ТОПКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И ТЕПЛОВОЗДУШНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2005 года по МПК F23B1/00 

Группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом (топка и тепловоздушный генератор) и относящихся к объектам, один из которых предназначен для использования в другом, касаются техники сжигания твердого топлива и могут использоваться, в частности, для утилизации отходов древесины повышенной влажности, с целью подачи теплоносителя в камеры для сушки древесины или в системы отопления или обогрева различных помещений.

Топки для сжигания твердого топлива известны, например, из книги И.Ф.Коперин и др. Котельные установки лесопромышленных предприятий, М., "Лесная промышленность", 1986, с.42-43; патента РФ №2137036, F 23 B 1/00, 1999; патента РФ №2202733, F 23 B 1/06, 2003, патента РФ №2052713, F 23 B 7/00, 1996.

Наиболее близким аналогом можно считать топку для сжигания твердого топлива, приведенную в книге И.Ф.Коперин и др. Котельные установки лесопромышленных предприятий, М., "Лесная промышленность", 1986, с.42-43. Она содержит камеру сгорания, установленную в ней горизонтальную колосниковую решетку со сквозными отверстиями и расположенный на колосниковой решетке слой теплоизоляционного материала в виде шлака, который образуется в результате отекания капелек расплавленного шлака из слоя горящего топлива. Воздух проходит через сквозные отверстия колосниковой решетки. Над шлаком располагается слой твердого топлива, при сгорании которого образуется надслойное пламя. Продукты сгорания выводятся из топки.

Один из недостатков прототипа состоит в перегреве колосниковой решетки, а следовательно, в недостаточной долговечности и невысоком сроке службы. Это связано с тем, что образующийся в процессе сжигания топлива шлак неравномерно и не полностью покрывает поверхность колосниковой решетки.

Кроме того, не достигается интенсивное сжигание твердого топлива и достижение максимальной температуры горения, пламя стелется и рассредотачивается по поверхности колосниковой решетки, не образуя устойчивого факела. Это объясняется отсутствием направленного истечения воздуха из сквозных отверстий колосниковой решетки и сопротивлением шлакового слоя. В таких условиях трудно обеспечить сжигание влажного топлива без предварительной его сушки, что усложняет технологический процесс, требует дополнительного оборудования.

Тепловоздушные генераторы известны, например, из книги И.Ф.Коперин и др. Котельные установки лесопромышленных предприятий, М., "Лесная промышленность", 1986, с.42-43; патента РФ №2174648, F 23 B 1/38, 2001.

Тепловоздушный генератор по первому источнику (прототип) содержит топку для сжигания твердого топлива, теплообменник и дымовую трубу. Топка имеет камеру сгорания, установленную в ней горизонтальную колосниковую решетку со сквозными отверстиями и расположенный на колосниковой решетке слой теплоизоляционного материала в виде шлака, который образуется в результате отекания капелек расплавленного шлака из слоя горящего топлива. Воздух проходит через сквозные отверстия колосниковой решетки. Над шлаком располагается слой твердого топлива, при сгорании которого образуется наделенное пламя. Продукты сгорания проходят через теплообменник, где отдают свое тепло воздуху-теплоносителю, и выводятся через дымовую трубу.

Однако из-за перегрева колосниковой решетки и ее недостаточной долговечности возможно прекращение работы тепловоздушного генератора.

Кроме того, топка описанного тепловоздушного генератора не обеспечивает интенсивного сжигания, в особенности влажного, твердого топлива, что затрудняет получение теплоносителя с максимально возможной температурой для ведения сушки пиломатериалов или обогрева помещений.

Изобретения направлены на создание высокотемпературной топки с максимальной полнотой сгорания топлива.

Технический результат, который обеспечивается каждым изобретением, состоит в снижении перегрева колосниковой решетки, повышении ее долговечности и срока службы, а также в интенсификации сжигания топлива, что необходимо при использовании влажного твердого топлива.

Для достижения этого сквозные отверстия колосниковой решетки топки снабжены трубчатыми каналами, проходящими через слой теплоизоляционного материала, расположенный на колосниковой решетке (п.1 формулы).

В тепловоздушном генераторе указанный технический результат достигается тем, что он содержит патентуемую топку (п.7 формулы).

При таком выполнении указанные трубчатые каналы, с одной стороны, создают направленное истечение воздуха на горение, что способствует формированию интенсивного факельного пламени по всему объему камеры сгорания, а, с другой стороны, создают возможность для укладки заранее подготовленного теплоизоляционного материала на наружную поверхность колосниковой решетки до сжигания твердого топлива. Надежная защищенность колосниковой решетки теплоизоляционным материалом позволяет резко интенсифицировать процесс горения топлива путем выбора наиболее оптимальных параметров активного сжигания. В результате, твердые частицы топлива под действием истекающих из трубчатых каналов воздушных струй находятся в движении, совершая возвратно-поступательные перемещения до их полного сгорания.

Отмеченное позволяет повысить долговечность и срок службы топки, а следовательно, обеспечить безостановочную работу тепловоздушного генератора, интенсифицировать сжигание твердого топлива, что позволяет использовать влажное топливо без его предварительной сушки и необходимого для этого дополнительного оборудования, обеспечить при этом заданную высокую температуру теплоносителя.

Выполнение трубчатых каналов в виде сопел (п.2 формулы) еще в большей степени интенсифицирует процесс сжигания топлива.

Согласно п.3 формулы вся наружная поверхность колосниковой решетки защищена теплоизоляционным материалом. Такое погружение колосниковой решетки в теплоизоляционный материал еще больше увеличивает долговечность колосниковой решетки, уменьшая риск ее перегрева.

Для снижения температурных деформаций колосниковая решетка, по крайней мере, с одной стороны установлена в камере сгорания свободно (п.4 формулы). Такая нежесткая установка способствует повышению срока службы колосниковой решетки, а следовательно, самой топки и работоспособности тепловоздушного генератора.

В соответствии с п.5 формулы колосниковая решетка выполнена в виде горизонтальных труб, полости которых сообщены с воздушной магистралью. Это снижает ее вес, уменьшает металлоемкость, повышает компактность колосниковой решетки. На это направлено также то, что горизонтальные трубы имеют общий коллектор.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 показан общий вид патентуемого тепловоздушного генератора с патентуемой топкой; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - разрез по А-А.

Топка предназначена для сжигания твердого топлива, в качестве которого могут использоваться дрова, древесные отходы, опил, отсев угля, отсев кокса и т.д.

Топка содержит камеру сгорания 1, выложенную огнеупорным кирпичом, в которой установлена горизонтальная колосниковая решетка 2. Верхняя поверхность колосниковой решетки имеет сквозные отверстия, которые снабжены трубчатыми вертикальными каналами 3, выполненными в виде сопел. Вся наружная поверхность колосниковой решетки защищена теплоизоляционным материалом 4, который расположен на колосниковой решетке, под ней, слева и справа от нее. Таким образом, колосниковая решетка погружена в теплоизоляционный материал, в качестве которого может использоваться металлургический шлак, зола и т.д.

На колосниковую решетку теплоизоляционный материал укладывается слоем, высота которого равна или несколько меньше высоты сопел. Понятно, что этот слой укладывается предварительно, до сжигания топлива, а не хаотично формируется, как в прототипе.

Колосниковая решетка выполнена в виде трех горизонтальных труб, полости которых через общий коллектор 5 сообщены с воздушной магистралью, в которую нагнетается воздух вентилятором 6. Горизонтальные трубы с одной стороны свободно опираются на опоры 7, а с противоположной - жестко закреплены в кладке камеры сгорания.

Тепловоздушный генератор содержит патентуемую топку для сжигания твердого топлива, трубчатый теплообменник 8, дымовую трубу 9, вентилятор 10 для подачи холодного воздуха в теплообменник 8 и канал 11 для отвода теплоносителя.

Топливо загружается в топку через люк 12. Нагнетаемый вентилятором 6 воздух поступает из воздушной магистрали по коллектору 5 в полости горизонтальных труб, откуда через сквозные отверстия и сопла 3 поступает в зону горения. Твердые частицы топлива под действием истекающих воздушных струй находятся в постоянном движении, что обеспечивает их полное сгорание. Создается высокотемпературное бушующее пламя, заполняющее объем топки. При этом вся поверхность горизонтальных труб (колосниковой решетки) защищена от перегрева теплоизоляционный материалом 4. Свободная установка, по крайней мере, одной стороны колосниковой решетки компенсирует ее температурные расширения, предотвращая коробление.

Тепловые газы (продукты сгорания) поступают в трубы теплообменника 8, где нагревается поступивший от вентилятора 10 воздух. Теплоноситель по каналу 11 направляется к объекту применения.

Таким образом, созданы топка для сжигания твердого топлива и конструкция тепловоздушного генератора, использующего патентуемую топку, в которой за счет направленного истечения воздушных струй и предварительного погружения колосниковой решетки в теплоизоляционный материал обеспечивается возможность сжигания топлива с максимально возможными параметрами, что важно для применения влажного твердого топлива без его предварительной сушки, повышается долговечность и срок службы топки, а следовательно, длительность работы тепловоздушного генератора.

Изобретение относится к технике сжигания твердого топлива, в частности, отходов древесины повышенной влажности и обеспечивает максимально интенсивное сжигание влажного топлива без его предварительной сушки, а также повышает срок службы и длительность работы тепловоздушного генератора, оснащенного такой топкой. Этот результат достигается тем, что в топке для сжигания твердого топлива, содержащей камеру сгорания, установленную в ней колосниковую решетку со сквозными отверстиями и слой теплоизоляционного материала, расположенного на колосниковой решетке, согласно изобретению, сквозные отверстия колосниковой решетки снабжены трубчатыми каналами, проходящими через слой теплоизоляционного материала, расположенного на колосниковой решетке. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Топка для сжигания твердого топлива, содержащая камеру сгорания, установленную в ней колосниковую решетку со сквозными отверстиями и слой теплоизоляционного материала, расположенного на колосниковой решетке, отличающаяся тем, что сквозные отверстия колосниковой решетки снабжены трубчатыми каналами, проходящими через слой теплоизоляционного материала, расположенного на колосниковой решетке.2. Топка по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые каналы сквозных отверстий колосниковой решетки выполнены в виде сопел.3. Топка по пп.1 или 2, отличающаяся тем, что вся наружная поверхность колосниковой решетки защищена теплоизоляционным материалом.4. Топка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что колосниковая решетка, по крайней мере, с одной стороны установлена в камере сгорания свободно.5. Топка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что колосниковая решетка выполнена в виде горизонтальных труб, полости которых сообщены с воздушной магистралью.6. Топка по п.5, отличающаяся тем, что горизонтальные трубы имеют общий коллектор.7. Тепловоздушный генератор, содержащий топку для сжигания твердого топлива, теплообменник и дымовую трубу, отличающийся тем, что он содержит топку для сжигания твердого топлива, выполненную по любому из пп.1-6 формулы изобретения.