Водогрейная установка на газифицируемых древесных отходах

Полезная модель направлена на использование отходящего тепла с дымовыми газами водогрейного котла для предварительной подсушки и пиролиза твердого углеродосодержащего топлива в газогенераторе прямого процесса термохимической газификации и в облегчении транспортировки, ремонта и чистки устройства. Это достигается тем, что устройство содержит водогрейный котел на опорных санях, состоящий из металлической водяной оболочки с металлическими патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположена металлическая камера сгорания с люками для чистки и верхним металлическим газовыводящим патрубком с огнеупорной теплоизоляцией, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов на опорных санях, состоящий из металлического топливного бункера, металлических камеры газификации и зольника с огнеупорной теплоизоляцией, с отходящей от камеры газификации и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с металлической воздухотяговой трубой и огнеупорной теплоизоляцией. Устройство также содержит герметично присоединенные и установленные сверху на камеру сгорания водогрейного котла теплообменники с водяной оболочкой в виде отдельных секций с соединительными фланцами и асбестовыми прокладками, отходящие от водяной оболочки камеры сгорания, от теплообменников и уплотнительной крышки водоподводящие резиновые шланги в металлической оплетке, вокруг бункера газогенератора теплообменный газоход с огнеупорной теплоизоляцией и металлическим чехлом, в нижней части вокруг бункера на стыке с конусом сужения разделительную металлическую перегородку между газоходом и камерой газификации, отходящий от нижней части газохода металлический газоподводящий патрубок, к которому присоединен газовыводящий патрубок водогрейного котла, отходящий от верхней части газохода металлический газоотводящий патрубок, к которому присоеденены металлические водяной холодильник, дымоотводящая труба с отходящими вниз металлическими трубчатыми конденсатосборником и оребренной опорной стойкой на бетонной подушке.

Полезная модель относится к области теплоэнергетики с использованием в качестве топлива возобновляемых источников энергии, в частности, древесных отходов для сжигания в водогрейных установках применительно на деревоперерабатывающих предприятиях, в лесном хозяйстве, в индивидуальном жилом строительстве и др.

Известно [1, 2] устройство водогрейной установки на газифицируемых древесных отходах российского предприятия ЗАО «Импет», содержащая водогрейный котел на опорных санях, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположены камера сгорания с люками для чистки и верхним газовыводящим патрубком с огнеупорной теплоизоляцией, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов на опорных санях, состоящий из металлического топливного бункера, камеры газификации и зольника с огнеупорной теплоизоляцией, отходящей от камеры газификации газогенератора и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с воздухотяговой трубой и огнеупорной теплоизоляцией.

Недостатками известного устройства являются:

1. Трудности транспортировки обычного водогрейного котла из-за монолитности и массивности;

2. В аварийной ситуации при течи воды внутренние части водогрейного котла труднодоступны и требуют дополнительного разрезания;

3. Неиспользование отходящего тепла с дымовыми газами водогрейного котла для предварительной подсушки и пиролиза твердого углеродосодержащего топлива в газогенераторе.

Технический результат полезной модели состоит в эффективном использовании отходящего тепла с дымовыми газами водогрейного котла для предварительной подсушки и пиролиза твердого углеродосодержащего топлива в газогенераторе типа Пинча прямого процесса термохимической газификации и в облегчении транспортировки, ремонта и чистки устройства.

Для достижения указанного технического результата устройство содержит водогрейный котел на опорных санях, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположена металлическая камера сгорания с люками для чистки и верхним металлическим газовыводящим патрубком с огнеупорной теплоизоляцией, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов на опорных санях, состоящим из металлического топливного бункера, металлических камеры газификации и зольника с огнеупорной теплоизоляцией, с отходящей от камеры газификации и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с воздухотяговой трубой и огнеупорной теплоизоляцией.

Устройство также содержит герметично присоединенные и установленные сверху на камеру сгорания водогрейного котла теплообменники с водяной оболочкой в виде отдельных секций с соединительными фланцами и асбестовыми прокладками, отходящие от водяной оболочки камеры сгорания, от теплообменников и уплотнительной крышки водоподводящие резиновые шланги в металлической оплетке, вокруг бункера газогенератора теплообменный газоход с огнеупорной теплоизоляцией и металлическим чехлом, в нижней части вокруг бункера на стыке с конусом сужения разделительную металлическую перегородку между газоходом и камерой газификации, отходящий от нижней части газохода металлический газоподводящий патрубок, к которому присоединен газовыводящий патрубок водогрейного котла, отходящий от верхней части газохода металлический газоотводящий патрубок, к которому присоединены металлические водяной холодильник, дымоотводящая труба с отходящими вниз металлическими трубчатыми конденсатосборником и оребренной опорной стойкой на бетонной подушке.

На рис.1 схематично изображено устройство водогрейной установки на газифицируемых древесных отходах.

Устройство водогрейной установки на газифицируемых древесных отходах содержит водогрейный котел на опорных санях 16, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов на опорных санях 9, отходящую от камеры газификации 55 газогенератора и присоединенную к камере сгорания 12 водогрейного котла металлическую трубу горения 6, присоединенные к верхнему газоотводящему патрубку 60 газогенератора металлический водяной холодильник 42, дымоотводящая труба 43 с козырьком 44 и с отходящими вниз трубчатым конденсатосборником 46 и оребренной опорной стойкой 48 на бетонной подушке 49.

Водогрейный котел включает в себя водяную оболочку 25 с патрубками для подвода 18 и отвода 34 воды, окруженную теплоизоляцией 13 и металлическим чехлом 23, внутри которой расположена камера сгорания 12, герметично прикрепленные и установленные сверху на камеру сгорания 12 теплообменники 1, 22, 31 виде отдельных секций с соединительными фланцами и асбестовыми прокладками, отходящими от водяной оболочки 25 камеры сгорания 12, теплообменников 1, 22, 31 и уплотнительной крышки 30 водоподающие гибкие шланги 2, 21, 24, 26, отходящий от верхнего теплообменника 30 газовыводящий патрубок 35 с огнеупорной теплоизоляцией 5.

Присоединенный к водогрейному котлу газогенератор включает в себя металлический топливный бункер 59, камеру газификации 55, зольник 8,колосниковую решетку 7, снабженный вокруг бункера 59 теплообменный газоход 58 с огнеупорной теплоизоляцией 38 и металлическим чехлом 37, расположенную в нижней части вокруг бункера 59 на стыке с конусом сужения разделительную металлическую перегородку 57 между газоходом 58 и камерой газификации 55, отходящий от нижней части газохода 58 газоподводящий патрубок 36, к которому присоединен газовыводящий патрубок 35 водогрейного котла, отходящий от верхней части газохода 58 газоотводящий патрубок 60.

Устройство работает следующим образом. Открываются уплотнительная крышка 39 люка 40, дверца 52 зольника 8, дверца 53 камеры газификации 55, кран 27 патрубка 28, кран 17 патрубка 18, кран 33 патрубка 34. В закрытом положении находятся кран 14 патрубка 15, кран 47 конденсатосборника 46, люки 4, 19, 32 и воздухотяговая труба 11 крышкой 10.

В бункере 59 через люк 40 автоматизировано или вручную загружаются измельченные древесные отходы 54 практически на весь его объем. Люк 40 закрывается уплотнительной крышкой 39. Перед заливкой воды в водогрейную установку температура рабочего помещения должна быть более 0°С, чтобы избежать замерзания водяной оболочки 25 и деформации узлов установки. При работе водогрейной установки на водном растворе тосола с известной концентрацией допускается определенная минусовая температура в рабочем помещении. В данном случае через патрубок 45 в водяной холодильник 42 подается водный раствор тосола. Из патрубка 41 водный раствор тосола по присоединенному металлическому трубопроводу поступает в патрубок 18, водяную оболочку 25, соединительные гибкие шланги 2, 21, 24, 26. По мере заполнения водяной оболочки 25 водным раствором тосола из патрубка 28 выходят наружу остатки воздуха. Затем кран 27 патрубка 28 закрывается. Далее водный раствор тосола из патрубка 34 по металлическому трубопроводу поступает в металлические обогревательные радиаторы рабочего помещения, например, деревоперерабатывающего предприятия. Обратный выход водного раствора тосола из радиаторов соединен металлическим трубопроводом к патрубку 45 водяного холодильника 42.

Производится розжиг газогенератора через люк камеры газификации 55 при открытой дверце 53 аналогично обычной печи. После розжига дверца 53 закрывается. Путем определенного открывания дверцы 52 зольника 8 и крышки с винтовой ручкой 10 трубы 11 регулируется естественная тяговая подача атмосферного воздуха сквозь колосниковую решетку 7 в камеру газификации 55 и трубу горения 6. Через люк зольника 8 при открытой дверце 52 и сквозь колосниковую решетку 7 в камеру газификации 55 подается первичный воздух для неполного сгорания древесных отходов 54 и образования из них горючего генераторного газа с примесью паров смолы (продуктов пиролиза). По трубе 11 в трубу горения 6 подается вторичный воздух для практически полного догорания образовавшегося генераторного газа с примесью паров смолы в камере сгорания 12 водогрейного котла в виде факела (с температурой 1000°С÷1500°С). Из камеры сгорания 12 нагретые газообразные продукты сгорания (в основном смесь углекислого газа, паров воды и азота воздуха) под действием создаваемой эффективной естественной тяги проходят через сквозное отверстие 20, теплообменник 22, сквозное отверстие 3, теплообменник 1, сквозное отверстие 29, теплообменник 31 и по патрубкам 35, 36 поступают в газоход 58 газогенератора с температурой 150÷300°С. При прохождении газообразных продуктов по металлическим камере сгорания 12, теплообменникам 22, 1, 31 происходит теплопередача через их стенки водяной оболочке, и следовательно ее нагрев до 50÷90°С. Для улучшения циркуляции водного раствора тосола до радиатора и обратно к водогрейной установке рекомендуется устанавливать водяной электронасос на трубопроводной системе установки. В газоходе 58 происходит остаточная теплопередача от газообразных продуктов сгорания сквозь металлические стенки бункера 59 к твердому измельченному топливу - древесным отходам 54. При этом в верхней части бункера 59 происходит предварительная сушка топлива с начальной относительной влажностью w=25-50%. В конце сужения 56 бункера 59 происходит пиролиз древесных отходов при температуре 300÷500°С с образованием древесного угля, генераторного газа, паров смолы и воды.

В камере газификации 55 происходит неполное сгорание или газификация образовавшегося древесного угля и паров смолы при температуре 700÷1200°С. Перегородка 57 отделяет газоход 58 от камеры газификации, что предотвращает отрицательное смешивание образующихся продуктов сгорания и генераторного газа, а также выход генераторного газа наружу газогенератора по патрубку 60.

Из газохода 58 по патрубку 60 продукты сгорания при температуре 100÷200°С поступают в водяной холодильник 42, где оставшиеся пары смол и часть паров воды конденсируются в жидкую фазу и стекают в конденсатосборник 46. Из водяного холодильника 42 газообразные продукты по дымоотводящей трубе 43 выходят в атмосферу. Высота и диаметр трубы 43 рассчитываются и подбираются с учетом создания эффективной тяги атмосферного воздуха в камеру газификации 55 и трубу горения 6. Для защиты от дождя, снега и пыли на окончание дымоотводящей трубы 43 установлен металлический козырек 44. Дымоотводящая труба 43 присоединена на фланцах к водяному холодильнику 42 и конденсатосборнику 46. Конденсатосборник 46 установлен сверху на оребренную стойку 48 и присоединен к ней на фланцах. Стойка 48 установлена и закреплена посредством металлических болтов к бетонной подушке 49. Стойка 48 и конденсатосборник 46 изолированы друг от друга внутри металлической перегородкой. По мере накопления жидкий конденсат 50 из конденсатосборника 46 при открытом кране 47 стекает в металлический приемник 51.

После окончания работы водогрейной установки из зольника 8 удаляется зола, которая является хорошим минеральным удобрением для растущей на земле биомассы, и закрывается дверца 52. Открывается кран 14 и по патрубку 15 в приемник 51 стекает накопившейся жидкий конденсат 50 из камеры сгорания 12, теплообменников 12, 22, 1, 31. При необходимости производится стек водного раствора тосола из водогрейного котла по патрубку 18 при открытом кране 27 патрубка 28 и из водяного холодильника 42 по патрубку 45 в специальную металлическую емкость. Для чистки водогрейного котла от накопившихся сажи и золы открываются уплотнительные металлические крышки с асбестовой прокладкой люков 4, 19, 32. Для полной чистки, значительного облегчения ремонта, транспортировки водогрейный котел демонтируются по отдельным узлам камера сгорания 12, теплообменники 1, 12, 22, 31, уплотнительная крышка 30.

Литература:

1. Отопление /Под ред. к.т.н. И.Г.Староверова, инж. Ю.И.Шиллера/. М.: изд-во «Стройиздат», ч.1, 1990. - 344 с.

2. Патент РФ 2147601, дата опуб. 20.04.2000 г.

Водогрейная установка на газифицируемых древесных отходах, содержащая водогрейный котел на опорных санях, состоящий из металлической водяной оболочки с патрубками для подвода и отвода воды, окруженной теплоизоляцией и металлическим чехлом, внутри которой расположена металлическая камера сгорания с люками для чистки и верхним металлическим газовыводящим патрубком с огнеупорной теплоизоляцией, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов на опорных санях, состоящий из металлического топливного бункера, металлических камеры газификации и зольника с огнеупорной теплоизоляцией, с отходящей от камеры газификации и присоединенной к камере сгорания водогрейного котла металлической трубы горения с металлической воздухотяговой трубой и огнеупорной теплоизоляцией, отличающаяся тем, что водогрейный котел снабжен герметично установленными сверху на камеру сгорания теплообменниками с водяной оболочкой в виде отдельных секций с соединительными фланцами и асбестовыми прокладками, отходящими от водяной оболочки камеры сгорания, от теплообменников и уплотнительной крышки водоподводящими резиновыми шлангами в металлической оплетке, вокруг бункера газогенератора теплообменным газоходом с огнеупорной теплоизоляцией и металлическим чехлом, в нижней части вокруг бункера на стыке с конусом сужения разделительной металлической перегородкой между газоходом и камерой газификации, отходящим от нижней части газохода металлическим газоподводящим патрубком, к которому присоединен газовыводящий патрубок водогрейного котла, отходящим от верхней части газохода газоотводящим патрубком, к которому присоединены металлические водяной холодильник, дымоотводящая труба с отходящими вниз металлическими трубчатыми конденсатосборником и оребренной опорной стойкой на бетонной подушке.