RU2555726C1

RU2555726C1 - Firing system

Info

Publication number: RU2555726C1
Application number: RU2014100812/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Попов; Петр Владимирович Малыгин; Евгения Игоревна Попова
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: firing system includes a housing, fuel loading and ash unloading doors, and a horizontal grate and a blast channel, which are installed in a furnace chamber of the system. The system is provided with an arch located above the furnace chamber, a turning chamber above the arch, upper and lower ash pits in the lower part of the housing and provided with doors, replaceable fuel combustion nozzles located on the base of the blast channel, the horizontal grate with a possibility of adjustment of its installation through the height of the furnace chamber. The blast channel is located in the centre of the furnace chamber and connected to the lower ash pit, and in the rear wall of the housing there is a slope.

EFFECT: reduction of emissions of harmful substances to minimum values and improving efficiency.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области малой теплоэнергетики, в частности к устройствам теплоснабжения небольших частных домов и секторов малоэтажной застройки.The invention relates to the field of small heat power engineering, in particular to heat supply devices for small private houses and low-rise building sectors.

Известен отопительно-варочный камин, включающий установленную на основании топку с дверкой, колосниковую решетку, зольник, камеру дожига, образованную направляющими пластинами, одна из которых установлена у задней стенки и имеет горизонтальный участок, впускное отверстие для подачи вторичного воздуха в камеру дожига, дымоход, варочную плиту и конвектор, при этом направляющая пластина у задней стенки жестко установлена под углом к ней, а другая, образующая камеру дожига направляющая пластина, установлена под углом к передней стенке с образованием между ними щели (Патент №2365824 РФ, МПК F24B 1/18, 5/00, 7/02, 2009 г. - аналог).A heating and cooking fireplace is known, including a firebox with a door mounted on the base, a grate, an ash pan, an afterburner formed by guide plates, one of which is installed at the rear wall and has a horizontal section, an inlet for supplying secondary air to the afterburner, a chimney, hob and convector, while the guide plate at the rear wall is rigidly mounted at an angle to it, and the other guide plate forming the afterburner is mounted at an angle to the front wall with the gap between them (Patent No. 2365824 of the Russian Federation, IPC F24B 1/18, 5/00, 7/02, 2009 - analogue).

Известна печь-камин, содержащая закрытую топку, размещенную над ней открытую топку со съемной перегородкой, выполненной в виде колосника, дымовые каналы, регулирующие заслонки, при этом каналы расположены в одной дымовой трубе (Патент №1755012 РФ, МПК F24B 1/28, 1992 г. - аналог).A known fireplace stove containing a closed firebox, an open fire chamber located above it with a removable partition made in the form of a grate, smoke channels, control flaps, the channels are located in one chimney (Patent No. 1755012 RF, IPC F24B 1/28, 1992 g - analogue).

Известна печь для сжигания низкосортного каменного угля, содержащая корпус, выполненный с сужением в верхней части, снабженный крышкой, дверцами для загрузки топлива и выгрузки золы и окнами забора воздуха в топку, установленные в топке печи колосник, образующий дутьевой канал для сжигания топлива, и колосник, образующий дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, при этом корпус печи имеет прямоугольную в сечении форму, на корпусе печи по периметру выполнены колосниковые решетки, обеспечивающие подачу воздуха для сжигания топлива, и установлены полки с отверстиями, к которым закреплены с помощью шплинтов четыре воздухозаборных щита, создающих дутьевые каналы для указанных колосниковых решеток, а в топке печи установлены дополнительно два колосника, образующих дутьевые каналы для сжигания топлива, причем дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, расположен по центру дутьевого канала для сжигания топлива (Патент №2306487 РФ, МПК F24B 1/85, 2004 г. - прототип).Known furnace for burning low-grade coal, containing a housing made with a narrowing in the upper part, equipped with a lid, doors for loading fuel and unloading ash and windows for air intake into the furnace, a grate installed in the furnace of the furnace, forming a blast channel for burning fuel, and a grate forming a blast channel installed inside the combustible fuel, while the furnace body has a rectangular shape in cross section, grate grates are provided around the perimeter of the furnace, providing air for combustion of fuel, and shelves with holes are fixed to which four air intake shields are fixed using cotter pins, creating blast channels for these grate grates, and two grates are installed in the furnace of the furnace, forming blast channels for burning fuel, and the blast channel installed inside the combusted fuel , located in the center of the blast channel for burning fuel (Patent No. 2306487 of the Russian Federation, IPC F24B 1/85, 2004 - prototype).

Недостатком такой конструкции является излишняя площадь живого сечения для подвода первичного воздуха, что обуславливает завышенный коэффициент его избытка. Нет системы регулирования расхода первичного воздуха, подвод вторичного воздуха в камеру дожига, расположенную над сужением в верхней части, не предусмотрен. Наличие отверстий в боковых стенках устройства повышает опасность возникновения пожаров.The disadvantage of this design is the excessive living area for supplying primary air, which leads to an overestimated coefficient of its excess. There is no system for controlling the flow of primary air, the supply of secondary air to the afterburner located above the narrowing in the upper part is not provided. The presence of holes in the side walls of the device increases the risk of fires.

Анализ перечисленных видов топочных устройств показал, что все они обладают недостатками. Конструкции слоевых топок с неподвижными колосниковыми решетками имеют значительный механический недожог из-за неравномерного подвода воздуха по поверхности колосниковой решетки, и в связи с этим возникает кратерное горение, зашлаковывание колосниковых решеток. Однако слоевые топки являются на данный момент единственным обоснованным решением в вопросах теплоснабжения частных домов и сектора малоэтажной застройки при использовании твердых топлив ввиду их простоты и удобства. Частично решать проблему механического недожога можно, совершенствуя топочный процесс.The analysis of the listed types of furnace devices showed that they all have disadvantages. Designs of layered furnaces with fixed grate grids have a significant mechanical underburning due to uneven air supply over the surface of the grate grate, and in this connection crater burning and slagging of grate grates arise. However, layered fire chambers are currently the only reasonable solution in terms of heat supply to private houses and the low-rise housing sector when using solid fuels due to their simplicity and convenience. It is possible to partially solve the problem of mechanical underburning by improving the furnace process.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - возможность использования в качестве топлива различных видов продуктов деревообработки и деревопереработки, гранулированное топливо (пеллеты), а также торф и кусковой уголь и повышение коэффициента полезного действия устройства за счет эффективности сжигания топлива.The problem to which the invention is directed is the possibility of using various types of woodworking and woodworking products as fuel, granular fuel (pellets), as well as peat and lump coal, and increasing the efficiency of the device due to the efficiency of fuel combustion.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид устройства спереди, совмещенный с поперечным разрезом, на фиг. 2 - продольный разрез Б-Б; на фиг. 3 - разрез А-А; на фиг. 4 - вторая насадка.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a front view of the device, combined with a transverse section, in FIG. 2 - a longitudinal section BB; in FIG. 3 - section aa; in FIG. 4 - the second nozzle.

Топочное устройство включает корпус 1, внутреннее пространство которого разделено на топочную камеру 2, верхний 3 и нижний 4 зольники и поворотную камеру 5; между топочной камерой и поворотной камерой расположен свод 6; в нижней части топочной камеры - горизонтальная колосниковая решетка 7, которая может быть установлена на пальцах в пазах 8, а в центральной части - вертикальный дутьевой канал 9, образованный основанием дутьевого канала 10 и первой насадкой 11, по окружности которой расположены сопла 12; на фронтальной стенке устройства расположены дверцы 13 и 14 верхнего и нижнего зольников, стеклянная дверца 15 с горизонтальной прорезью 16, а в задней стенке корпуса выполнен скат 17, при этом устройство снабжено второй насадкой 18 для сжигания гранулированного топлива на тарельчатой колосниковой решетке 19.The furnace device includes a housing 1, the inner space of which is divided into the combustion chamber 2, the upper 3 and lower 4 ash pans and the rotary chamber 5; between the combustion chamber and the rotary chamber is a arch 6; in the lower part of the combustion chamber there is a horizontal grate 7, which can be mounted on the fingers in the grooves 8, and in the central part, a vertical blast channel 9 formed by the base of the blast channel 10 and the first nozzle 11, the nozzles 12 are located around its circumference; on the front wall of the device there are doors 13 and 14 of the upper and lower ash pans, a glass door 15 with a horizontal slot 16, and a slope 17 is made in the rear wall of the housing, while the device is equipped with a second nozzle 18 for burning granular fuel on a grate 19.

Изобретенное топочное устройство имеет относительно простую конструкцию с улучшенным топочным процессом, подразумевающим двухзонную подачу воздуха и интенсификацию процесса горения. Во время работы происходит подогрев подаваемого для горения воздуха внутри устройства без усложнения конструкции обмуровки.The inventive furnace device has a relatively simple design with an improved furnace process, which implies a dual-zone air supply and the intensification of the combustion process. During operation, the air supplied for combustion is heated inside the device without complicating the construction of the lining.

Корпус 1 и основные элементы устройства выполняются монолитными, остальные элементы топочного устройства - съемными без механизированных узлов. На фронтальной стенке расположена стеклянная дверца 15, используемая для загрузки топлива, и две дверцы зольников для их очистки и регулирования расхода, подаваемого на горение воздуха. Верхний зольник 3 предназначен для золы с горизонтальной колосниковой решетки. В нижний зольник 4 опускается зола по дутьевому каналу 9 при работе устройства на гранулированном топливе. Над рамой остекленной дверцы 15 выполнена прорезь 16 для поступления воздуха, обеспечивающего защиту термостойкого стекла от копоти и сажистых частиц.The housing 1 and the main elements of the device are monolithic, the remaining elements of the furnace device are removable without mechanized nodes. On the front wall there is a glass door 15, used to load fuel, and two ashpit doors for cleaning and regulating the flow rate supplied to the combustion of air. The upper ash pan 3 is designed for ash from a horizontal grate. In the lower ash pan 4, ash is lowered along the blast channel 9 when the device is operating on granular fuel. A slot 16 is made above the frame of the glazed door 15 for air intake, which protects the heat-resistant glass from soot and soot particles.

Топочная камера 2, футерованная огнеупорным материалом, в горизонтальном сечении имеет форму прямоугольника, но для уменьшения зеркала горения и, соответственно, увеличения теплонапряжения топочного объема выполнена закладка внутренних углов задней стенки. В качестве огнеупорных материалов можно использовать шамот, вермикулит, талькохлорит. Тем самым можно добиться увеличения теплоаккумулирующей способности устройства и создать зажигающие пояса, увеличить эффективность устройства при работе на высоковлажном и трудновоспламеняемом топливе.The combustion chamber 2, lined with refractory material, in the horizontal section has the shape of a rectangle, but in order to reduce the combustion mirror and, accordingly, increase the heat stress of the furnace volume, the internal angles of the rear wall were laid. As refractory materials, chamotte, vermiculite, and talchochlorite can be used. Thus, it is possible to increase the heat storage capacity of the device and create ignition belts, increase the efficiency of the device when operating on high humidity and non-combustible fuel.

В верхней части топочной камеры расположен свод 6 из огнеупорного материала, выполняющий роль верхнего зажигающего пояса и обеспечивающий двухходовое движение продуктов сгорания.In the upper part of the combustion chamber is a vault 6 of refractory material, which acts as the upper ignition belt and provides two-way movement of the combustion products.

Ввиду того, что конструкция подразумевает сжигание как кускового, так и гранулированного топлива, устройство реализует две схемы работы. Для этого используются насадки 11 и 18 на дутьевой канал, расположенный в центре топочной камеры.Due to the fact that the design involves the burning of both lump and granular fuel, the device implements two schemes of operation. For this, nozzles 11 and 18 are used on the blow channel located in the center of the combustion chamber.

1. Первая насадка 11 выполнена в форме «колпачка» с прорезанными по окружности отверстиями 12 в тангенциальном направлении к внутреннему диаметру.1. The first nozzle 11 is made in the form of a “cap” with holes 12 cut along the circumference in the tangential direction to the inner diameter.

При работе устройства на кусковом топливе, щепе или коре первичный воздух поступает под слой топлива через верхний зольник 3. Вторичный воздух поступает в среднюю часть топки через сменную насадку 11, которая жестко соединена с основанием дутьевого канала 10. В сменной насадке на канал в тангенциальном направлении по всей окружности прорезаны технологические отверстия 12, выполняющие роль сопел. Над соплами вторичного воздуха устанавливается свод 6 из огнеупора.When the device is running on lump fuel, wood chips or bark, primary air enters under the fuel layer through the upper ash pan 3. Secondary air enters the middle of the furnace through a replaceable nozzle 11, which is rigidly connected to the base of the blast channel 10. In the replaceable nozzle on the channel in the tangential direction technological holes 12 are cut throughout the circumference, acting as nozzles. Above the nozzles of the secondary air is set vault 6 of the refractory.

Вертикальная часть канала 9, расположенная в топочной камере 2, омывается горячими продуктами сгорания, следовательно, воздух, находящийся в ней, нагревается в процессе растопки устройства. Подводимый через сопла вторичного дутья 12 нагретый воздух выравнивает температуру по высоте топочной камеры 2 и за счет отбираемой теплоты снижает температуру в зоне горения. Снижение максимальной температуры горения позволяет снизить образование оксидов азота, а двухступенчатое сжигание уменьшает количество продуктов неполного горения, в частности угарного газа CO, и увеличивает эффективность установки в целом.The vertical part of the channel 9, located in the combustion chamber 2, is washed by hot combustion products, therefore, the air in it is heated during the kindling of the device. The heated air supplied through the nozzles of the secondary blast 12 equalizes the temperature along the height of the combustion chamber 2 and reduces the temperature in the combustion zone due to the selected heat. Lowering the maximum combustion temperature reduces the formation of nitrogen oxides, and two-stage combustion reduces the amount of products of incomplete combustion, in particular carbon monoxide CO, and increases the overall efficiency of the plant.

Растопка осуществляется при полностью закрытой дверце 14 нижнего зольника и открытой дверце 13 верхнего. Загрузка топлива осуществляется равными порциями в конце каждого цикла горения. После прогрева внутренних элементов и обмуровки устройства приоткрывают дверцу 14 нижнего зольника для того, чтобы обеспечить доступ вторичного воздуха в зону догорания. Степень открытия дверец 13 и 14 зольников, а соответственно, и соотношение подаваемого на горение первичного и вторичного воздуха определяется в процессе выполнения балансовых испытаний.The kindling is carried out with the door 14 of the lower ash pan fully closed and the door 13 of the upper one open. Fuel loading is carried out in equal portions at the end of each combustion cycle. After heating the internal elements and lining the device, the door 14 of the lower ash pan is opened in order to ensure access of secondary air to the afterburning zone. The degree of opening of doors 13 and 14 of ashpit, and, accordingly, the ratio of the primary and secondary air supplied to the combustion is determined in the process of carrying out balance tests.

Горение кускового топлива происходит во всем объеме топочной камеры 2. В нижней ее части происходит прямое горение летучих веществ, выделяющихся в процессе термической обработки топлива, и коксового остатка, а в верхней догорание продуктов неполного горения. Первичный воздух традиционно для слоевых топок с горизонтальными колосниковыми решетками подводится в подколосниковую зону и движется снизу-вверх, пронизывая кладку топлива. Вторичный воздух через дутьевой канал 9 поступает в среднюю часть топочной камеры 2, где происходит догорание несгоревших частиц. Вторичный воздух, поступающий через сопла 12 канала 9, создает закрутку потока горячих газов, в которых происходит доокисление выделившихся при гетерогенном горении газообразных веществ и догорание твердых частиц топлива. Продукты сгорания, огибая свод 6, через поворотную камеру 5 попадают в систему удаления дымовых газов. Поворотная камера 5 представляет собой неподвижную конструкцию, в которой происходит изменение направления движения продуктов сгорания. Скат 17 для реализации первой схемы работы не используется.Lump fuel combustion occurs in the entire volume of combustion chamber 2. In its lower part, the volatile substances released during the heat treatment of the fuel and coke residue are directly burned, and the products of incomplete combustion are burned out in the upper part. Primary air traditionally for layered fire chambers with horizontal grate grids is supplied to the podkoloshnik zone and moves from bottom to top, penetrating the fuel masonry. Secondary air through the blast channel 9 enters the middle part of the combustion chamber 2, where the unburned particles are burned. Secondary air entering through nozzles 12 of channel 9 creates a swirl of the flow of hot gases, in which the oxidation of gaseous substances released during heterogeneous combustion occurs and the solid particles of the fuel burn out. The combustion products, enveloping the arch 6, through the rotary chamber 5 fall into the flue gas removal system. The rotary chamber 5 is a fixed structure in which there is a change in the direction of movement of the combustion products. Slope 17 is not used to implement the first working scheme.

2. Вторая насадка 18 предназначена для сжигания гранулированного топлива и выполняет функцию колосниковой решетки. Она имеет тарельчатую форму с отверстиями в дне и стенках для доступа воздуха в зону горения. На задней стенке топочной камеры выполнен скат 17, через который гранулы забрасываются на колосниковую решетку 19.2. The second nozzle 18 is designed to burn granular fuel and performs the function of a grate. It has a plate shape with holes in the bottom and walls for air to enter the combustion zone. On the back wall of the combustion chamber, a slope 17 is made, through which granules are thrown onto the grate 19.

В случае работы устройства на гранулированном топливе процесс горения проходит иначе. Для работы устройства на гранулах должна быть автоматизирована система подачи топлива для равномерного по времени поступления его на тарельчатую колосниковую решетку 19. Для этого выполнен скат 17 на задней стенке топочного устройства 2. Подводимый через дутьевой канал 9 воздух является первичным. Для уменьшения топочного объема горизонтальная колосниковая решетка 7 устанавливается выше на пальцы в пазах 8. Горизонтальная колосниковая решетка 7, установленная на пальцах в пазах 8, ограничивает объем топочного устройства и увеличивает теплонапряжение топочного объема для оптимизации топочного процесса. In the case of operation of the device on granular fuel, the combustion process proceeds differently. For the device to operate on granules, a fuel supply system must be automated to ensure that it is uniform in time to the plate-shaped grate 19. For this, a slope 17 is made on the rear wall of the furnace device 2. The air supplied through the blast channel 9 is primary. To reduce the furnace volume, the horizontal grate 7 is mounted higher on the fingers in the grooves 8. The horizontal grate 7 installed on the fingers in the grooves 8 limits the volume of the furnace device and increases the heat stress of the furnace volume to optimize the furnace process.

Вторичным будет воздух, поступающий через горизонтальную колосниковую решетку 7 и боковые отверстия тарельчатого колосника 19.Secondary will be the air entering through the horizontal grate 7 and the side openings of the grate 19.

Изобретение позволяет использовать в качестве топлива различные виды продуктов деревообработки и деревопереработки, гранулированное топливо (пеллеты), а также торф и кусковой уголь.The invention allows the use of various types of woodworking and woodworking products, granular fuel (pellets), as well as peat and lump coal, as fuel.

Заявляемое топочное устройство имеет усовершенствованную систему «чистого горения», исключающую неполное сгорание топлива и поступления избыточного количества окислителя, которые при совместном влиянии приводят к шлакованию внутренних поверхностей устройства и системы удаления дымовых газов. В совокупности это позволит снизить выбросы вредных веществ до низких значений и повысить тепловую эффективность работы устройства. Для сохранения эстетического назначения топочного устройства, как камина, и его эргономичного дизайна планируется использовать дверцу, изготовленную из термостойкого стекла. Стеклянная дверца повышает класс пожарной безопасности устройства.The inventive furnace device has an improved system of "clean burning", eliminating incomplete combustion of fuel and the receipt of excess oxidizer, which, when combined, lead to slagging of the internal surfaces of the device and the flue gas removal system. Together, this will reduce emissions of harmful substances to low values and increase the thermal efficiency of the device. To preserve the aesthetic purpose of the furnace device, like a fireplace, and its ergonomic design, it is planned to use a door made of heat-resistant glass. The glass door enhances the fire safety class of the device.

Claims

1. A furnace device comprising a housing, doors for loading fuel and unloading ash, a horizontal grate and a blast channel installed in the furnace chamber of the device, characterized in that the device is provided with a vault located above the furnace chamber, a rotary chamber above the vault, upper and lower ash pans in the lower part of the body and equipped with doors, interchangeable nozzles for burning fuel, located on the base of the blast channel, a horizontal grate with the ability to regulate it is installed the height of the combustion chamber, while the blast channel is located in the center of the combustion chamber and connected to the lower ash pan, and a slope is made in the rear wall of the casing.

2. The furnace device according to claim 1, characterized in that the replaceable nozzle is made in the form of a “cap” with holes cut around the circumference in a tangential direction to the inner diameter, the ramp in the rear wall of the housing is not involved.

3. The furnace device according to claim 1, characterized in that the replaceable nozzle has a plate-shaped grate with holes in the bottom and walls, a horizontal grate is mounted on the fingers in the grooves.