RU2446360C1

RU2446360C1 - Method for increasing heat release of fuel combustion products of domestic furnaces

Info

Publication number: RU2446360C1
Application number: RU2010142429/03A
Authority: RU
Inventors: Артур Павлович Ферингер (RU); Артур Павлович Ферингер
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Завод "Ферингер и К"
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-03-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: method consists in obtaining combustion products themselves by means of fuel combustion in the furnace with further heat extraction from combustion products by means of their warming-up of furnace heating elements with elongation of channels for removal of combustion products to stack. The main flow of combustion products is divided at least into two additional intermediate flows by installing on the way of the main flow of shaped wall with openings, mainly in its peripheral zone. Obtained additional intermediate flows are supplied through the above openings to furnace walls; after that, mainly each additional intermediate flow is turned and passed along the furnace walls in its part located in close proximity to the stack. Additional intermediate flows, mainly all of them, are turned at least once towards each other and swirling movement is given to each flow, mainly along spiral; then, additional intermediate swirling flows are mixed between each other and the obtained main swirling flow is supplied to stack.

EFFECT: improving fuel combustion completeness, heating capacity and increasing service life at constant fuel consumption.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам обеспечения горения топлива в печах и может быть использовано при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения.The invention relates to methods for providing fuel combustion in furnaces and can be used in the development of furnaces and heating devices for cooking and heating a room.

Известна мусоросжигательная печь секционной структуры, содержащая прямую закрытую трубу с отверстиями, расположенными по ее длине, которая предназначена для подачи воздуха в топку. Труба подачи воздуха вставлена в топку через отверстие, выполненное в верхней части топки. Воздух в трубу подают при помощи вентилятора. Воздух струится сквозь отверстия трубы и участвует при интенсивном сгорании топлива, в данном случае - мусора (патент EP 0636840 A1, МПК: F24B 1/00, 5/00).Known incinerator sectional structure containing a direct closed pipe with holes located along its length, which is designed to supply air to the furnace. The air supply pipe is inserted into the furnace through an opening made in the upper part of the furnace. Air is supplied to the pipe by a fan. Air flows through the openings of the pipe and is involved in the intensive combustion of fuel, in this case debris (patent EP 0636840 A1, IPC: F24B 1/00, 5/00).

Данный способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания и устройство сгорания пригодны для безопасного и интенсивного сжигания мусора, но не эффективны для длительного экономичного сжигания топлива.This method of supplying and distributing air in the combustion chamber and the combustion device are suitable for safe and intensive burning of garbage, but are not effective for long-term economical combustion of fuel.

Известна топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагревания воздуха помещений. Топка состоит из камеры сгорания, в ее центр вставленной трубы подачи воздуха и шнекового устройства. Воздух в очаг сгорания подают при помощи вентилятора сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу (патент USA 4782765, МПК: F24B 1/00, 5/00).Known firebox for burning granular solid fuels and heating indoor air. The furnace consists of a combustion chamber, in its center an inserted air supply pipe and a screw device. Air is supplied to the combustion chamber using a fan from above, and granular fuel is loaded from below from a screw device (US patent 4782765, IPC: F24B 1/00, 5/00).

Конструкция такой топки сложна и не пригодна для сжигания дров.The design of such a firebox is complex and not suitable for burning wood.

Известен способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания, когда воздух в камеру сгорания подают сверху по трубе, при этом труба заканчивается распределителем воздуха, опирающимся на топливо и вместе с трубой опускающимся вниз, когда количество топлива в камере сгорания уменьшается, причем воздух в камере сгорания распределяют следующим образом: в очаг сгорания подают 40-60%; на края очага сгорания подают 10-30%; над очагом сгорания - 20-40%. ((Патент EA 005303, заявка №200301136 от 19.04.01, МПК: F24B 1/00, 5/00).A known method of supplying and distributing air in the combustion chamber, when air is supplied to the combustion chamber from above through the pipe, the pipe ends with an air distributor based on fuel and with the pipe dropping down when the amount of fuel in the combustion chamber decreases, and the air in the combustion chamber distributed as follows: 40-60% are supplied to the combustion center; 10-30% are fed to the edges of the combustion zone; above the combustion site - 20-40%. ((Patent EA 005303, Application No. 200301136 of 04/19/01, IPC: F24B 1/00, 5/00).

Недостатками данного способа является то, что на трубе подачи воздуха в зону горения необходимо устанавливать распределитель воздуха и перемещать его во время процесса горения. Это приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и ухудшению условий ее работы, за счет того, что часть топлива под распределителем практически не участвует в процессе горения. Кроме этого, необходимо достаточно точно распределять воздушные потоки, что также приводит к усложнению конструкции печи и усложнению условий ее обслуживания и эксплуатации.The disadvantages of this method is that on the pipe supplying air to the combustion zone, it is necessary to install an air distributor and move it during the combustion process. This leads to a complication of the design of the combustion chamber and the deterioration of the conditions of its operation, due to the fact that part of the fuel under the distributor is practically not involved in the combustion process. In addition, it is necessary to accurately distribute the air flow, which also leads to a complication of the design of the furnace and more difficult conditions for its maintenance and operation.

Известен способ обеспечения горения топлива в печи с вертикально ориентированным корпусом, реализованный при помощи печи твердотопливной, содержащей камеру сгорания с козырьком в ее верхней части, которая примыкает к боковым и задней стенкам и разделяет камеру сгорания на верхнюю и нижнюю части, дверцу с застекленным окном на передней стенке камеры сгорания для загрузки топлива, нижний и щелеобразный верхний подвод воздуха для обдувания стекла окна дверцы плоским потоком воздуха и формирования внутри камеры сгорания области дожигания продуктов сгорания топлива и патрубок для отвода продуктов сгорания, расположенный в верхней задней части камеры сгорания.A known method of providing fuel combustion in a furnace with a vertically oriented body, implemented using a solid fuel furnace containing a combustion chamber with a visor in its upper part, which is adjacent to the side and rear walls and divides the combustion chamber into upper and lower parts, a door with a glazed window on the front wall of the combustion chamber for loading fuel, the lower and slit-like upper air supply for blowing the glass of the door window with a flat air stream and forming an afterburning area inside the combustion chamber combustion products and a pipe for the removal of combustion products located in the upper rear of the combustion chamber.

Воздух для первичного горения твердого топлива подается в камеру сгорания как со стороны задней стенки печи, так и со стороны нижней части передней стенки камеры сгорания при помощи заслонок, управляемых с передней стороны печи. Дожигание (вторичное горение) несгоревших частиц топлива осуществляется подачей в камеру сгорания двух потоков воздуха, один из которых (холодный) управляется заслонкой, а второй - неуправляемый теплый, после обдувания стекла дверцы поступает в переднюю часть камеры сгорания в область дожигания несгоревших продуктов твердого топлива. Стенки камеры сгорания футерованы кирпичной кладкой и размещены внутри металлического кожуха. Между стенками камеры сгорания и кожухом имеется пространство, по которому затягивается воздух из нижней части отапливаемого помещения для охлаждения кожуха печи (патент US 4766876 A, F24B 5/02, 30.08.1988 - прототип).The air for primary combustion of solid fuel is supplied to the combustion chamber both from the side of the rear wall of the furnace and from the side of the lower part of the front wall of the combustion chamber using dampers controlled from the front of the furnace. The afterburning (secondary combustion) of unburned fuel particles is carried out by supplying two air streams to the combustion chamber, one of which (cold) is controlled by a damper, and the second is uncontrollable warm, after blowing the glass of the door, it enters the front of the combustion chamber into the afterburning area of unburned solid fuel products. The walls of the combustion chamber are lined with brickwork and placed inside a metal casing. Between the walls of the combustion chamber and the casing there is a space through which air is drawn from the lower part of the heated room to cool the furnace casing (US patent 4766876 A, F24B 5/02, 08/30/1988 - prototype).

Недостаток прототипа заключается в том, что при изменении состава твердого топлива не обеспечивается высокий КПД печи. Это объясняется тем, что не вся химическая энергия твердого топлива (различного по составу) может полностью превратиться в тепловую энергию без регулирования необходимого количества горячего воздуха для дожигания несгоревших частиц данного вида твердого топлива. Несгоревшие полностью остатки твердого топлива, вылетая из трубы печи, снижают ее КПД и ухудшают экологию окружающей среды. Кроме того, другим недостатком прототипа является футеровка кирпичом стенок печи, что снижает ее мобильность для обогрева дачных и временных построек.The disadvantage of the prototype is that when changing the composition of solid fuels, high furnace efficiency is not ensured. This is explained by the fact that not all chemical energy of solid fuels (of different composition) can completely turn into thermal energy without regulating the necessary amount of hot air for afterburning unburned particles of this type of solid fuel. Fully unburned solid fuel residues, flying out of the furnace pipe, reduce its efficiency and worsen the ecology of the environment. In addition, another disadvantage of the prototype is the brick lining of the walls of the furnace, which reduces its mobility for heating summer and temporary buildings.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа сжигания топлива, применение которого позволит значительно повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and create a method of burning fuel, the use of which will significantly increase the completeness of fuel combustion, heat transfer and increase the operating time of the furnace at a constant fuel consumption.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе повышения теплоотдачи продуктов сгорания топлива, преимущественно бытовых печей, заключающемся в получении непосредственно самих продуктов сгорания путем сжигания топлива в печи с последующим отбором у продуктов сгорания тепла посредством разогрева ими нагревательных элементов печи с увеличением длины каналов для отвода продуктов сгорания в дымовую трубу, согласно изобретению основной поток продуктов сгорания после его получения разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути основного потока профилированного экрана с окнами, преимущественно в его периферийной зоне, и направляют полученные дополнительные промежуточные потоки через упомянутые окна к стенкам печи, после чего, преимущественно, каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и пропускают его вдоль стенок печи в ее части, расположенной в непосредственной близости возле трубы, затем разворачивают дополнительные промежуточные потоки, преимущественно все, как минимум, один раз, навстречу друг другу и придают каждому потоку вращательное движение, преимущественно по спирали, затем перемешивают дополнительные промежуточные вращающиеся потоки между собой и направляют образовавшийся основной вращающийся поток в дымовую трубу.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed method for increasing the heat transfer of combustion products of fuel, mainly domestic stoves, which consists in obtaining the combustion products themselves by burning fuel in a furnace, followed by taking heat from the combustion products by heating them with heating elements of the furnace with increasing channel lengths for discharge of combustion products into the chimney, according to the invention, the main stream of combustion products after its receipt is divided into at least two additional additional intermediate flows by installing a profiled screen with windows on the main flow path, mainly in its peripheral zone, and direct the resulting additional intermediate flows through the said windows to the walls of the furnace, after which, mainly, each additional intermediate stream is deployed and passed along the walls of the furnace into its parts located in close proximity to the pipe, then additional intermediate flows are deployed, mainly all, at least once, nav I meet each other and give each stream a rotational movement, mainly in a spiral, then mix additional intermediate rotating streams with each other and direct the resulting main rotating stream into the chimney.

Для оптимизации конструкции печи профилированный экран устанавливают на расстоянии, равном 0,1-0,5 высоты печи от верхней крышки печи.To optimize the design of the furnace, the profiled screen is installed at a distance equal to 0.1-0.5 of the height of the furnace from the top cover of the furnace.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит значительное ухудшение условий работы печи, связанное с ухудшением условий закрутки потоков, и, соответственно, экономичности печи.The lower value of this ratio is selected on the basis that, with a further decrease in it, there is a significant deterioration in the operating conditions of the furnace, associated with a deterioration in the conditions of swirling flows, and, accordingly, the efficiency of the furnace.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит значительное ухудшение массово-габаритных характеристик печи без существенного улучшения условий теплопередачи тепла от продуктов сгорания к нагревательным элементам печи.The upper value of the specified ratio is selected on the basis that, with its further increase, there is a significant deterioration in the mass-dimensional characteristics of the furnace without a significant improvement in the conditions of heat transfer of heat from the combustion products to the heating elements of the furnace.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид печи для реализации указанного способа спереди, фиг.2 - продольный разрез печи, на фиг.3 - вид печи сверху, на фиг.4 - распределение потоков продуктов сгорания по корпусу печи в аксонометрии.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a front view of a furnace for implementing this method, Fig. 2 is a longitudinal section of a furnace, Fig. 3 is a top view of a furnace, Fig. 4 is a distribution of combustion products flows over a furnace body in a perspective view .

Печь для реализации указанного способа 1 содержит корпус 2 со стенками 3 и верхней крышкой 4. В корпусе 2 расположена камера сгорания 5 с зоной горения и выполнены каналы 6 подачи воздуха в зону горения камеры сгорания 5 и каналы 7 отвода продуктов сгорания из камеры сгорания 5. Каналы 7 соединены с вытяжной трубой 8. На корпусе 2 установлена с возможностью вращения в рамке дверка 9 с замком. В верхней части печи 1, между камерой сгорания 5 и вытяжной трубой 8, установлен профилированный экран 10 с образованием полости 11, ограниченной верхней крышкой 4, стенками 3 и профилированным экраном 10. В профилированном экране 10 выполнены окна 12 в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне 13, соединяющие полость камеры сгорания 5 с полостью 11 при помощи горизонтально ориентированных каналов 14. Горизонтально ориентированные каналы 14 открываются в полость 11 навстречу друг другу, а между выходными частями 15 указанных каналов 14 установлен завихритель 16.The furnace for implementing this method 1 comprises a housing 2 with walls 3 and an upper cover 4. In the housing 2, a combustion chamber 5 with a combustion zone is located and channels 6 for supplying air to the combustion zone of the combustion chamber 5 and channels 7 for exhausting combustion products from the combustion chamber 5 are made. The channels 7 are connected to the exhaust pipe 8. On the housing 2 is mounted rotatably in the frame of the door 9 with a lock. In the upper part of the furnace 1, between the combustion chamber 5 and the exhaust pipe 8, a profiled screen 10 is installed with the formation of a cavity 11 bounded by the upper cover 4, walls 3 and a profiled screen 10. In the profiled screen 10 there are made windows 12 in the form of grooves, mainly in its peripheral zone 13, connecting the cavity of the combustion chamber 5 with the cavity 11 using horizontally oriented channels 14. Horizontally oriented channels 14 open into the cavity 11 towards each other, and between the output parts 15 of these channels 14 set ene swirler 16.

В варианте исполнения горизонтально ориентированные каналы 14 образованы боковыми элементами корпуса печи, преимущественно стенками 3 печи 1, и вертикально расположенными перегородками 17 на профилированном экране 10.In an embodiment, the horizontally oriented channels 14 are formed by lateral elements of the furnace body, mainly by the walls 3 of the furnace 1, and vertically arranged partitions 17 on the profiled screen 10.

Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

В камеру сгорания 5 печи 1 через дверку 9 укладывают топливо и поджигают его. Подвод воздуха осуществляют через каналы 6 подачи воздуха в зону горения камеры сгорания 5, отвод продуктов сгорания - через каналы 7. При сгорании топлива происходит выделение тепла с образованием основного потока продуктов сгорания, имеющих высокую температуру. Образовавшийся основной поток продуктов сгорания разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока за счет установки на его пути профилированного экрана 10 с окнами 12, преимущественно в его периферийной зоне 13. Полученные дополнительные промежуточные потоки через окна 12 направляют к стенкам 3 печи 1. Затем каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и направляют вдоль стенок 3 печи 1 в ее части, расположенной в непосредственной близости возле вытяжной трубы 8, после чего дополнительные промежуточные потоки разворачивают, как минимум, один раз, навстречу друг другу и подают в полость 11 через выходные части 15 каналов 14. Из выходных частей 15 каналов 14 дополнительные промежуточные потоки подают на завихритель 16, установленный в полости 11. Проходя через завихритель 16, каждый дополнительный промежуточный поток приобретает вращательное движение, преимущественно по спирали. Затем дополнительные промежуточные вращающиеся потоки перемешивают между собой и направляют в вытяжную трубу 8.Fuel is placed in the combustion chamber 5 of the furnace 1 through the door 9 and set on fire. The air supply is carried out through the air supply channels 6 to the combustion zone of the combustion chamber 5, the combustion products are removed through the channels 7. When the fuel is burned, heat is generated with the formation of the main stream of combustion products having a high temperature. The resulting main stream of combustion products is divided into at least two additional intermediate streams due to the installation of a profiled screen 10 with windows 12 in its path, mainly in its peripheral zone 13. The resulting additional intermediate streams through the windows 12 are directed to the walls 3 of the furnace 1. Then each additional intermediate stream is deployed and directed along the walls 3 of the furnace 1 in its part located in close proximity to the exhaust pipe 8, after which additional intermediate streams of they are turned at least once towards each other and fed into the cavity 11 through the outlet parts 15 of the channels 14. From the outlet parts 15 of the channels 14, additional intermediate flows are fed to the swirler 16 installed in the cavity 11. Passing through the swirl 16, each additional intermediate the flow acquires a rotational motion, mainly in a spiral. Then additional intermediate rotating streams are mixed with each other and sent to the exhaust pipe 8.

Проведенные автором и заявителем испытания полноразмерного образца печи для реализации предложенного способа показали, что температура уходящих печных газов снизилась ориентировочно на 200-300°С с одновременным увеличением времени работы печи при неизменном расходе топлива, что позволило значительно повысить эффективность работы печи.The tests carried out by the author and applicant of a full-sized furnace sample for the implementation of the proposed method showed that the temperature of the exhaust gas from the furnace decreased by approximately 200-300 ° C with a simultaneous increase in furnace operating time with constant fuel consumption, which significantly increased the efficiency of the furnace.

Использование предложенного технического решения даст возможность, за счет придания горячим печным газам вращательного движения с одновременным увеличением длины канала от камеры сгорания до вытяжной трубы, интенсифицировать теплообмен между горячими печными газами и нагревательными элементами печи, что, в конечном итоге, позволит повысить эффективность рабочего процесса и экономичность печи.Using the proposed technical solution will make it possible, by imparting rotary motion to the hot furnace gases while increasing the length of the channel from the combustion chamber to the exhaust pipe, to intensify the heat exchange between the hot furnace gases and the furnace heating elements, which, ultimately, will increase the efficiency of the working process and profitability of the furnace.

Claims

1. Способ повышения теплоотдачи продуктов сгорания топлива, преимущественно, бытовых печей, заключающийся в получении непосредственно самих продуктов сгорания путем сжигания топлива в печи с последующим отбором у продуктов сгорания тепла посредством разогрева ими нагревательных элементов печи с увеличением длины каналов для отвода продуктов сгорания в дымовую трубу, отличающийся тем, что основной поток продуктов сгорания после его получения разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути основного потока профилированного экрана с окнами, преимущественно, в его периферийной зоне, и направляют полученные дополнительные промежуточные потоки продуктов сгорания через упомянутые окна к стенкам печи, после чего, преимущественно, каждый дополнительный промежуточный поток продуктов сгорания разворачивают и пропускают его по каналам вдоль стенок печи в ее части, расположенной в непосредственной близости возле трубы, затем разворачивают дополнительные промежуточные потоки продуктов сгорания, преимущественно все, как минимум, один раз, навстречу друг другу и придают каждому упомянутому потоку вращательное движение, преимущественно, по спирали, затем перемешивают дополнительные промежуточные вращающиеся потоки продуктов сгорания между собой и направляют образовавшийся основной вращающийся поток продуктов сгорания в дымовую трубу.1. A method of increasing the heat transfer of combustion products of fuel, mainly, domestic stoves, which consists in obtaining directly the combustion products themselves by burning fuel in a furnace, followed by taking heat from the combustion products by heating the heating elements of the furnace with an increase in the length of the channels for the removal of combustion products into the chimney , characterized in that the main stream of combustion products after receiving it is divided into at least two additional intermediate flows by installing the oval flow of the profiled screen with windows, mainly in its peripheral zone, and direct the obtained additional intermediate flows of combustion products through the aforementioned windows to the walls of the furnace, after which, preferably, each additional intermediate stream of combustion products is deployed and passed through the channels along the walls of the furnace in its part, located in close proximity to the pipe, then deploy additional intermediate flows of combustion products, mainly all of at least one n times toward each other and attached to each said flow rotary motion, preferably in a spiral, then stirred additional intermediate rotating streams between a combustion and direct the formed main rotating flow of combustion products in the stack.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зону перемешивания и придания дополнительным промежуточным потокам вращательного движения отделеляют от каналов для прохождения дополнительных промежуточных потоков.2. The method according to claim 1, characterized in that the zone of mixing and giving additional intermediate flows of rotational motion is separated from the channels for the passage of additional intermediate flows.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилирование экрана выполняют в виде буквы «V» с расположением образованного ребра примерно по осевой вертикальной линии печи.3. The method according to claim 1, characterized in that the profiling of the screen is performed in the form of the letter "V" with the location of the formed rib approximately along the axial vertical line of the furnace.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилированный экран устанавливают на расстоянии, равном 0,1-0,5 высоты печи от верхней крышки. 4. The method according to claim 1, characterized in that the profiled screen is installed at a distance equal to 0.1-0.5 of the height of the furnace from the top cover.