Спосіб піролізного спалювання палива в камері згоряння теплогенератора у додатковій ємності за моісєєвим

Реферат: Спосіб піролізного спалювання палива в камері згоряння теплогенератора у додатковій ємності включає подання повітря в камеру згоряння зверху по телескопічному повітропроводу, який закінчується розподілювачем повітря, за допомогою якого вхідне повітря розподіляють по декільком напрямкам відносно зони горіння. Використовують розподілювач, виконаний у вигляді пальника, який у горизонтальному перерізі має площину не менш ніж 90 % площини камери згоряння. Паливо розміщують в окремій ємності, на відкритий верх якої опирають пальник і, таким чином, відокремлюють зону первинного горіння в ємності для палива та біля краю ємності і зону вторинного горіння над пальником. Піролізні гази, які надходять в зону вторинного горіння через зазор між стінкою камери згоряння та пальником, змішують зі вторинним повітрям, яке подають з пальника під одним або декількома кутами з діапазону від 0 до 90 градусів по відношенню до напрямку дальньої лінії струму піролізних газів, який визначають конструкцією пальника та геометрією зазору. В зону первинного горіння палива подають від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а в зону вторинного горіння від 71,5 % до 60 % вхідного повітря, у цілому вхідне повітря складає 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива. UA 105624 U (54) СПОСІБ ПІРОЛІЗНОГО СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА В КАМЕРІ ЗГОРЯННЯ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА У ДОДАТКОВІЙ ЄМНОСТІ ЗА МОІСЄЄВИМ UA 105624 U UA 105624 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики, безпосередньо до спалювання палива, а саме, твердого, рідкого та газоподібного палива, і найбільш ефективно може бути використана у виробництві піролізних теплогенераторів побутового та промислового призначення, в першу чергу опалювальних котлів, печей. Відомий спосіб спалювання твердого палива (патент RU № 2459145, МПК F23B90/00, опубл. 20.08.2012 р.), в якому повітря подають через регульований по перетину, залежно від температури, вхідний отвір, розташований у верхній частині камери згоряння, саморегулюючий по висоті повітропровід з розподілювачем повітря, і після реакції окислення палива в суміші з димовими газами до димоходу, при цьому, суміш повітряних і димових газів пропускають зверху вниз через вторинну теплообмінну камеру і димар, розташований в нижній частині теплообмінної камери на рівні зольного отвору, повітря в камері згоряння розподіляють таким чином: у вогнище згоряння 65-75 %; над вогнищем згоряння 25-35 %. Це дозволяє збільшити тривалість горіння, теплову потужність твердопаливних опалювальних приладів. Недоліком відомого способу є обмежена область використання тільки для твердого палива та неповне спалювання горючих речовин у димових газах. Відомий спосіб двоступеневого спалювання твердого палива (патент UA № 52297, МПК F23B1/14, опубл. 16.12.2002 р. Бюл. № 12), що включає перший і другий ступені спалювання, при цьому, вихідне тверде паливо до спалювання на першому ступені піддають піролізу при температурі 450-500 °C шляхом його змішування з високо температурними 10001100 °C продуктами згоряння, які отримують при спалюванні твердих продуктів піролізу на першому ступені, причому на першому ступені спалюють 5-30 % твердих продуктів піролізу, а решту (70-95 %) в суміші з продуктами піролізу направляють на другий ступінь спалювання. Недоліком відомого способу є обмежена область використання тільки для твердого палива та складність технологічного процесу. Найбільш близьким аналогом по суті і отриманому технічному результату є спосіб подання та розподілення повітря в камері згоряння (патент ЕА № 005303, МПК F23L1/00, опубл. 30.12.2004 р.), що включає подання повітря в камеру згоряння зверху по телескопічному повітропроводу, який закінчується розподілювачем повітря, що опирається на паливо и разом з повітропроводом опускається донизу, коли кількість палива зменшується, при цьому крізь отвори у розподілювачі вхідне повітря розподіляють таким чином: в зону згоряння подають 4060 %, на край зони 10-30 %, над зоною горіння 20-40 % від вхідного повітря. Недоліком відомого способу є недостатня ефективність спалювання піролізних газів, обмежена область використання тільки для твердого палива та необхідність не зрозуміло яким чином достатньо точно розподіляти повітряні потоки, що також призводить до ускладнення конструкції теплогенератора і ускладнення умов її обслуговування та експлуатації. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає в удосконаленні способу спалювання палива в камері згоряння теплогенератора шляхом використання як розподілювача повітря пальника, який перекриває з зазором поперечний переріз камери згоряння поверх ємності для палива та сприяє реалізації піролізного процесу в зоні первинного горіння палива під пальником та оптимізації умов для згоряння піролізних газів у відокремленій вторинній зоні горіння над пальником, щоб підвищити ефективність спалювання різноманітних видів палива та рівень безпеки для теплогенераторів. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб піролізного спалювання палива в камері згоряння теплогенератора у додатковій ємності, що включає подання повітря в камеру згоряння зверху по телескопічному повітропроводу, який закінчується розподілювачем повітря, за допомогою якого вхідне повітря розподіляють по декільком напрямкам відносно зони горіння, згідно з корисною моделлю, використовують розподілювач, виконаний у вигляді пальника, який у горизонтальному перерізі має площину не менш ніж 90 % площини камери згоряння, а паливо розміщують в окремій ємності, на відкритий верх якої опирають пальник і, таким чином, відокремлюють зону первинного горіння в ємності для палива та біля краю ємності і зону вторинного горіння над пальником, при цьому, піролізні гази, які надходять в зону вторинного горіння через зазор між стінкою камери згоряння та пальником, змішують зі вторинним повітрям, яке подають з пальника під одним або декількома кутами з діапазону від 0 до 90 градусів по відношенню до напрямку дальньої лінії струму піролізних газів, який визначають конструкцією пальника та геометрією зазору, при цьому, в зону первинного горіння палива подають від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а в зону вторинного горіння від 71,5 % до 60 % вхідного повітря, у цілому вхідне повітря складає 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива. Згідно з корисною моделлю положення пальника може бути фіксованим по вертикалі над ємністю для палива, при цьому рівень палива в ємності під час його горіння підтримують за 1 UA 105624 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 допомогою подачі палива з зовнішнього джерела, зберігаючи постійною величину зазору відносно пальника. Згідно з корисною моделлю подача повітря в будь-яку зону горіння може відбуватися або безперервним, або дискретним, або комбінованим способом, як у часі так, і у просторі. Згідно з корисною моделлю для спалювання використовують або тверді, або рідкі, або газоподібні види палива, або їх суміші. Згідно з корисною моделлю забезпечує піролізне спалювання різноманітного палива в відокремленій зоні первинного згоряння палива під пальником з генерацією піролізних газів, які відходять у зону вторинного горіння над пальником при оптимальних умовах для змішування з вторинним повітрям, яке подають з пальника, це забезпечує їх повне згоряння, що підвищує ефективність спалювання палива та рівень безпеки теплогенераторів. Між технічним результатом та суттєвими ознаками корисної моделі є причинно-наслідковий зв'язок, який реалізується наступним чином. Відомо, що паливо в зоні первинного горіння під дією високої температури та при нестачі кисню виділяє тепло та піролізні гази, які подають в зону вторинного горіння (http://ru.teplowiki.org/wiki/Пиролизный_котел). Інтенсивність згоряння палива і, як наслідок, утворення піролізних газів регулюється вибором розмірів дзеркала горіння та за допомогою зміни кількості подачі вхідного повітря ручним або автоматичним способами. Виконання розподілювача повітря у вигляді пальника, який у горизонтальному перерізі має площину не менш ніж 90 % площини камери згоряння над ємністю для палива, дозволяє відділити зону горіння палива від зони горіння піролізних газів, при забезпеченні потоку піролізних газів в цю зону через зазор визначеної геометрії, таким чином, що лінії струму вторинного повітря з пальника надходять біля зазору в напрямку виходу піролізних газів під кутами з діапазону від 0 до 90 градусів по відношенню до напрямку дальньої лінії струму піролізного газу від напрямку вступу вторинного повітря, що забезпечує максимальне їх змішування. Подання повітря в зону первинного горіння палива у розмірі від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а в зону вторинного горіння у розмірі від 71,5 % до 60 % вхідного повітря, яке складає 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива, дозволяє створювати оптимальні умови для піролізного горіння палива. Один або декілька кутів поширення вторинного повітря для повного перемішування з піролізніми газами визначають конструкцією пальника та геометрією зазору між пальником та стінкою камери згоряння. Найбільше перемішування піролізних газів з вторинним повітрям відбувається, коли обидва струми газів повністю взаємодіють один з одним та згоряють і далі вони з двох незалежних потоків формують один з продуктів повного згоряння піролізних газів і мінімальної залишкової кількості вторинного повітря. Останнє подають на 3-5 % завбільшки від потреби для повного прогоряння верхнього шару палива під пальником, щоб збільшувати надійність повного перемішування і згоряння піролізних газів, коли вони змішуються з вторинним повітрям при їх температурі горіння. Розміщення палива в окремій ємності, встановленій в камері згоряння, на відкритий верх якої опирається пальник, забезпечує можливість спалювання різноманітних видів палива. Оскільки ємність для палива має менший об'єм, ніж камера згоряння, де вона розташована, то паливо горітиме у ємності у менший кількості, і це зменшує можливість вибуху у теплогенераторі, особливо при спалюванні або рідкого, або газоподібного виду палива, або їх суміші. Використання окремої ємності для спалювання дрібного за розміром твердого, або рідкого, або газоподібного палива дає можливість створювати автоматичну подачу палива через таргет поповнювача палива. Подача палива з зовнішнього джерела дозволяє зберігати постійною величину зазору відносно пальника і якщо забезпечити постійний потік повітря в первинну зону горіння, то це стабілізує процес горіння. Суть способу пояснюється кресленнями з зображеннями: на фіг. 1 - схема горіння палива в теплогенераторі згідно способу; на фіг. 2 - схема руху газових потоків через повітропровід, пальник, ємність та камеру згоряння теплогенератора. В камері згоряння теплогенератора 1 розташовують: пальник 2, повітропровід 3, виходи для диму 4. Первинне повітря 5 йде під пальник. Вторинне повітря 6 йде в напрямку "d'c' або dc, …" у квадранті "с'о'е" через піролізні гази 7, що йдуть в напрямку "oY" з відхиленнями ліній струму у секторі кута "аов" з зони первинного горіння палива 8 до зони вторинного горіння 9. Також в камері згоряння розміщують ємність для палива 10 з таргетом поповнювача палива 11. 2 UA 105624 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Спосіб спалювання палива в камері згоряння теплогенератора реалізують наступним чином. Вхідне повітря, яке складає 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива, подають в камеру згоряння 1 через телескопічний повітропровід 3 та пальник 2, яким воно ділитися на дві частини, а саме, первинне повітря 5, яке подають в зону первинного горіння 8 під пальником 2 і вторинне повітря 6, яке подають в зону вторинного горіння 9 над пальником 2. При цьому, в зону первинного горіння палива 8 під пальником 2 подається первинне повітря 5 у розмірі від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, в зону вторинного горіння палива 9 над пальником 2 подається вторинне повітря 6 у розмірі від 71,5 % до 60 % вхідного повітря. Продукти горіння з теплогенератору видаляються через виходи для диму. В зоні первинного горіння 8 в процесі екзотермічної реакції при горінні палива, що відбувається від взаємодії палива з первинним повітрям 5 при їх температурі горіння, утворюються піролізні гази 7, якщо подають первинне повітря 5 у недостатньої кількості для повного прогоряння верхнього шару палива під пальником 2. Крізь зазор піролізні гази 7, що надходять у зону вторинного горіння 9 і перетинаються зі вторинним повітрям 6, яке подають з пальника 2 під одним або декількома кутами з діапазону від 0 до 90 градусів по відношенню до напрямку дальньої лінії струму піролізного газу 7. Це відбувається, коли вторинне повітря 6 йде в напрямку "d'c', або dc, …" у квадранті "с'о'е" через піролізні гази 7, що йдуть в напрямку "oY" з відхиленнями ліній струму у секторі кута "аов" з зони первинного горіння палива 8, де утворюються піролізні гази 7 і надходять у зону вторинного згоряння 9, де згоряють піролізні гази 7. Пальник 2 вільно опирається на відкритий верх окремої ємності для палива 10, яка розташована в камері згоряння 1. При цьому, зона первинного горіння 8 формується в ємності для палива 10 та біля краю ємності, де горіння підтримує первинне повітря 5, а зона вторинного горіння 9 над пальником 2, де горіння підтримує вторинне повітря 6. Для спалювання використовують або невеличких розмірів тверде, або рідке, або газоподібне паливо, і є можливість створювати автоматичну подачу палива через таргет поповнювача палива 11. Запропонована корисна модель дає можливість не тільки проектувати нові теплогенератори, але і реконструювати діючи теплогенератори подобного типу за рахунок зміни розсіювачів повітря на піролізні пальники 2 з урахуванням конструктивних особливостей діючого генератора тепла та встановлення ємності для палива 10. Це дає можливість безпечніше спалювати усі види палива, бо зменшується їх маса і об'єм первинної зони горіння 8. Тобто є можливість забезпечити умови запобіганню вибуху або зменшити його можливі наслідки при спалювані палива, бо ємність для палива теж захищатиме теплогенератор. Крім того, з'являється можливість подавати автоматичним шляхом дрібні фракції твердого палива, або рідке, або газоподібне паливо, або їх суміші за допомогою гравітаційного каналу, або під тиском по паливопровіду у таргет поповнювача палива 11. Загалом реалізація запропонованої корисної моделі дає змогу існуючі теплові генератори даного типу, що використовують тверде паливо (наприклад, дрова, або вугіль, брикети) у печах, котлах, та у теплових установках, без суттєвих конструктивних змін адаптувати до роботи на паливних гранулах або рідких, газоподібних паливах, у тому числі і на низькосортних паливах та горючих відходах і зменшити шкідливі викиди в атмосферу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Спосіб піролізного спалювання палива в камері згоряння теплогенератора у додатковій ємності, що включає подання повітря в камеру згоряння зверху по телескопічному повітропроводу, який закінчується розподілювачем повітря, за допомогою якого вхідне повітря розподіляють по декільком напрямкам відносно зони горіння, який відрізняється тим, що використовують розподілювач, виконаний у вигляді пальника, який у горизонтальному перерізі має площину не менш ніж 90 % площини камери згоряння, а паливо розміщують в окремій ємності, на відкритий верх якої опирають пальник і, таким чином, відокремлюють зону первинного горіння в ємності для палива та біля краю ємності і зону вторинного горіння над пальником, при цьому, піролізні гази, які надходять в зону вторинного горіння через зазор між стінкою камери згоряння та пальником, змішують зі вторинним повітрям, яке подають з пальника під одним або декількома кутами з діапазону від 0 до 90 градусів по відношенню до напрямку дальньої лінії струму піролізних газів, який визначають конструкцією пальника та геометрією зазору, при цьому, в зону первинного горіння палива подають від 28,5 % до 40 % вхідного повітря, а в зону вторинного горіння від 71,5 % до 60 % вхідного повітря, у цілому вхідне повітря складає 103-105 % від необхідного для повного прогоряння верхнього шару палива. 3 UA 105624 U 5 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що положення пальника може бути фіксованим по вертикалі над ємністю для палива, при цьому рівень палива в ємності під час його горіння підтримують за допомогою подачі палива з зовнішнього джерела, зберігаючи постійною величину зазору відносно пальника. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що подача повітря в будь-яку зону горіння може відбуватися або безперервним, або дискретним, або комбінованим способом, як у часі, так і у просторі. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для спалювання використовують або тверді, або рідкі, або газоподібні види палива, або їх суміші. 4 UA 105624 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