Теплогенератор с вихревой топкой для сжигания суспензионного угольного топлива
Изобретение представляет собой конструкцию теплогенератора для получения горячего воздуха, который может использоваться в зерносушильных и других агрегатах, например, для целей отопления помещений промышленного или сельскохозяйственного назначения, таких, как гаражи или помещения для скота, птицы. Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективной работы воздухонагревателей при отказе от нефтепродуктов и использовании в качестве топлива водоугольных суспензий. При замене топлива в теплогенераторах с жидких нефтепродуктов на водоугольные суспензии стоимость тепловой энергии уменьшается в несколько раз. Поставленная задача достигается тем, что в известных теплогенераторах вместо камеры сгорания для жидких нефтепродуктов используют вихревую топку для сжигания водоугольного топлива. Соответственно этому заменяется система топливоподачи, а в конструкцию топки дополнительно вносятся элементы для удаления золошлаковых отложений.
Изобретение относится к устройствам получения горячего рабочего агента (газообразного или жидкого), используемого для технологий сушки различных материалов или отопления бытовых и производственных помещений в различных отраслях народного хозяйства (сельское хозяйство, производство строительных материалов, угольная промышленность и т.д.).
Известны теплогенераторы для получения горячего воздуха или смеси воздуха и дымовых газов, используемые для сушки зерна в сельском хозяйстве (Атаназевич В.И. Сушка зерна. - М.: ВО - Агропромиздат, 1989. - С.136-160). В существующих теплогенераторах используются либо прямоточные топки, работающие на жидком нефтяном или газообразном топливе, либо слоевые топки для сжигания рядового угля.
Недостатком аналогов является невозможность работы на суспензионном водоугольном топливе.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является теплогенератор для получения горячего рабочего агента (газообразного или жидкого), используемого для технологий сушки различных материалов или отопления производственных, бытовых и прочих помещений и производств в различных отраслях народного хозяйства (Заявка 
2008134039 от 18.08.2008).
Указанный теплогенератор оборудован вихревой топкой для сжигания суспензионного угольного топлива с системой подачи топлива, а также теплообменником с системой подачи рабочего агента и оборудованием для удаления дымовых газов. При этом вихревая камера оборудована устройством для зажигания водоугольного топлива, теплообменник оборудован камерами для сбора и удаления золы, а система отвода дымовых газов включает устройства для улавливания пыли.
Недостатком прототипа является то, что при сжигании суспензий, приготовленных из углей с легкоплавкой золой, происходит шлакование внутренней поверхности топки и образующийся шлак собирается в нижней части топки. По этой причине работа топки нарушается, так как отложения шлака нарушают расчетное вихревое течение газов внутри топки.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является устранение недостатков, присущих аналогам и прототипу.
Поставленная задача решается тем, что камера сжигания суспензионного угольного топлива теплогенератора для получения горячего рабочего агента, выполненная в виде вихревой камеры сгорания, оборудованной устройством для зажигания суспензионного угольного топлива, дополнительно снабжена устройством для удаления образующегося шлака, расположенным в нижней части камеры и выполненным, например, в виде шурующей планки или решетки с поворотными колосниками.
Теплогенератор состоит из следующих основных частей (см. фиг.1-2): форкамеры 1, форсунки суспензионного угольного топлива 2, вихревой камеры сгорания 3 с пережимным окном 4, теплообменника 5 с камерой для сбора и удаления золы 6 и системы пылеулавливания 10, в нижней части вихревой камеры сгорания расположен поворотный колосник 12, а также (или) камера оборудована шурующей планкой 11 для удаления отложений шлака. При этом форкамера 1 расположена тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания 3, а форсунка суспензионного угольного топлива 2 установлена на оси форкамеры 1 так, что распыленная струя топлива направлена тангенциально к внутренней поверхности вихревой камеры сгорания 3. Выход продуктов сгорания в теплообменник осуществляется через пережимное окно 4. В нижней части теплообменника 5 расположена камера для сбора и удаления золы 6. Газоход 9 соединяет теплообменник 5 с системой пылеулавливания 10. Для подачи нагреваемого рабочего агента в теплообменник 5 предназначен входной патрубок 7, а для отвода нагретого рабочего агента - выходной патрубок 8.
Теплогенератор работает следующим образом.
Сначала вихревая камера сгорания разогревается, например, при сжигании какого-либо топлива на колоснике.
После прогрева камеры сгорания до 600-г850°С через форсунку суспензионного топлива подается распыленная водоугольная суспензия. Разработанная конструкция форкамеры обеспечивает высокую надежность зажигания основного топлива. Воспламененная струя основного топлива поступает в вихревую камеру сгорания тангенциально внутренней поверхности последней. Благодаря этому она естественным образом, без разрушения, вовлекается в вихревое движение, которое дополнительно формируется тангенциальной подачей вторичного воздуха (на фиг.1 не показано). Температура в камере сгорания начинает быстро повышаться. При достижении рабочей температуры 800-1050°С (в зависимости от марки угля, из которого приготовлена суспензия) дальнейшая работа теплообменника обеспечивается за счет горения только лишь водоугольной суспензии, без подсветки растопочным топливом. При этом повышение температуры в камере до значений 1100-1200°С достигается без каких-либо трудностей, но зола многих углей при столь высоких температурах существенно размягчается и в вихревой камере за счет слипания отдельных частиц золы образуются отложения, которые накапливаются и нарушают нормальную работу топки. Для удаления этих отложений предназначены шурующая планка и (или) поворотный колосник. Если превышение температуры в топке над температурой размягчения золы мало, то образующиеся конгломераты непрочны. Они легко разрушаются при работе шурующей планки. Получающиеся при разрушении мелкие частицы вовлекаются в вихревое движение и удаляются из топки. Для улавливания мелких частиц предназначена система пылеулавливания.
При более высоких значениях температуры образующиеся конгломераты оказываются более прочными и для удаления этих шлаковых отложений следует применять шурующую планку не для разрушения кусков, а для выталкивания их из топки в систему шлакоудаления. Также эффективно для удаления из топки шлаковых включений работает поворотный колосник.
Таким образом, конструкции форкамеры и вихревой камеры обеспечивают надежное воспламенение и устойчивое горение основного топлива. Вихревое движение горящих частиц в камере с пережимным окном обеспечивает пребывание частиц в камере на протяжении времени, необходимого для полного выгорания всех частиц. Камеру покидают с дымовыми газами только самые легкие, с полностью выгоревшим горючим, частицы. Согласно полученным данным, остаток горючих веществ в золовых частицах не превышает 3%, а насыпная плотность их не более 350 кг/м3. Для сравнения: в шлаке и золе от сжигания угля в слоевых топках содержится от 15 до 55% углерода.
В теплообменнике наиболее крупные частицы золы оседают в камере, расположенной в нижней части теплообменника. Из этой камеры осевшая зола периодически удаляется.
Рабочий агент, проходящий через теплообменник, нагревается горячими газами. Соответственно, дымовые газы, проходящие через теплообменник, охлаждаются. При этом теплопередача происходит через стенки теплообменника без смешения дымовых газов и рабочего агента.
Отдавшие тепло газы с остатками тонких пылевых частиц поступают в систему пылеулавливания, после чего выбрасываются в атмосферу.
Теплогенератор для получения горячего рабочего агента, включающий вихревую камеру сжигания суспензионного угольного топлива с системой подачи топлива, теплообменник с системой подачи рабочего агента, оборудование для отвода дымовых газов, отличающийся тем, что вихревая камера сжигания дополнительно снабжена устройством для удаления образующегося шлака, расположенным в нижней части камеры и выполненным, например, в виде шурующей планки или решетки с поворотными колосниками.
