Спосіб отримання теплової енергії і конструкція генератора теплової енергії з двома зонами піролізу професора шушлякова о.в

Реферат: Спосіб спалювання твердого палива, відповідно до якого витрата дуттьового повітря регулюється автоматично, а дуттьове повітря нагрівається вище температури піролізу палива і подається на шар палива за схемою згори - донизу, а продукти згоряння палива також видаляються згори - донизу. Такий спосіб отримання теплової енергії забезпечує повне згоряння всіх компонентів палива, здатних горіти, виключає хімічний та механічний недопал, що підвищує енергетичну ефективність генератора теплової енергії. У запропонованій конструкції генератора теплової енергії з двома зонами піролізу охолодження димових газів виконується за допомогою газоводяного секційного трубчастого теплообмінника до температури нижче температури точки роси, з виділенням прихованої теплоти пароутворення. Для періодичного огляду та ремонту конструкція генератора теплової енергії з двома зонами піролізу дозволяє зручний і простий демонтаж топки зольника газоводяного теплообмінника. UA 102731 C2 (12) UA 102731 C2 UA 102731 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб отримання теплової енергії і конструкція генератора теплової енергії з двома зонами піролізу професора Шушлякова О.В. належить до способу отримання теплової енергії за допомогою обладнання з шаровим спалюванням твердого палива з метою використання отриманої теплової енергії для теплопостачання, опалення, вентиляції та технологічних процесів. Відомі аналогічні спосіб та конструкції генераторів теплової енергії (ГТЕ) з шаровим спалюванням твердого палива, в яких дуттьове повітря для спалювання твердого палива подається в зону горіння без підігріву за схемою знизу - вгору [1]. Недоліком такого способу спалювання твердого палива є те, що продукти піролізу і частина дрібних часток палива виносяться потоком димових газів з топки, збільшуючи втрати теплової енергії за рахунок хімічного і механічного недопалу, при цьому температура в зоні горіння знижується; конструкція ГТЕ має низький ККД за рахунок хімічного і механічного недопалу, а так само за рахунок втрат теплоти з димовими газами і через огороджувальні конструкції ГТЕ. Топка таких котлів має збільшені розміри для зниження виносу дрібних частинок палива. Низька екологічна ефективність такого способу спалювання твердого палива зумовлена викидами в атмосферу продуктів хімічного і механічного недопалу і димових газів без очищення і з високою температурою, що призводить так само і до теплового забруднення атмосфери. Відомі спосіб спалювання палива і конструкція ГТЕ [2]. За способом спалювання твердого палива і конструктивним особливостям ГТЕ [2] більшою мірою відповідають способу і конструкції ГТЕ, які заявляються. Недоліком такого способу спалювання твердого палива та конструкції ГТЕ [2] є низька експлуатаційна надійність конструкції за рахунок того, що витрата дуттьового повітря на горіння палива не регулюється залежно від розрідження в топці; при розпалюванні палива подача повітря в зону горіння проводиться без підігріву за схемою знизу - вгору, а продукти згоряння палива, частина продуктів піролізу і частки незгорілого палива, а також димові гази викидаються в атмосферу без охолоджування і очищення; при сталому режимі горіння повітря подається без підігріву. Змінна схема подачі повітря ускладнює експлуатацію ГТЕ і знижує його енергоекологічну ефективність. Конструкція такого ГТЕ має два газоходи для видалення димових газів під час розпалу і в період усталеного процесу горіння; є також два не зблокованих дросель-клапани, що знижує експлуатаційну надійність і ККД ГТЕ, так як в процесі виходу ГТЕ на сталий режим горіння вся теплова енергія з димовими газами викидається в атмосферу, а відсутність дросель-клапана з автоматичним регулюванням витрати дуттьового повітря залежно від розрідження в топці може призвести до зниження енергоекологічної ефективності, а також до вибуху продуктів піролізу палива. Перераховані недоліки ГТЕ [2] знижують ККД, енергоекологічну ефективність і експлуатаційну надійність ГТЕ. В основу запропонованого способу отримання теплової енергії та конструкції генератора теплової енергії з двома зонами піролізу (ГТЕДЗП) професора Шушлякова О.В. поставлені такі задачі: підвищити енергетичну та екологічну ефективність отримання теплової енергії за рахунок регулювання витрати дуттьового повітря залежно від розрідження в топці; забезпечити підвищення енергетичної та екологічної ефективності за рахунок того, що дуттьове повітря нагрівають не менше, ніж на 100-150 °C вище температури піролізу палива і подають зверху - вниз на шар палива для утворення двох зон піролізу: одна - у верхньому шарі палива, а інша - над зоною горіння палива та спалювання палива без хімічного і механічного недопалу; підвищити енергетичну та екологічну ефективність ГТЕДЗП при отриманні теплової енергії за рахунок використання прихованої теплоти пароутворення, що виділяється при конденсації пари води, які містяться в охолоджуваних димових газах а димові гази охолоджують до температури нижче температури мокрого термометра; підвищити енергоефективність ГТЕДЗП за рахунок зниження втрат теплової енергії через огороджувальні конструкції ГТЕДЗП за рахунок того, що корпус теплоізолюють теплоізоляційним матеріалом з межею вогнестійкості не менше 1200 °C, що забезпечує температуру на поверхні корпусу не вище 25 °C, а топка і склепінь топки виконані монолітними із жаростійкого матеріалу з межею вогнестійкості не менше 1800 °C; підвищити екологічну ефективність ГТЕДЗП за рахунок зниження викидів в атмосферу продуктів піролізу і часток не згорілого палива і золи. На Фіг. 1 і Фіг. 2 представлена схема генератора теплової енергії з двома зонами піролізу конструкції професора Шушлякова О.В., який складається з топки 1, бічні стіни якої знизу на 1/3 висоти виконані з нахилом 65°, а на 2/3 висоти - вертикальні (для кращого заповнення паливом 1 UA 102731 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зони горіння в процесі вигоряння палива), з отвором в торцевій глухій стіні 2, патрубка 3 для подачі гарячого дуттьового повітря в топку 1; пристрої 4 для механічної подачі палива; дверцят 5 топки 1, яка кріпиться до корпусу 6 з можливістю відкривання; колосникових ґрат 7, які монтують нижче топки 1 і спирають на зольник 10; колектора 8 для забору дуттьового повітря, в якому кріплять дросель-клапан з електроприводом 9 для регулювання витрати дуттьового повітря залежно від розрідження в топці 1; зольник 10 виготовляють порожнистим П-подібної форми, з каналами 11; колектор 8 з дросель-клапаном 9 кріплять до зольника 10 так, що колектор 8 з дросель-клапаном 9, каналами 11 зольника 10 і патрубком 3 утворюють пристрій для забору, регулювання витрати, підігріву та подачі дуттьового повітря в топку 1; до віддалених по ходу газу вільних кінців зольника 10 кріплять горизонтальну порожнисту перемичку 12, до якої зверху кріплять патрубок 3, а знизу до горизонтальної порожнистої перемички 12 і до порожнистого поду зольника 10 кріплять оребрені трубки інерційного золовіддільника 13; до патрубка 3 кріплять пристрій 4 з клапаном 14 для розпушування палива, вісь якого з'єднана шарнірно з приводом пристрою 4 так, що клапан 14 здійснює коливальні рухи і запобігає утворенню склепінь палива; за рахунок подачі повітря, нагрітого вище температури піролізу, на шар палива, у верхньому шарі палива формують першу 15, а над зоною горіння 17 - другу 16 зони піролізу палива; топка 1 і зольник 10 монтують у звареному герметичному корпусі 6 і теплоізолюють шаром теплоізоляційного матеріалу 20 з межею вогнестійкості не менше 1200 °C; в корпусі 6 вирізають отвори для дверцят 5 топки 1 і дверцят 19 зольника 10, а також отвором 21 для виходу димових газів з зольника 10 і входу газів у газоводяний секційний, трубчастий теплообмінник 22, який кріплять до корпусу 6 з можливістю демонтажу; газоводяний теплообмінник 22 складається з секції 23, у кожній наступній по ходу газу секції 23 площа поперечного перерізу трубок 24 зменшують пропорційно зменшенню об'єму охолоджуваних димових газів. До газоводяного теплообмінника 22 кріплять патрубок для підведення холодної води 25, патрубки для відводу гарячої води 26 і конденсату 27. Для видалення димових газів передбачають патрубок 28, а в топці монтують датчик розрідження 29, з'єднаний електричної ланцюгом з приводом дросель-клапана 9. Реалізація способу отримання теплової енергії за допомогою генератора теплової енергії з двома зонами піролізу конструкції професора Шушлякова О.В. полягає в наступному: вручну або механічним способом в топку завантажують шар палива, включають прилад для створення розрідження в топці і в усьому газоповітряному тракті (в колекторі 8, в каналах 11, в порожнистій перемичці 12, в каналі 3, в топці 1, в зольнику 10, в газоводяному теплообміннику 22); від датчика розрідження 29 надходить сигнал по електричному колу і електричний привід відкриває (прикриває) дросель-клапан 9 для пропускання розрахункової кількості дуттьового повітря залежно від розрідження в топці. Розпалюють шар завантаженого палива і включають завантажувальний пристрій 4 з клапаном-розпушувачем 14 для подачі палива в топку 1. Дуттьове повітря подають по колектору 8 в канали 11 порожнистого зольника 10, де нагрівають димовими газами до температури на 100-150 °C вище температури піролізу палива і подають в топку по каналу 3 за схемою згори - донизу на шар палива. Одночасно в топку 1 (в потік гарячого дуттьового повітря) подають перероблене паливо так, що потоком гарячого повітря паливо розподіляють по площі топки 1. За рахунок того, що повітря нагрівають вище температури піролізу на 100-150 °C у верхньому шарі палива створюють першу зону піролізу 15, в якій паливо піддають сушінню, нагріванню і часткового піролізу (великі частки не встигають повністю прогрітися до температури піролізу і повністю газифікуватися). На нагрівання палива, вологи і випаровування вологи, а також на утворення СО (при температурі менше 700 °C реакція утворення СО - ендотермічна) у першій зоні піролізу витрачається тепло, тому по ходу газів температура газів і палива знижується. При зниженні температури нижче температури піролізу, процес піролізу (нижче першої зони піролізу) припиняється. Продукти піролізу в суміші з дуттьовим повітрям з першої зони піролізу 15 подають (через шар частково газифікованого палива) у другу зону піролізу 16, в якій паливо піддають повному піролізу (палива поділяють на газоподібні, пароподібні компоненти, кокс і золу). Суміш продуктів піролізу з першої зони піролізу 15 і з другої зони піролізу 16 рівномірно (за рахунок нахилу стінок топки 1) подають в зону горіння 17. У зоні горіння 17 при температурі не менше 1500 °C згорають всі продукти піролізу і домішки, здатні горіти. Над колосниковими гратами завжди утворюють шар коксу, час горіння якого становить до 90 % часу горіння палива, а температура всередині розпеченого коксу складає 1800 °C. Газоподібні продукти згоряння палива пропускають через шар розпеченого до 1800 °C коксу 18, виключають хімічний та механічний недопал і забезпечують максимальне значення ККД генератора теплової енергії. Так як паливо згорає при розрахунковій витраті дуттьового повітря без хімічного і механічного недопалу то, в атмосферу викидають мінімально можливу кількість димових газів, які не містять продуктів піролізу і незгорілих часток 2 UA 102731 C2 5 10 15 20 25 30 палива. Гази перед викидом в атмосферу піддають очищенню за допомогою інерційного золовіддільника 13 (очищення газу від частинок золи), що запобігає викид золи в атмосферу. Після золовіддільника 13 димові гази подають через отвір 21 в корпусі 6 в газоводяний трубчастий секційний теплообмінник 22. Діаметр трубок 24 у кожній наступній секції 23 по ходу газу зменшують так, щоб живий переріз трубок 24 змінювався пропорційно зміні всього охолоджуваного газу. За рахунок постійної швидкості газу зберігають високим коефіцієнт теплопередачі від газу до води, що нагрівається і запобігають відкладенню шламу в трубках. Температуру димових газів на виході з останньої секції 23 газоводяного трубчастого, секційного теплообмінника 22 знижують (за рахунок зміни витрати води) нижче температури точки роси газів, при цьому пари води, що містяться в димових газах, конденсуються з виділенням прихованої теплоти пароутворення. Приховану теплоту пароутворення використовують для нагрівання води. У процесі конденсації парів води краплі конденсату абсорбують воднорозчинні гази і сприяють коагуляції частинок золи. Воду для охолодження газу подають в секції 23 по патрубку 25, а в кожній секції 23 передбачають отвори, розташовані на різних позначках по діагоналі секцій так, що вони утворюють канал для руху води від входу холодної води в патрубок 25 і до виходу гарячої води через патрубок 26. Конденсат видаляють через патрубок 27, а охолоджені гази через патрубок 28 і далі - в димову трубу. У верхній зоні топки 1 кріплять датчик розрідження, сигнали від якого по електричному ланцюгу передають на привід дросельклапана 9. Топка 1 і зольник 10 і теплообмінник 22 теплоізолюють так, що температура на поверхні корпусу ГТЕДЗП не перевищує 25 °C (у холодний період року). В результаті спалювання біологічного палива з топки видаляється лише двоокис вуглецю, оксиди азоту і пари води. як паливо може використовуватися крупношматкове або перероблене паливо (пелети, гранули, тріска, відходи переробки деревини та сільськогосподарської продукції). Джерела інформації: 1. Щеголев М.М. Котельне установки./ Щеголев М.М., Гусев Ю.Л., Иванова М.С. Издат. лит. по строит. - М., 1966.-425с. 2. Шушляков О.В. Патент України на корисну модель Генератор теплової енергії / Шушляков О.В., Шушляков Д.О., Овчаренко С.В.// № 49221 заявл. 02.10.2009; опубл. 26.04.2010. Бюл. № 8. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб отримання теплової енергії при спалюванні палива шаровим способом з двома зонами піролізу, що включає подачу палива, дуттьового повітря і видалення димових газів, який відрізняється тим, що витрати дуттьового повітря регулюють залежно від розрідження в топці, а дуттьове повітря нагрівають димовими газами вище температури піролізу палива та подають за схемою згори - донизу на шар палива і створюють на верхньому шарі палива першу зону піролізу, а над зоною горіння - другу зону піролізу, в яких виробляють повний піроліз палива і отримують парогазову горючу суміш, кокс і негорючі мінеральні домішки; всі компоненти піролізу палива рівномірно подають в зону горіння, пропускають через шар розпеченого до 1800 °C коксу, забезпечують повне згоряння продуктів піролізу, дрібних часток палива і виключають хімічний та механічний недопал; далі продукти згоряння пального (димові гази) пропускають через колосникові грати в зольник, в якому димові гази нагрівають дуттьове повітря до температури вище температури піролізу палива; з зольника димові гази пропускають по трубках газоводяного теплообмінника, площа поперечного перерізу трубок якого (по ходу газів) змінюють пропорційно зміні об'єму газів при їх охолодженні, а швидкість газів зберігають (максимально допустимою) постійною і забезпечують максимально можливий коефіцієнт теплопередачі від димових газів до води, що нагрівається, а також запобігають відкладенню шламу в трубках; в атмосферу викидають мінімально можливий об'єм продуктів згоряння палива, охолоджених, очищених від завислих і водорозчинних газоподібних небезпечних домішок. 2. Генератор теплової енергії для реалізації способу за п. 1, що містить топку, колосникові грати, зольник, газоводяний теплообмінник, який відрізняється тим, що у верхній зоні топки закріплений датчик розрідження, з'єднаний за допомогою електричного ланцюга з приводом дросель-клапана, змонтованого в колекторі для забору дуттьового повітря, а топка виконана монолітною із жаростійкого матеріалу з межею вогнестійкості не менше 1800 °C; низ стінок топки на 1/3 висоти нахилений на 65° до горизонту, в торцевій глухій стіні топки виконаний отвір для патрубка, по якому в топку подається дуттьове повітря, нагріте до температури вище температури піролізу палива; зольник виконаний зварним, герметичним, порожнистим, у формі 3 UA 102731 C2 5 10 П-подібного лотка, всередині якого змонтовані канали для проходу і нагріву дуттьового повітря, на виході димових газів з зольника змонтований інерційний золовіддільник з оребрених трубок, які з'єднують під зольника з порожнистою горизонтальною перемичкою порожнистого зольника; а зверху до горизонтальної порожнистої перемички кріпиться патрубок, по якому в топку подається нагріте дуттьове повітря; до патрубка кріпиться прилад з клапаном для подачі та завантаження палива; конструкції топки і зольника виконані з можливістю теплоізоляції матеріалом з межею вогнестійкості не менше 1200 °C; до корпусу закріплений (з можливість демонтажу) трубчастий секційний теплообмінник з перемінним діаметром трубок в кожній секції по ходу газу так, щоб площа поперечних перерізів трубок змінювалася пропорційно зміні об'єму охолоджуваного газу, а в міжсекційних перегородках прорізані отвори, розташовані на різних позначках по діагоналі секцій теплообмінника для перетікання води, що нагрівається, за протитечійною схемою з охолоджуваними газами. 4 UA 102731 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5