поставлене завдання вирішується тим, що зверху над топковою камерою в верхній частині корпусу встановлений 3-х ходовий вертикальний трубний теплообмінник. Замкнений простір з люками над верхньою частиною трубних блоків теплообмінника створює верхній поворотний канал для топкових газів. Вертикальне розташування трубних блоків сприяє кращому самоочищенню внутрішніх порожнин труб від сажних відкладень. У верхній частині топкової камери розміщена горизонтальна перегородка, виконана в вигляді прямокутної площини, довжина якої менша за довжину топкової камери. Перегородка створює з відбійником полум'я отвір для першочергового спрямування топкових газів до першого, починаючи від завантажувальних дверей, трубного блоку 7 20285 теплообмінника, який продувається повітрям з невисокою температурою, внаслідок чого тепло передається повітрю, в першу чергу, з найбільш теплонавантаженої частини теплообмінника. Площина перегородки утворює з нижньою частиною трубних блоків простір нижнього поворотного каналу для топкових газів, які проходять на вихід із теплообмінника до димової труби послідовно через два інших трубни х блоки. Перегородка виконана пересувною, кромки довших сторін встановлені в направних пазах з можливістю повного висування через відчинені двері топки, що спрощує процес видалення сажі, яка накопичилась при самоочищенні труб в процесі роботи теплогенератора, а також при очищенні теплообмінника від відкладень сажі в процесі його обслуговування. Запропонована корисна модель ілюструється кресленнями: На Фіг.1 показаний поздовжній розріз теплогенератора нагріву повітря при спалюванні рослинного палива, наприклад, тюкованої соломи, на Фіг.2 розріз А-А, на Фіг.3 вид Б зверху на колектор підводу повітря для нагріву. Теплогенератор містить теплоізольований корпус 1, з розташованою всередині топковою камерою 2, з вибухорозрядним клапаном 3 і завантажувальними дверима 4. Зверху над топковою камерою 2 встановлений 3-х ходовий вертикальний трубний теплообмінник 5, міжтрубний простір якого з'єднаний з нагнітаючим патрубком вентилятора 6 подачі нагрітого повітря. Засмоктувальний патрубок вентилятора 6, за допомогою колектора 7, з'єднаний через повітряний канал між корпусом 1 і топковою камерою 2, з отвором для забору атмосферного повітря, розташованим по периметру нижньої частини корпусу 1. Всередині топкової камери 2 розміщені ряди повітропроводів 8 і 9 із змінними, поворотними соплами 10 на кінцях. Повітропроводи 8 і 9 через колектор 11 з'єднані з вентилятором 12 подачі повітря для горіння. Верхній ряд повітропроводів 8 з'єднаний з вентилятором 12 подачі повітря для горіння напряму через колектор 11, а нижній ряд 9 - через електромагнітні затвори 13, які по команді пристрою керування 14 забезпечують подачу повітря в топкову камеру 2 по мірі вигорання палива зверху вниз. Кількість необхідного повітря для забезпечення стабільного горіння регулюється обертами вентилятора 12 і залежить від заданої температури нагрітого повітря на виході з теплообмінника 5, яку контролює багатоканальний температурний датчик 15. Для забезпечення першочергового проходу топкових газів по трубах 3-х ходового теплообмінника 5, починаючи з першого від завантажувальних дверей 4 трубного блоку, у верхній частині топкової камери встановлена пересувна перегородка 16. Очищення теплообмінника 5, в процесі його обслуговування, від відкладень сажі виконується через верхні люки 17. Теплогенератор нагріву повітря при спалю 8 ванні тюкованої соломи працює таким чином: Топкова камера 2, через двері 4, завантажується паливом рослинного походження, наприклад, тюками соломи, яке підпалюються. Двері 4 герметично зачиняються. Через декілька хвилин за допомогою вентилятора 12, через колектор 11, по верхньому ряду повітропроводів 8 через сопла 10 в камеру подається повітря, яке активізує процес горіння. При цьому, заслінки електромагнітних затворів 13 перекривають подачу повітря в нижній ряд повітропроводів 9. Топкові гази віддають своє тепло стінкам топкової камери 2 і, в подальшому, через отвір, створений між відбійником полум'я на дверях 4 топкової камери 2 і пересувною перегородкою 16, заходять в перший, починаючи від дверей, трубний блок 3-х ходового теплообмінника 5, двічі розвертаються, проходячи послідовно через другий і третій блок і виходять в димову трубу, віддаючи своє тепло поверхням труб теплообмінника 5. Вентилятор 6, зв'язаний через колектор 7 і повітряний канал між корпусом 1 і топковою камерою 2 із отвором в нижній частині корпусу 1, засмоктує атмосферне повітря. Повітря попередньо підігрівається від контакту з зовнішньою поверхнею топкової камери 2, і далі нагнітається в міжтрубний простір теплообмінника 5, остаточно знімаючи з нього тепло, починаючи з найбільш теплонавантаженого трубного блоку. На вихідному патрубку теплообмінника 5 встановлений багатоканальний температурний датчик 15, який за допомогою пристрою керування 14, до складу якого входить перетворювач частоти обертів асинхронних двигунів, підтримує задану температур у нагрітого повітря. При зниженні температури повітря оберти вентилятора 12 підвищуються, а при зростанні температури - зменшуються. По мірі вигорання палива, його рівень в топці 2 знижується і настає момент, коли повітряні потоки з верхнього ряду повітропроводів 8 вже не можуть впливати на інтенсивність горіння. Температура знижується нижче заданої, і наступний канал температурного датчика 15 дає команду пристрою керування відкрити за допомогою електромагнітних затворів 13 заслінки нижнього ряду повітропроводів 9, повітряні потоки яких знову активізують інтенсивність горіння і температура повітря, яке нагрівається, знову виходить на задані параметри. Після повного згорання палива двері відчиняються, попіл видаляється і в топкову камеру завантажується нова порція палива. Очищення внутрішніх порожнин трубного блоку теплообмінника від сажних відкладень, в процесі його обслуговування, виконується через верхні люки 17 при повністю висуненій із топкової камери 2 перегородці 16. В аварійних ситуаціях - при накопиченні димових газів в вибухонебезпечній концентрації - в теплогенераторі передбачений вибухорозрядний клапан 3. Експериментальний зразок такого теплогенератора в умовах актуальності альтернативних видів енергоносіїв показав надійність в роботі. 9 20285 10 11 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 20285 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601