UA142297U

UA142297U - HEAT GENERATOR

Info

Publication number: UA142297U
Application number: UAU201912088U
Authority: UA
Inventors: Лілія Анатоліївна Боднар; Ілля Юрійович Федич
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-05-25

Abstract

Теплогенератор має корпус і встановлену в нього із зазором топкову камеру з колосниковою решіткою, отвором з дверцятами для подачі палива та піддувалом. Топкову камеру через теплообмінник сполучено з трубопроводом відведення димових газів. Зазор між корпусом та топковою камерою сполучено з трубопроводом подачі повітря, а задня стінка корпусу котла має отвір для відведення нагрітого повітря. Теплообмінник виконано у вигляді набору вертикальних трубок, які сполучають простір топкової камери з колектором, підключеним через трубопровід відведення димових газів до димової труби. Колектор теплообмінника розміщено у корпусі котла з зазором. Зазор між корпусом котла і топковою камерою сполучено з міжтрубним простором теплообмінника, який також сполучено із зазором між колектором та корпусом котла, до якого підключено трубопровід подачі повітря. Внутрішня поверхня топкової камери футерована вогнетривким матеріалом. У топковій камері виконано отвори для подачі вторинного та третинного повітря. Теплообмінник теплогенератора оснащено інтенсифікаторами теплообміну у вигляді дротової спіралі.The heat generator has a housing and a combustion chamber with a grate, a hole with a door for fuel supply and a blower installed in it with a gap. The combustion chamber is connected to the flue gas pipeline through a heat exchanger. The gap between the housing and the combustion chamber is connected to the air supply pipe, and the rear wall of the boiler housing has an opening for the removal of heated air. The heat exchanger is made in the form of a set of vertical tubes that connect the space of the combustion chamber with the collector connected through the flue pipe to the chimney. The collector of the heat exchanger is placed in the boiler body with a gap. The gap between the boiler body and the combustion chamber is connected to the intertube space of the heat exchanger, which is also connected to the gap between the collector and the boiler body to which the air supply pipe is connected. The inner surface of the combustion chamber is lined with refractory material. The combustion chamber has holes for the supply of secondary and tertiary air. The heat exchanger of the heat generator is equipped with heat exchange intensifiers in the form of a wire spiral.

Description

Корисна модель належить до теплотехніки, зокрема до теплогенеруючих засобів для нагрівання повітря, зокрема до тих, що працюють на твердому паливі: біомасі, вугіллі, торфі та сумішах різних твердих палив.The useful model belongs to heat engineering, in particular to heat-generating means for heating air, in particular to those that work on solid fuel: biomass, coal, peat and mixtures of various solid fuels.

Відома конструкція теплогенератора (патент КО Мо 13692, МПК Е24Н 3/02), що містить корпус, в якому розміщена топкова камера з колосниковою решіткою, піддувалом та отвором з дверцятами для подачі палива. Топкова камера встановлена в корпусі із зазором який сполучається з трубопроводом для подачі атмосферного повітря. Топкова камера і теплообмінник виконані у формі арки з нижньою горизонтальною частиною, у теплообміннику канал для топкових газів розташований між внутрішнім та зовнішнім каналами для повітря і з'єднаний з камерою згорання п'ятьма радіальними димогарними патрубками, розташованими у верхній частині камери згоряння. Задня стінка корпуса котла оснащена отвором, до якого примикає система відведення нагрітого повітря. Недоліком описаного теплогенератора є низький ККД, обумовлений непродуктивними втратами тепла та недостатнім теплообміном між димовими газами і повітрям.The design of the heat generator is known (patent KO Mo 13692, IPC E24N 3/02), which contains a housing in which a combustion chamber with a grate, a blower and an opening with a door for fuel supply are placed. The combustion chamber is installed in a housing with a gap that connects to the pipeline for the supply of atmospheric air. The combustion chamber and the heat exchanger are made in the form of an arch with a lower horizontal part, in the heat exchanger, the channel for combustion gases is located between the internal and external channels for air and is connected to the combustion chamber by five radial chimney nozzles located in the upper part of the combustion chamber. The back wall of the boiler body is equipped with an opening to which the heated air exhaust system adjoins. The disadvantage of the described heat generator is low efficiency due to unproductive heat losses and insufficient heat exchange between flue gases and air.

Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до запропонованої корисної моделі є теплогенератор на твердому паливі (патент України на корисну модель Мо 67832, МПК Е24Н 1/46, 230 5/00. Бюл. Ме5, 2012 р.), що має корпус і встановлену в ньому із зазором топкову камеру з колосниковою решіткою, отвором з дверцятами для подачі палива та піддувалом, при цьому топкову камеру через теплообмінник сполучено з димовою трубою, зазор між корпусом та топковою камерою сполучено з трубопроводом подачі повітря, а задня стінка корпуса котла має отвір для відведення нагрітого повітря, причому теплообмінник виконано у вигляді набору вертикальних трубок, які сполучають простір топкової камери з колектором, підключеним через трубопровід відведення димових газів до димової труби, при цьому колектор теплообмінника розміщено у корпусі котла з зазором, а зазор між корпусом котла і топковою камерою сполучено з міжтрубним простором теплообмінника, який також сполучено із зазором між колектором та корпусом котла, до якого підключено трубопровід подачі повітря, причому трубопровід відведення димових газів та трубопровід подачі повітря виконані як "труба в трубі", причому внутрішня труба слугує для відведення диму, а зовнішня кільцева - для подачі повітря.The closest technical analogue to the proposed useful model is a solid fuel heat generator (patent of Ukraine for a useful model Mo 67832, МПК Е24Н 1/46, 230 5/00. Byul. Me5, 2012), which has a case and is installed in it has a gap with a combustion chamber with a grate, an opening with a door for fuel supply and a blower, while the combustion chamber is connected to the smoke pipe through a heat exchanger, the gap between the housing and the combustion chamber is connected to the air supply pipeline, and the back wall of the boiler housing has an outlet hole heated air, and the heat exchanger is made in the form of a set of vertical tubes that connect the space of the combustion chamber with the collector connected through the flue gas discharge pipeline to the chimney, while the heat exchanger collector is placed in the boiler body with a gap, and the gap between the boiler body and the combustion chamber is connected with the intertube space of the heat exchanger, which is also connected to the gap between the collector and the boiler body, to which the air supply pipeline is connected, and the flue gas removal pipeline and the air supply pipeline are made as a "pipe in a pipe", and the inner pipe serves for smoke removal, and the outer annular one - for air supply.

Недоліком конструкції є те, що можливе руйнування металевої стінки топки. Це пов'язано з тим, що повітря є теплоносієм з низьким коефіцієнтом тепловіддачі, і в разі недостатнього відведення теплоти від поверхні топки в потік повітря, можливе прогорання металу. Крім того, подача повітря одним потоком під колосникову решітку є нераціональною, оскільки можливе недопалювання частинок палива. Слід також зазначити, що в даній конструкції не передбачено пристроїв для інтенсифікації теплообміну, що призводить до значної металоємності теплогенератора. Крім того, в котлах на твердому паливі теплообмінники забруднюються, тому повинна бути передбачена можливість очищення стінок.The disadvantage of the design is that it is possible to destroy the metal wall of the firebox. This is due to the fact that air is a heat carrier with a low heat transfer coefficient, and in case of insufficient removal of heat from the surface of the furnace into the air flow, metal burnout is possible. In addition, the supply of air in one flow under the grate is irrational, as it is possible to underburn fuel particles. It should also be noted that in this design there are no devices for heat exchange intensification, which leads to a significant metal capacity of the heat generator. In addition, in solid fuel boilers, the heat exchangers get dirty, so it should be possible to clean the walls.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення теплогенератора, в якому за рахунок введення нових конструктивних елементів та їх розташування досягається підвищення надійності роботи теплогенератора, підвищення інтенсивності теплообміну в теплообміннику, покращення екологічних показників.The basis of a useful model is the task of creating a heat generator, in which, due to the introduction of new structural elements and their arrangement, an increase in the reliability of the heat generator, an increase in the intensity of heat exchange in the heat exchanger, and an improvement in environmental performance are achieved.

Поставлена задача вирішується тим, що теплогенератор, який має корпус і встановлену в нього із зазором топкову камеру з колосниковою решіткою, отвором з дверцятами для подачі палива та піддувалом, при цьому топкову камеру через теплообмінник сполучено з трубопроводом відведення димових газів, зазор між корпусом та топковою камерою сполучено з трубопроводом подачі повітря, а задня стінка корпуса котла має отвір для відведення нагрітого повітря, причому теплообмінник виконано у вигляді набору вертикальних трубок, які сполучають простір топкової камери з колектором, підключеним через трубопровід відведення димових газів до димової труби, при цьому колектор теплообмінника розміщено у корпусі котла з зазором, а зазор між корпусом котла і топковою камерою сполучено з міжтрубним простором теплообмінника, який також сполучено із зазором між колектором та корпусом котла, до якого підключено трубопровід подачі повітря, згідно з корисною моделлю, внутрішня поверхня топкової камери футерована вогнетривким матеріалом, причому у топковій камері виконано отвори для подачі вторинного та третинного повітря, а теплообмінник теплогенератора оснащено інтенсифікаторами теплообміну у вигляді дротової спіралі.The task is solved by the fact that the heat generator, which has a housing and a combustion chamber with a grate, an opening with a door for fuel supply and a blower installed in it with a gap, while the combustion chamber is connected to the flue gas discharge pipeline through a heat exchanger, the gap between the housing and the combustion chamber the chamber is connected to the air supply pipeline, and the back wall of the boiler body has an opening for the removal of heated air, and the heat exchanger is made in the form of a set of vertical tubes that connect the space of the combustion chamber with the collector connected through the flue gas discharge pipeline to the flue, while the collector of the heat exchanger placed in the boiler body with a gap, and the gap between the boiler body and the combustion chamber is connected to the intertube space of the heat exchanger, which is also connected to the gap between the collector and the boiler body, to which the air supply pipeline is connected, according to the useful model, the inner surface of the combustion chamber is lined with fire porous material, and the furnace chamber has openings for the supply of secondary and tertiary air, and the heat exchanger of the heat generator is equipped with heat exchange intensifiers in the form of a wire spiral.

На кресленні показано теплогенератор на твердому паливі.The drawing shows a solid fuel heat generator.

Теплогенератор містить корпус 1 і топкову камеру 2 з колосниковою решіткою З та отвором 4 з дверцятами 5 для подачі палива 6. Топкова камера встановлена в корпусі 1 з зазором 7, який сполучається з трубопроводом 8 подачі повітря. Верхня стінка топкової камери 2 оснащена трубчастим теплообмінником. При цьому вертикальні трубки 9 теплообмінника сполучають бо простір топкової камери 2 з колектором 10, який підключено до трубопроводу 11 відведення димових газів. Міжтрубний простір теплообмінника сполучено з зазором між корпусом 1 котла і топковою камерою 2. Задня стінка корпуса 1 котла оснащена отвором 12, до якого примикає система відведення нагрітого повітря, виконана, наприклад, у вигляді дифузора 13. Піддувало 14 сполучено з атмосферою через отвір 15 з дверцятами (на кресленні не показано). Верхня частина міжгрубного простору сполучена із зазором 16 між колектором 10 і корпусом 1, а нижня частина - сполучена із зазором 7 між корпусом 1 та топковою камерою 2. Внутрішня поверхня топкової камери 2 футерована вогнетривким матеріалом 17, крім того, в топковій камері 2 розташовані отвори для подачі вторинного 18, та третинного 19 повітря. Вертикальні трубки 9 теплообмінника оснащено інтенсифікаторами 20 теплообміну у вигляді дротової спіралі.The heat generator contains a housing 1 and a combustion chamber 2 with a grate З and an opening 4 with a door 5 for fuel supply 6. The combustion chamber is installed in the housing 1 with a gap 7 that connects to the air supply pipeline 8. The upper wall of combustion chamber 2 is equipped with a tubular heat exchanger. At the same time, the vertical tubes 9 of the heat exchanger connect the space of the combustion chamber 2 with the collector 10, which is connected to the pipeline 11 for the removal of flue gases. The intertube space of the heat exchanger is connected to the gap between the boiler body 1 and the combustion chamber 2. The rear wall of the boiler body 1 is equipped with an opening 12, to which the heated air removal system adjoins, made, for example, in the form of a diffuser 13. Blower 14 is connected to the atmosphere through an opening 15 with doors (not shown in the drawing). The upper part of the intercoarse space is connected to the gap 16 between the collector 10 and the housing 1, and the lower part is connected to the gap 7 between the housing 1 and the combustion chamber 2. The inner surface of the combustion chamber 2 is lined with refractory material 17, in addition, there are holes in the combustion chamber 2 for supplying secondary 18 and tertiary 19 air. The vertical tubes 9 of the heat exchanger are equipped with heat exchange intensifiers 20 in the form of a wire spiral.

Пристрій працює таким чином.The device works like this.

Тверде паливо подається в топкову камеру 2 через отвір 4 з дверцятами 5. Первинне повітря в топкову камеру 2 подається через колосникову решітку З з піддувала 14, куди воно надходить через отвір 15. Вторинне повітря на горіння подається через отвори 18, а третинне через отвори 19. Димові гази з топкової камери 2 через вертикальні трубки 9 теплообмінника, оснащені інтенсифікаторами теплообміну 20, надходять до колектора 10 і далі до сполученого з ним трубопроводу 11 відведення димових газів. Свіже атмосферне повітря рухається назустріч димовим газам по трубопроводу 8, який охоплює трубопровід 11 відведення димових газів і далі обтікає з усіх боків колектор 10. Нагріте у кільцевій трубі 8 та у зазорі 16 між колектором 10 і корпусом 1 повітря розділяється на чотири потоки. Перший потік (найбільший) проходить в міжтрубний простір теплообмінника, де омиває вертикальні труби 9 і нагрівається до заданої температури, і через отвір 12 у задній стінці корпуса 1 та дифузор 13 виходить за межі теплогенератора на споживання. Другий потік повітря надходить в отвори 19 і сприяє допалюванню газоподібних складових димових газів, що не згоріли (наприклад чадного газу).Solid fuel is supplied to the combustion chamber 2 through hole 4 with a door 5. Primary air is supplied to the combustion chamber 2 through the grate З from the blower 14, where it enters through hole 15. Secondary air for combustion is supplied through holes 18, and tertiary through holes 19 Flue gases from the combustion chamber 2 through the vertical tubes 9 of the heat exchanger, equipped with heat exchange intensifiers 20, flow to the collector 10 and further to the pipe 11 connected to it for the removal of flue gases. Fresh atmospheric air moves towards the flue gases through the pipeline 8, which covers the flue gas discharge pipeline 11 and then flows around the collector 10 from all sides. The air heated in the annular pipe 8 and in the gap 16 between the collector 10 and the housing 1 is divided into four streams. The first flow (the largest) passes into the inter-tube space of the heat exchanger, where it washes the vertical tubes 9 and heats up to the set temperature, and through the hole 12 in the back wall of the housing 1 and the diffuser 13, it goes outside the heat generator for consumption. The second flow of air enters the holes 19 and contributes to the combustion of the gaseous components of unburned flue gases (for example, carbon monoxide).

Третій потік повітря надходить в отвори 18 для подачі повітря над шаром палива 6, що горить.The third stream of air enters the holes 18 for supplying air above the layer of burning fuel 6.

Четвертий потік підігрітого повітря по зазору 7 між корпусом 1 і топковою камерою 2, нагріваючись ще більше, омиває піддувало 14, відбираючи від його стінки тепло, та надходить через отвір 12 у задній стінці корпуса 1 та дифузор 13 виходить за межі теплогенератора до споживача.The fourth flow of heated air through the gap 7 between the housing 1 and the combustion chamber 2, heating up even more, washes the blower 14, taking heat from its wall, and enters through the hole 12 in the back wall of the housing 1 and the diffuser 13 goes beyond the heat generator to the consumer.

За рахунок футерування топкової камери 2 вогнетривким матеріалом 17 підвищуєтьсяDue to the lining of the combustion chamber 2 with refractory material 17 rises

Зо надійність роботи теплогенератора, оскільки в разі недостатнього зняття температури зі стінок топки повітрям, можливе пошкодження стінки топки. Оскільки коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря має низьке значення (порівняно з водою), то можливість перегріву стінки топки цілком реальна. Розділення потоку повітря, що надходить на горіння на три частини, дозволить суттєво покращити екологічні показники теплогенератора (зменшення вмісту в димових газах чадного газу СО та оксидів азоту МОх). Оснащення вертикальних трубок 9 теплообмінника інтенсифікаторами теплообміну 20 у вигляді дротової спіралі, дозволить збільшити інтенсивність теплообміну з боку димових газів до стінки труби, а також, в разі приведення в рух інтенсифікатора, очистити внутрішню поверхню труби від чолових відкладень та інших забруднень.From the reliability of the heat generator, because in case of insufficient removal of temperature from the walls of the furnace with air, damage to the wall of the furnace is possible. Since the coefficient of heat transfer from the air side is low (compared to water), the possibility of overheating the furnace wall is quite real. Separation of the air flow entering the combustion into three parts will allow to significantly improve the environmental performance of the heat generator (reducing the content of carbon monoxide CO and nitrogen oxides MOx in the flue gases). Equipping the vertical tubes 9 of the heat exchanger with heat exchange intensifiers 20 in the form of a wire spiral will allow to increase the intensity of heat exchange from the side of flue gases to the pipe wall, and also, in the case of activating the intensifier, to clean the inner surface of the pipe from frontal deposits and other impurities.

Claims

FORMULA OF A USEFUL MODEL A heat generator that has a housing and a combustion chamber with a grate, an opening with a door for fuel supply and a blower installed in it with a gap, while the combustion chamber is connected to the flue gas discharge pipeline through a heat exchanger, the gap between the housing and the combustion chamber is connected to air supply pipeline, and the back wall of the boiler body has an opening for the removal of heated air, and the heat exchanger is made in the form of a set of vertical tubes that connect the space of the combustion chamber with the collector connected through the flue gas discharge pipeline to the smoke pipe, while the heat exchanger collector is located in the housing boiler with a gap, and the gap between the boiler body and the combustion chamber is connected to the inter-tube space of the heat exchanger, which is also connected to the gap between the collector and the boiler body, to which the air supply pipeline is connected, which differs in that the inner surface of the combustion chamber is lined with a refractory material ialom, and the furnace chamber has openings for the supply of secondary and tertiary air, and the heat exchanger of the heat generator is equipped with heat exchange intensifiers in the form of a wire spiral.