Піролізний твердопаливний апарат

Реферат: Піролізний твердопаливний апарат містить принаймні одну піролізну камеру із засобами завантаження палива, камеру згоряння піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між піролізною камерою і камерою згоряння піролізного газу, засоби примусового подання первинного та вторинного повітря, полум'яуловлювач, теплообмінник та систему управління. Апарат містить дві піролізні камери з однією спільною камерою згоряння піролізного газу і одним теплообмінником, одна з яких виконана з можливістю роботи за принципом перевернутого процесу газифікації, а інша за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації. UA 109508 U (54) ПІРОЛІЗНИЙ ТВЕРДОПАЛИВНИЙ АПАРАТ UA 109508 U UA 109508 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі 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, автотранспортній та інших галузях промисловості, а також може застосовуватися 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 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 з недостатньою кількістю кисню. Цей процес - 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, СО2, СН4, С2Н4, N2, O2, Н2), пари смол, оцтової кислоти СН3СООН), води та ін. Розрізняють три процеси газифікації палива: - прямий процес газифікації, який характеризується тим, що подача повітря відбувається знизу, а утворений піролізний газ відбирається у верхній частині апарата; - перевернутий (зворотній) процес газифікації, який характеризується тим, що повітря подається в середню по висоті частину піролізного апарата, в якій і відбувається процес газогенерації, гази, які при цьому утворюються, відводяться до низу; - поперечний процес газифікації, який характеризується тим, що подача повітря і відбір піролізного газу відбувається, у нижній частині піролізного апарата. Відомі твердопаливні апарати, в основу роботи яких поставлений принцип піролізу твердого палива з утворенням піролізного газу для подальшого його спалювання. При цьому змішування піролізного газу з киснем повітря при високій температурі викликає процес горіння цього газу з отриманням теплової енергії. Процесом горіння піролізного газу можливо керувати за рахунок контролю подачі повітря у апарат. Тому контроль процесу подачі повітря в апарат для управління процесом горіння піролізного газу є важливим при розробці апаратів. Крім того, важливим є підвищення у таких апаратах ефективності процесу та повноти згоряння твердого палива, а також отримання можливості спалювання будь-яких горючих матеріалів, незалежно від їхньої початкової вологості та інших показників. Не менш важливим є вдосконалення процесу теплообміну між продуктами згоряння палива та поверхнями нагрівання теплоносія, наприклад, води, масла, тощо. Відомий піролізний твердопаливний котел (Патент України № 94800), 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. Відомий котел (Патент України № 52268), 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. Недоліком вищезгаданих апаратів є неефективне спалювання палива з низьким ККД та високими шкідливими викидами в довкілля при використанні різноманітних видів органічного палива. Робота вказаних апаратів залежить від палива, дані апарати не можуть ефективно працювати на всіх видах органічного палива, а також використовуватися як утилізатор різноманітних органічних відходів. Найближчим аналогом є Піролізний твердопаливний апарат для високотемпературного піролізу (Патент України № 101274), що містить принаймні одну піролізну камеру із засобами завантаження палива, камеру згоряння піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між піролізною камерою і камерою згоряння піролізного газу, засоби примусового подання первинного та вторинного повітря, полум'яуловлювач, теплообмінник та систему управління. 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 1 UA 109508 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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, утворюючи принаймні один канал, який з'єднає зону допалювання піролізного газу з зоною теплообмінника. Нижня частина завантажувальної камери закрита футерувальним матеріалом. Пальниковий пристрій та полум'яуловлювач виконані з футерувального матеріалу. Корпус апарата зовні додатково вкритий теплоізоляційним матеріалом. Недоліком є ускладнення його конструкції додатковим вартісним обладнанням, що, тим не менш, не забезпечує достатніх можливостей для спалення будь-яких горючих матеріалів, незалежно від їхнього початкового стану і вологості. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення і здешевлення конструкції піролізного твердопаливного апарата, за рахунок виконання і розташування конструктивних елементів, забезпечення підвищеної ефективності та інтенсивності згоряння палива, досягнення можливості використання різних видів органічного палива, промислових та побутових відходів, автомобільних шин тощо, незалежно від їх стану і вологості, а також зменшення шкідливих викидів в довкілля за рахунок досягнення стабільності і повноти згоряння палива. Технічний результат полягає у спрощенні і здешевленні конструкції, а також у покращенні основних показників роботи подібних пірозліних апаратів, таких як: досягнення можливості спалення будь-яких горючих матеріалів, незалежно від їхнього початкового стану і вологості, знизивши цим самим залежність від якості палива, збільшення ККД роботи апарата, отримання максимальних показників повноти згоряння палива, що призводить до мінімізації шкідливих викидів в атмосферу, збільшення енергоефективності апарата. Поставлена задача вирішується тим, що апарат містить дві піролізні камери з однією спільною камерою згоряння піролізного газу і одним теплообмінником, одна з яких виконана з можливістю роботи за принципом перевернутого процесу газифікації, а інша за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації. Піролізна камера, яка виконана з можливістю роботи за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації, забезпечена можливістю спалювання сипучого палива та горючого сміття. Піролізний твердопаливний апарат оснащений системою відбору і конденсації вологи палива. Засоби примусового подання первинного і вторинного повітря до піролізних камер оснащені спільним нагнітаючим пристроєм, і мають окремі регулятори кількості поданого повітря для кожної піролізної камери і кожного пальникового пристрою. Суть корисної моделі пояснюється, але не обмежується наступними кресленнями: фіг. 1 - вигляд у розрізі Б-Б; фіг. 2 - вигляд у розрізі А-А; фіг. 3 - вигляд збоку. Піролізний твердопаливний апарат складається з суцільно металевого корпусу 1 із подвійними стінками, що містить дві піролізні камери із засобами завантаження палива одна з яких, 2 виконана з можливістю роботи за принципом перевернутого процесу газифікації, а інша 3 за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації. Апарат містить, камеру згоряння піролізного газу 4, спільну для обох піролізних камер. У свою чергу камера згоряння оснащена полум'яуловлювачем 5 із жаростійкого матеріалу і зв'язана з теплообмінником, через який продукти згоряння палива виводяться в димохід 7. Конструкція апарату, також включає, два пальникові пристрої 8, 9 встановлені між піролізними камерами і камерою згоряння піролізного газу, засоби примусового подання первинного та вторинного повітря, представлені нагнітаючим пристроєм 10 (фіг. 2), розподілювачем первинного і вторинного повітря 11 із окремими регуляторами 12, 13, 14, 15 (фіг. 3) кількості поданого повітря для кожної піролізної камери і кожного пальникового пристрою. Конструкціє також передбачено, електронну автоматизовану систему управління (на зображеннях не показано) та систему відбору і конденсації вологи палива. Крім того, піролізна камера 3, що виконана з можливістю роботи за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації, оснащена бункером 16 для насипного палива і фурмою 17 із нержавіючої сталі, яка занурена в товщу насипного палива і забезпечує високошвидкісний надув повітря безпосередньо у зону горіння (у товщу палива). Температура в зоні горіння досягає 1600-1700 °C, охолодження фурми відбувається за рахунок теплоносія. Система відбору і конденсації вологи палив, представлена трубопроводом 18, що з'єднує піролізну камеру 2 з конденсатором вологи палива 19, який відбирає залишкову вологу із піролізної камери 2. 2 UA 109508 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Піролізний твердопаливний апарат працює наступним чином. Через засоби завантаження 20, 21 (фіг. 2) палива в піролізну камеру 2 закладається і підпалюється стартове паливо в режимі прямої тяги з відкритим клапаном прямої тяги 22, при цьому може відбуватися як природний доступ повітря, так і нагнітання первинного повітря безпосередньо у зону горіння, подача якого контролюється регулятором 12. Після розгоряння палива до отримання жару, та прогріву піролізної камери, закладається основне паливо і камера зачиняється, після чого апарат переводиться у режим піролізу палива, шляхом закриття клапана прямої тяги 22. У режим піролізу палива, паливо газифікується - у результаті чого утворюється піролізний газ, який, проходячи крізь пальниковий пристрій 8 контактує із вторинним повітрям, подача якого контролюється регулятором 13, у результаті чого відбувається його загоряння. Горіння піролізного газу відбувається всередині камери згоряння піролізного газу 4. Продукти згоряння піролізного газу через жаротрубний теплообмінник 6 відводяться у димохід 7, максимально віддаючи тепло, теплоносію, що міститься у подвійних стінках апарата. Робота піролізної камери 3, що працює за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації, відбувається наступним чином. У бункер 16 піролізної камери, через засоби завантаження 23, завантажується сипуче паливо, чи будь-яке горюче сміття і підпалюється через запалювальний пристрій 24, у цей час через фурму 17, безпосередньо у товщу палива відбувається подача первинного повітря, яка контролюється регулятором 15, за рахунок швидкісної подачі повітря відбувається процес високо температурного піролізу завдяки чому з'являється можливість використання різних видів органічного палива, промислових та побутових відходів. На наступному етапі паливо газифікується і отриманий піролізний газ, проходячи крізь пальниковий пристрій 9, контактує із вторинним повітрям, подача якого контролюється регулятором 14, у результаті чого відбувається його загоряння. Після чого відбувається горіння піролізного газу всередині камери згоряння піролізного газу 4. При цьому завантаження палива у піролізну камеру 3 може відбуватися при зачиненому клапані прямої тяги 22. Управління і досягнення оптимальних режимів роботи апарата, здійснюється за рахунок контролю за температурою теплоносія з допомогою температурного датчика, який передає сигнал на блок автоматичного управління, який у свою чергу керує робото засобу примусової подачі повітря 10 і передає відповідні сигнали на ввімкнення чи вимкнення циркуляційного насоса системи опалення. При цьому контроль над роботою апарата може здійснюватися в ручному режимі за рахунок окремих регуляторів 12, 13, 14, 15 кількості поданого вторинного і первинного повітря для кожної піролізної камери і кожного пальникового пристрою. Також слід зазначити, що апарат може працювати, як від обох піролізних камер одночасно в результаті чого буде отримана його максимальна потужність, так і від кожної, окремо. Корисна модель, що заявляється, дозволяє значно покращити роботу піролізних апаратів даного типу, за рахунок підвищення коефіцієнту корисної дії і значного збільшення енергоефективності і може знайти застосування як у приватному житловому секторі, так і на підприємствах різної потужності незалежно від профілю їхньої роботи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Піролізний твердопаливний апарат, що містить принаймні одну піролізну камеру із засобами завантаження палива, камеру згоряння піролізного газу, пальниковий пристрій, встановлений між піролізною камерою і камерою згоряння піролізного газу, засоби примусового подання первинного та вторинного повітря, полум'яуловлювач, теплообмінник та систему управління, який відрізняється тим, що апарат містить дві піролізні камери з однією спільною камерою згоряння піролізного газу і одним теплообмінником, одна з яких виконана з можливістю роботи за принципом перевернутого процесу газифікації, а інша за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації. 2. Піролізний твердопаливний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що піролізна камера, яка виконана з можливістю роботи за принципом високотемпературного поперечного процесу газифікації, забезпечена можливістю спалювання сипучого палива та горючого сміття. 3. Піролізний твердопаливний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що засоби примусового подання первинного і вторинного повітря до піролізних камер оснащені спільним нагнітаючим пристроєм і мають окремі регулятори кількості поданого повітря для кожної піролізної камери і кожного пальникового пристрою, при цьому апарат виконаний з можливістю відбору і конденсації вологи палива. 3 UA 109508 U 4 UA 109508 U 5 UA 109508 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 6