Піролізний твердопаливний апарат

Реферат: Піролізний твердопаливний апарат для високотемпературного піролізу містить завантажувальну камеру із засобами завантаження палива, камеру допалювання піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між завантажувальною камерою і камерою допалювання піролізного газу, засоби примусового подання первинного повітря та вторинного повітря, полум'яуловлювач, систему управління та теплообмінник. Між засобом примусової подачі вторинного повітря та пальниковим пристроєм встановлений засіб генерації озону. Пальниковий пристрій має відповідні канали, через які подається вторинне повітря, збагачене озоном, в камері допалювання піролізного газу розташований полум'яуловлювач, який має принаймні дві вертикальні стінки, які простираються до пальникового пристрою та змикаються з ним. Пальниковий пристрій та полум'яуловлювач мають відповідно знизу та зверху принаймні по одній напівкруглій канавці, які сполучаються одна з одною, утворюючі принаймні один канал, який з'єднає зону допалювання піролізного газу з зоною теплообмінника. UA 101274 U (54) ПІРОЛІЗНИЙ ТВЕРДОПАЛИВНИЙ АПАРАТ UA 101274 U UA 101274 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетики та утилізації промислового та побутового сміття, а саме до піролізних апаратів та способу переробки органовмісної сировини в цих апаратах і може знайти застосування в теплоенергетиці, комунальному і сільському господарстві, лісопереробній, хімічній, швейній, автотранспортній та інших галузях промисловості, а також знайти застосування для обігріву житлових і промислових приміщень та постачання гарячої води для побутових цілей. Піролізні твердопаливні апарати є альтернативою твердопаливним апаратам з традиційною схемою спалювання палива. В основу роботи піролізного апарата поставлений принцип піролізу (або сухої перегонки) твердого органічного палива, наприклад деревини, вугілля тощо з отриманням так званого піролізного газу з подальшим його спалюванням. Піроліз твердого палива відбувається при температурі 200-900 °C в умовах недоліку кисню. Процес цей екзотермічний, тобто йде з виділенням тепла, за рахунок чого поліпшується прогрівання і підсушування палива в апараті і відбувається підігрів повітря, що надходить в зону горіння. В умовах піролізу тверде паливо розкладається на летючу частину - піролізний газ і твердий залишок - золу. Склад піролізного газу багатокомпонентний і складний. Летючі (парогазова суміш) складаються з газів, які є з'єднаннями вуглецю, водню, кисню (СО, СO2, СН4, С2Н4, N2, О2, Н2), пари смол, оцтової кислоти СН3СООН), води та ін. Відомі твердопаливні апарати, в основу роботи яких поставлений принцип піролізу твердого палива з утворенням генераторного газу для подальшого його спалювання. При цьому змішування генераторного газу з киснем повітря при високій температурі викликає процес горіння цього газу з отриманням теплової енергії. При цьому процесом горіння генераторного газу можливо управляти за рахунок контролювання подачі повітря у апарат. Тому контролювання процесу подачі повітря в апарат для управління процесом горіння генераторного газу є важливим при розробці апаратів. Крім того, важливим є підвищення у таких апаратах ефективності процесу та повноти згоряння твердого палива. Не менш важливим є вдосконалення процесу теплообміну між продуктами згоряння палива та поверхнями нагрівання теплоносія, наприклад, води, масла, тощо. З рівня техніки відомий піролізний твердопаливний котел, що містить піролізну камеру із засобами завантаження палива і подачі первинного повітря, камеру згоряння піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений у верхній частині піролізної камери і обладнаний засобами регульованої подачі вторинного повітря, вентилятор як засіб примусової подачі повітря в піролізну камеру і в пальниковий пристрій, а також засоби утилізації тепла продуктів згоряння у вигляді жаротрубного апарата (патент України на винахід № 94800). Ще відомий котел, що містить корпус, камеру згоряння палива та камеру догоряння, оснащену інжекторами подачі вторинного повітря, горизонтальну перегородку, піддувало з регулятором подачі повітря, патрубки відведення продуктів згорання і димохід. При цьому додатково до регулятора подачі вторинного повітря апарат додатково оснащено вентилятором (патент України на корисну модель № 52268). Недоліком усіх апаратів є неефективне спалювання палива з низьким ККД та високими шкідливими викидами в довкілля при використанні різноманітних видів органічного палива. Робота усіх апаратів залежить від палива, які не можуть ефективно працювати на всіх видах органічного палива, а також використовуватися як утилізатор різноманітних органічних відходів. Задачею корисної моделі є удосконалення піролізного твердопаливного апарата, в якому за рахунок запропонованого виконання конструктивних елементів та їх розташування забезпечується підвищення ефективності та інтенсивності згоряння палива, можливість використовувати різні види органічного палива, промислових та побутових відходів, автомобільних шин тощо, а також зменшення шкідливих викидів в довкілля за рахунок стабільності і повноти згоряння палива незалежно від його виду і стану. Поставлена задача вирішується запропонованим піролізним твердопаливним апаратом для високотемпературного піролізу, що містить завантажувальну камеру із засобами завантаження палива, камеру догоряння піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між завантажувальною камерою і камерою догоряння піролізного газу, полум'яуловлювач, систему управління та теплообмінник, причому має засоби роздільного примусового подання первинного повітря та вторинного повітря, між засобом примусової подачі вторинного повітря та пальниковим пристроєм встановлений засіб генерації озону, пальниковий пристрій має принаймні один вигнутий відповідний канал, через який подається вторинне повітря, збагачене озоном, в камері догоряння піролізного газу розташований полум'яуловлювач, який має принаймні дві вертикальні стінки, які простираються до пальникового пристрою та змикаються з ним, причому пальниковий пристрій має знизу, а полум'яуловлювач має зверху принаймні по 1 UA 101274 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одній напівкруглій канавці, які сполучаються одна з одною, утворюючі принаймні один канал, який з'єднає зону догоряння піролізного газу із зоною теплообмінника. Додатково принаймні нижня частина завантажувальної камери може бути закрита футерувальним матеріалом. За цією корисною моделлю пальниковий пристрій та/або полум'яуловлювач можуть бути виконані з футерувального матеріалу. Корпус апарата додатково зовні можна вкрити теплоізоляційним матеріалом. Корисна модель пояснюється, але не обмежується наступними кресленнями: на Фіг. 1 - наведений поперечний розріз піролізного твердопаливного апарата, повздовжній розріз спереду; на Фіг. 2 - наведений вигляд збоку пальникового пристрою. на Фіг. 3 - наведений поперечного розріз пальникового пристрою А-А. на Фіг. 4 - наведений вигляд спереду полум'яуловлювача. на Фіг. 5 - наведений вигляд збоку полум'яуловлювача. Піролізний твердопаливний апарат високотемпературного піролізу /див. Фіг. 1/, що містить корпус 1, завантажувальну камеру 2 із засобами завантаження палива, камеру догоряння піролізного газу 3, пальниковий пристрій 4, встановлений між завантажувальною камерою 2 і камерою 3 догоряння піролізного газу, засоби роздільного примусового подання первинного повітря 5 та вторинного повітря 6, полум'яуловлювач 7 та теплообмінник, між засобом примусової подачі вторинного повітря 6 та пальниковим пристроєм 4 встановлений засіб генерації озону 8, причому пальниковий пристрій 4 має принаймні один відповідний канал 9, через який подається вторинне повітря, збагачене озоном, в камері 3 догоряння піролізного газу розташований полум'яуловлювач 7, який має принаймні дві вертикальні стінки, які простираються до пальникового пристрою 4 та змикаються з ним, пальниковий пристрій 4 має знизу принаймні одну напівкруглу канавку 10, а полум'яуловлювач має зверху принаймні одну напівкруглу канавку 11, ці канавки при змиканні пальникового пристрою 4 та полум'яуловлювача 7 сполучаються одна з одною, утворюючі принаймні один канал, який з'єднує зону догоряння піролізного газу з зоною теплообмінника. Піролізний твердопаливний апарат працює таким чином. Через засоби завантаження палива в завантажувальну камеру 2 закладають і запалюють стартове паливо в режимі прямого горіння, наприклад, дрова, причому може відбуватися як природний доступ повітря так і нагнітання в зону горіння первинного повітря. Після розпалювання палива до жару та прогріву камери 2 закладають основне паливо, закривають камеру, а апарат переводять в режим піролізу палива. У процесі горіння паливо газифікується, перетворюючись у піролізний газ, який, проходить через пальниковий пристрій 4. Одночасно за допомогою засобу 6 подання вторинного повітря та через відповідні канали 9 пальникового пристрою 4 в зону догоряння 3 подається вторинне повітря, яке збагачене озоном завдяки засобу генерації озону 8. Після чого піролізний газ догорає всередині полум'яуловлювача 7 камери догоряння генераторного газу 3. Продукти згоряння піролізного газу через канали, які утворені завдяки суміщенню напівкруглих канавок 10 та 11 відповідно пальникового пристрою 4 та полум'яуловлювача 7, проходять в зону теплообмінника, максимально віддаючи тепло та далі у димохід. Первинне та вторинне повітря подаються в апарат окремими засобами нагнітання повітря. Таке рішення дозволяє забезпечуючи оптимальний режим керування піролізом в камері 2, досягаючи максимального повного піролізу незалежно від типу та складу палива, а також процесом догоряння пілорізного газу з пальникового пристрою 4. Додавання озону у вторинне повітря, яке подається через канали 9 пальникового пристрою 4 в ядро полум'я пілорізного газу, забезпечує максимальне згоряння пілорізного газу при температурі 1200-1800 °C, незалежно від його кількості та складу. В процесі горіння та піролізу палива в нижній частині завантажувальної камери 2 утворюється шар горіння палива з температурою 850-1100 °C. Нагнітання первинного повітря та часткове попадання вторинного повітря, збагаченого озоном, в зазначений шар сприяє ефективному горінню та піролізу палива незалежно від його виду та стану. Управління оптимальним режимом апарата здійснюється шляхом контролю за температурою горіння, швидкістю повітря та складом вихідних газів відповідними датчиками (не показані), регулювання витрат первинного повітря в піролізну камеру 2 та вторинного повітря в пальниковий пристрій 4, а також регулюванням дуттям повітря в нижній пористий шар горіння палива в піролізні камері 2. Процес управління може бути автоматизованим з улаштуванням зазначених датчиків та системи управління за відомими алгоритмами. 2 UA 101274 U 5 10 15 Паливом може служити дерево (дрова, обрізки), відходи деревини (тріска, стружка, тирса), пелети, брикети тирси, куски пластикових матеріалів, автомобільні шини та інше органічне паливо. Для фахівця в цей галузі техніки є очевидним, що з цим апаратом може використовуватися теплообмінники будь-якого типу, наприклад, трубчатий, пластинчатий, конденсаційний тощо, з будь-якою конструкційними особливостями засобів подавання гарячих продуктів догоряння піролізного газу. Пальниковий пристрій та полум'яуловлювач такої конструкції виконують роль розподільника, завдяки чому потік продуктів догоряння піролізного газу рівномірно подається на теплообмінник, таким чином запобігають точковий контакт з теплообмінником, що значно підвищує термін його експлуатації. Зазначені конструктивні особливості піролізного твердопаливного апарата забезпечують підвищення ККД, підвищення ефективності та інтенсивності процесу теплообміну між теплообмінником і продуктами згоряння палива та покращується можливість регулювання потужності апарата та зменшення шкідливих викидів в атмосферу незалежно від виду та стану палива. Тобто апарат може ефективно працювати на любих видах органічного палива, а також використовуватися як утилізатор різноманітних органічних відходів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Піролізний твердопаливний апарат для високотемпературного піролізу, що містить завантажувальну камеру із засобами завантаження палива, камеру допалювання піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між завантажувальною камерою і камерою допалювання піролізного газу, засоби примусового подання первинного повітря та вторинного повітря, полум'яуловлювач, систему управління та теплообмінник, який відрізняється тим, що між засобом примусової подачі вторинного повітря та пальниковим пристроєм встановлений засіб генерації озону, причому пальниковий пристрій має відповідні канали, через які подається вторинне повітря, збагачене озоном, в камері допалювання піролізного газу розташований полум'яуловлювач, який має принаймні дві вертикальні стінки, які простираються до пальникового пристрою та змикаються з ним, причому пальниковий пристрій та полум'яуловлювач мають відповідно знизу та зверху принаймні по одній напівкруглій канавці, які сполучаються одна з одною, утворюючі принаймні один канал, який з'єднає зону допалювання піролізного газу з зоною теплообмінника. 2. Апарат за п. 1, який відрізняється тим, що принаймні нижня частина завантажувальної камери закрита футерувальним матеріалом. 3. Апарат за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що пальниковий пристрій та/або полум'яуловлювач виконані з футерувального матеріалу. 4. Апарат за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що корпус зовні додатково вкритий теплоізоляційним матеріалом. 3 UA 101274 U 4 UA 101274 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 5