Теплогенерирующая установка для нагрева воздуха в технологических целях с использованием в качестве топлива отходов сельского хозяйства, в том числе тюкованной и рулонной соломы

Изобретение относится к области теплоснабжения, в частности к энергетическому оборудованию, и направлено на повышение эффективности работы установки за счет возможности производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры с сохранением эффективности теплоотдачи и, как следствие, повышение надежности, безопасности и долговечности конструкции установки, а также увеличение тепловой мощности и возможности сжигания топлива с повышенной влажностью. Указанный технический результат достигается в теплогенерирующей установке для сжигания отходов сельского хозяйства, содержащей подвижную камеру сгорания с колосниковым полотном и соплами вторичного воздуха, имеющую свободную постановку в сальниковом узле, и пластинчатый теплообменник, установленный над камерой сгорания и который выполнен с возможностью конвективного нагрева и последующего омывания камеры сгорания для дополнительного нагрева воздуха за счет радиационного излучения, при этом пластинчатый теплообменник выполнен разборным с возможностью произведения подтяжки пластин при возможных температурных расширениях непосредственно при работе установки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплоснабжения, в частности, к энергетическому оборудованию, работающему на возобновляемом биотопливе, предназначенному для выработки горячего воздуха с температурой от 40 до 120 град С, и может быть использовано в зерносушильных комплексах для сушки зерна, для отопления других объектов.

Из уровня техники известна теплогенерирующая установка для сжигания рулонной соломы, содержащая камеру сгорания с дверью, в нижней части которой расположена колосниковая решетка с проемами для подачи первичного воздуха, проходящего сквозь горящее топливо. В задней части камеры сгорания установлены сопла вторичного воздуха. Камера сгорания стыкуется с воздушным теплообменным блоком. Теплообмен между топочными газами и агентом сушки (нагреваемым воздухом) происходит в теплообменном блоке за счет конвективного теплообмена происходящего через трубную матрицу. При сгорании дымовые газы поступают в теплообменный блок, где передают энергию нагреваемому воздуху. При этом течение воздуха от продуктов сгорания имеет преимущественно вращательно-вихревое течение. Покидающие установку газы поступают в циклонную установку, где происходит оседание золы, и дальше по системе газоходов через дымовую трубу газы выбрасывают в атмосферу (RU 181950, 30.07.2018).

Однако конструкция данной установки не позволяет производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры, что снижает эксплуатационные характеристики установки и безопасность.

В данной конструкции подача топлива предусмотрена закладкой целого рулона непосредственно в топку, что усложняет процесс горения и его регулировку, снижая эргономичность установки.

Нагрев теплоносителя в данной схеме происходит только за счет конвективного теплообменника, что увеличивает материалоемкость конструкцию.

В данной конструкции топка является полностью офутерованной, для предупреждения процесса спекания золы необходимо поддержание низкотемпературного процесса горения, чтобы его осуществлять необходим большой избыток воздуха, подающегося в топку, данный фактор увеличивает затраты на электроэнергию в связи с применением высокопроизводительного вентилятора и уменьшает КПД установки.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение арсенала технических средств теплогенерирующих установок, позволяющих производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры и, как следствие, исключения разрывов при нагревании с сохранением эффективности теплоотдачи.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности работы установки за счет возможности производить линейные и объемные расширения при высокой температуре внутри камеры с сохранением эффективности теплоотдачи и, как следствие, повышение надежности, безопасности и долговечности конструкции установки, а также увеличении тепловой мощности и возможности сжигания топлива с повышенной влажностью.

Указанный технический результат достигается в теплогенерирующей установке для сжигания отходов сельского хозяйства, содержащей подвижную камеру сгорания с колосниковым полотном и соплами вторичного воздуха, имеющую свободную постановку в сальниковом узле, и пластинчатый теплообменник, установленный над камерой сгорания и выполненный с возможностью конвективного нагрева и последующего омывания камеры сгорания для дополнительного нагрева воздуха за счет радиационного излучения, при этом пластинчатый теплообменник выполнен разборным с возможностью произведения подтяжки пластин при возможных температурных расширениях непосредственно при работе установки.

Подвижная камера сгорания представляет собой металлический цилиндр, в котором энергия сгорающего топлива через стенки камеры сгорания передается обтекающим потокам воздуха, благодаря чему происходит охлаждение камеры и нагрев воздуха до необходимой температуры.

Таким образом, в предложенной конструкции теплоноситель нагревается как за счет конвективного теплообменника, так и за счет радиационной энергии камеры сгорания, что позволяет уменьшить материалоемкость и габаритные размеры установки.

При этом за счет применения камеры сгорания без футеровки и обтекающего ее снаружи потока воздуха температура горения поддерживается в необходимых пределах, что позволяет применять менее мощный вентилятор поддува, что, соответственно, уменьшает затраты на электроэнергию.

Колосниковое полотно выполнено с проемами для подачи первичного воздуха.

Колосниковое полотно расположено в нижней части камеры сгорания.

Сопла вторичного воздуха расположены в задней части камеры сгорания.

Сальниковые узлы крепления капсулы камеры сгорания предназначены для возможности температурных расширений при высоких температурах горения. Постановка данного узла дает возможность производить радиационный теплообмен между топкой и теплоносителем, а также позволяет охлаждать стенки топки, в связи с возможностью уменьшения избытка воздуха возможно использовать менее мощный вентилятор поддува.

Возможность производить подтяжку пластин непосредственно на работающем образце при возможных тепловых расширениях позволяет не останавливать работу теплогенератора и всего технологического цикла на техническое обслуживание, что увеличивает срок службы оборудования и уменьшает затраты на его эксплуатацию.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид теплогенерирующей установки; на фиг.2 – вид с торца теплогенерирующей установки.

Теплогенерирующая установка (теплогенератор «TEPLOTOK») для осуществления нагрева воздуха включает в себя пластинчатый теплообменник 5, в котором происходит первичный нагрев воздуха, и подвижную камеру сгорания 1 (топочную капсулу) с возможностью сжигания сельскохозяйственных отходов. Теплогенерирующая установка выполнена с возможностью низкотемпературного режима горения, исключающего возможность шлакообразования до 850°С. Конструкция пластинчатого теплообменника 5 выполнена разборной, имеющей возможность производить подтяжку пластин при возможных температурных расширениях непосредственно на работающем образце. Камера сгорания 1 имеет свободную постановку в сальниковый узел (является подвижным элементом), благодаря чему происходят его линейные и объемные расширения при высоких температурах внутри камеры.

Камера сгорания 1 по внешней поверхности цилиндра выполнена с ребрами жесткости 6, которые усиливают ее конструкцию, закрываемой и снабжена в нижней части колосниковым полотном (решеткой) 3 с проемами для подачи первичного воздуха, и соплами для подачи вторичного воздуха. Пространство под колосниковым полотном 3 служит для сбора золы.

На колосниковом полотне размещается тюк соломы 4. Колосниковое полотно 3 позиционировано в начале камеры 1 для расположения на нем тюка соломы 4 и прохождения первичного воздуха непосредственно сквозь горящее топливо. Подвижная камера сгорания 1 представляет из себя металлический цилиндр, энергия сгорающего топлива через стенки камеры 1 передается обтекающим потокам воздуха, благодаря чему происходит охлаждение камеры 1 и нагрев воздуха до необходимой температуры. В верхней части установки стоит пластинчатый теплообменник 5, проходя через который холодный воздух нагревается, а топочные газы остывают. В задней части камеры сгорания 1 установлены сопла вторичного воздуха поддержания процесса горения и более стабильного разжигания вновь загруженного рулона/тюка соломы 4.

Способ нагрева включает в себя:

- прохождение воздуха через пластинчатый теплообменник, где происходит конвективный нагрев и последующее омывание топочной капсулы, при этом происходит дополнительный нагрев воздуха за счет радиационного излучения;

- подача любых сельскохозяйственных отходов в топочную капсулу либо в ручном либо в механизированном режимах;

- подача воздуха на первичное горение через нижнее колосниковое полотно;

- подача вторичного воздуха с тангенциальным поворотом сопел в сторону подаваемого топлива.

Теплогенерирующая установка работает следующим образом. В камеру сгорания 1 через проем 2 (либо вручную, либо с помощью гидравлического механизма подачи, либо с помощью шнекового транспортера) на колосниковое полотно 3 подается топливо 4. В представленной конструкции топливо подается перманентно с постоянной скоростью, что дает более удобную регулировку процесса горения и поддержания заданной температуры. Топливо 4 загорается от горящих остатков или при первоначальной растопке с помощью уложенной и подожженной биомассы. Первичный воздух, необходимый для горения, по воздухоподводящему каналу, за счет работы вентилятора наддува и открытия фронтальной заслонки, поступает через колосниковые проемы в камеру сгорания 1, непосредственно взаимодействуя с тюком соломы 4. В задней части камеры сгорания 1, через сопла, вторичный воздух направляется на топливо 4 по внутренней образующей камеры сгорания 1. Течение воздуха и продуктов сгорания имеет преимущественно вращательно-вихревое движение. Зола, образующаяся при сгорании, собирается в нижней части камеры сгорания 1 под колосниковым полотном 3. Образующиеся при сгорании дымовые газы поступают в теплообменник 5, где передают энергию нагреваемому воздуху. Движение газов и воздуха противоточное. Покидающие установку газы поступают в циклонную установку, где происходит оседание золы, дальше по системе газоходов через дымовую трубу газы выбрасываются в атмосферу. Воздух, поступающий в установку, первоначально проходит через пластинчатый теплообменник 5, затем обходит камеру сгорания 1 и подается потребителю.

1. Теплогенерирующая установка для сжигания отходов сельского хозяйства, характеризующаяся тем, что содержит подвижную камеру сгорания с колосниковым полотном и соплами вторичного воздуха, имеющую свободную постановку в сальниковом узле, и пластинчатый теплообменник, установленный над камерой сгорания и выполненный с возможностью конвективного нагрева и последующего омывания камеры сгорания для дополнительного нагрева воздуха за счет радиационного излучения, при этом пластинчатый теплообменник выполнен разборным с возможностью произведения подтяжки пластин при возможных температурных расширениях непосредственно при работе установки.

2. Теплогенерирующая установка для сжигания отходов сельского хозяйства по п. 1, характеризующаяся тем, что подвижная камера сгорания представляет собой металлический цилиндр, в котором энергия сгорающего топлива через стенки камеры выполнена с возможностью передачи обтекающим потокам воздуха, благодаря чему происходит охлаждение камеры и нагрев воздуха до необходимой температуры.

3. Теплогенерирующая установка для сжигания отходов сельского хозяйства по п. 1, характеризующаяся тем, что колосниковое полотно выполнено с проемами для подачи первичного воздуха.

4. Теплогенерирующая установка для сжигания отходов сельского хозяйства по п. 3, характеризующаяся тем, что колосниковое полотно расположено в нижней части камеры сгорания.

5. Теплогенерирующая установка для сжигания отходов сельского хозяйства по п. 1, характеризующаяся тем, что сопла вторичного воздуха расположены в задней части камеры сгорания.