ТЕПЛОГЕНЕРАТОР-УТИЛИЗАТОР ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2001 года по МПК F23B1/38 

Изобретение предназначено для использования в деревообрабатывающей промышленности при сушке пиломатериалов, а также в теплоэнергетике для отопления жилых и производственных помещений.

В настоящее время на многих предприятиях деревообрабатывающей промышленности большую проблему создают отходы производства - опилки, щепа, стружка и т. п. , которые нужно складировать (что в свою очередь является проблемой из-за пожароопасности этих отходов и экологического загрязнения ими окружающей среды) или вывозить за пределы предприятия, утилизировать. Все это требует немалых затрат времени, сил и финансовых средств. В то же время для таких предприятий существует возможность выгодно использовать практически дармовое топливо с помощью различных теплогенераторов и утилизаторов.

Известна, например, конструкция теплоутилизационной установки по патенту РФ N 2092745, F 24 H 1/10, 1995, позволяющей производить утилизацию древесных отходов. Однако данная установка имеет большие габариты, ненадежна в работе из-за сложности конструкции, требует обслуживания квалифицированным персоналом (что крайне затрудняет ее обслуживание в сельской местности), а также не позволяет эффективно использовать производимое при утилизации тепло.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является известная конструкция устройства, которое может работать в качестве теплогенератора-утилизатора древесных отходов по патенту СССР N 207833, F 23 B 1/38, 1965, содержащего бункер для размещения топлива, топку, имеющую камеру сгорания и золосборник, устройство подачи топлива (питатель плунжерного типа) из бункера в топку, устройство для перемещения топлива внутри топки, выполненное в виде подвижных колосников, и блок управления подачей топлива кулачкового типа.

Такое устройство хотя и может производить утилизацию древесных отходов, однако данная установка из-за сложности ее конструкции ненадежна в работе и не позволяет эффективно использовать производимое при утилизации тепло.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является существенное повышение эффективности работы теплогенератора-утилизатора древесных отходов.

Данная задача решается с помощью технического результата от использования заявляемого изобретения, заключающегося в повышении надежности работы теплогенератора, улучшении условий его эксплуатации, а также повышении эффективности использования тепла, получаемого при утилизации путем сжигания древесных отходов.

Указанный результат достигается тем, что в известном теплогенераторе-утилизаторе древесных отходов, содержащем бункер для размещения топлива, топку, имеющую камеру сгорания и золосборник, устройство подачи топлива из бункера в топку, устройство для перемещения топлива внутри топки и блок управления подачей топлива,
во-первых, устройство подачи топлива из бункера в топку выполнено в виде шнека, имеющего два участка - первый внутри бункера и второй - между бункером и топкой, причем на обоих участках выполнена одинаковая - либо правая, либо левая навивка,
во-вторых, устройство для перемещения топлива внутри топки выполнено в виде размещенного внутри топки третьего участка шнека устройства подачи топлива из бункера в топку, имеющего навивку "противохода", обратную навивке первого и второго участков шнека,
в-третьих, блок управления подачей топлива выполнен в виде двух реле времени "Подача" и "Пауза", подключенных к электродвигателю привода устройства подачи топлива из бункера в топку,
в-четвертых, к выходному отверстию топки подсоединен теплообменник, к выходу для продуктов сгорания которого подсоединен инерционный золоуловитель, к выходу которого в свою очередь подсоединен дымосос, при этом на инерционном золоуловителе неподвижно закреплен блок дополнительной утилизации тепла отводимых газов продуктов сгорания, выполненный в виде водяной рубашки,
при этом в первом варианте исполнения теплообменник имеет корпус, внутри которого на неподвижно закрепленных на корпусе трубных досках и на направляющей поток нагреваемого воздуха горизонтальной перегородке неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы для отвода газов продуктов сгорания топлива, кроме этого, на корпусе горизонтально закреплены входной и выходной патрубки для нагреваемого воздуха, причем над верхней частью вертикальных труб имеется свод с крышкой, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя, установленного снаружи корпуса,
во втором варианте исполнения теплообменник имеет корпус, выполненный в виде горизонтально расположенного вытянутого параллелепипеда с входным и выходным патрубками для подачи и выпуска нагреваемого теплоносителя (например, воды, масла и т.п.), внутри корпуса на неподвижно закрепленных относительно корпуса трубных досках неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы для отвода газов продуктов сгорания топлива,
кроме того, внутри корпуса установлена неподвижно закрепленная на стенках корпуса и на верхней трубной доске вертикальная перегородка для направления потока теплоносителя, а также установлен неподвижно закрепленный относительно корпуса вертикально расположенный со смещением в сторону входного патрубка для подачи теплоносителя в пространстве между входным патрубком и вертикальной перегородкой инерционный золоуловитель,
причем входной патрубок подачи теплоносителя установлен около верхней части инерционного золоуловителя, а отверстие в вертикальной перегородке для прохода теплоносителя выполнено около нижней части инерционного золоуловителя,
при этом в верхней части корпуса имеется свод с крышкой, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя, а также имеется узел сброса пара и воздуха, выделяемых при нагреве из теплоносителя,
кроме этого, внутри корпуса имеются неподвижно закрепленные относительно корпуса две взаимно перпендикулярные вертикальные переборки.

Введение в вышеописанную конструкцию новых узлов и элементов, а также особое выполнение уже имеющихся узлов и элементов позволяет существенно повысить надежность работы, улучшить условия эксплуатации устройства, а также существенно повысить эффективность использования получаемого при утилизации древесных отходов тепла.

Предлагаемое изобретение пояснено чертежами, на которых:
- на фиг. 1 изображена общая схема предлагаемого теплогенератора-утилизатора древесных отходов;
- на фиг. 2 изображен поперечный разрез топки по стрелке А для показа взаимного расположения шнека устройства подачи топлива из бункера в топку относительно золосборника и лючка для удаления золы;
- на фиг. 3 изображена схема первого варианта исполнения ("сухого") теплообменника;
- на фиг. 4 изображена схема второго варианта исполнения теплообменника - в виде водяного котла;
- на фиг. 5 показан продольный разрез теплообменника по стрелке Б для показа расположения внутренних переборок корпуса;
- на фиг. 6 показан вариант выполнения вертикальной трубы с термокомпенсирующей накаткой.

Предлагаемый теплогенератор-утилизатор древесных отходов содержит бункер 1 для размещения топлива 2 (опилок, стружек, щепы, измельченных веток и сучьев и т.п.), топку 5, имеющую камеру сгорания 4 и золосборник 5, устройство подачи 6 топлива 2 из бункера 1 в топку 3, устройство 7 для перемещения топлива 2 внутри топки 3 и блок управления 8 подачей топлива 2.

Устройство подачи 6 топлива 2 из бункера 1 в топку 3 выполнено в виде шнека 9, имеющего два участка - первый 10 внутри бункера 1 и второй 11 - между бункером 1 и топкой 3, причем на обоих участках выполнена одинаковая - либо правая, либо левая навивка.

Устройство 7 для перемещения топлива 2 внутри топки 3 выполнено в виде размещенного внутри топки третьего участка 12 шнека 9 устройства подачи топлива 2 из бункера 1 в топку 3, имеющего навивку "противохода", обратную навивке первого 10 и второго 11 участков шнека 9.

Блок управления 8 подачей топлива 2 выполнен в виде двух реле времени: реле 15 "Подача" и реле 14 "Пауза", подключенных к электродвигателю 15 привода устройства подачи 6 топлива 2 из бункера 1 в топку 3.

К выходному отверстию 16 топки 3 подсоединен теплообменник 17, к выходу 18 для продуктов сгорания которого (см. фиг. 3) подсоединен инерционный золоуловитель 19, к выходу которого в свою очередь подсоединен дымосос 20, при этом на инерционном золоуловителе 19 неподвижно закреплен блок 21 дополнительной утилизации тепла отводимых газов продуктов сгорания, выполненный в виде водяной рубашки.

В первом варианте исполнения (см. фиг. 3) теплообменник 17 имеет корпус 22, внутри которого на неподвижно закрепленных на корпусе 22 трубных досках 23 и на направляющей поток нагреваемого воздуха горизонтальной перегородке 24 неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы 25 для отвода газов продуктов сгорания топлива 2, кроме этого, на корпусе 22 горизонтально закреплены входной 26 и выходной 27 патрубки для нагреваемого воздуха, причем над верхней частью вертикальных труб 25 имеется свод 28 с крышкой 29, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб 25, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя 19, установленного снаружи корпуса 22.

Во втором варианте исполнения (см. фиг. 4, 5) теплообменник 17 имеет корпус 30, выполненный в виде горизонтально расположенного вытянутого параллелепипеда с входным 31 и выходным 32 патрубками для подачи и выпуска нагреваемого теплоносителя (например, воды, масла и т.п.). Внутри корпуса 30 на неподвижно закрепленных относительно корпуса 30 трубных досках 33 неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы 34 для отвода газов продуктов сгорания топлива 2. Кроме того, внутри корпуса 30 установлена неподвижно закрепленная на стенках корпуса 30 и на верхней трубной доске 33 вертикальная перегородка 35 для направления потока теплоносителя, а также установлен неподвижно закрепленный относительно корпуса 30 вертикально расположенный со смещением в сторону входного патрубка 31 в пространстве между входным патрубком 31 и вертикальной перегородкой 35 инерционный золоуловитель 19, причем входной патрубок 31 подачи теплоносителя установлен около верхней части инерционного золоуловителя 19, а отверстие 36 в вертикальной перегородке 35 для прохода теплоносителя выполнено около нижней части инерционного золоуловителя 19.

При этом в верхней части корпуса 30 имеется свод 37 с крышкой 38, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб 34, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя 19, а также имеется узел 39 сброса пара и воздуха, выделяемых при нагреве из теплоносителя. Кроме этого, внутри корпуса 30 (см. фиг. 5) имеются неподвижно закрепленные относительно корпуса 30 две взаимно перпендикулярные вертикальные переборки 40, а вертикальные трубы 34 изготовлены с термокомпенсирующей накаткой 41 (см. фиг. 6).

Предлагаемый теплогенератор-утилизатор древесных отходов эксплуатируют следующим образом.

Перед началом эксплуатации установки в бункер 1 засыпают топливо 2: опилки, стружки, щепу, измельченные ветки и сучья, кору и т.п.). После этого производят настройку двух реле времени: реле 13 "Подача" и реле 14 "Пауза" блока управления 8 подачей топлива 2 для обеспечения четкой порционной подачи топлива 2 в топку 3 в зависимости от состояния (температура, влажность) окружающей среды, от состава исходных компонентов топлива 2 и т.д. Затем включают электродвигатель 15 привода устройства подачи 6 топлива 2 из бункера 1 в топку 3, подают топливо 2 в камеру сгорания 4 топки 3 и поджигают его. Топливо 2 подается в топку 5 порционно. Работа устройства для перемещения 7 топлива 2 внутри топки 3 выполняется по схеме: "работа - пауза - работа". При этом длительность работы или паузы определяется двумя реле времени: реле 13 "Подача" и реле 14 "Пауза". После сгорания топлива 2 образовавшаяся при этом зола собирается в золосборнике 5 (см. фиг. 2) и удаляется из него наружу, а образующиеся при горении топлива раскаленные газы продуктов сгорания через вертикальные трубы 25 или 34 теплообменника 17 сначала проходят в полость свода 28 или 37, затем поступают в полость инерционного золоуловителя 19, после чего через дымосос 20 охлажденные и очищенные от взвешенных частиц выбрасываются в атмосферу.

В процессе горения топлива 2 внутри теплообменника происходят следующие процессы.

В первом варианте исполнения теплообменника (см. фиг. 3) нагрев основного теплоносителя - воздуха и дополнительного - воды в водяной рубашке 21, закрепленной на инерционном золоуловителе 19, происходит следующим образом.

С помощью вентилятора (не показан) холодный воздух через входной патрубок 26 подают в полость корпуса 22 теплообменника 17. Проходя между раскаленными продуктами сгорания топлива 2 вертикальными трубами 25, воздух разогревается и через выходной патрубок 27 подается в помещение, которое требуется отапливать (например, для сушки пиломатериалов). В это же время вода, проходящая через водяную рубашку 21, установленную на инерционном золоуловителе 19, нагревается, отмирая последнее тепло у газов продуктов сгорания топлива 2, проходящих через полость инерционного золоуловителя 19. Полученную нагретую воду можно, например, применять для технологического увлажнения осушиваемого пиломатериала или для других целей.

После завершения работы установки периодически производят чистку полостей вертикальных труб 25, для чего снимают крышку 29 и получают свободный доступ к вертикальным трубам 25.

Во втором варианте исполнения теплообменника 17 (см. фиг. 4) основной нагрев теплоносителя и его предварительный нагрев (омыванием инерционного золоуловителя 19) происходит следующим образом.

С помощью насоса (не показан) холодный теплоноситель (воду и пр.) через входной патрубок 31 подают в первую полость корпуса 30. Здесь, в первой полости, отгороженной вертикальной перегородкой 35 от основной полости, осуществляется предварительный нагрев теплоносителя и отбирается тепло у отработанных газов, проходящих через инерционный золоуловитель 19. Проходя между раскаленными продуктами сгорания вертикальными трубами 34, теплоноситель разогревается и через выходной патрубок 32 подается в систему отопления (помещения, сушильной камеры и т.п.).

После завершения работы установки периодически производят чистку полостей вертикальных труб 34, для чего снимают крышку 38 и получают свободный доступ к вертикальным трубам 34.

Использование заявляемого изобретения позволяет:
1. Обеспечить регулировку мощности теплогенератора в зависимости от текущего состояния окружающей среды и состояния и вида компонентов исходного топлива (сорт, влажность и т.п.).

2. Обеспечить удобство обслуживания установки в течение длительного времени без вмешательства оператора.

3. Повысить эффективность использования тепла отводимых газов продуктов сгорания за счет применения дополнительного съема тепла с помощью дополнительного теплоносителя повышенной теплоемкости (воды) в водяной рубашке вокруг инерционного золоуловителя с обеспечением возможности дальнейшего использования этой подогретой воды для технологических целей (например, для орошения высушиваемого пиломатериала или для бытовых нужд).

4. Повысить надежность работы установки за счет обеспечения простоты ее конструкции.

5. Обеспечить высокую степень ремонтопригодности за счет обеспечения легкого доступа к быстроизнашиваемым и выгораемым элементам установки для их замены.

6. Повысить удобство текущего обслуживания установки за счет обеспечения легкого доступа к полостям быстро загрязняющихся продуктами сгорания вертикальных труб и требующих их периодической очистки.

7. Обеспечить экологическую чистоту окружающей среды путем надежной очистки от взвешенных частиц отработанных газов, выбрасываемых в атмосферу.

8. Повысить пожаробезопасность эксплуатации такой установки путем исключения вылетания искр из дымовой трубы за счет использования инерционного золоуловителя в качестве искрогасителя.

9. Обеспечить небольшие габариты установки за счет применения компактного теплообменника оригинальной конструкции, позволяющего изменять направление потока нагреваемого воздуха на 180^o при обеспечении высокого КПД его работы.

Изобретение предназначено для эффективного использования тепла от утилизации путем сжигания древесных отходов в лесообрабатывающей промышленности при сушке пиломатериалов, а также в теплоэнергетике для отопления жилых и производственных помещений. Теплогенератор содержит бункер для размещения топлива, топку, имеющую камеру сгорания и золосборник, устройство подачи топлива из бункера в топку, устройство для перемещения топлива внутри топки и блок управления подачей топлива. Устройство подачи топлива из бункера в топку выполнено в виде шнека, имеющего два участка - первый внутри бункера и второй - между бункером и топкой, причем на обоих участках выполнена одинаковая - либо правая, либо левая навивка. Устройство для перемещения топлива внутри топки выполнено в виде размещенного внутри топки третьего участка шнека устройства подачи топлива из бункера в топку, имеющего навивку "противохода", обратную навивке первого и второго участков шнека, блок управления подачей топлива выполнен в виде двух реле времени "Подача" и "Пауза", подключенных к электродвигателю привода устройства подачи топлива из бункера в топку. К выходному отверстию топки подсоединен теплообменник, к выходу для продуктов сгорания которого подсоединен инерционный золоуловитель, к выходу которого, в свою очередь, подсоединен дымосос. При этом на инерционном золоуловителе неподвижно закреплен блок дополнительной утилизации тепла отводимых газов продуктов сгорания, выполненный в виде водяной рубашки. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Теплогенератор-утилизатор древесных отходов, содержащий бункер для размещения топлива, топку, имеющую камеру сгорания и золосборник, устройство подачи топлива из бункера в топку, устройство для перемещения топлива внутри топки и блок управления подачей топлива, отличающийся тем, что устройство подачи топлива из бункера в топку выполнено в виде шнека, имеющего два участка - первый внутри бункера и второй - между бункером и топкой, причем на обоих участках выполнена одинаковая - либо правая, либо левая навивка, устройство для перемещения топлива внутри топки выполнено в виде размещенного внутри топки третьего участка шнека устройства подачи топлива из бункера в топку, имеющего навивку "противохода", обратную навивке первого и второго участков шнека, блок управления подачей топлива выполнен в виде двух реле времени "Подача" и "Пауза", подключенных к электродвигателю привода устройства подачи топлива из бункера в топку, к выходному отверстию топки подсоединен теплообменник, к выходу для продуктов сгорания которого подсоединен инерционный золоуловитель, к выходу которого в свою очередь подсоединен дымосос, при этом на инерционном золоуловителе - неподвижно закреплен блок дополнительной утилизации тепла отводимых газов продуктов сгорания, выполненный в виде водяной рубашки. 2. Теплогенератор-утилизатор древесных отходов по п.1, отличающийся тем, что теплообменник имеет корпус, внутри которого на неподвижно закрепленных на корпусе трубных досках и на направляющей поток нагреваемого воздуха горизонтальной перегородке неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы для отвода газов продуктов сгорания топлива, кроме того, на корпусе горизонтально закреплены входной и выходной патрубки для нагреваемого воздуха, причем над верхней частью вертикальных труб имеется свод с крышкой, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя, установленного снаружи корпуса. 3. Теплогенератор-утилизатор древесных отходов по п.1, отличающийся тем, что теплообменник имеет корпус, выполненный в виде горизонтально расположенного вытянутого параллелепипеда с входным и выходным патрубками для подачи и выпуска нагреваемого теплоносителя (например, воды, масла и т.п.), внутри корпуса на неподвижно закрепленных относительно корпуса трубных досках неподвижно закреплены расположенные в шахматном порядке вертикальные трубы для отвода газов продуктов сгорания топлива, кроме того, внутри корпуса установлена неподвижно закрепленная на стенках корпуса и на верхней трубной доске вертикальная перегородка для направления потока теплоносителя, а также установлен неподвижно закрепленный относительно корпуса вертикально расположенный со смещением в сторону входного патрубка для подачи теплоносителя в пространстве между входным патрубком и вертикальной перегородкой инерционный золоуловитель, причем входной патрубок подачи теплоносителя установлен около верхней части инерционного золоуловителя, а отверстие в вертикальной перегородке для прохода теплоносителя выполнено около нижней части инерционного золоуловителя, при этом в верхней части корпуса имеется свод с крышкой, внутренняя полость которого соединена с одной стороны с выходными отверстиями вертикальных труб, а с другой стороны - с полостью инерционного золоуловителя, а также имеется узел сброса пара и воздуха, выделяемых при нагреве из теплоносителя, кроме того, внутри корпуса имеются неподвижно закрепленные относительно корпуса две взаимно перпендикулярные вертикальные переборки.