RU223348U1 - Теплогенератор на соломе - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для выработки тепловой энергии за счет сжигания органического топлива, а именно соломы, и применяется для обогрева помещений. Теплогенератор на соломе состоит из полого корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда с выпускными патрубками в верхней части для выхода горячего воздуха, дымоходом, дутьевыми вентиляторами, с дверцей на стенке и ящиком для золы, к боковой стенке присоединена электрическая панель управления режимом работы устройства, внутри корпуса расположены вертикально ориентированная камера сгорания и теплообменник, состоящий из вертикально ориентированного воздуховода, основной горизонтально ориентированной трубы, распределительной коробки, горизонтально ориентированных вторичных труб и выпускной коробки, внутри корпуса на уровне воздуховода теплообменника с двух сторон расположены дефлекторы, а также к корпусу с трех сторон прикреплены вентиляторы для забора воздуха для горения, установленные на двух уровнях, причем первый уровень находится на уровне нижней части камеры сгорания, а второй - на уровне верхней части камеры сгорания, вентиляторы для забора воздуха для горения, находящиеся на втором уровне, соединены с кольцевой трубой, расположенной внутри камеры сгорания, с отверстиями, направленными внутрь. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик, в том числе повышение производительности, эффективности отдачи тепла, срока эксплуатации и равномерное сжигание рулона соломы.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам, предназначенным для выработки тепловой энергии за счет сжигания органического топлива, а именно соломы, и применяется для обогрева помещений.

Из уровня техники известны топка теплогенератора для сжигания древесных отходов и теплогенератор (патент на изобретения RU 2718384 C1, опубл. 02.04.2020). Топка теплогенератора с использованием древесных отходов включает цилиндрический корпус, выполненный из обечаек, жестко скрепленных между собой и образующих внутренний объем топки. Каждая из обечаек содержит цилиндрическую воздушную камеру и внутреннюю футеровку огнеупорным материалом. Воздушная камера подсоединена к соответствующему дутьевому вентилятору и сообщена посредством дутьевых сопел с внутренним объемом топки. Внутри нижней обечайки размещена камера горения, в стенке которой выполнено окно, в котором установлено устройство загрузки древесных отходов на дно камеры горения, при этом по меньшей мере часть внутренней стенки камеры горения, примыкающей к ее дну и расположенной напротив устройства загрузки, выполнена конусной, сужающейся к упомянутому дну камеры горения, ряд верхних обечаек образует пространство над камерой горения, а внутри верхней обечайки размещена камера смешения, между пространством над камерой горения и камерой смешения установлена потокоотклоняющая перегородка, над камерой смешения установлена труба, сообщающая камеру смешения через регулирующую задвижку с атмосферой, а на выходе камеры смешения, являющемся выходом топки теплогенератора, установлен дымосос, при этом топка теплогенератора снабжена устройством управления режимом работы дутьевых вентиляторов, устройства загрузки и регулируемой задвижки.

Известен теплогенератор, работающий на соломе (патент на изобретение RU 2419050 C1, опубл. 20.05.2011), который содержит закрываемую дверью камеру газификации, снабженную воздухопроводами с соплами для подачи первичного воздуха, и камеру дожигания, содержащую сопла для подачи вторичного воздуха. Воздухопроводы первичного воздуха расположены на расстоянии от пода камеры газификации, пространство под трубами служит для сбора золы. Камера дожигания расположена вертикально внутри камеры газификации, вход газа в камеру дожигания происходит через открытый нижний торец камеры дожигания в нижней части камеры газификации. Выход камеры дожигания снабжен каналами с устройством подачи (рециркуляции) части дымовых газов в воздухопроводы первичного воздуха.

Наиболее близким техническим решением является теплогенератор жаротрубный с дымогарными трубами (патент на полезную модель RU 132167 U1, опубл. 10.09.2013), который имеет воздуховод, патрубки для входящего и уходящего теплоносителя, трубу для выхода продуктов сгорания, при этом теплогенератор выполнен с передней стенкой, имеющей дверку; в теплогенераторе внутреннее пространство включает разделенные теплообменной перегородкой топочную камеру и теплообменник; при этом через теплообменник проходят дымогарные трубы, которые с одной стороны выходят в дымовую трубу. Теплогенератор представляет собой конструкцию в виде вертикально ориентированного корпуса с двойными боковыми стенками и двойным днищем, где днище корпуса имеет прямоугольную форму, верхняя поверхность - форму свода; где между двойными стенками образован внутренний тепловой контур, соединенный с теплообменником, при этом пространство внутри одной боковой стенки, к которой подведены патрубки для входящего и уходящего теплоносителя, разделено перегородкой, разделяющей это пространство на холодную и нагретую зоны; где топочная камера - пространство между внутренними боковыми стенками, передней и задней стенками, внутренним днищем и теплообменной перегородкой в форме свода, которая состоит из двух частей, расположенных на разных уровнях, где первый уровень расположен ниже, чем второй, при этом эти своды соединены между собой стенкой, в которую выходят концы дымогарных труб нижнего хода; где теплообменник - это пространство внутри поверхностей, образованных внешним сводом и теплообменной перегородкой, между боковыми и задней стенкой и вертикальной стенкой теплообменника, являющейся задней стенкой воздушной камеры; где воздушная камера -пространство, образованное между передней стенкой теплогенератора и вертикальной стенкой теплообменника, внешними боковыми стенками теплогенератора, а также верхним и нижним сводами; где жаротрубные трубы нижнего хода расположены между вертикальной стенкой теплообменника и стенкой теплообменника, дымогарные трубы верхнего хода расположены между вертикальной стенкой теплообменника и задней стенкой теплогенератора и выходят в дымоход.

Недостатком вышеописанных технических решений являются низкие эксплуатационные характеристики.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка устройства для выработки тепловой энергии за счет сжигания соломы.

Данная задача решается благодаря тому, что теплогенератор на соломе состоит из полого корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда с выпускными патрубками в верхней части для выхода горячего воздуха, дымоходом, дутьевыми вентиляторами, с дверцей на стенке и ящиком для золы, к боковой стенке присоединена электрическая панель управления режимом работы устройства, внутри корпуса расположены вертикально ориентированная камера сгорания и теплообменник, состоящий из вертикально ориентированного воздуховода, основной горизонтально ориентированной трубы, распределительной коробки, горизонтально ориентированных вторичных труб и выпускной коробки, внутри корпуса на уровне воздуховода теплообменника с двух сторон расположены дефлекторы, а также к корпусу с трех сторон прикреплены вентиляторы для забора воздуха для горения, установленные на двух уровнях, причем первый уровень находится на уровне нижней части камеры сгорания, а второй - на уровне верхней части камеры сгорания, вентиляторы для забора воздуха для горения, находящиеся на втором уровне, соединены с кольцевой трубой, расположенной внутри камеры сгорания, с отверстиями, направленными внутрь.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик, в том числе повышение производительности, эффективности отдачи тепла, срока эксплуатации и равномерное сгорание рулона соломы.

Вертикально ориентированная камера сгорания в корпусе теплогенератора обеспечивает идеальное распределение тепла и, следовательно, пламени по сравнению с горизонтально ориентированной камерой сгорания, которая имеет концентрацию тепла в верхней части, что приводит к разнице температур и линейному расширению. Из-за различного расширения между верхней и нижней частью камеры сгорания возникают напряжения на соединительных сварных швах, которые по прошествии длительного времени могут выйти из строя, также по прошествии некоторого времени напряжения могут вызвать трещины или поломки. Вертикальное расположение камеры сгорания уменьшает или устраняет это явление и, следовательно, срок службы устройства увеличивается (поскольку соединения имеют меньшую термическую нагрузку), а теплообменный воздух подвергается равномерному нагреву (по этой причине вентиляторы в случае вертикального расположения камеры сгорания могут иметь несколько меньший расход, чем в случае горизонтально ориентированных камер сгорания). На входе поток сталкивается с сопротивлением, когда ударяется о корпус камеры сгорания. Поверхность горизонтально ориентированной камеры сгорания, о которую ударяется входящий поток, имеет необтекаемую форму (торец камеры). Соответственно, данное сопротивление снижает скорость потока и не позволяет потоку равномерно распределяться вдоль стенок камеры. Отсюда следует, что и поток воздуха нагревается неравномерно. Вертикально ориентированная камера сгорания на входе имеет округлую плоскость, соответственно, данная форма позволяет снизить сопротивление и дает не только равномерное распределение воздуха вдоль корпуса камеры, но и его равномерный и более эффективный нагрев.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

Фиг. 1 - схематическое изображение движения дымовых газов и выхода горячего воздуха.

На фиг. 1 слева изображен вид сбоку, а справа - вид спереди. Красные стрелки на фиг. 1 показывают движение дымовых газов, синие стрелки показывают движение холодного воздуха, оранжевые стрелки - движение горячего воздуха.

На фигуре обозначено: 1 - корпус; 2 - выпускной патрубок; 3 - камера сгорания; 4 - теплообменник; 5 - дутьевой вентилятор; 6 - дымоход; 7 -дефлектор; 8 - дверца; 9 - воздуховод теплообменника; 10 - основная труба теплообменника; 11 - вторичные трубы теплообменника; 12 -распределительная коробка теплообменника; 13 - выпускная коробка теплообменника; 14 - ящик для золы; 15 - вентилятор для горения.

Теплогенератор на соломе состоит из полого вертикально ориентированного корпуса 1 на ножках в форме прямоугольного параллелепипеда с выпускными патрубками 2 в верхней части для выхода горячего воздуха, дымоходом 6 сверху на задней стенке, тремя дутьевыми вентиляторами 5 снизу на задней стенке и шестью вентиляторами для горения 15, с дверцей 8 на передней стенке. Внутри корпуса 1 расположены вертикально ориентированная камера сгорания 3 и теплообменник 4. Корпус 1 имеет отверстия сверху для выпускных патрубков 2, отверстие спереди для дверцы 8 и отверстия на задней стенке сверху для дымохода 6, снизу для дутьевых вентиляторов 5 и вентиляторов для горения 15. В основании корпуса 1 находится ящик для золы 14. К корпусу 1 с трех сторон прикреплены шесть вентиляторов 15 для забора воздуха для горения, по два на одной стороне, установленные на двух уровнях. К боковой стенке корпуса 1 присоединена электрическая панель управления режимом работы устройства (на фигуре не изображена). Электрическая панель соединена проводами с дутьевыми вентиляторами 5 и вентиляторами для горения 15. Камера сгорания 3 имеет цилиндрическую форму. Камера сгорания 3 соединена с теплообменником 4 вертикально ориентированным воздуховодом теплообменника 9. Внутри корпуса 1 на уровне воздуховода теплообменника 9 с двух сторон расположены дефлекторы 7, которые нужны для направления воздуха в выпускные патрубки 2 через поверхность теплообменника 4.

Заявляемый теплогенератор ориентирован на сжигание соломы. Теплогенератор сжигает стандартные рулоны соломы на дне камеры сгорания 3, куда рулон загружается сельскохозяйственным погрузчиком или погрузчиком с телескопической стрелой. Выпускные патрубки 2 горячего воздуха могут поворачиваться в разных направлениях и распределять поток нагретого воздуха в нужную сторону. Количество выпускных патрубков 2 зависит от индивидуальных потребностей пользователя, оптимальное количество - от одного до трех. Поток воздуха для нагрева проходит по поверхности теплообменника 4 от дефлекторов 7, которые направляют воздух, предотвращая рассеивание тепла. Дефлекторы 7 монтируются под теплообменником 4, а именно в месте под вторичными трубами теплообменника 11 и служат, для того чтобы максимально направить поток нагреваемого воздуха по поверхности теплообменника 4 в месте нахождения труб теплообменника 4. Таким образом предотвращается боковое прохождение воздуха, и весь воздух касается поверхностей теплообменника 4 в месте нахождения труб теплообменника 4. Воздух проходит через горячую часть теплообменника 4, а не через холодную часть, ограниченную панелями. К корпусу 1 теплогенератора на соломе с трех сторон прикреплены по два вентилятора для подачи первичного воздуха для горения 15, установленные на двух уровнях. Датчики температуры определяют наличие пламени и продолжают стандартный режим работы теплогенератора, продолжая подачу воздуха в зависимости от требуемой мощности (переменная скорость вентиляторов 15). При достижении заданной температуры корпуса 1 (40-50°) теплогенератор запускает работу дутьевых вентиляторов 5, которые забирает воздух из окружающей среды, который затем нагревается, касаясь горячих поверхностей и проходя через поверхности теплообменника 4. Когда датчики температуры показывают понижение температуры, можно открыть дверцу 8 даже при наличии пламени (вентиляторы останавливаются при открытии дверцы 8 с помощью микропереключателя), и можно загружать следующий рулон. Камера сгорания 3 достаточно широкая для развития пламени, а ее нижняя часть, контактирующая с раскаленной золой, изолирована огнеупорным цементом, так же, как и дверца 8, которая нужна для контроля процесса и очистки внутреннего пространства теплогенератора.

В теплогенераторе горение происходит в камере сгорания 3. Рулон соломы занимает почти все пространство в камере сгорания 3. Рулон соломы разжигается вручную от внешнего источника (и небольшим газовым баллоном) при открытой дверце 8, а затем, как только дверца 8 закрывается, включаются вентиляторы воздуха для горения 15, и горение происходит непосредственно по всей камере сгорания 3. В зависимости от влажности и интенсивности горения рулон соломы сгорает полностью от 3 до 6 часов. К корпусу 1 теплогенератора на соломе с трех сторон прикреплены по два вентилятора для подачи первичного воздуха для горения 15, установленные на двух уровнях, причем первый уровень находится на уровне нижней части камеры сгорания 3, а второй уровень находится на уровне верхней части камеры сгорания 3 для оптимального распределения кислорода, чтобы обеспечить сжигание рулона со всех сторон. С внутренней стороны камеры сгорания 3 по периметру верхней части сконструирована кольцевая труба с отверстиями, направленными внутрь для подачи кислорода по всей окружности рулона соломы. Снаружи кольцевая труба соединена с тремя вентиляторами для горения 15 второго уровня. Рулон, который помещается в камеру сгорания 3, имеет высоту около 130-140 см (вертикальное расположение), а вентиляторы для горения 15 второго уровня находятся приблизительно на 10 см выше рулона соломы, чтобы подать воздух для горения всей верхней части пламени. Воздух равномерно распределяется снизу по периметру кольцевой трубы оптимальным образом между рулоном соломы и вертикальными стенками камеры сгорания 3; таким образом, рулон соломы сгорает со всех сторон с одинаковым соотношением воздуха, поддерживающего горение, и равномерно распределяет температуру по всем металлическим отопительным частям. В случае горизонтального размещения рулона соломы в вертикальной цилиндрической камере сгорания 3 усложняется равномерное сжигание рулона и становится невозможным равномерное распределение температур. Равномерное распределение температуры в камере сгорания обеспечивает более эффективный теплообмен воздуха, по сравнению с неравномерным распределением в случае горизонтальной загрузки рулона. Теплогенератор на соломе ориентирован на сжигание стандартных рулонов соломы (130 см х 130 см) весом 600 кг. В камеру сгорания 3 теплогенератора рулон соломы загружается в вертикальном положении. Расстояние между рулоном соломы и вертикальными стенками камеры сгорания 3 одинаково со всех сторон. Это способствует равномерному расширению и равномерному распределению тепла по стенкам камеры сгорания 3.

Теплообменник 4 состоит из вертикально ориентированного воздуховода 9 прямоугольного сечения, основной горизонтально ориентированной трубы 10 круглого сечения, распределительной коробки 12, горизонтально ориентированных вторичных труб 11 круглого сечения и выпускной коробки 13. Диаметр вторичных труб 11 меньше диаметра основной трубы 10. Вертикально ориентированный воздуховод 9 прямоугольного сечения соединяет верхнюю часть камеры сгорания 3 с основной горизонтально ориентированной трубой 10 круглого сечения теплообменника 4. Соединение вертикально ориентированного воздуховода 9 прямоугольного сечения с горизонтально ориентированной трубой 10 круглого сечения выполняется сваркой в центре теплообменника 4. Один конец основной трубы теплообменника 10 соединен с выпускной коробкой 13, а другой конец - с распределительной коробкой 12, причем на стороне соединения распределительной коробки 12 имеется отверстие для основной трубы 10, а на стороне соединения выпускной коробки 13 отверстия нет, то есть один конец, соединенный с выпускной коробкой 13 закрыт, а другой конец, соединенный с распределительной коробкой 12 открыт.Соединение основной трубы 10 и вторичных труб 11 с распределительной коробкой 12 осуществляется сваркой. Наличие основной трубы 10 в теплообменнике 4 дает возможность увеличить путь и время прохождения дымовых газов. Это увеличивает теплоотдачу. В распределительной коробке 12 в форме параллелепипеда происходит распределение дымового газа из основной трубы теплообменника 10 во вторичные трубы 11, то есть горизонтальная инверсия потока дымовых газов. Сторона распределительной коробки 12, противоположная стороне соединения с основной 10 и вторичными трубами 11, является съемной для облегчения очистки внутренней поверхности от сажи и золы. При демонтаже этой части, открывается доступ к основной трубе 10 и вторичным трубам 11. Таким образом обеспечивается возможность производить чистку устройства. Концы горизонтально ориентированных вторичных труб 11 круглого сечения теплообменника 4 соединяются с одной стороны с распределительной коробкой 12, а с другой стороны - с выпускной коробкой 13. Выпускная коробка 13 - это коробка в форме параллелепипеда, которая с одной стороны соединена с вторичными трубами теплообменника 11, а с другой стороны - с дымоходом 6 круглого сечения.

Электрическая панель с электронным управлением устанавливается для управления следующими параметрами: наличие пламени, вентиляция воздуха для горения, вентиляция воздуха для отопления помещения.

Дымовые газы направляются из камеры сгорания 3 по воздуховоду теплообменника 9 в основную трубу теплообменника 10, а затем из основной трубы 10 в распределительную коробку 12, далее из распределительной коробки 12 во вторичные трубы теплообменника 11, далее в выпускную коробку 13 и выходят из дымохода 6. Теплообменник 4 вместе с поверхностью камеры сгорания 3 образуют теплообменные поверхности, нагретые от дымовых газов, для получения горячего воздуха. Теплообменник 4 отдает тепловую энергию потоку воздуха. Два потока (поток дымовых газов внутри труб теплообменника 4 и поток воздуха для нагрева помещения) обмениваются теплом от поверхностей, которыми они разделены. Два потока перпендикулярны друг другу: дымовые газы имеют горизонтальное направление, в то время как поток воздуха для нагрева проходит в вертикальном направлении.

Запуск дутьевых вентиляторов 5 задерживается по сравнению с воспламенением материала внутри камеры сгорания, как при запуске, так и при остановке, это позволяет избежать выброса холодного воздуха в окружающую среду и обеспечивает полное и безопасное охлаждение теплообменника 4. Теплогенератор на соломе предназначен для обработки воздуха при минимальной температуре -15°С и также может быть установлен снаружи.

Для осуществления полезной модели использованы известные и применяемые в данной области техники материалы и конструктивные элементы. Корпус 1 теплогенератора и теплообменник 4 могут быть выполнены из нержавеющей стали, основание из углеродистой стали, изоляция основания из огнеупорного бетона, внешняя облицовка может быть выполнена из стальных листов с порошковым покрытием, выпускные патрубки 2 из оцинкованной стали. Элементы, соприкасающиеся с раскаленной золой (днище камеры сгорания 3 и дверца 8), изолированы от металлических деталей с помощью цемента, устойчивого к высоким температурам.

Минимальная температура горячего воздуха - 30°С При работе в постоянном режиме - 50°С Максимальная температура дымовых газов - 250°С.

В таблице 1 представлены общие характеристики устройства.

Характеристики устройства не являются единственно возможными и ограничивающими.

Устройство работает следующим образом.

Открывается дверца 8 и происходит загрузка рулона соломы сельскохозяйственным погрузчиком в камеру сгорания 3 в вертикальном положении. Рулон соломы разжигается вручную от внешнего источника (и небольшим газовым баллоном) при открытой дверце 8, а затем, как только дверца 8 закрывается, включаются вентиляторы воздуха для горения 15 и горение происходит непосредственно по всей камере сгорания 3. Как только корпус 1 теплогенератора достигает заданной температуры теплообмена, запускаются дутьевые вентиляторы 5, которые закачивают воздух из помещения внутрь устройства в пространство между камерой сгорания 3 и корпусом 1, который нагревается до выхода в окружающую среду. Пройдя путь между камерой сгорания 3, которая нагрета пламенем сгоревшего топлива, и корпусом 1, холодный воздух отбирает тепло у поверхности камеры сгорания 3, далее у вертикально ориентированного воздуховода теплообменника 9 и далее у стенок теплообменника 4, направленный с помощью дефлекторов 7. Через выпускные патрубки 2 для выхода горячего воздуха нагретый воздух поступает в помещение. Дымовые газы направляются из камеры сгорания 3 по вертикально ориентированному воздуховоду теплообменника 9 в горизонтально ориентированную основную трубу теплообменника 10 далее в распределительную коробку 12 далее по горизонтально ориентированным вторичным трубам теплообменника 11 в выпускную коробку 13, а из выпускной коробки 13 - в дымоход 6. Когда температура помещения достигает заданной температуры, система электронного управления с программным обеспечением снижает до минимума вентиляцию для горения для поддержания минимального огня в случае перезапуска. Дутьевые вентиляторы 5 работают до заданной температуры теплообмена. Когда вставленный рулон соломы почти полностью сгорел (это можно понять по снижению температуры корпуса 1 устройства), открывается загрузочная дверца 8, грузится новый рулон и возобновляется работа устройства. Выключение происходит путем остановки системы оператором через кнопку выключения на электрической панели и происходит остановка работы дутьевых вентиляторов 5.

Таким образом, преимуществами применения заявляемой полезной модели являются высокая тепловая эффективность за счет вертикального расположения камеры сгорания 3, высокая производительность выработки тепловой энергии за счет увеличения времени прохождения дымовых газов через основную 10 и вторичные трубы теплообменника 11 и наличия дефлекторов 7, которые направляют весь воздух в пределах теплообменника 4, избегая рассеивания воздушного потока, возможность снятия передней стенки теплообменника 4 для его прочистки и удаления сажи, которая может откладываться в трубах теплообменника 4, равномерное распределение тепла по стенкам камеры сгорания 3 за счет вертикальной загрузки рулона соломы, вертикальное расположение камеры сгорания 3 позволяет вертикально загружать рулон, который затем устойчиво размещается на основании камеры сгорания 3, а также возможность использования целых порционных рулонов соломы, которые формуются на стандартных упаковочных машинах, непосредственно в поле, в качестве топлива для отопления. Теплогенератор можно загружать обычным вилочным погрузчиком, поскольку дверь 8 очень широкая, а опорная поверхность находится в идеальном положении для освобождения вил погрузчика. Расположение вентиляторов воздуха для горения 15 обеспечивает равномерное и изотропное сгорание, а колосниковая решетка большого размера обеспечивает оптимальный выброс золы, что позволяет немедленно «заправить» новый рулон. Передний выдвижной ящик для сбора золы 14 прост в обращении и, следовательно, позволяет быстро и полностью выгружать золу. Также вертикальное расположение камеры сгорания 3 обеспечивает долговечность применения теплогенератора на соломе.

Claims (1)

1. Теплогенератор на соломе, состоящий из полого корпуса в форме прямоугольного параллелепипеда с выпускными патрубками в верхней части для выхода горячего воздуха, дымоходом, дутьевыми вентиляторами, с дверцей на стенке и ящиком для золы, к боковой стенке присоединена электрическая панель управления режимом работы устройства, отличающийся тем, что внутри корпуса расположены вертикально ориентированная камера сгорания и теплообменник, состоящий из вертикально ориентированного воздуховода, основной горизонтально ориентированной трубы, распределительной коробки, горизонтально ориентированных вторичных труб и выпускной коробки, внутри корпуса на уровне воздуховода теплообменника с двух сторон расположены дефлекторы, а также к корпусу с трёх сторон прикреплены вентиляторы для забора воздуха для горения, установленные на двух уровнях, причем первый уровень находится на уровне нижней части камеры сгорания, а второй – на уровне верхней части камеры сгорания, вентиляторы для забора воздуха для горения, находящиеся на втором уровне, соединены с кольцевой трубой, расположенной внутри камеры сгорания, с отверстиями, направленными внутрь.