Газогенераторна рідиногрійна установка попова

1. Газогенераторна рідиногрійна установка, яка містить газогенератор з вертикальною шахтою, бункер з герметичним завантажувальним люком, встановлений над вертикальною шахтою, колосникову решітку, встановлену в нижній частині шахти, піддувало, виконане під колосниковою решіткою, отвір для природного дуття, який сполучає піддувало з зовнішнім середовищем, засіб для розпалювання генератора, котел, який містить в своїй нижній частині камеру горіння газу і має засіб відбору теплоти у вигляді водяної сорочки з патрубками для підводу і відводу рідини, газопідвідний засіб, який сполучає газогенератор з котлом, і патрубок для виведення летких продуктів згоряння, розташований в верхній частині котла, димохід, встановлений на патрубку, яка відрізняється тим, що вона додатково містить засіб подання дуття в камеру горіння газу, виконаний у вигляді принаймні однієї труби, розташованої похило, вихідний кінець якої спрямований поперек напрямку потоку газу з газопідвідного отвору, котел розташований впритул до газогенератора і має з ним спільну стінку, водяна сорочка, виконана на стінках котла і шахти газогенератора, частина нижньої частини шахти генератора, розташована між котлом і піддувалом, об'єднана з камерою горіння газу, при цьому над зазначеною частиною виконаний засіб відтворення газу, колосникова решітка і засіб відтворення газу встановлені на опорах з водяною сорочкою, при цьому водяні сорочки опор з’єднані з водяною сорочкою на стінках газогенератора, засіб для розпалювання газогенератора виконаний у вигляді отвору з герметичними дверцятами, утвореного в стінці газогенератора над колосниковою решіткою, а газопідвідний засіб виконаний у вигляді отвору в стінці між котлом і газогенератором, розташованого на рівні засобу відтворення газу. 2. Установка за п.1, яка відрізняється тим, що засіб відтворення газу виконаний у вигляді додаткової решітки. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до галузі теплоенергетики невеликої потужності, зокрема, до генераторних водогрійних установок для отримання тепла шляхом газифікації відходів деревообробної промисловості чи будь-яких сипких відходів круп'яної чи борошномельної промисловості. Корисна модель може бути застосована в системах опалення та теплозабезпечення великих індивідуальних або малоквартирних будинків для їх цілодобового безупинного обігрівання протягом всього опалювального сезону без застосування електроенергії чи інших допоміжних засобів при відсутності газопостачання чи централізованого теплозабезпечення, а також для утилізації відходів. У разі необхідності може працювати в режимі котла на твердому паливі. Слід сказати, що використовувані у описі суті корисної моделі поняття "вода" та "водяна сорочка" мають більш широкий зміст, ніж при загальновживаному використанні, а саме: "вода" - це будьяка рідина, яка використовується в системах теплопостачання як теплоносій, "водяна сорочка" - це порожнина, яка охоплює елементи конструкції, що піддаються сильному нагріванню, і в якій циркулює охолоджувальна вода або будь-яка інша рідина. На сьогодні проблема відсутності дешевого пального, з одного боку, та проблема утилізації відходів деревообробної промисловості - тирси, стружки, щепи, з іншого боку, стоять досить гостро. Тому відомо багато конструкцій газогенераторних установок для газифікації відходів деревини, утилізаторів відходів, таких як, наприклад, описані в патентах України №№41451, МПК С10J3/06, 2001, 63314, МПК С10J3/02, 2004, патентах РФ на винахід №№2036222, МПК С10J3/02, 3/22, 1995, 2145628, МПК С10J3/20, 2000р. Відомо багато конструкцій котлів, які працюють на відходах деревообробної промисловості, як, наприклад, розкриті в патентах України №32326, F23В1/38, 2000р., №35459, F24Н1/10, 2001р., патентах РФ №2092743, МПК F24Н1/00, 1/08, 1997р., №2158388, F23В1/12, 2000р., № 2174648, F23В1/38, 2001р., №2176359, F23В1/12, 2000р. Відомі газогенераторні установки, зазвичай, громіздкі, складні за конструкцією. Вони забезпечують отримання газу, який охолоджується і далі подається в котли, де спалюється і нагріває теплоносій. Таке виконання недостатньо ефективне. Ще одним суттєвим недоліком відомих конструкцій є їх фактична непридатність для використання палива у вигляді дрібних сипких відходів. Добре працюють відомі газогенераторні установки тільки на рідкому або твердому шматковому паливі. Спалювання сипких відходів, які залягають щільним шаром, ускладнює створення умов для подання повітря в зону горіння. Конструктивне виконання котельних установок теж дуже різноманітне. Відомі конструкції котельних установок та котли-утилізатори, які містять 3511 4 котел (зазвичай, вертикально розташований) з місткістю для нагрівання теплоносія, камерою згоряння, зольною камерою, розташованою під камерою згоряння. Місткість для нагрівання теплоносія у відомих конструкціях котельних установок буває виконана у вигляді окремої камери, або має вигляд водяної сорочки, яка охоплює камеру згоряння. Відомі котельні установки, в яких нагрівання теплоносія відбувається у окремій камері та додатково у водяній сорочці. Деякі котли для збільшення ефективності спалюваного палива мають камеру допалювання, деякі для цієї ж мети мають примусове дуття і регулятори горіння. Але всі зазначені котельні установки потребують постійного обслуговування і не можуть як пальне використовувати дрібні відходи, такі як тирса, лушпиння, костриця, тобто відходи, які в зоні горіння залягають суцільною масою, майже не пропускають повітря, блокуючи тягу між витяжною трубою і піддувалом. Для усунення цього недоліку в патенті України №32326 запропоновано зробити отвір в центральній частині дна корпуса, завантажувальний отвір виконати співвісно зазначеному отвору, а паливо завантажувати в попередньо утворену касету. При наповненні касети запропоновано формувати вертикальний наскрізний канал, співвісний отворам в корпусі установки. Описана конструкція котла газогенераторного типу малоефективна і складна в обслуговуванні. Касета, навантажена відходами, має велику вагу, відтак, завантажувати її в котел важко, перед завантаженням слід очистити камеру котла від продуктів згоряння та остудити її, що призводить до марних витрат тепла. Якщо котел гарячий, касету з паливом завантажити практично неможливо. Зазвичай, всі відомі газогенераторні нагрівні установки, залежно від розташування і спрямування зон процесів газифікації, поділяються на установки з прямим, перевернутим і горизонтальним процесами газифікації. Вищеописане виконання котла газогенераторного типу віднесене до пристроїв з прямим процесом газифікації. Найближчим з аналогів до корисної моделі, що заявляється, є побутова водогрійна газогенераторна установка з прямим процесом газифікації, яка містить газогенератор з вертикальною шахтою і котел. Над вертикальною шахтою газогенератора встановлений бункер з герметичним завантажувальним люком. В нижній частині шахти встановлена колосникова решітка. Під колосниковою решіткою виконані піддувало і отвір для природного дуття, який сполучає піддувало з зовнішнім середовищем. Засіб для розпалювання генератора виконаний у вигляді кільцеподібної ємності з гнотом, яка сполучена з ємністю для рідкого палива. Газогенератор віддалений від котла і сполучений з ним газопідвідним засобом у вигляді трубопроводу з клапанами. Котел містить в своїй нижній частині камеру горіння газу і має засіб відбору теплоти у 5 3511 6 вигляді водяної сорочки з патрубками для підводу котла, патрубок для виведення летучих продукі відводу води, патрубок для виведення летучих тів. Газогенератор сполучений газопідвідним засопродуктів згоряння, розташований в верхній часбом з камерою горіння газу, а патрубок для виветині котла, димохід, встановлений на патрубку. дення летучи х продуктів згоряння розташований в Установка може працювати тільки на твердому верхній частині котла. На патрубку встановлений кусковому паливі і непридатна для використання димохід. сипкого палива через недосконалість системи Відповідно до корисної моделі, установка тарозпалювання та конструктивного виконання шахкож додатково містить засіб подання дуття в камети газогенератора, в яких відсутнє забезпечення ру горіння газу, виконаний у вигляді, принаймні, повітрям надрешіткової зони, де має відбуватись однієї труби, розташованої похило, ви хідний кінець горіння тирси. Тирса, що залягла суцільним пласякої спрямований поперек напрямку потоку газу з том в надрешітковій зоні, не пропускає повітря, і газопідвідного отвору. Котел розташований вприце спричиняє затухання газогенератора. Крім того, тул до газогенератора і має з ним спільну стінку, газогенераторна установка-прототип недостатньо водяна сорочка виконана на стінках шахти газогеефективна. Гарячі гази надходять по трубі до котнератора. Колосникова решітка встановлена на ла, що розташований на значній відстані від газоопорах, що містять водяну сорочку, при цьому вогенераторної установки, непродуктивно втрачаючи дяні сорочки опор поєднані з водяною сорочкою на по дорозі тепло. До того ж описана конструкція стінках котла і газогенератора. Засіб для розпалюнедостатньо надійна. Накопичення газу при затування газогенератора виконаний у вигляді отвору ханні процесу горіння в камері горіння може приз герметичними дверцятами, утвореного в стінці звести до вибуху або отр уєння газом. газогенератора над колосниковою решіткою, а В основу корисної моделі поставлена задача газопідвідний засіб виконаний у вигляді отвору в створити таку газогенераторну рідиногрійну устастінці між котлом і газогенератором. Частина нижновку, в якій, шляхом вдосконалення взаємного ньої частини шахти генератора, розташована між розташування основних складових її частин та котлом і піддувалом, об'єднана з камерою горіння вдосконалення засобу подання дуття в камеру газу, при цьому над зазначеною частиною виконагоріння газу, а також утворення додаткового засоний засіб відтворення газу. Засіб відтворення газу бу відтворення газу, досягають розвитку трьох може бути виконаний як продовження колосниковидів газифікації в газогенераторі та котлі, і за равої решітки, що має довжину, більшу за довжину хунок цього досягають можливості повного згорянпіддувала, і її частина розташована над частиною ня в установці сипких відходів та будь-якого низьшахти генератора, що об'єднана з камерою горінкозольного палива при збільшенні часу ня газу. Засіб відтворення газу може також бути безперервного горіння, яке не потребує частого виконаний у вигляді додаткової решітки або будьзавантаження палива в шахту газогенератора. якої поверхні, встановленої поруч з колосниковою Установка потребує завантажування палива 1 решіткою. Засіб відтворення газу, як і колосникова раз на добу. Крім того, в установці, що заявляєтьрешітка, встановлений на опорах з водяною сорося, створенням розвинутої системи тепловідводу чкою. Поверхня засобу відтворення газу може бупідвищена ефективність відведення тепла для ти утворена як водяна сорочка. У будь-якому винагрівання рідини. Повне згоряння палива призвоконанні водяні сорочки опор засобу відтворення дить до підвищення екологічної чистоти відвідних газу поєднані з водяною сорочкою на стінках газогазів і самоочищення установки, а додаткове охогенератора, а газопідвідний засіб розташований на лодження вузлів газогенератора збільшує довговірівні засобу відтворення газу. чність її роботи. Виконання водяної сорочки на стінках газогеПідвищення ефективності тепломасообміну нератора та розташування газогенератора впризбільшує ККД установки, для якої ефективності тул до котла зменшує даремні витрати тепла, визгоряння 20 кілограмів тирси достатньо для безключає можливість отруєння та вибуху і сприяє перервного обігріву одноквартирного двоповерхопідсиханню сипкого палива. Завантажена тирса вого приміщення протягом доби. підсушується в верхній частині шахти, розігріваюПаливо в установці, що заявляється, згоряє чись під дією теплоти газів, що піднімаються догоодразу після його утворення, що зводить до мініри, та за рахунок теплоти нагрітого теплоносія в муму небезпеку вибуху чи отруєння газом. водяній сорочці. З тирси випаровується волога, Поставлена задача вирішена так вона зменшується у об'ємі і зсувається донизу. Газогенераторна рідиногрійна установка, як і Температура в вер хній частині шахти працюючого відома установка, містять газогенератор з вертигазогенератора становить 150-200°С. В серединкальною шахтою, і котел, який має засіб відбору ній частині газогенератора підсушене паливо підтеплоти у вигляді водяної сорочки з патрубками лягає сухій перегонці, тобто нагріванню при темдля підводу і відводу рідини - теплоносія. Над верпературах 300-500°С без доступу повітря. Паливо тикальною шахтою газогенератора встановлений звуглюється, з нього відгоняться у газоподібному бункер з герметичним завантажувальним люком. В вигляді смоли, кислоти та інші продукти сухої пенижній частині шахти встановлена колосникова регонки. Звуглене паливо, потрапивши на колосрешітка, під колосниковою решіткою виконане підникову решітку, починає горіти при наявності кисдувало. Отвір для природного дуття, виконаний в ню з повітря, яке потрапляє в надрешіткову зону з газогенераторі, сполучає піддувало з зовнішнім піддувала. В надрешітковій зоні йде поступове середовищем. Установка містить також засіб для наростаюче тепловиділення. Температура в цій розпалювання генератора, газопідвідний засіб, зоні сягає 1100-1300°С. У зоні горіння виділяється камеру горіння газу, виконану в нижній частині корисна теплота в результаті окисних реакцій 7 С + О2 ® СО2 . Однак, при високих температурах шару, у вер хній його зоні здійснюються зворотні відбудовні ендотермічні реакції, що протікають з поглинанням теплоти, відповідно до рівняння СО2 + С ® 2СО. Відбуваються процеси сухого розкладу. Утворюється оксид вуглецю - пальний газ, що має досить високу теплоту згоряння. Пальний газ у суміші з вуглекислим газом та іншими газами, що утворились від розкладу домішок, утворює так званий газогенераторний газ, який частково горить в шахті газогенератора, а частково втягується через газопідвідний отвір в камеру горіння газу котла і там згоряє. Завдяки термосифонній тязі, яка створюється завдяки похилому встановленню труб засобу подання дуття в камеру горіння газу, в камеру всмоктується саме така кількість повітря, яка потрібна для згоряння газогенераторного газу. Разом з газом в камеру згоряння втягуються частки обвугленої тирси, яка є джерелом вуглецю на дні камери згоряння. СО2, змішуючись з вуглецем, при температурі 900-1100°С знову утворює пальний газ за вищенаведеною формулою: СО2 + С ® 2СО. Відбувається процес відновлення газу, який знову ж таки згоряє в камері згоряння газу з виділенням великої кількості тепла. Таким чином в газогенераторній рідиногрійній установці утворені пряма і горизонтальна зони газифікації. Завдяки виконанню додаткового засобу відтворення газу в нижній частині шахти газогенератора, досягнено утворення третьої, перевернутої, зони газифікації, при якій потік газів спрямований зверху вниз і вихід газу відбувається знизу. Засіб подання дуття в камеру горіння газу має бути встановлений під кутом 25-75°. При кутах, менших за 25°, або більших за 75° термосифонна тяга слаба і кількості повітря в зоні горіння газу буває недостатнім. Переважним, при цьому, є встановлення засобу подання дуття в камеру горіння газу під кутом 45°. Переважним є виконання установки, в якій стінки газогенератора, котла та опори решіток виконані у вигляді металевих камер, заповнених водою, при цьому камери газогенератора і котла сполучені між собою послідовно, а камери опор решіток сполучені паралельно з камерами протилежних стінок газогенератора. Особливо ефективним є виконання газогенераторної рідиногрійної установки, всередині котла якої розташовані додаткові труби, установлені паралельно одна одній, похило під кутом 25-75° поперек потоку газу від газопідвідного засобу і камери горіння газу, кінці яких поєднані з водяною сорочкою протилежних стінок котла. Вода в трубах нагрівається під дією гарячих газових потоків. Похиле розташування труб створює підвищену термосифонну тягу і винесення тепла з камери згоряння. Найбільш ефективним є розташування труб під кутом 45°. При такому розташуванні охоплення труб гарячим газом та термосифонна тяга гарячого теплоносія в тр убах максимальні за рахунок "набігання" газового потоку на труби і "ковзання" по них. Установка, що заявляється, може працювати як котел на будь-якому твердому паливі, 3511 8 наприклад, вугілля, торф, тощо без запускання газогенератора. Для цього в котлі утворена камера згоряння твердого палива та кріпильні засоби, виконані під зазначеною камерою для встановлення на них решітки для твердого кускового палива, при цьому в стінці котла над кріпильними засобами і під ними, відповідно, утворені герметичний отвір для завантаження палива і герметичний отвір, що використовується як піддувало при використанні котла у режимі топки. Димохід газогенераторної водогрійної установки, при цьому, містить герметично закритий отвір для прочищання сажі. Для кращого горіння в шахті газогенератора встановлений каталізатор горіння у вигляді чавунної товстостінної термостійкої труби. Для утворення горючих газів, які утворюються при розкладі при високій температурі пари за формулою: Н2О ® Н2 О2 , в придонній частині котла утворена камера, над якою в стінці котла утворений герметичний отвір для дозованого подання в камеру води. Конструктивне виконання заявленої корисної моделі ілюструється кресленням, на якому наведено переріз газогенераторної водогрійної установки. Слід зазначити, що креслення, як і наведений нижче приклад конкретного виконання корисної моделі, що заявляється, тільки пояснюють її суть, ніякою мірою не обмежуючи обсяг прав, визначений формулою. Газогенераторна водогрійна установка містить газогенератор 1 і котел 2. Котел 2 розташований впритул до газогенератора і має з ним спільну стінку. Стінки газогенератора і котла виконані у вигляді камер 3 водяної сорочки, наповнених рідиною, наприклад, водою. Газогенератор має вертикальну шахту 4. Над вертикальною шахтою встановлений бункер 5 для завантаження палива і люк для завантаження палива з герметичною кришкою 6. Висота ша хти залежить від потреби часу горіння установки без завантаження паливом. В нижній частині шахти 4 встановлена колосникова решітка 7. Під колосниковою решіткою виконано піддувало 8 з отвором 9, який сполучає піддувало з зовнішнім середовищем. Для розпалювання газогенератора в стінці шахти 4 виконаний засіб для розпалювання у вигляді отвору з герметичними дверцями 10, що розташований над колосниковою решіткою 7. В камері на одному рівні з решіткою 7 між решіткою і котлом виконана додаткова колосникова решітка 11. Решітка 7 і додаткова решітка 11 встановлені на опорах 12 і 13, які виконані у вигляді металевих камер водяної сорочки. Опори 12 і 13 поєднані з камерами 3 водяної сорочки газогенератора 1 і котла 2. При цьому камери 3 водяної сорочки газогенератора і котла сполучені між собою послідовно, а камери опор 12 і 13 решіток сполучені паралельно з камерами протилежних стінок-камер 3 газогенератора. В нижній частині котла виконана камера 14 горіння газу. Частина нижньої частини шахти 4, над якою встановлена додаткова решітка 11, сполучені з камерою 14 горіння газу. Ша хта 4 і котел 2 сполучені між собою газопідвідним засобом у вигляді отвору 15, виконаного в стінці між котлом і газогенератором над колосниковими решітками 7 та 11. Всередині котла розташовані додаткові труби 16, 9 3511 10 встановлені похило під кутом 45° і паралельно згорянні СО2, змішуючись з обвугленою тирсою, одна одній поперек потоку газу з газопідвідного збагачується на додатковій решітці 11. На решітці отвору 15 і камери 14 горіння газу в сторону димо11 утворюється CO від розкладу тирси та інші гоходу (на кресленні не показаний). Кінці труб 16 рючі суміші. Гази, що утворились на решітці 11 поєднані з водяною сорочкою протилежних стін через газопідвідний отвір 15 потрапляють в камеру котла. В стінці установки, наприклад, в стінці газо14 згоряння газу. Вони згоряють в камері згоряння генератора, виконаний засіб подання дуття в каі на шляху до неї. Від згоряння газу в камері згомеру горіння газу, що має вигляд труб 17, розтаряння утворюється вакуум, що спонукає до засмошованих похило, ви хідні кінці яких спрямовані ктування повітря через труби 16. Таким чином поперек напрямку потоку газу з газопідвідного здійснюється саморегульоване подання кисню в отвору 15. Для виведення продуктів згоряння в камеру згоряння газу і шахту газогенератора. Проверхній частині котла розташований патрубок 18 цес горіння газу порівняно легко підтримується при для встановлення на ньому димоходу (на креспостійній наявності повітря. Таким чином в устаноленні не показаний). вці утворюються три види горіння: згоряння тирси, В частині котла між отвором 15 і трубами 16 яке розповсюджується знизу догори, горизонтальвиконана камера 19 згоряння твердого палива. Під не горіння газу на шляху в камеру згоряння газу і камерою 19 розташовані кріпильні засоби 20 для перевернуте горіння газу, який опускається через встановлення на них решітки для твердого кускощілини решітки 11 в камеру згоряння газу. Завдяки вого палива. В стінці котла над решіткою і під рецьому створюється стаціонарний режим горіння, шіткою, відповідно, утворені герметичний отвір який дозволяє звести до мінімуму втрати теплоти з для завантаження палива і герметичний отвір, що газами, що ви ходять через димохід, і домогтися використовується як піддувало при використанні роботи установки з високим ККД. Температура в котла у режимі топки (на кресленні не показані). камері горіння газу підіймається до 1100-1300°. Димохід котла містить герметично закритий отвір Теплота від газів, що згоріли, та від язиків полум'я для прочищання сажі (на кресленні не показаний). газів, що горять, охоплює додаткові труби 17, наДля інтенсифікації процесу горіння в шахті газогеповнені водою. Вода в трубах нагрівається. За нератора встановлений каталізатор горіння у вирахунок встановлення труб під кутом 45° вода по гляді чавунної товстостінної термостійкої труби (на перерізу труби нагрівається ефективніше за рахукресленні не показана). В стінці котла утворений нок кращого охоплення труб потоками теплих гагерметичний отвір 21 для дозованого подання в зів. Таким чином створюється додаткова термокамеру води. сифонна тяга води в трубах 17. Вода з труб Працює газогенераторна водогрійна установка піднімається догори, потрапляє до верхньої частитаким чином ни камер 3 котла і далі по трубах в мережу теплоВідкривають дверці 10, закладають на попепостачання до засобів відбирання тепла, наприредньо прочищену решітку 7 легкозаймисте паликлад, терморадіаторів. Каталізатор додатково во, наприклад, щепу та дрова. Підпалюють щепу і подає газ в камеру горіння газу, чим ще більше закривають дверці 10. Піддувало 9 теж поперестабілізує процес горіння. Поданням в камеру водньо прочищене. Повітря через піддувало та колоди через герметичний отвір 21 досягають розкладу сникову решітку потрапляє в камеру шахти. Дрова води в камері горіння газу на Н2O2, який теж згоряє починають горіти. Як дрова добре розгоряться і в камері згоряння газу. з'явиться жар, поступово завантажують паливо Установка може працювати не тільки на сипчерез люк з герметичною кришкою 6 і закривають кому паливі, а й на однорідних грубих відходах кришку 6. Температура на поверхні в зоні над редеревини. Для цього замість бункера над газогешіткою 7 досягає на початку горіння 500-700°. Нанератором встановлюють термостійку кришку. гріваються стінки 3 шахти 4 газогенератора, гріЗавантажують у шахту паливо і запускають газогеються опори 12 та 13 решітки 7. Нагрівається вода нератор описаним вище способом. У цьому випадв камерах стінок і опор. Тепла вода підіймається ку газогенератор слід завантажувати частіше. догори, її місце займає охолоджена вода з теплоУстановка може також бути використана без магістралі. Вода, яка піднялась в верхню частину запускання газогенератора. У цьому випадку викамери 3 шахти прогріває і підсушує завантажену чищають газогенератор від палива, на кріпильні тирсу. Тирса, вси хаючи, просувається по стінках засоби 20 встановлюють решітку для твердого шахти донизу, не залипаючи на стінках і не забипалива. Завантажують через отвір в стінці котла ваючи прохід. В надрешітковій зоні решітки 7 іде над решіткою тверде паливо, наприклад, спочатку процес горіння, який супроводжується утворенням дрова, а потім, вугілля. Вугілля при згорянні видіСO2. Теплота від палива, що згоряє, передається ляє тепло, яке нагріває труби 17 з водою. Нагріта в верхні шари палива, де доступ кисню обмежевода далі використовується за призначенням. Виний. Тирса обвуглюється. При цьому виділяється чищають золу через той же герметичний отвір та утворюються супутні гази, які втягуються в камеру герметичний отвір в піддувалі. горіння газу і там згоряють. Утворений при 11 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 3511 Підписне 12 Тираж 37 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