Теплогенераторный комплекс

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к технике, служащей для получения тепловой энергии от сжигания топлива твердых видов (дров, древесных отходов), предназначенной, в частности, для сушки зерновых культур.

Предшествующий уровень техники

Известны теплогенераторы для получения горячего воздуха или смеси воздуха и дымовых газов, используемых для сушки зерна в сельском хозяйстве (1. Атаназевич В.И. Сушка зерна. М. ПО - Агропромиздат - 1989, с.136- 160). В существующих теплогенераторах используются либо прямоточные топки, работающие на жидком нефтяном или газообразном топливе, либо топки шаровые для сжигания рядового угля.

Недостатком известных теплогенераторов является использование в качестве топлива дорогих и дефицитных жидких нефтяных и газообразных топлив, взрыво- и пожароопасность производства, загрязнение высушиваемого зерна или другого материала, продуктами сгорания топлива, низкая эффективность работы шаровых топок, невозможность автоматизации шаровых топок.

Известен твердотопливный теплогенератор, выбранный нами в качестве прототипа, содержащий кожух, камеру сгорания с колосниковой решеткой, дымоходный канал, напорный радиальный вентилятор, воздухоподводящие и отводящие каналы, газовоздушный теплообменник и дымоотвод. (RU 2147106, Опубликовано: 27.03.2000 Бюллетень №9).

Недостатком известной конструкции теплогенератора является его низкая эксплуатационная характеристика, так как суммарная поверхность, по которой происходит передача тепловой энергии, ограничена по размеру и имеет большую тепловую инерцию. Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания компактного теплогенераторного комплекса с эффективной передачей тепла от теплоносителя к нагреваемому воздуху с повышенными эксплуатационными характеристиками и ресурсом эксплуатации и сниженным показателем тепловой инерции.

Эта задача решена в теплогенераторном комплексе, содержащем камеру сгорания с колосниками, теплообменник, дымоходный канал, вентилятор, согласно изобретению, комплекс дополнительно имеет бункер для топлива, а теплообменник смонтирован в виде четырехходового пластинчатого теплообменника, при этом, комплекс выполнен в виде трех основных узлов, а именно, бункера для топлива, теплообменника, имеющего камеру дожигания и камеры сгорания, внутренние стенки которой имеют перфорацию, направленную по направлению движения топочных газов, при этом, все узлы жестко связаны между собой разъемным соединением, бункер для топлива оборудован, по крайней мере, тремя шнеками с приводом, при этом, часть шнека, что составляет 52% длины каждого шнека имеет геликоидную форму, а часть шнека, что составляет 48% длины каждого шнека имеет форму лопатки, при этом, снаружи корпуса бункера шнеки размещены с возможностью движения в трубах, предназначенных для подачи топлива и закреплены они в нижней части корпуса бункера, над шнеками установлен разрыхлитель топлива с приводом, а второй конец труб размещен в камере сгорания над колосниками, которые выполнены чугунными перфорированными и установлены в виде статического каскада и составляют при этом нижнюю часть корпуса камеры сгорания, под которой расположены вентиляторы для нагнетания воздуха под колосники, кроме того, под каждым колосником установлены толкатели, а между внутренней жаропрочной стенкой и корпусом камеры сгорания предусмотрено пространство в которое нагнетается воздух, а на корпусе камеры сгорания размещен вентилятор для нагнетания воздушной оболочки в камеру сгорания, полость камеры сгорания соединена с камерой дожигания топочных газов, которая имеет отверстия воздушных каналов дожигания пепла и сообщена с четырехходовым пластинчатым теплообменником, имеющим закрепленные на корпусе, по крайней мере четыре вентилятора, для нагнетания воздуха в пространство между корпусом и поверхностями теплообменника.

Наличие вентиляторов, расположенных под колосниковой решеткой, обеспечивают нагнетание воздуха под нее, что позволяет снизить тепловую инерционность устройства. Выполнение стенок конструкции из жаропрочной стали, которые более устойчивы к влажности в период простоев, по сравнению с жаропрочным бетоном, имеют более длительный срок эксплуатации, что положительно влияет на экономичность устройства, кроме того, использование таких стен также уменьшает тепловую инерционность. Выполнение комплекса в виде узлов, связанных между собой, с возможностью разъема, увеличивает ремонтопригодность, за счет чего повышается ресурс эксплуатации, снижается трудоемкость при ремонте и снижаются материальные затраты, следовательно, уменьшается себестоимость при использовании, например, при сушке зерна. Наличие воздушных каналов в камере дожигания способствует повышению КПД комплекса, т.к. не требуется дополнительной механической системы удаления золы. Наличие камеры дожигания, выполненной из жаропрочной стали, также способствует уменьшению инерционности и повышению КПД.

Таким образом, теплогенераторный комплекс, выполненный согласно настоящему изобретению, обеспечивает пребывание топлива в топке и камере дожигания до полного выгорания всех частиц. Рабочий агент, проходящий через теплообменник, нагревается горячими газами. Соответственно, дымовые газы, проходящие через теплообменник, охлаждаются. При этом теплопередача производится через стенки теплообменника без смешивания дымовых газов и рабочего агента. Предлагаемое техническое решение имеет довольно простую, надежную и довольно компактную конструкцию, весьма удобную в эксплуатации.

Ниже приводится описание конкретного примера осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг1 схематически изображен общий вид теплогенераторного комплекса.

На фиг2 изображен бункер топлива в аксонометрии.

На фигЗ изображена камера дожигания с колосниками в аксонометрии. На фиг4 изображен теплообменник в аксонометрии.

Лучший вариант осуществления изобретения

Теплогенераторный комплекс выполнен в виде трех основных узлов, а именно теплообменника 1 с камерой дожигания 2, камеры сгорания 3 и бункера для топлива 4, жестко связанных между собой разъемным соединением. Внутренние стенки камеры сгорания 3 имеют перфорацию, направленную по направлению движения топочных газов. Бункер для топлива 4 имеет корпус 5 коробчатой формы с крышкой 6, оборудованный, по крайней мере, тремя шнеками 7 с приводом 8, подающим топливо в камеру сгорания 3. В качестве привода 8 используют мотор-редуктор с параллельными валами, что дает высокий крутящий момент. Часть 9, шнека 7, имеет форму геликоидных витков для продвижения топлива и их длина составляет 52% от длины шнека, другая часть 10, шнека 7, которая имеет форму лопатки, составляет 48% и предназначена для рыхления топлива и частичного перемещения его к геликоидным виткам. Снаружи корпуса 5 бункера для топлива 4 шнеки 7 размещены с возможностью движения в трубах 11 , предназначенных для подачи топлива в камеру сгорания 3. Один конец труб 11 закреплен в нижней части корпуса 5 бункера 4, а второй конец труб И размещен в камере сгорания 3 над чугунными перфорированными колосниками 12, которые установлены в виде статического каскада и составляют нижнюю часть корпуса камеры сгорания 3. На входе шнеков 7 в трубы И закреплен разрыхлитель топлива 13, с приводом 14, препятствующий зависанию топлива. Под колосниками 12 установлены три ряда толкателей 15 не сгоревшего топлива. По трубам 11 с помощью шнеков 7 топливо попадает в камеру сгорания 3 на чугунные колосники 12, под каждым из которых установлены толкатели15. Под колосниками 12 размещены вентиляторы 16 для нагнетания под них воздуха. Колосники 12 сообщаются с камерой дожигания топочных газов 2, которая имеет отверстия 17, выполненные в виде воздушных каналов для дожигания пепла. На корпусе камеры сгорания 3 размещен вентилятор 18 для нагнетания в нее воздушной оболочки. Камера дожигания топочных газов 2 сообщена с четырехходовым пластинчатым теплообменником 1. Между внутренней жаропрочной стенкой и корпусом камеры сгорания 3 предусмотрено пространство 19 в которое нагнетается воздух. Корпус и потолок камеры сгорания 3 футерованы жаропрочной нержавеющей сталью Aisi 310S. Корпус теплообменника 1 выполнен из сэндвич панелей с базальтовым утеплением. На корпусе теплообменника 1 установлено, по крайней мере четыре вентилятора 20, которые нагнетают воздух в пространство 19. Выход отработавших топочных газов на дымосос происходит через дымоходный канал 21 , размещенный на корпусе теплообменника 1.

Теплогенераторный комплекс работает следующим образом.

Бункер для топлива 4 изготовлен из оцинкованной конструкционной стали. Подача топлива происходит за счет трех шнеков 7. Часть 9 шнека 7 имеет геликоидные витки для продвижения топлива, остальная часть 10 выполнена в форме лопатки и предназначена для рыхления и частичного перемещения топлива к части 9 с геликоидными виткам. За вращение шнеков 7 отвечает привод (мотор-редуктор) 8 с параллельными валами, что дает высокий крутящий момент и надежность. В зоне перемещения топлива из бункера для топлива 4 к трубе И установлен разрыхлитель топлива 13, который делает невозможным подвес топлива. Топливо (щепа или пелеты) попадает в камеру сгорания 3, в которой проходит процесс сжигания. Корпус камеры сгорания 3 изготовлен из нержавеющей стали, что увеличивает срок ее службы. Внутренние боковые и задняя стенка изготовлены из жаропрочной стали Aisi 31 OS, которая выдерживает температуру до 1050°С.

5 Внутренние стенки камеры сгорания 3 имеют перфорацию, направленную по направлению движения топочных газов. Между внутренней жаропрочной стенкой и корпусом камеры сгорания 3 предусмотрено пространство, в которое нагнетается воздух. Пассивная функция данного воздуха охлаждать стенки камеры сгорания 3, активная - создавать воздушную прослойку между пламенем и внутренней стенкой, а также способствовать более полному сгоранию пиролизных газов. Нижняя часть камеры сгорания 3 выполнена из чугунных перфорированных колосников 12, которые установлены в виде статического каскада. Под колосники 12 нагнетается воздух. В таком исполнении происходит активное горение горючего, выделение пиролизных

15 газов, охлаждение колосников 12. При сгорании часть горючего спекается в "глыбы". Во избежание данного явления установлена механическая система толкателей 15. Толкатели 15 установлены в нижних впадинах колосников 12. Во время срабатывания толкателей 15 "глыбы" продвигаются на следующий ряд каскада и разрушаются. Пламя и пиролизные газы из камеры сгорания 3

20 попадают в следующий узел - теплообменник 1. Теплообменники 1 состоят из следующих зон: камеры дожигания 2, четырехходового пластинчатого теплообменника 1, корпуса и зоны теплообмена. Камера дожигания 2 изготовлена из жаропрочной стали Aisi 31 OS. Пламя и пиролизные газы, попадая в камеру дожигания 2, имеют активную фазу горения. На данном этапе получают всю тепловую энергию от топлива. Топочные газы продолжают свое движение в теплообменник 1. Не сгоревшее топливо и пепел оседают в нижней части камеры дожигания 2. К нижней части камеры дожигания 2 подведен воздух через систему отверстий 17. Через отверстия 17 в нижней части камеры 2 воздух поднимает частицы топлива к пламени, тем зо самым дожигая их до мелкой фракции пепла. Топочные газы с высокой температурой попадают в 4-х ходовой теплообменник 1, первый ход изготовлен из жаропрочной стали Aisi 31 OS, следующие из нержавеющей стали с температурным показателем 850°С. После прохождения всех ходов пластинчатого теплообменника топочные газы попадают в дымоходный канал 21, к которому присоединен канал дымососа. Каркас корпуса теплообменника 1 изготовлен из оцинкованной стали. Все элементы каркаса, прикасающиеся с нагретыми поверхностями, изготовлены из нержавеющей стали. Сам корпус теплообменника 1 изготовлен из нержавеющих сэндвич панелей, заполненных базальтовой ватой, препятствующей тепловым потерям. На задней части теплогенератора установлен комплекс вентиляторов 20, нагнетающих воздух в пространство 19 между корпусом и раскаленными поверхностями теплообменника. При прохождении воздуха происходит теплообмен. Мощность вентиляторов подобрана таким образом, чтобы компенсировать аэродинамические потери на теплообменнике.

Таким образом, предлагаемый теплогенераторный комплекс, является компактным устройством, имеющим высокий коэффициент полезного действия при минимальных габаритах и затратах энергии на перемещение теплообменных сред, с эффективной передачей тепла от теплоносителя к нагреваемому воздуху. Комплекс обладает высокими эксплуатационными характеристиками, удобен в использования, имеет высокую ремонтопригодностью и длительный ресурс эксплуатации. Комплекс выполнен из узлов, жестко связанных между собой разъемным соединением, что позволяет транспортировать и осуществлять монтаж на месте будущего использования комплекса без дополнительных работ.

Промышленная применимость

Наиболее успешно предлагаемый теплогенераторный комплекс может быть использован для зерносушильного комплекса сушки зерна, различных семян технических культур, при подготовке зерна к хранению на предприятиях агропромышленного комплекса, также может использоваться как самостоятельно единица. Теплогенераторный комплекс, выполненный согласно настоящему изобретению, может также использоваться для обогрева зданий и сооружений, для отопления животноводческих ферм, промышленных, складских помещений и т.п. зданий.