EA027117B1 - Топочное устройство для газогенераторных котлов - Google Patents

Abstract

Техническим результатом предложенного топочного устройства является увеличение КПД, увеличение удельной площади теплообмена и процента газогенерации, а также создание простого в обслуживании износостойкого топочного устройства. Технический результат достигается за счет того, что топочное устройство содержит горизонтальный теплообменник 1 с водяной рубашкой 2 в виде двустенной цилиндрической колбы с равномерным зазором между внутренней 3 и наружной 4 стенками. Внутри теплообменника 1 заодно с ним установлены первая 14 и вторая 15 двустенные перегородки, заполненные водяной рубашкой 2. Двустенные перегородки 14 и 15 разделяют топку теплообменника 1 на три камеры, соответственно, газификации А - основная камера, смесительную Б и дожига В, соединенные между собой патрубками 16, 17 для прохода дымовых газов, расположенными в первой перегородке 14 между камерами газификации А и смесительной Б вверху, а во второй - между смесительной Б и дожига В - внизу. В первой перегородке 14 в нижней части теплообменника 1 дополнительно установлен патрубок 18 для прочистки и подачи вторичного воздуха.

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к котлам, работающим на всех видах твердого топлива, и может быть использовано в котлах с водяной рубашкой для отопления жилых и производственных помещений.

Известен газогенераторный котел [1], имеющий топочную камеру, выполненную в форме замкнутой цилиндрической емкости, водяную рубашку, охватывающую топочную камеру, экран, распределяющий поток вводимого воздуха над поверхностью топлива, при этом камера дожигания газов колпакового типа устроена таким образом, что механизм смешивания горючих газов с воздухом находится вверху, а выхлопная труба для вывода выхлопных газов - внизу.

Недостатком известного изобретения является сложность конструкции, большая материалоемкость изделия, низкая удельная площадь теплообмена.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является топочное устройство для газогенераторных котлов, содержащее горизонтальный теплообменник с водяной рубашкой, с входным, выходным и соединительными патрубками, состоящий из двух стальных цилиндрических труб, изготовленных методом вальцовки, сварки и накатки спирали, причем внутренняя и наружная трубы теплообменника, закрытые передней и задней стенками, образуют двустенную цилиндрическую колбу с равномерным зазором между внутренней и наружной стенками, на передней стенке установлены дверцы для загрузки топлива и дверцы подачи первичного воздуха, в нижней части теплообменника вварен зольник, представляющий собой, прямоугольный короб с контейнером для сбора золы, а в отверстие расположенное в верхней части теплообменника, по длине ближе к задней части, вварена жаровая труба с коробом прочистки, сообщающаяся с дымовой трубой [2].

Основным недостатком известного топочного устройства для газогенераторных котлов является сложность конструкции, наличие вертикального теплообменника со сложной системой теплообменных каналов приводит к тому, что за счет высокой температуры дымовых газов, которые напрямую попадают в жаровую трубу, процент газогенерации и коэффициента полезного действия (КПД) топки снижается, достигаемая температура и низкая удельная площадь теплообмена, не позволяет дожигать продукты термического разложения топлива, что приводит к налипанию несгоревших смол и сажи на стенках теплообменных каналов и их засорению, усложняет обслуживание. Кроме того, эти вещества при долговременном воздействии разъедают некоторые места стенок топочного устройства, что уменьшает его износостойкость.

Задачей предложенного изобретения является увеличение КПД, за счет более полного сгорания топочных газов, возможность быстрого перехода работы на минимальную производительность, т.е. 1015%, путем увеличения длительности работы на одной закладке, уменьшения температуры дымовых газов, увеличения удельной площади теплообмена и процента газогенерации, а также создание простого в обслуживании износостойкого топочного устройства.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном топочном устройстве для газогенераторных котлов, содержащим горизонтальный теплообменник с водяной рубашкой, выполненный из двух, закрытых передней и задней стенками, соосных друг другу цилиндрических труб, образующих двустенную цилиндрическую колбу с равномерным зазором между ее внутренней и наружной стенками, колосник, регулируемую дверцу подачи воздуха, дверцу для загрузки топлива, согласно изобретению теплообменник выполнен заодно с первой и второй двустенными перегородками, разделяющими топку в цилиндрической колбе на три камеры, соответственно, основную газификации, смесительную и дожига, соединенные между собой патрубками для прохода дымовых газов, расположенными в первой перегородке между камерами основной газификации и смесительной - вверху, а во второй - между смесительной и дожига - внизу, при этом в первой перегородке в нижней части теплообменника дополнительно установлен патрубок для прочистки и подачи вторичного воздуха, а передняя стенка с водяной рубашкой выполнена заодно с горловиной, имеющей дверцу закладки топлива и дверцу для установки колосникового оборота, выполненного заодно с каналом для подачи вторичного воздуха и образующим с теплообменником полость для подачи первичного воздуха.

Объем основной камеры газификации составляет не менее 2/3 от объема топки. Колосниковый оборот выполнен в виде сектора цилиндра заодно с передней торцевой стенкой, имеющей отверстие для подачи первичного воздуха вдоль колосникового оборота и каналом для подачи вторичного воздуха, расположенным в верхней его части в виде П-образного короба, при этом на цилиндрической стенке колосникового оборота, а также за его торцевой стенкой и в П-образном канале выполнены отверстия для входа вторичного воздуха.

Диаметр патрубка для прочистки и подачи вторичного воздуха меньше диаметра патрубков для прохода дымовых газов.

Стенки цилиндрической колбы теплообменника выполнены из тонкостенной листовой стали методом вальцовки, сварки и накатки спирали. Повышению процента газификации и, практически, полному сгоранию топлива способствует то, что в камере газификации процесс разложения топлива на пиролизный газ и древесный уголь (кокс) происходит при недостатке кислорода и отрицательном давлении 0,010,1 атм, за счет подачи первичного холодного воздуха вдоль полости, образованной колосниковым оборотом с теплообменником непосредственно в заднюю часть камеры газификации, при этом сжигание

- 1 027117 газов происходит в смесительной и основной камере газификации при подаче вторичного прогретого в прямоугольном канале, расположенном вдоль колосникового оборота, воздухе при температуре 350800°С. Важным фактором экономичной работы устройства является оптимизация условий подвода тепла в зону интенсивного разложения за счет максимально эффективной схемы сжигания топлива, поскольку газы, выделяющиеся при сухом пиролизе древесины, имеют высокую температуру сгорания и высокую теплотворную способность, и, сжигая их, а не сами дрова можно получить высокие показатели мощности и КПД. Первичный воздух нагнетается под колосниковый оборот, вторичный воздух подается за счет тяги дымохода через отверстие в колосниковом обороте и проходит равномерно по пути движения газов внутри топки котла, обеспечивая горение выделенных при пиролизе газов.

Установка перегородок, образующих две дополнительные камеры, и подача дополнительного вторичного воздуха в нижнее отверстие первой перегородки, способствует полному сгоранию активного углерода кокса, и одновременно, позволяет снизить температуру дымовых газов от 80 до 180°С за счет увеличении теплообменных поверхностей при их взаимодействии с водяной рубашкой. Основная камера газификации имеет объем не менее 2/3 от общего объема топки, обеспечивающий максимальную закладку топлива, при этом смесительная камера и камера дожига имеют объем, позволяющий без сопротивления отводить дымовые газы.

Форма и конструкция колосникового оборота исключает просыпание топлива, что обеспечивает минимальные потери от механического недожога и упрощает обслуживание зоны под ним.

Выполнение двустенной цилиндрической колбы из тонкостенной листовой стали методом вальцовки, сварки и накатки спирали позволяет увеличить удельную теплообменную поверхность топки до 90% за счет равномерного распределения по всему периметру топки продуктов сгорания. Конструкция топки благодаря спиралевидной накатке не боится температурных деформаций и деформаций от давления теплоносителя, а подсводовый объём теплообменника является идеальной камерой дожига.

Экологичность топочного устройства для газогенераторных котлов обеспечивается за счет того, что она работает на местных видах топлива таких, как дрова, торфобрикеты, уголь, с минимальным выбросом вредных веществ, благодаря функции газогенерации.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено предложенное топочное устройство для газогенераторных котлов, разрез ΛΑ на фиг. 2;

фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид спереди; фиг. 3 - колосниковый оборот.

Предлагаемое топочное устройство (см. фиг. 1) для газогенераторных котлов содержит горизонтальный теплообменник 1 с водяной рубашкой 2, выполненный из двух, соосных друг другу цилиндрических труб из тонкостенной жаропрочной нержавеющей листовой стали, изготовленных методом вальцовки, сварки и накатки спирали, образующих двустенную цилиндрическую колбу с равномерным зазором между ее внутренней 3 и наружной 4 стенками, закрытых передней стенкой 5, с водяной рубашкой 2, которая выполнена заодно с горловиной 6.

Передняя стенка 5 имеет дверцу 7 для закладки топлива с отверстием подачи вторичного воздуха 8 и дверцу 9 для установки колосникового оборота 10. Количество подаваемого воздуха регулируется поддувальной дверкой, которая является дверкой 9 для установки колосникового оборота 10 (фиг. 3).

Торцевая часть теплообменника закрыта задней стенкой 12 с патрубком выхода дымовых газов 13, сообщающимся с дымовой трубой (не показано).

Внутри теплообменника 1, заодно с ним установлены первая 14 и вторая 15 двустенные перегородки, заполненные водяной рубашкой 2. Двустенные перегородки 14 и 15 разделяют топку теплообменника 1 в цилиндрической колбе на три камеры, объединяющие топочное устройство, соответственно, газификации Λ - основная камера, смесительную Б и дожига В, соединенные между собой патрубками 16, 17 для прохода дымовых газов, расположенными в первой перегородке 14 между камерами газификации Λ и смесительной Б вверху, а во второй - между смесительной Б и дожига В - внизу. В первой перегородке 14 в нижней части теплообменника 1 дополнительно установлен патрубок 18 для прочистки и подачи вторичного воздуха.

Для сжигания различных видов топлива в основной камере газификации Λ установлен колосниковый оборот 10 (фиг. 3), на котором и происходит горение как сыпучего: опилки, стружка, щепа, торф, отходы растениеводства, так и кускового топлива.

Благодаря процессу газификации, в основной камере газификации Λ происходит предварительное подсушивание, разложение при недостатке кислорода твердого топлива и предварительное смешивание продуктов пиролиза со вторичным воздухом, поступающим через канал 19 в виде П-образного короба в верхней его части колосникового оборота 10 и отверстие 8 для подачи вторичного воздуха в двери загрузки топлива 7.

В основу работы газогенераторного котла положен принцип пиролизного сжигания топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода твердое топливо разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток древесный уголь (кокс). Процесс этот экзотермический, идущий с выделением тепла.

Для стабильной работы топочного устройства необходимо правильно организовать подачу окисли- 2 027117 теля кислорода в первичном и вторичном воздухе в нужные зоны топки и в необходимых количествах. В топочную камеру теплообменника 1 загружается топливо и в ней происходит горение, пиролизное разложение на летучую и твердую фракции.

В основной камере газификации А также происходит подогрев вторичного воздуха и подвод тепла через отверстие 20 (вырез) на стенке 22 колосникового оборота 10, которое служит для подачи вторичного воздуха в верхнюю часть топки, и отверстие 21 и в П-образном канале 19 колосникового оборота 10 и направление его в смесительную камеру Б. В передней части колосникового оборота 10 выполнена с торцевая стенка 23. Прогретый с трех сторон до высокой температуры за счет раскаленных углей, по каналу 19 колосникового оборота 10 вторичный воздух непосредственно подается к патрубкам 16 и 18.

В основной камере газификации А происходит частичное сгорание топлива, а в камере дожига В газовую составляющую продуктов разложения полностью сжигают.

При попадании в топку, влага, содержащаяся в топливе, испаряется благодаря высокой температуре в топке и лучистой энергии, отраженной от топочного свода. Далее происходит пиролиз - выделение углерода (С) и первичного его окисления, получение СО. Твердые остатки на колосниковом обороте 10 окончательно пережигаются до золы. После полного сжигания остаточного углерода зола падает через зазоры образованные нижней частью колосникового оборота 10 и низом камеры газификации А, откуда вручную удаляется через дверцы 8 для подачи воздуха непосредственно в режиме работы котла.

Выделившиеся газы - летучая фракция догорают по всему топочному объему. Это горение начинается в топке, над колосниковым оборотом, потом продолжается в зоне дожига.

В процессе газификации топлива в основной камере газификации А при ограниченном доступе кислорода, образуются раскаленные древесные угли, из которых выделяется газ, поднимаемый вверх, смешивается с раскаленным воздухом, поступающим через два отверстия 16, 17 первой 14 и второй 15 перегородок посредством тяги дымохода 13 и сгорает в камере смешивания Б и камере дожига В. Выходящие из топки горячие газы, при движении внутри теплообменника 1 отдают своё тепло стенкам 3, 4, после этого, охлаждённые, отводятся в дымовой патрубок 13 и далее в дымовую трубу. Большая часть испаряющихся веществ - горючие, поэтому, для эффективного использования энергоресурсов древесины, предусматривается сжигание также и этих газов. Первичный холодный воздух, поступающий при открытой дверце 8, подается в нижнюю часть основной камеры газификации А и предназначен для поддержания горения топлива. Этим достигается высокая экологическая безопасность и экономичность процесса. Отработанные дымовые газы, проходя через зону дожига В отдают тепло теплоносителю.

Испытания опытных образцов предложенного топочного устройства для газогенераторных котлов показали их высокую тепловую отдачу, при которых КПД доходит до 92% и выше при низких эксплуатационных расходах, простоте и безопасности обслуживания при этом зола практически отсутствует.

Высокая температура в смесительной камере топочного устройства и подогрев вторичного воздуха до раскаленного состояния позволяет производить догорание газов, а установка дополнительных перегородок уменьшать температуру дымовых газов при возможности газификации любого вида твердого топлива. Незначительное количество золы и, практически, отсутствие продуктов сгорания уменьшают износ деталей и увеличивают срок службы топочного устройства для газогенераторных котлов.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент КИ на изобретение 2424470 от 02.03.2010 г.

2. Патент ΒΥ на полезную модель № 5711 от 03.09.2009 г. - прототип.

Claims (5)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Топочное устройство для газогенераторных котлов, содержащее горизонтальный теплообменник с водяной рубашкой, выполненный из двух, закрытых передней и задней стенками, соосных друг другу цилиндрических труб, образующих двустенную цилиндрическую колбу с равномерным зазором между ее внутренней и наружной стенками, колосник, регулируемую дверцу подачи воздуха, дверцу для загрузки топлива, отличающееся тем, что теплообменник выполнен заодно с первой и второй двустенными перегородками, разделяющими топку в цилиндрической колбе на три камеры, соответственно основную газификации, смесительную и дожига, соединенные между собой патрубками для прохода дымовых газов, расположенными в первой перегородке между камерами основной газификации и смесительной вверху, а во второй - между смесительной и дожига - внизу, при этом в первой перегородке в нижней части теплообменника дополнительно установлен патрубок для прочистки и подачи вторичного воздуха, а передняя стенка с водяной рубашкой выполнена заодно с горловиной, имеющей дверцу закладки топлива и дверцу для установки колосникового оборота, выполненного заодно с каналом для подачи вторичного воздуха и образующим с теплообменником полость для подачи первичного воздуха.
2. 2. Топочное устройство по п.1, отличающееся тем, что объем основной камеры газификации составляет не менее 2/3 от объема топки.
3. 3. Топочное устройство по п.1, отличающееся тем, что колосниковый оборот выполнен в виде сектора цилиндра заодно с передней торцевой стенкой, имеющей отверстие для подачи первичного воздуха вдоль колосникового оборота и каналом для подачи вторичного воздуха, расположенным в верхней его

   - 3 027117 части в виде П-образного короба, при этом на стенке колосникового оборота, а также за его торцевой стенкой и в П-образном канале выполнены отверстия для входа вторичного воздуха.
4. 4. Топочное устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр патрубка для прочистки и подачи вторичного воздуха меньше диаметра патрубков для прохода дымовых газов.
5. 5. Топочное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что стенки цилиндрической колбы теплообменника выполнены из тонкостенной листовой стали методом вальцовки, сварки и накатки спирали.