КАМЕРНЫЙ ОГНЕВОЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F24H3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для обогрева помещений или в сушильных циклах, например для сушки пилолесоматериалов.

Известен огневой подогреватель, применяемый в теплоиспользующих установках (авт. св. 861879, МКИ F 24 H 3/02, 1981 г.), содержащий корпус с горелкой, установленный в жаровой трубе, снабженной рециркуляционными отверстиями, размещенными в дымосборном отсеке, систему регулирования и т.д. Недостатком данного подогревателя, несмотря на применяемую в нем частичную рециркуляцию дымовых газов, является низкая тепловая эффективность по причине отсутствия в устройстве камеры догорания топлива.

Известен газовый контактный воздухонагреватель ООО "Интербизнеспроект"(патент РФ 2137051, МКИ F 24 Н 3/02, 1997, 1999 г.), содержащий корпус, горелку, соосно расположенные камеры дожига и смешения продуктов сгорания с воздухом, вентилятор. Недостатком данного устройства является невозможность работы на низкосортном топливе.

Известны "Мобильные тепловые станции", разработанные и выпускаемые серийно ППФ ООО "Георгий", г. Ковров, Владимирская обл. РФ. Это "блочные установки" для воздушного отопления, работающие на дровах и древесных отходах, имеющие камеру горения и дожига, оборудованные системой обдува топочного блока, колосниковую решетку, конвективный теплообменник и вентилятор. Данное устройство малоэкономично по причине отсутствия системы рециркуляции дымовых газов, а теплообменник подвержен заносам летучей золы.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является нагреватель воздуха по патенту РФ 2137988, F 24 Н 3/00, 1999 г., корпус которого содержит топку с зольником, загрузочный бункер, теплообменник и средство дожигания топочных газов и т. д. Данное устройство также недостаточно экономично, поскольку не остнащено системой рециркуляции дымовых газов с предварительной подсушкой и подогревом топлива, а тепловая эффективность работы достигается за счет более полного дожигания дымовых газов и участия в этом процессе горячего воздуха.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение диапазона использования, повышение тепловой и экологической эффективности работы устройства.

Технический результат достигается тем, что в камерном огневом воздухонагревателе, содержащем подключенный к напорному вентилятору радиационный потолочный теплообменник, расположенный в камере сгорания топлива, переходящей в вертикальную камеру догорания, при этом огневая часть обеих камер выполнена с двойными стенками с пространством между ними - в упомянутом пространстве происходит окончательный нагрев частично подогретого в потолочном радиационном теплообменнике, продувочного воздуха и смешение этого воздуха с горячими дымовыми газами, подаваемыми через систему рециркуляции дымососом, при этом воздухонагреватель дополнительно оборудован системой отбора и регулирования подачи уходящих дымовых газов, системой топливоподачи жидких и иных низкосортных органических топлив для подсветки в процессах горения, съемными колосниковыми решетками для сжигания любых твердых топлив или отходов, системой регулирования напора и стабилизации дутьевого режима продувочного воздуха, корректирующей работу напорного вентилятора.

Для достижения большей тепловой эффективности воздухонагреватель оснащается камерой догорания, дооборудованной на выходе секцией трубчатого конвективного воздухоподогревателя с устройством дополнительных продувочных окон в стенках этой камеры.

На фиг. 1 представлен продольный разрез и один из вариантов конструктивного исполнения камерного воздухонагревателя.

На фиг.2 дан поперечный разрез и пояснен принцип работы.

Воздухонагреватель имеет сборную конструкцию, основным элементом которой является камера сгорания 1, огневое пространство которой в свою очередь выполнено из огнеупорного кирпича или иного жаростойкого материала. Вертикальные стены кирпичной кладки устанавливаются на стальных опорных пластинах 2, которые приварены электросваркой к металлической раме, собранной из швеллера или иного профильного проката. К нижней полке металлоконструкций рамы крепится днище корпуса 3, к которому приварены боковые стенки 4 с косынками и распорными пластинами жесткости. Нижняя часть огневого пространства ограничена съемными чугунными колосниками 5, опирающимися на выступы опорных пластин 2. Таким образом в нижней части корпуса и рамы воздухонагревателя образованы перепускные камеры 6, по которым перераспределяется нагнетаемый воздух при многоходовых схемах циркуляции.

Верхняя часть огневого пространства камеры сгорания 1 ограничена трубной решеткой 7 радиационного потолочного нестандартного теплообменника 8. В конструкцию теплообменника 8 входит подающий коллектор 9 и выпускной раструб 10, к которым электросваркой приварены жаростойкие трубы решетки 7. При прогорании любая из труб может быть легко отглушена из камеры сгорания или же по-просту заменен (в процессе ремонта) весь теплообменник, который защищает от перегрева сьемную крышку 11 корпуса воздухонагревателя. Теплообменник 8 в принципе может располагаться и вдоль камеры сгорания 1, но в такой компоновке возникают дополнительные затраты при ремонтах и некоторые излишние эксплуатационные расходы. Между двойными боковыми стенками камеры сгорания 1, одной из которых является кирпичная кладка, а второй будет стенка металлического корпуса, образовано пространство 12, которое продувается воздухом вдоль данных стенок по одно- или многоходовой схеме циркуляции.

К корпусу и крышке воздухонагревателя прикреплена стальная цилиндрическая обечайка 13 с верхним обжимным фланцевым диском 14 и патрубком 15, оборудованным шиберной заслонкой для регулировки отвода дымовых газов и самотяги дымовой трубы. На фланцевое соединение этого патрубка 15 может непосредственно устанавливаться вытяжная часть дымовой трубы или какой-то горизонтальный газоход отвода дымовых газов. Внутри обечайки 13, соосно ей, устанавливается жаростойкая металлическая обечайка 16 с разграничительными перегородками 17 или же внутренняя цилиндрическая стенка из кирпичной кладки, образующие собой огневой контур камеры догорания 18. Внутренняя поверхность этой камеры 18 может быть облицованной и футерованной, например, огнеупорной керамической плиткой. Воздухопродуваемое пространство 19 камеры догорания 16 образовано двойными стенками этой камеры, одной из которых является наружняя металлическая обечайка 13, а другой цилиндрическая стенка 16. На "внутренней" воздухообдуваемой поверхности кирпичной кладки камеры сгорания часть кладки выполняется с выступами в виде насадки для улучшения теплопередачи от стенки к воздуху. При изготовлении обеих камер из жаростойких сталей привариваются дополнительные ребра жесткости.

Под верхней крышкой устанавливается воздухопродуваемый коллектор или 20, выполняющий роль дополнительной опорной конструкции для корпуса устройства. На крышке 11 устанавливается дополнительный бак 21 с системой топливоподачи 22 жидких низкосортных органических топлив "самотеком" в камеру сгорания 1. В передней части крышки 11 устанавливается течка 22 для подачи пневмотранспортом в камеру горения древесной пыли и опилок. Для загрузки основного топлива, такого как длинномерные дрова, горбыль, мусор с фронта воздухонагревателя, предназначается чугунная дверца 23. Полости фронтальной стенки футеруются кирпичом и заделываются огнеупорной массой, например в виде арочной кладки 24 над передней дверкой.

Для подачи холодного воздуха на горение предназначен люк-зольник 25, зола собирается в конусообразном бункере-золосборнике 26 с затвором для периодического удаления. Продувочный воздух подается от высоконапорного вентилятора 26 по одной из схем циркуляции теплоносителя, например одновременно и в радиационный теплообменник 8, и в ресиверный коллектор 20. Возможна и схема работы последовательного подключения теплообменника 8 к россиверу 11, в который с начала подается холодный воздух от вентилятора 26.

В конусообразный переход верхнего обжимного диска 14 врезан патрубок 27 для отбора части горячих дымовых газов после воздухонагревателя с последующей подачей их через трубопровод с помощью специального рециркуляционного дымососа 28 и систему регулирования в две зоны: в воздушное пространство 12 корпуса и в подколосниковое пространство 29 камеры сгорания. Для регулировки объема отбираемых продуктов сгорания через трубопровод служит поворотный шибер 30. Распределение потоков горячих дымовых газов с подачей по системе распределительных патрубков (верхнего 31 - для прогрева корпуса и подмешивания газов к воздуху, нижнего 32 - для подачи газов на сушку и подогрев влажного топлива) осуществляется перекидным шибером 33.

Выход горячего воздуха из воздухонагревателя на потребление производится через раструб 34, врезанный в наружнюю обечайку 13 камеры догорания. Для повышения тепловой эффективности камера догорания дооборудуется цилиндрической секцией трубчатого воздухоподогревателя 35, которая просто вставляется во внутреннюю обечайку 16 под обжимной диск 14. В стенках обечайки 16 выполняются дополнительные продувочные окна 36, через которые продувочный воздух подается в межтрубное пространство секции воздухоподогревателя 35. Поскольку дымовые газы проходят внутри трубок этой секции, то не происходит значительного заноса летучей золой поверхностей теплообмена, и большая часть летучей золы остается на нижней трубной доске воздухоподогровательной секции и не выбрасывается в атмосферу, обеспечивая экологическую эффективность работы.

Изготовление данной секции 35 в целом дорогостоящее и требующее тщательного монтажа при сборке. Кроме того, возрастает аэродинамическое сопротивление продувочному воздуху на выходе из камеры догорания, что требует дополнительного расхода электроэнергии на дутье или же установки добавочного эксгаустер-нагнетателя горячего воздуха на раструбе 34 для транспортировки потребителям. Поэтому в тепловых циклах, не требующих нагрева воздуха выше 60^oC, рентабельнее не оборудовать камеру догорания 18 дополнительной секцией 35. В сушильных циклах с более высокими температурами вырабатываемого воздуха применение секции воздухоподогревателя 35 необходимо.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

Растопка производится после подачи на колосники о через дверцу 23 небольшого количества сухих дров, лучины, бумаги. В камеру сгорания 1 вносится зажженный факел и открывается поддувочный люк-зольник 25, расположенный сзади рамы корпуса 4. При недостаточном количестве воздуха на розжиг приоткрывается дверца 23. Через 5-10 мин после установившегося процесса горения в камере 1 включается в работу рециркуляционный дымосос, активизирующий разрежение по камерам. Поворотный шибер 30 приоткрывается наполовину, а перекидной шибер 33 фиксируется в нижнем положении, направляя весь поток отбираемых горячих дымовых газов после дымососа 28 через патрубок 31 в пространство 12 для скорейшего прогрева стен кирпичной кладки и обеих камер. Такой прогрев теплообменных поверхностей в течение 10-30 минут отбираемыми дымовыми газами позволяет быстрее перейти на рабочие режимы, например, в сушильных производствах.

После достаточного прогрева стенок корпуса 4 включается в работу на малых оборотах или с пониженным напором дутья вентилятор 26, подавая холодный воздух в коллектор или ресивер 20, а (при параллельной схеме) - в коллектор 9 радиационного теплообменника 8. В пространстве 12 за раструбом 10 начнется подмешивание частично подогретого в радиационном теплообменнике воздуха к дымовым газам (в примерном соотношении 1:1). В результате из выходного раструба 34 будет выдаваться газопаровоздушная смесь с температурой 40-80^oC, которая уже может быть использована в технологии сушильных циклов.

После 1-2-х часов такого режима работы и основательного прогрева камер на колосники можно загружать значительное количество дров, угля, древесных отходов, мусора. Возможна подача пневмотранспортом опилок и пыли через течку 22. Напорный вентилятор 26 переводится на повышенные обороты и осуществляется оптимальная подача дутья с помощью дросселирования "потока на всасе" и перепуска воздуха через коллектор-россивер 11. Необходимая скорость холодного воздуха через трубную решетку 7 теплообменника 8 поддерживается в диапазоне 20-40 м/сек, что определяется условиями теплопередачи через стенку труб, эффективностью охлаждения этих стенок и всем процессом теплосьема с данной трубной решетки. Перекидной шибер 33 переводится в среднее положение, распределяя дымовые газы в равных количествах по пространствам 12 и 29.

Для активизации горения может быть организован процесс "подсветки" жидких органических топлив совместно, например, с сырыми опилками. Для этого из бака 21 через систему топливоподачи сверху подается в капельно-струйном режиме низкосортное жидкое топливо, например отработанные технические масла, которые распыляются избыточным поддувочным воздухом от течки 22 или дымовыми газами из подколосникового пространства 29, перемешиваясь с опилками. Перекидной шибер 33 в этом случае переводится в верхнее положение, направляя весь поток дымовых газов в патрубок 32. Зона активного горения при этом смещается в направлении камеры догорания 18, что снижает тепловые нагрузки на теплообменник 8, предотвращая тем самым преждевременное прогорание трубной решетки 7.

Режимы работы могут корректироваться поворотным шибером 30 в зависимости от самотяги дымовой трубы, погодных условий и тепловых нагрузок в циклах. При установившемся режиме работы из раструба 34 будет вырабатываться только чистый горячий воздух с температурой 50-120^oC, подаваемый потребителю. Количество этого воздуха регулируется с помощью типовых дросселирующих устройств, смонтированных на всасе высоконапорного вентилятора 26 и корректировки расхода воздуха через коллектор ресивера 11. В целом, диапазон регулирования характеристик работы довольно большой, воздухонагреватель данной конструкции прошел успешные испытания в качестве опытного образца на одном из предприятий в Вологодской обл.

Изобретение предназначено для нагрева воздуха и может быть использовано для обогрева помещений и в сушильных циклах. Воздухонагреватель содержит подключенный к напорному вентилятору радиационный потолочный теплообменник, расположенный в камере сгорания топлива, переходящей в вертикальную камеру догорания. Огневая часть обеих камер выполнена с двойными стенками с пространством между ними, в котором происходит окончательный нагрев частично подогретого в потолочном радиационном теплообменнике, продувочного воздуха и смешение этого воздуха с горячими дымовыми газами, подаваемыми через систему рециркуляции дымососом. Воздухонагреватель оборудован системой отбора и регулирования подачи уходящих дымовых газов, системой топливоподачи жидких низкосортных органических топлив для подсветки в процессах горения, съемными колосниковыми решетками, системой регулирования напора и стабилизации дутьевого режима продувочного воздуха, корректирующей работу напорного вентилятора. Камера догорания на выходе оборудована секцией трубчатого конвективного воздухонагревателя с устройством дополнительных продувочных окон в стенках этой камеры. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы воздухонагревателя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Камерный огневой воздухонагреватель, содержащий подключенный к напорному вентилятору радиационный потолочный теплообменник, расположенный в камере сгорания топлива, переходящей в вертикальную камеру догорания, при этом огневая часть обеих камер выполнена с двойными стенками с пространством между ними, отличающийся тем, что в упомянутом пространстве происходит окончательный нагрев частично подогретого в потолочном радиационном теплообменнике продувочного воздуха и смешение этого воздуха с горячими дымовыми газами, подаваемыми через систему рециркуляции дымососом, при этом воздухонагреватель дополнительно оборудован системой отбора и регулирования подачи уходящих дымовых газов, системой топливоподачи жидких низкосортных органических топлив для подсветки в процессах горения, съемными колосниковыми решетками для сжигания любых твердых топлив или отходов, системой регулирования напора и стабилизации дутьевого режима продувочного воздуха, корректирующей работу напорного вентилятора.2. Воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что камера догорания на выходе дооборудована секцией трубчатого конвективного воздухонагревателя с устройством дополнительных продувочных окон в стенках этой камеры.