Установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при выработке тепловой энергии в автономных установках, работающих на древесном или торфяном топливе. Технический результат - повышение эффективности за счет сокращения теплопотерь. Для достижения указанного технического результата установка дополнительно содержит вокруг боковой поверхности цилиндрического топливного бункера металлическое газонаправляющее спиралеобразное оребрение с газоходом и металлическую цилиндрическую водяную оболочку с патрубками для подвода и отвода воды и теплоизоляцией, вставленную в нижнее конусообразное сужение бункера металлическую воронку с задаваемым диаметром для соответствующей подачи расхода газифицируемого твердого топлива в камеру газификации, водяную оболочку вокруг трубы горения камеры газификации и верхнего газовыводящего патрубка водогрейного котла. 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики для выработки тепловой энергии и горячей воды в автономных установках на древесном или торфяном топливе применительно на деревоперерабатывающих предприятиях, в лесном и торфяном хозяйстве, для лесных поселков, жилых домов и др.

Известна [1, 2, 3] установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды, содержащая водогрейный котел на опорных ножках, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположены камеры сгорания с люками для чистки и верхнем газовыводящим патрубком, газогенератор типа Пинча, прямого процесса горения твердого топлива на опорных ножках, состоящий из металлического топливного бункера с уплотнительной крышкой и металлическим чехлом, расположенных под топливным бункером камеры газификации и зольника, отходящей от камеры газификации газогенератора и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с воздухотяговой трубой.

Недостатками известной полезной модели [1, 2, 3] являются:

1. Существенные теплопотери в окружающую среду (атмосферный воздух) сквозь термостойкую теплоизоляцию (асбест, керамика) с поверхности топливного бункера и трубы горения газогенератора, газовыводящей трубы водогрейного котла;

2. Отсутствие устройства для регуляции и подбора необходимой тепловой мощности установки применительно к обогреваемым площадям зданий с учетом периода года.

Технический результат изобретения состоит в эффективном использовании:

1.Отходящего тепла с дымовыми газами водогрейного котла в топливном бункере газогенератора прямого процесса горения для предварительной подсушки и пиролиза измельченного древесного или торфяного топлива и подогрева окружающей топливный бункер водяной оболочки;

2. Отходящего тепла в окружающую среду от поверхности трубы горения камеры газификации и дымоотводящей трубы водогрейного котла путем применения вокруг них водяной оболочки, являющейся составной частью водяной оболочки установки.

Для достижения указанного технического результата установка содержит водогрейный котел на опорных ножках, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположены камеры сгорания с люками для чистки и верхнем газовыводящим патрубком, газогенератор типа Пинча прямого процесса горения твердого топлива на опорных ножках, состоящий из металлического топливного бункера с уплотнительной крышкой и металлическим чехлом, расположенных под топливным бункером камеры газификации и зольника, отходящей от камеры газификации газогенератора и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с воздухотяговой трубой.

Для достижения указанного технического результата установка дополнительно содержит вокруг боковой поверхности цилиндрического топливного бункера металлическое газонаправляющее спиралеобразное оребрение с газоходом и металлическую цилиндрическую водяную оболочку с патрубками для подвода и отвода воды и теплоизоляцией, вставленную в нижнее конусообразное сужение бункера металлическую воронку с задаваемым диаметром для соответствующей подачи расхода газифицируемого твердого топлива в камеру газификации, труба горения камеры газификации и верхний газовыводящий патрубок водогрейного котла снабжены водяной оболочкой, камера сгорания водогрейного котла снабжена снизу воздухотяговой трубой, выполняющей также роль патрубка для стока образующегося жидкого конденсата.

На рис.1 схематично изображена установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды.

Установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды содержит водогрейный котел на опорных ножках 24, газогенератор типа Пинча прямого процесса горения твердого топлива на опорных ножках, отходящую от камеры газификации газогенератора и присоединенную к камере сгорания водогрейного котла металлической трубу горения с воздухотяговой трубой.

Водогрейный котел включает в себя металлическую водяную оболочку с патрубками для подвода и отвода воды, окруженную теплоизоляцией и металлическим чехлом; расположенную внутри себя камеру сгорания с люками для чистки; снабженную водяной облочкой газовыводящий патрубок; отходящую от дна воздухотяговую трубу. Водяная оболочка 32 водогрейного котла изолировано отделена от водяной оболочки 11 газогенератора при помощи металлических перегородок и в основном служит для выработки тепловой энергии потребителю или при необходимости может служить также для выработки горячей воды.

Присоединенный к водогрейному котлу газогенератор типа Пинча включает в себя металлический топливный бункер с уплотнительной крышкой, металлическим оребрением, теплоизоляцией и металлическим чехлом; расположенный под топливным бункером камеру газификации и зольник с водяной облочкой, теплоизоляцией и металлическим чехлом; отходящую от камеры газификации газогенератора и присоединенную к камере сгорания водогрейного котла металлическую трубу горения с водяной облочкой, воздухотяговой трубой, теплоизоляцией и металлическим чехлом; вставленную в нижнее конусообразное сужение бункера металлическую воронку. Водяная оболочка 11 газогенератора изолировано отделена от водяной оболочки 32 водогрейного котла при помощи металлических перегородок и в основном служит для выработки горячей воды потребителю или при необходимости может служить также для выработки тепловой энергии.

Установка работает следующим образом. Открываются уплотнительная крышка 1 люка 2, дверца 15 зольника 18, кран 20 патрубка 21, кран 26 патрубка 25, краны 34, 35 патрубка 36, краны 39, 40 патрубка 38. В закрытом положении находятся дверца 13 камеры газифкации 12, крышки воздухотяговых труб 19, 22, уплотнительные крышки 27, 33 водогрейного котла. Патрубки 21, 38 присоединены к системе для выработки горячей воды, а патрубки 25, 38 присоединены к системе для выработки тепловой энергии. Через люк 2 в бункер 4 загружается измельченное древесное или торфяное топливо 6 с относительной влажностью W^p=0,05-0,15 практически на весь объем. В дальнейшем после вывода установки на нормальный режим работы топливо 6 может загружаться с влажностью до W^p=0,15-0,50. При загрузке часть твердого топлива просыпается по металлической воронке 10 в камеру газификации 12, образуя в ней «горку». Люк 2 герметично закрывается уплотнительной крышкой 1.

По патрубкам 21, 25 из систем для выработки горячей воды и тепловой энергии подается охлажденная вода, которая проходит по водяным оболочкам 11, 32 газогенератора и водогрейного котла и выходит наружу по патрубкам 36, 38, циркулируя по замкнутому контуру системы и установки. При заполнении водяных оболочек 11, 32 водой по кранам 35, 39 производится сброс воздуха в атмосферу. При начале вытекания воды из кранов 35, 39 они закрываются.

Затем производится розжиг древесного или торфяного топлива 6 газогенератора по принципу обычной печи горения. Для этого открывается дверца 13 камеры газификации 12 и через люк 14 производится розжиг топлива 6. Приоткрывается дверца 15 зольника 18 для подачи первичного атмосферного воздуха в камеру газификации 12. Дверца 13 закрывается. Приоткрываются крышки воздухотяговых труб 19, 22 для подачи вторичного и третичного атмосферного воздуха в трубу горения 28 газогенератора и камеру сгорания 23 котла. За счет создающейся тяги при горении топлива 6 в газогенераторе атмосферный воздух, как газообразный окислитель топлива, поступает по люку 16 сквозь чугунную колосниковую решетку 17 в камеру газификации 12. При горении топлива 6 в камере газификации 12 выделяется тепловая энергия, которая снаружи нагревает металлическую воронку 10. При этом внутри воронки 10 происходит пиролиз топлива 6 с выделением тепловой энергии и образованием древесного или торфяного угля, горючих газообразных продуктов, поступающих самопроизвольно в камеру газификации 12. Нагретые газообразные продукты - СО₂, Н₂, Н₂О взаимодействуют с раскаленным углем из топлива 6 в камере газификации 12 с образованием дополнительного и значительного количества горючих газов СО, Н₂, СН₄. Производится регулировка подачи воздуха в камеру газификации 12, трубу горения 28 и камеру сгорания 23 путем определенного открывания дверцы 15, крышек воздухотяговых труб 19, 22. Дверца 15 открывается так, чтобы по люку 16 воздух поступал в камеру газификации 12 в недостатке для полного сгорания топлива 6 и одновременно в необходимом количестве для протекания термохимической газификации топлива 6 с образованием горючего генераторного газа. Генераторный газ представляет собой смесь газообразных остатков воздуха - газ азот (N₂) - 40-65%, газ аргон (Аr) - 0,5-1%, газ кислород (O₂) - 0,5-2,5% и продуктов газификации топлива 6 - угарный газ (СО) - 10-25%, газ водород (Н₂) - 10-25%, газ метан (СН₄) - 1-3%, водяной пар (Н₂О) - 5-20% от объема газа. Крышки воздухотяговых труб 19, 22 открываются так, чтобы в трубе горения 28 поступающий в нее из камеры газификации 12 образующийся генераторный газ разгорался с выходом факела в камеру сгорания 23 котла, в которой сгорал практически полностью. Выделяемая тепловая энергия внутри камеры сгорания 23 при сгорании генераторного газа нагревает водяную оболочку 32 котла. Из котла нагретые газообразные продукты до 150-250°С отводятся по газовыводящей трубе 31 в газогенератор. Газообразные продукты движутся вверх по газоходу 7 металлического спиралеобразного оребрения 5 и охлажденные выводятся наружу по металлическому газоотводящему патрубку 3 в специальную дымовую трубу.

При газификации топлива 6 в камере сгорания 12 и отводе газообразных продуктов из камеры сгорания 23 котла по патрубку 3 наружу газогенератора выделяемая тепловая энергия нагревает его водяную оболочку 11 и бункер 4 с топливом 6. В бункере 4 происходит процесс сушки топлива 6 до температуры начала пиролиза, а ниже, в основном, в металлической воронке 10 происходит процесс пиролиза топлива 6. После израсходывания на 70-85% объема топлива 6 в камере газификации 12 в бункер 4 автоматизировано или вручную повторно загружается топливо 6 на весь его объем. Из зольника 18 по мере накопления образующейся золы производится ее извлечение при открытой дверце 15 через люк 16.

Используемая в установке металлическая воронка 10 устанавливает определенный расход подаваемого топлива 6 в камеру газификации 12 за счет задаваемого нижнего внутреннего диаметра и выполняет роль камеры пиролиза топлива, что важно для улучшения процесса термохимической газификации топлива 5 в камере газификации 12. Воронка 10 может быть заменена на воронку с другим нижним внутренним диаметром при необходимости задавания иного расхода топлива 6 в камере газификации 12, что связано с регуляцией мощности установки применительно к различным площадям обогрева зданий и с учетом сезонного периода года для поддержания в них удовлетворительной температуры воздуха.

Обозначения к рис.1: 1- металлическая уплотнительная крышка; 2 - люк; 3 - металлический газоотводящий патрубок; 4 - металлический бункер газогенератора; 5 - металлическое спиралеобразное газонаправляющее оребрение; 6 - газифицируемое измельченное древесное или торфяное топливо; 7 - газоход; 8 - конусообразное сужение; 9 - металлический чехол газогенератора; 10 - металлическая воронка-регулятор расхода газифицируемого твердого топлива; 11 - водяная оболочка газогенератора; 12 - металлическая камера газификации; 13 - металлическая дверца с теплоизоляцией; 14 - люк; 15 - металлическая дверца с теплоизоляцией; 16 - люк; 17 - чугунная колосниковая решетка; 18 - металлический зольник; 19 - металлическая воздухотяговая труба газогенератора; 20 - кран; 21 - металлический патрубок для подачи охлажденной воды в водяную оболочку газогенератора; 22 - металлическая воздухотяговая труба водогрейного котла; 23 - камера сгорания газообразного или твердого топлива; 24 -металлические трубчатые опорные ножки; 25 - металлический патрубок для повода охлажденной воды в котел; 26 - кран; 27 - металлическая дверца с теплоизоляцией; 28 - металлическая труба горения газогенератора; 29 - металлический кожух котла; 30 - теплоизоляция (минвата) котла; 31 - металлическая газовыводящая труба котла; 32 - водяная оболочка котла; 33 - металлическая уплотнительная крышка с теплоизоляцией; 34 - кран; 35 - кран; 36 - металлический патрубок для отвода нагретой воды из котла; 37 - теплоизоляция (минвата) газогенератора; 38 - металлический патрубок для отвода нагретой воды из газогенератора; 39 - кран; 40 - кран.

Литература

1. Ветров И.М., Шабаров А.Б. Водогрейная установка на газифицируемых древесных отходах // Патент РФ на полезную модель №86592. Приоритет на полезную модель от 28 апреля 2009 г.

2. Лямин В.А. Газификация древесины. М.: Изд-во «Лесная пром-ть», 1967. - 262 с.

3. Ефимов Н.Н., Федорова Н.В., Миргородский А.И., Коломийцев A.M. Газификация органических топлив и биомасс. // Ж. «Успехи современного естествознания», №1, 2007. - 15-20 с.

Установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды, содержащая водогрейный котел на опорных ножках, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположены камеры сгорания с люками для чистки и верхним газовыводящим патрубком, газогенератор типа Пинча прямого процесса горения твердого топлива на опорных ножках, состоящий из металлического топливного бункера с уплотнительной крышкой и металлическим чехлом, расположенных под топливным бункером камеры газификации и зольника, отходящей от камеры газификации газогенератора и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с воздухотяговой трубой, отличающаяся тем, что цилиндрический топливный бункер снабжен вокруг боковой поверхности металлическим газонаправляющим спиралеобразным оребрением с газоходом, металлической цилиндрической водяной оболочкой с патрубками для подвода и отвода воды и теплоизоляцией, вставленной в нижнее конусообразное сужение бункера металлической воронкой с задаваемым диаметром для соответствующей подачи расхода газифицируемого твердого топлива в камеру газификации, труба горения камеры газификации и верхний газовыводящий патрубок водогрейного котла снабжены водяной оболочкой, камера сгорания водогрейного котла снабжена снизу воздухотяговой трубой, выполняющей также роль патрубка для стока образующегося жидкого конденсата.