Рекуперативный воздухонагреватель с использованием в качестве топлива жидких горючих отходов Российский патент 2004 года по МПК F24H3/00 

Изобретение относится к области энергосберегающей и ресурсосберегающей энергетике, когда в качестве топлива используют горючие отходы, например отработанные моторные масла, в частности к теплообменной технике, и может быть использовано для отопления гаражей, станций технического обслуживания и сервисных центров, транспортных компаний, строительных предприятий, промышленных цехов и других предприятий, где накапливается большое количество отработанных моторных масел.

Известен воздухонагреватель (а. с. №549650, МПК F 24 H 3/02, F 26 B 23/02, опубл. 05.03.77, Бюл. №9), содержащий корпус с размещенной вдоль его оси камерой сгорания и расположенным соосно с ней кольцевым теплообменником с турбулизирующими проставками внутри, установленными вдоль образующей теплообменника. Проставки имеют волнообразную форму с образованием чередующихся конфузорно-диффузорных каналов. Воздухонагреватель содержит также устройство для сжигания топлива и вентилятор.

Известен нагреватель воздуха (патент РФ №2056013, МПК F 24 H 3/00, опубл. 10.03.96, Бюл. №7), корпус которого выполнен в виде эксцентрически установленных обечаек и снабжен вертикальными перегородками с турбулизирующими отверстиями. Между обечайками образована камера нагрева воздуха с переменным поперечным сечением. Камера нагрева воздуха сообщена с камерой дожигания посредством перфорированных трубок, закрепленных на внутренней поверхности обечайки.

Известен универсальный воздухонагреватель УСВ-300 или УСВ-400 (Постнов М.Т. Строительные воздухонагреватели. - М.: Стройиздат, 1977, с. 48-45), который включает установленные на раме корпус цилиндрической формы, теплообменник с выхлопным устройством, универсальное горелочное устройство, имеющее теплораспределительную трубу, центробежный вентилятор для подачи воздуха в горелку и осевой вентилятор для подачи воздуха в теплообменник, топливную аппаратуру, силовой пульт.

Известны воздухонагреватели совместного производства немецкой фирмы GoGaS и России (теплогенераторы ТС-Е, ТСО-Е, рекламный проспект, Россия, 000 ГоГаЗ “Радужный”), работающие на газообразном топливе и содержащие корпус с рамой и стенками из листового материала, воздуходувку, включающую два вентилятора, горелочную камеру, теплообменник в виде карманов с профильной поверхностью для повышения теплообмена.

Известно устройство для сжигания жидких отходов, преимущественно вязких, например смолы (патент №2040735, МПК F 23 G 7/05, опубл. 27.07.95, Бюл.№21), которое содержит обогреваемый резервуар с отходами и распыливающее устройство, соединенное с резервуаром трубопроводом с насосом. Устройство снабжено размещенным в резервуаре нагревательным устройством, а насос выталкивающего типа расположен в резервуаре на конце трубопровода.

Недотатком данного устройства является недостаточно полное сгорание горючих отходов, в частности смолы, что снижает надежность и ресурс его работы.

Известен генератор горячего воздуха УГГВ-500М ("Руководство по эксплуатации", паспорт, 1993 г.), работающий на природном газе, являющийся ближайшим аналогом заявляемого изобретения, который включает установленные на раме теплообменник с горелочным устройством и камерой сгорания с одной стороны и выхлопным устройством с другой стороны, вентилятор, расположенный в противоположном горелочному устройству конце теплообменника, для подвода воздуха в теплообменник и вентилятор для подвода воздуха к горелочному устройству, коллекторы подвода воздуха и газа к горелочному устройству, топливную аппаратуру, силовой пульт. Теплообменник образован цилиндрическими теплообменными поверхностями.

Известный воздухонагреватель работает на жидком или газовом топливе, обладает значительным весом и габаритами, невысоким коэффициентом полезного действия, большими энергозатратами (электроэнергии, топлива). Горелочное устройство, установленное в воздухонагревателе, не приспособлено к сжиганию горючих отходов, например отработанного моторного масла.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного, надежного и простого в эксплуатации воздухонагревателя, в котором в качестве топлива используются горючие отходы, например отработанное моторное масло.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении полноты сгорания горючих отходов, в частности отработанного моторного масла, надежности и ресурса работы воздухонагревателя.

Технический результат достигается тем, что рекуперативный воздухонагреватель с использованием в качестве топлива жидких горючих отходов включает установленные на раме теплообменник с горелочным устройством и камерой сгорания с одной стороны и патрубком отвода горячего воздуха с другой стороны, выходное устройство с выхлопным патрубком, вентилятор, топливную аппаратуру, силовой пульт, пульт управления. Новым является то, что горелочное устройство установлено на входе в центральный канал теплообменника, закреплено на фланце к его стенкам, во фланце выполнены отверстия, снабженные патрубками подвода воздуха в камеру сгорания, в которой перпендикулярно оси канала и с образованием кольцевого зазора с его стенкой установлена тарель с двумя концентричными обечайками, образующими между собой кольцевую полость, сообщенную на входе с патрубками подвода воздуха, а на выходе с центральной полостью, образованной плоскостью тарели и боковой поверхностью внутренней обечайки, форсунка горелочного устройства подсоединена трубопроводом, в котором имеется насос, к расходному баку с жидкими горючими отходами и через переключатель к расходному баку с дизельным топливом. Кольцевая полость сообщена с центральной полостью посредством зазора, с которым внутренняя обечайка установлена относительно плоскости тарели. Внутри кольцевой полости установлены направляющие пластины для закрутки воздуха. Тарель имеет на внутренней поверхности концентричные ребра. Выходное устройство содержит пучок выхлопных труб, заключенных в общий кожух, на входе сообщенный с атмосферой, а на выходе подсоединенный к входу вентилятора. В каждом канале отвода продуктов сгорания теплообменника перед выхлопным устройством установлены завихрители. Воздуховод от вентилятора имеет три канала отвода воздуха - в теплообменник, в горелочное устройство и в запально-сигнализирующее устройство.

На фиг.1 представлен продольный разрез рекуперативного воздухонагревателя.

На фиг.2 - продольный разрез горелочного устройства и камеры сгорания (в аксонометрии).

Рекуперативный воздухонагреватель (фиг.1) включает установленные на раме 1 вентилятор 2, теплообменник 3 с горелочным устройством 4 и камерой сгорания 5 с одной стороны и патрубком отвода горячего воздуха 6 с другой стороны, выходное устройство с выхлопным патрубком 7, канал подвода воздуха 8 и трубопровод подачи топлива (отработанного моторного масла или дизельного топлива) 9 в горелочное устройство 4.

К корпусу теплообменника 3 крепится блок управления 10. К раме 1 крепится силовой пульт 11. В камере сгорания 5 установлено запально-сигнализирующее устройство 12 (ЗСУ) с искровой свечой 13. Теплообменник 3 выполнен кольцевым, с образованием кольцевых каналов отвода продуктов сгорания 14 и чередующихся с ними воздушных каналов 15.

Горелочное устройство 4 установлено на входе в центральный канал теплообменника 3, закреплено на фланце 16 (фиг.2) к стенкам центрального канала теплообменника 3. Во фланце 16 выполнены отверстия 17, снабженные патрубками 18 для подвода воздуха в камеру сгорания 5, в которой перпендикулярно оси центрального канала теплообменника 3 и с образованием кольцевого зазора 19 с его стенкой установлена тарель 20 с двумя концентричными обечайками - внешней 21 и внутренней 22, образующими между собой кольцевую полость 23, сообщенную на входе с патрубками подвода воздуха 18, а на выходе с центральной полостью 24, открытой навстречу потоку и образованной плоскостью тарели 20 и боковой поверхностью внутренней обечайки 22. Форсунка 25 горелочного устройства 4 подключена посредством трубопровода 9, в котором имеется насос 26 (фиг.1), к расходному баку 27 с жидкими горючими отходами (отработанным моторным маслом) и через переключатели ВН1 и ВН2 с расходным баком 38 дизельного топлива. Кольцевая полость 23 сообщена с центральной полостью 24 посредством зазора 28, с которым внутренняя обечайка 22 установлена относительно плоскости тарели 20. Внутри кольцевой полости 23 установлены направляющие пластины 29 для закрутки воздуха, поступающего из патрубков 18. Тарель 20 имеет на внутренней поверхности концентричные ребра 30. Выходное устройство содержит пучок выхлопных труб 31, заключенных в общий кожух 32, на входе сообщенный с атмосферой, а на выходе подсоединенный к входу вентилятора 2, и общий выхлопной патрубок 7. В каждом канале отвода продуктов сгорания теплообменника 3 перед выходным устройством установлены завихрители 33. Воздуховод от вентилятора 2 имеет три канала отвода воздуха - в теплообменник 3, в горелочное устройство 4 и в запально-сигнализирующее устройство 12. Для визуального наблюдения за пламенем в горелочном устройстве 4 выполнено смотровое окно (не показано). Для проведения профилактических работ горелочное устройство 4 и тарель 20 выполнены съемными.

Для работы воздухонагревателя к нему подается газ, жидкое топливо и электроэнергия. Газ к запально-сигнализирующему устройству 12 подается из баллона со сжиженным газом 34. Жидкое топливо, в частности отработанное моторное масло, подается по трубопроводу 9 с помощью насоса 26 из расходного бака 27. Электроэнергия подается к силовому пульту 11. Воздух к запально-сигнализирующему устройству 12, горелочному устройству 4 и в теплообменник 3 подается от вентилятора 2.

Работает рекуперативный воздухонагреватель следующим образом.

Запускают запально-сигнализирующее устройство 12. Газовоздушная смесь в запальнике воспламеняется от искровой свечи 13. Контроль наличия пламени в запально-сигнализирующем устройстве 12 производится с помощью датчика пламени 35. Сигнал от датчика пламени 35 подается на световой индикатор блока управления 10. При наличии сигнала от датчика пламени 35 в запально-сигнализирующем устройстве 12 запускают горелочное устройство 4. В форсунку 25 горелочного устройства 4 по трубопроводу 9 поступает топливо - отработанное моторное масло (подогретое с помощью ТЭН1 и ТЭН2) (фиг.1), которое смешивается с воздухом поступающим от вентилятора 2. Топливовоздушная смесь воспламеняется от дежурного пламени запально-сигнализирующего устройства 12. Несгоревшие частицы топлива попадают на тарель 20, где часть из них осаждается в виде золы. Одновременно воздух от вентилятора 2 через отверстия 17 во фланце 16 и по патрубкам 18 поступает в кольцевую полость 23, закручивается в ней направляющими пластинами 29, выполненными спиралевидными, и через зазор 28 поступает в центральную полость 24, образованную тарелью 20 и внутренней обечайкой 22. Поступающий через зазор 28 в зону горения закрученный поток воздуха интенсифицирует процесс горения испарившейся на тарели 20 части топлива. Продукты сгорания протекают между патрубками 18 и через кольцевой зазор 19, образованный стенкой центрального канала теплообменника 3 и внешней обечайкой 21, поступают в область за тарелью 20, где происходит догорание топливовоздушной смеси. Расположенная в зоне горения тарель 20 разогревается, что способствует интенсивному испарению частиц топлива, попавших на нее, и интенсификации процесса сгорания отработанного моторного топлива. Выполнение на поверхности тарели 20 концентричных ребер 30 увеличивает теплоотдачу от ее поверхности.

Продукты сгорания, двигаясь через теплообменик 3 по каналам 14 к выходу, отдают тепло воздуху, пропускаемому через воздушные каналы 15 теплообменника 3. Нагретый воздух через патрубок отвода нагретого воздуха 6 подается потребителю. Завихрители 33, установленные в каналах 14 теплообменника 3, выравнивают поток продуктов сгорания, что приводит к получению более равномерного температурного поля нагреваемого воздуха на выходе.

Остывшие продукты сгорания через выходное устройство, содержащее пучок выхлопных труб 31, заключенных в общий кожух 32, на входе сообщенный с атмосферой, а на выходе подсоединенный к входу вентилятора 2, и через выхлопной патрубок 7 выбрасываются в атмосферу. Выходное устройство представляет собой калорифер, который утилизирует тепло отходящих продуктов сгорания и направляет его на нагрев воздуха, поступающего в вентилятор 2, что повышает эффективность работы воздухонагревателя, увеличивается теплосъем, уменьшается энергопотребление.

Отработанное моторное масло при горении образует золу. В предлагаемой конструкции воздухонагревателя и горелочного устройства 4, благодаря интенсификации процесса сгорания отработанного моторного масла, зола образуется всего лишь в количестве 1,0... 1,2% от массы сгоревшего масла. Зола осаждается на стенках, соприкасающихся с продуктами сгорания (форсунка 25, тарель 20, внутренняя поверхность контура 14 продуктов сгорания теплообменника 3). В целях сохранения КПД воздухонагревателя и повышения ресурса его работы необходимо проводить профилактические работы по очистке воздухонагревателя от золы. Для этого горелочное устройство 4 и тарель 20 выполнены съемными. Во время профилактических работ их заменяют на запасные.

Для останова работы воздухонагревателя переключателями ВН2 и ВН1 соответственно отключают подачу в форсунку 25 отработанного моторного масла из расходного бака 27 и подают в нее дизельное топливо из расходного бака 38. При работе воздухонагревателя на дизельном топливе догорают остатки отработанного моторного масла в узких проходных сечениях форсунки, что предотвращает его коксование и повышает надежность и ресурс работы. Останов производится нажатием кнопки “Стоп” на блоке управления 10. При этом вентилятор 2 автоматически продувает все каналы, пока датчик температуры горячего воздуха 37 не покажет, что горячий воздух охладился ниже 50°С.

Предлагаемый воздухонагреватель с использованием в качестве топлива горючих отходов имеет высокие экономические, ресурсосбергающие и экологические показатели, что достигается за счет:

- повышения полноты сгорания горючих отходов (отработанного моторного масла);

- повышения надежности и ресурса его работы;

- снижения энергопотребления.

Изобретение относится к области энергосберегающей и ресурсосберегающей энергетики, когда в качестве топлива используют горючие отходы, например отработанные моторные масла, в частности к теплообменной технике, и может быть использовано для отопления мест, где накапливается большое количество отработанных моторных масел. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания горючих отходов, надежность и ресурс работы воздухонагревателя. Сущность изобретения в том, что в воздухонагревателе горелочное устройство прикреплено на фланце к стенкам центрального канала теплообменника. Во фланце выполнены отверстия, снабженные патрубками для подвода воздуха в камеру сгорания, в которой с образованием кольцевого зазора со стенкой центрального канала установлена тарель с двумя концентричными обечайками, образующими между собой кольцевую полость, сообщенную на входе с патрубками подвода воздуха, а на выходе с центральной полостью. 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Рекуперативный воздухонагреватель с использованием в качестве топлива жидких горючих отходов, включающий установленные на раме теплообменник с горелочным устройством и камерой сгорания с одной стороны и патрубком отвода горячего воздуха с другой стороны, выходное устройство с выхлопным патрубком, вентилятор, отличающийся тем, что горелочное устройство установлено на входе в центральный канал теплообменника, закреплено на фланце к его стенкам, во фланце выполнены отверстия, снабженные патрубками подвода воздуха в камеру сгорания, в которой перпендикулярно оси канала и с образованием кольцевого зазора с его стенкой установлена тарель с двумя концентричными обечайками, образующими между собой кольцевую полость, сообщенную на входе с патрубками подвода воздуха, а на выходе с центральной полостью, образованной плоскостью тарели и боковой поверхностью внутренней обечайки.2. Рекуперативный воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что кольцевая полость сообщена с центральной полостью посредством зазора, с которым внутренняя обечайка установлена относительно плоскости тарели.3. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в кольцевой полости установлены направляющие пластины для закрутки воздуха.4. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тарель имеет на внутренней поверхности концентричные ребра.5. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что форсунка горелочного устройства подсоединена трубопроводом, в котором имеется насос, к расходному баку с жидкими горючими отходами и через переключатель к расходному баку с дизельным топливом.6. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что выходное устройство содержит пучок выхлопных труб, заключенных в общий кожух, на входе сообщенный с атмосферой, а на выходе подсоединенный к входу вентилятора.7. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что воздуховод от вентилятора имеет три канала отвода воздуха: в теплообменник, в горелочное устройство и в запально-сигнализирующее устройство.8. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в каждом канале отвода продуктов сгорания теплообменника перед выходным устройством установлены завихрители.9. Рекуперативный воздухонагреватель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что он имеет топливную аппаратуру, силовой пульт, пульт управления.