RU2776986C1 - Catalytic heating and cooking solid fuel furnace of long burning - Google Patents
Catalytic heating and cooking solid fuel furnace of long burning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776986C1 RU2776986C1 RU2022100492A RU2022100492A RU2776986C1 RU 2776986 C1 RU2776986 C1 RU 2776986C1 RU 2022100492 A RU2022100492 A RU 2022100492A RU 2022100492 A RU2022100492 A RU 2022100492A RU 2776986 C1 RU2776986 C1 RU 2776986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- furnace
- solid fuel
- fuel
- catalytic heating
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010411 cooking Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 55
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 13
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 claims description 7
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 2
- 210000003660 Reticulum Anatomy 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000009417 prefabrication Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к тепловой технике, а именно к устройствам для обогрева помещений и приготовления пищи.The invention relates to thermal engineering, namely to devices for space heating and cooking.
Известны отопительные твердотопливные печи длительного горения [1-3], в которых сжигание загруженного топлива осуществляется способом снизу вверх с выделением горючих газов из нагретой до высокой температуры части топливной загрузки, расположенной выше зоны горения. В данных печах для увеличения продолжительности горения загрузки топлива необходимо понижать генерируемую тепловую мощность. При этом смешение выделяющихся горючих газов с подаваемым воздухом затруднено, и это приводит к значительному недожогу сжигаемого топлива, что снижает КПД печи и приводит к несоответствию эксплуатационных показателей печи экологическим нормам.Known heating solid fuel furnaces of long burning [1-3], in which the combustion of the loaded fuel is carried out by the bottom-up method with the release of combustible gases from the part of the fuel load heated to a high temperature, located above the combustion zone. In these furnaces, in order to increase the burning time of the fuel load, it is necessary to reduce the generated thermal power. At the same time, the mixing of the released combustible gases with the supplied air is difficult, and this leads to a significant underburning of the combusted fuel, which reduces the efficiency of the furnace and leads to a discrepancy between the performance of the furnace and environmental standards.
Известна отопительная печь [4], в которой осуществляется сжигание загрузки топлива способом сверху вниз. В данной печи увеличение продолжительности горения загрузки топлива реализуется путем подачи воздуха в зону горения сверху через гофрированный воздуховод и распределитель, который имеет возможность перемещаться вниз по мере выгорания загрузки топлива. Конструктивное решение данной печи является сложным, уязвимым от повреждений при эксплуатации. Недостатком является и наличие недожога топлива при работе печи, увеличивающегося с ростом генерируемой тепловой мощности.Known heating furnace [4], which is the burning of the fuel load method from top to bottom. In this furnace, an increase in the burning time of the fuel load is realized by supplying air to the combustion zone from above through a corrugated air duct and a distributor that can move down as the fuel load burns out. The design solution of this furnace is complex, vulnerable to damage during operation. The disadvantage is the presence of underburning of the fuel during the operation of the furnace, which increases with the growth of the generated thermal power.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является печь длительного горения, содержащая металлические корпус с окружающим его кожухом, зольную дверцу, герметично закрывающуюся загрузочную дверцу, вертикальную камеру горения топлива и расположенную над ней камеру дожигания выделяющихся при работе печи горючих газов, варочную панель, духовой шкаф, вытяжную дымовую трубу с верхним и нижним патрубками для подвода дымовых газов, регулируемую заслонку в верхнем патрубке [5] - прототип. Наличие кожуха, экранирующего корпус печи, повышает ее пожарную безопасность и защищает обслуживающий персонал от возможных ожогов. Наличие верхнего патрубка с регулируемой заслонкой для подвода дымовых газов к вытяжной дымовой трубе облегчает запуск холодной печи в работу. К недостаткам известной печи длительного горения относится конструктивная сложность механического устройства для подачи воздуха сверху на горящее топливо в его загрузке. Наличие движущихся элементов в механическом устройстве в условиях повышенных температур при работе печи делает его малонадежным. Недостатком является и то, что нижний патрубок для подвода дымовых газов в вытяжную дымовую трубу соединен непосредственно с камерой горения топлива. Данное техническое решение приводит к большим потерям выделяющихся в загрузке нагретого твердого топлива горючих газов, которые вместе с дымовыми газами через вытяжную трубу будут выбрасываться в атмосферу, что снижает эффективность использования топлива и наносит экологический ущерб. Поступление выделяющихся из топлива горючих газов в камеру дожигания минимальное, и она не выполняет в полной мере свои функции. Поэтому использованный в известной печи длительного горения способ сжигания загрузки топлива сверху вниз с нижним выводом образующихся продуктов сгорания после их фильтрации через слой топлива может приводить к недопустимо большим потерям не только из-за химического недожога, но и значительного механического недожога, которые особенно велики при малых генерируемых мощностях, когда температура в зоне горения понижена.The closest in technical essence to the proposed invention is a long-burning furnace containing a metal case with a casing surrounding it, an ash door, a hermetically sealed loading door, a vertical fuel combustion chamber and an afterburning chamber of combustible gases released during operation of the furnace, a hob, an oven a cabinet, an exhaust chimney with an upper and lower flue gas inlet, an adjustable damper in the upper pipe [5] - a prototype. The presence of a casing shielding the furnace body increases its fire safety and protects the operating personnel from possible burns. The presence of an upper branch pipe with an adjustable damper for supplying flue gases to the exhaust chimney facilitates the start-up of a cold furnace. The disadvantages of the known long-burning furnace include the structural complexity of the mechanical device for supplying air from above to the burning fuel in its loading. The presence of moving elements in the mechanical device at elevated temperatures during operation of the furnace makes it unreliable. The disadvantage is that the lower branch pipe for supplying flue gases to the exhaust chimney is connected directly to the fuel combustion chamber. This technical solution leads to large losses of combustible gases released in the loading of heated solid fuel, which, together with flue gases, will be emitted into the atmosphere through the exhaust pipe, which reduces the efficiency of fuel use and causes environmental damage. The flow of combustible gases released from the fuel into the afterburner is minimal, and it does not fully fulfill its functions. Therefore, the method used in the well-known long-burning furnace for burning a load of fuel from top to bottom with a lower output of the resulting combustion products after they are filtered through a layer of fuel can lead to unacceptably large losses not only due to chemical underburning, but also significant mechanical underburning, which are especially large at small generated power when the temperature in the combustion zone is lowered.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции, увеличении эффективности работы печи.The technical problem to be solved by the present invention is to simplify the design, increase the efficiency of the furnace.
Поставленная проблема решается тем, что каталитическая отопительно-варочная твердотопливная печь длительного горения, содержащая металлические корпус с окружающим его кожухом, зольную дверцу, герметично закрывающуюся загрузочную дверцу, вертикальную камеру горения топлива и расположенную над ней камеру дожигания выделяющихся при работе печи горючих газов, варочную панель, духовой шкаф, вытяжную дымовую трубу с верхним и нижним патрубками для подвода дымовых газов, регулируемую заслонку в верхнем патрубке, дополнительно содержит опускную камеру, в которой размещены один или несколько духовых шкафов, последовательно расположенные и соединенные друг с другом камера горения топлива, камера дожигания выделяющихся горючих газов и опускная камера образуют П-образный газовый тракт, верхний и нижний патрубки для дымовых газов соединены с опускной камерой, к внутренней поверхности корпуса примыкает теплоаккумулирующий слой, выполненный из огнеупорного материала. Кроме того, зольная дверца имеет отверстие с регулируемой заслонкой для прохода воздуха, в поперечном сечении камеры дожигания выделяющихся горючих газов расположена составленная из отдельных блоков и проницаемая для газов каталитическая перегородка, кожух и корпус на камере горения топлива и части камеры дожигания выделяющихся горючих газов образуют рубашку, имеющую в нижней части отверстие с регулируемой заслонкой для входа воздуха и щелевое отверстие для выхода воздуха в камеру дожигания, расположенное под герметично закрывающейся загрузочной дверцей, которая шарнирно закреплена на угловом срезе верхней части корпуса, варочная панель выполнена в виде горизонтальной плиты из жаростойкого металла, которая образует верхнюю стенку камеры дожигания, имеет одну или несколько конфорок и ребра на поверхности, обращенной в сторону камеры дожигания, торец нижнего патрубка со стороны противоположной опускной камере имеет газонепроницаемую в закрытом положении крышку, в дымовой трубе, непосредственно над нижним патрубком, размещена поворотная заслонка с противоугарным отверстием, в пространстве между верхним и нижним патрубками для подвода дымовых газов размещено теплоутилизационное устройство, опускная камера и камера горения топлива с частью камеры дожигания выделяющихся горючих газов имеют (как вариант) цилиндрическую форму и теплоаккумулирующий слой из клинового кирпича, уложенного всухую, камера горения топлива, опускная камера и дымовая труба с теплоутилизационным устройством размещены на общей опорной раме.The problem is solved by the fact that a catalytic heating and cooking solid fuel furnace of long burning, containing a metal case with a casing surrounding it, an ash door, a hermetically sealed loading door, a vertical fuel combustion chamber and an afterburning chamber located above it for combustible gases released during operation of the furnace, a hob , an oven, an exhaust chimney with upper and lower pipes for supplying flue gases, an adjustable damper in the upper pipe, additionally contains a lowering chamber in which one or more ovens are placed, arranged in series and connected to each other, a fuel combustion chamber, an afterburning chamber combustible gases and the downcomer form a U-shaped gas path, the upper and lower pipes for flue gases are connected to the downcomer chamber, a heat-accumulating layer made of refractory material adjoins the inner surface of the housing. In addition, the ash door has an opening with an adjustable damper for the passage of air, in the cross section of the afterburning chamber for evolving combustible gases there is a catalytic partition made up of separate blocks and permeable to gases, a casing and housing on the fuel combustion chamber and parts of the afterburning chamber for evolving combustible gases form a shirt having an opening in the lower part with an adjustable damper for air inlet and a slotted opening for air outlet into the afterburning chamber, located under the hermetically closing loading door, which is hinged on the corner section of the upper part of the body, the hob is made in the form of a horizontal plate of heat-resistant metal, which forms the upper wall of the afterburner chamber, has one or more burners and ribs on the surface facing the afterburner chamber, the end of the lower branch pipe from the side opposite the downcomer chamber has a gas-tight cover in the closed position, in the chimney, directly directly above the lower branch pipe, there is a rotary damper with an anti-burn hole, in the space between the upper and lower pipes for supplying flue gases there is a heat recovery device, the lowering chamber and the fuel combustion chamber with part of the afterburning chamber for the released combustible gases have (as an option) a cylindrical shape and a heat storage layer made of dry-laid wedge bricks, the fuel combustion chamber, the downcomer and the chimney with a heat recovery device are placed on a common support frame.
В отличие от известного устройства [5], наличие дополнительной опускной камеры, в которой размещены один или несколько духовых шкафов, последовательно расположенные и соединенные друг с другом камера горения топлива, камера дожигания выделяющихся горючих газов и опускная камера образуют П-образный газовый тракт, верхний и нижний патрубки для дымовых газов соединены с опускной камерой, к внутренней поверхности корпуса примыкает теплоаккумулирующий слой, выполненный из огнеупорного материала, приближает предлагаемое устройство по принципу действия к колпаковым печам и обеспечивает обогрев помещения в течение продолжительного времени и после завершения горения загрузки топлива. Нагретые в процессе горения топлива примыкающий к корпусу теплоаккумулирующий слой и газ, заполняющий П-образный газовый тракт, за счет содержащейся в них теплоты могут в несколько раз увеличить время выполнения печью отопительной функции по отношению к времени сгорания загрузки топлива. Устраняется прямой выход в дымовую трубу высокотемпературных, содержащих в своем составе продукты недожога, дымовых газов непосредственно из камеры горения и тем самым повышается эффективность работы печи и ее экологичность.In contrast to the known device [5], the presence of an additional downcomer chamber, in which one or more ovens are placed, a fuel combustion chamber, an afterburner chamber for combustible gases, and a downcomer chamber arranged in series and connected to each other form a U-shaped gas path, the upper and the lower branch pipes for flue gases are connected to the lowering chamber, a heat-accumulating layer made of refractory material adjoins the inner surface of the body, brings the proposed device closer in principle to bell-type furnaces and provides heating of the room for a long time and after the combustion of the fuel load is completed. The heat-accumulating layer adjacent to the body and the gas filling the U-shaped gas path, heated during the combustion process of the fuel, due to the heat contained in them, can several times increase the time the furnace performs the heating function in relation to the combustion time of the fuel load. Eliminates direct exit to the chimney of high-temperature flue gases containing unburnt products directly from the combustion chamber and thereby increases the efficiency of the furnace and its environmental friendliness.
Наличие на зольной дверце отверстия с регулируемой заслонкой позволяет подавать в камеру горения первичный воздух с регулированием расхода потока, фильтрующегося через загрузку топлива снизу вверх. Поток холодного первичного воздуха является своего рода «затвором» для горячих продуктов сгорания, которые, имея меньшую плотность, устремляются вверх. Фильтрация холодного первичного воздуха сверху вниз через загрузку топлива предотвращает ранний нагрев топлива, его пиролиз и раннее зажигание. Все это способствует увеличению длительности процесса горения загрузки топлива.The presence of an opening with an adjustable damper on the ash door allows primary air to be supplied to the combustion chamber with regulation of the flow rate, which is filtered through the fuel loading from the bottom up. The flow of cold primary air is a kind of "shutter" for hot combustion products, which, having a lower density, rush upwards. Filtering cold primary air from top to bottom through the fuel loading prevents early fuel heating, pyrolysis and early ignition. All this contributes to an increase in the duration of the combustion process of the fuel load.
Наличие в поперечном сечении камеры дожигания выделяющихся горючих газов составленной из отдельных блоков и проницаемой для газов каталитической перегородки создает условия для устранения в выбрасываемых дымовых газах сажи, горючих и токсичных компонентов за счет конверсии газообразных продуктов недожога в процессе гетерогенного катализа. Блоки каталитической перегородки при необходимости могут быть извлечены для регенерации или замены через конфорочные отверстия в плите и загрузочную дверцу. Блоки выполнены из огнеупорного материала, например шамота, в порах которого содержится каталитическое вещество - оксид никеля в количестве 0,5÷2,5% и оксид меди в количестве 1÷3% от всей массы катализатора [6].The presence in the cross section of the afterburning chamber of the combustible gases evolved, composed of separate blocks and permeable to gases, of the catalytic partition creates conditions for eliminating soot, combustible and toxic components in the ejected flue gases due to the conversion of gaseous products of underburning in the process of heterogeneous catalysis. The catalytic baffle blocks, if necessary, can be removed for regeneration or replacement through the burner holes in the stove and the loading door. The blocks are made of refractory material, such as grog, the pores of which contain a catalytic substance - nickel oxide in the amount of 0.5÷2.5% and copper oxide in the amount of 1÷3% of the total mass of the catalyst [6].
То, что кожух и корпус на камере горения и части камеры дожигания выделяющихся горючих газов образуют рубашку, имеющую в нижней части отверстие с регулируемой заслонкой для входа воздуха и щелевое отверстие для выхода воздуха в камеру дожигания, расположенное под герметично закрывающейся загрузочной дверцей, которая шарнирно закреплена на угловом срезе верхней части корпуса, дает возможность обособить подачу и регулирование расхода вторичного воздуха от подачи потока первичного воздуха, что делает печь более управляемой. Поступающий через рубашку вторичный воздух является теплоизолирующей прослойкой, что способствует снижению температуры кожуха до безопасной для персонала нормативной величины. Угловое расположение загрузочной дверцы в верхней части корпуса облегчает процедуру загрузки топлива в камеру горения и создает удобства при проведении ревизий и ремонтных работ.The fact that the casing and housing on the combustion chamber and parts of the afterburning chamber of the released combustible gases form a shirt having an opening with an adjustable damper for air inlet and a slotted opening for air outlet into the afterburning chamber located under the hermetically closing loading door, which is hinged in the lower part on the angled section of the upper part of the body, makes it possible to isolate the supply and regulation of the secondary air flow from the supply of the primary air flow, which makes the oven more manageable. The secondary air entering through the jacket is a heat-insulating layer, which helps to reduce the casing temperature to a safe standard value for personnel. The angular location of the loading door in the upper part of the body facilitates the procedure for loading fuel into the combustion chamber and creates convenience during revisions and repairs.
Выполнение варочной панели в виде горизонтальной плиты из жаростойкого металла, например чугуна, которая образует верхнюю стенку камеры дожигания, имеет одну или несколько конфорок и ребра на поверхности, обращенной в сторону камеры дожигания, отвечает функциональному назначению печи. Ребра на поверхности плиты расположены во взаимоперпендикулярных направлениях и образуют отдельные полости (соты), открытые со стороны потока дымовых газов в камере дожигания. За счет ребер увеличивается поток подводимой к плите теплоты для процесса варки и повышается механическая прочность плиты. Заполняющий межреберные полости газ во время работы печи имеет относительно однородную температуру и является своего рода «демпфером», защищающим плиту от жесткого теплового воздействия потока дымовых газов с неравномерной температурой в камере дожигания. При этом температурное поле в объеме плиты становится более равномерным, уменьшается опасность возникновения трещин из-за термических напряжений в плите, увеличивается срок ее службы.The implementation of the hob in the form of a horizontal plate of heat-resistant metal, such as cast iron, which forms the upper wall of the afterburner chamber, has one or more burners and ribs on the surface facing the afterburner chamber, meets the functional purpose of the furnace. The ribs on the plate surface are located in mutually perpendicular directions and form separate cavities (honeycombs) open from the side of the flue gas flow in the afterburner. Due to the ribs, the flow of heat supplied to the plate for the cooking process is increased and the mechanical strength of the plate is increased. The gas filling the interfin cavities during the operation of the furnace has a relatively uniform temperature and is a kind of "damper" that protects the stove from the harsh thermal effects of the flue gas flow with an uneven temperature in the afterburner. At the same time, the temperature field in the volume of the slab becomes more uniform, the risk of cracks due to thermal stresses in the slab decreases, and its service life increases.
Наличие газонепроницаемой в закрытом положении крышки на торце нижнего патрубка со стороны противоположной опускной камере и размещение в дымовой трубе поворотной заслонки с противоугарным отверстием, непосредственно над нижним патрубком, обеспечивает возможность периодического извлечения из опускной камеры и патрубка оседающих твердых частиц возможного уноса с дымовыми газами. Через крышку на торце нижнего патрубка удаляются и отложения на поверхностях теплоаккумулирующего слоя и духовых шкафов при их механической очистке через конфорочные отверстия плиты. Противоугарное отверстие в поворотной заслонке обеспечивает безопасную эксплуатацию печи, исключая выход угарных газов в отапливаемое помещение при закрытой заслонке, которые за счет самотяги через отверстие поступают в вытяжную дымовую трубу.The presence of a gas-tight cover in the closed position at the end of the lower branch pipe from the side of the opposite downcomer chamber and the placement of a rotary damper with a fireproof hole in the chimney, directly above the lower branch pipe, provides the possibility of periodic extraction from the downcomer chamber and the branch pipe of settling solid particles of possible entrainment with flue gases. Through the cover at the end of the lower branch pipe, deposits are also removed on the surfaces of the heat-accumulating layer and ovens during their mechanical cleaning through the burner holes of the stove. The anti-carbon opening in the rotary damper ensures safe operation of the furnace, excluding the release of carbon monoxide gases into the heated room when the damper is closed, which, due to self-draught, enter the exhaust chimney through the opening.
Размещение теплоутилизационного устройства в пространстве между верхним и нижним патрубком для подвода дымовых газов повышает эффективность использования топлива в печи. В теплоутилизационном устройстве осуществляется нагрев, например воды и/или воздуха, или высушивание материалов и продуктов за счет теплоты отходящих дымовых газов.The placement of the heat recovery device in the space between the upper and lower flue gas inlets increases the efficiency of fuel use in the furnace. In the heat recovery device, for example, water and/or air is heated, or materials and products are dried due to the heat of the exhaust flue gases.
Выполнение опускной камеры и камеры горения топлива с частью камеры дожигания выделяющихся горючих газов цилиндрической формы, а теплоаккумулирующего слоя - из клинового кирпича, уложенного всухую, позволяет достичь большей прочности конструкции, технологичности изготовления, устойчивости при воздействии динамических нагрузок, возникающих во время транспортирования печи. Отпадает необходимость в устройстве температурных швов в теплоаккумулирующем слое, который одновременно является защитным футеровочным слоем для металлического корпуса. Равномерное распределение температур по круговому периметру сечений элементов, свойственное цилиндрической форме опускной камеры и камеры горения топлива, будет способствовать минимизации термических напряжений в элементах конструкции.The implementation of the lowering chamber and the fuel combustion chamber with a part of the afterburning chamber of the released combustible gases of a cylindrical shape, and the heat storage layer is made of dry-laid wedge bricks, allows to achieve greater structural strength, manufacturability, stability under the influence of dynamic loads that occur during the transportation of the furnace. There is no need for expansion joints in the heat storage layer, which is also a protective lining layer for the metal case. The uniform distribution of temperatures along the circular perimeter of the sections of the elements, which is characteristic of the cylindrical shape of the lower chamber and the fuel combustion chamber, will help minimize thermal stresses in the structural elements.
Наличие общей опорной рамы, на которой размещены камера горения топлива, опускная камера и дымовая труба с теплоутилизатором, обеспечивает блочность конструкции, высокую степень готовности заводского изготовления, удобство транспортирования и легкость установки на месте использования.The presence of a common support frame, on which a fuel combustion chamber, a lowering chamber and a chimney with a heat exchanger are located, provides a modular design, a high degree of prefabrication, ease of transportation and ease of installation at the place of use.
Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему.Thus, the distinctive features of the invention allow to solve the problem.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».Comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed device meets the criterion of invention "novelty".
В известных твердотопливных печах длительного горения [1-4] не предусмотрено каталитического дожигания выделяющихся горючих газов и аккумулирования теплоты в процессе горения загрузки топлива.In the known solid-fuel long-burning furnaces [1-4], there is no provision for catalytic afterburning of the released combustible gases and heat accumulation during the combustion process of the fuel load.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».All this allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of the invention "significant differences".
На фиг. 1 показан продольный разрез каталитической отопительно-варочной твердотопливной печи длительного горения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a long-burning catalytic heating and cooking solid fuel furnace; in fig. 2 - section A-A in Fig. one.
Каталитическая отопительно-варочная твердотопливная печь длительного горения содержит металлический корпус 1, к внутренней поверхности которого примыкает теплоаккумулирующий слой 2, выполненный из огнеупорного материала. Над вертикальной камерой 3 горения топлива расположена камера 4 дожигания, которые в совокупности с опускной камерой 5 образуют П-образный газовый тракт 6. Корпус 1 окружен кожухом 7 с образованием между ними щелевого пространства, которое перегородкой 8 разделено на левую часть 9 вокруг опускной камеры 5 и правую часть 10, являющуюся рубашкой камеры 3 горения и части камеры 4 дожигания. В нижней части рубашки 10 имеется отверстие 11 с регулируемой заслонкой 12 для входа воздуха и щелевое отверстие 13 для выхода воздуха из рубашки в камеру 4 дожигания, которое расположено под герметично закрывающейся загрузочной дверцей 14, закрепленной с помощью шарнира 15 на угловом срезе верхней части корпуса 1. Загрузочная дверца 14 имеет защитную футеровку 16 и может быть оборудована гляделкой со стеклом (на фиг. 1 не показана) для наблюдения за процессом горения загрузки топлива. Зольная дверца 17 имеет отверстие 18 с регулируемой заслонкой 19 для прохода воздуха. На внутренней стороне зольной дверцы 77 с помощью стержней 20 закреплен воздухопроницаемый ограничитель 21. Каталитическая перегородка 22, расположенная в поперечном сечении камеры 4 дожигания и составленная из отдельных блоков, имеет щелевые каналы 23 для прохода газов. Варочная панель в виде горизонтальной плиты 24 из жаростойкого металла имеет конфорки 25 и размещенные на внутренней поверхности ребра 26, образующие сотовые углубления. Духовые шкафы 27 с помощью опор 28 установлены в опускной камере 5. Верхний 29 и нижний 30 патрубки для отвода дымовых газов соединяют опускную камеру 5 с вытяжной дымовой трубой 31 и теплоутилизационным устройством 32. Регулируемые заслонки 33, 34, 35 и 36 обеспечивают управление отводом дымовых газов из опускной камеры 5. Расположенная в основании вытяжной дымовой трубы 31, непосредственно над нижним патрубком 30, регулируемая заслонка 36 имеет противоугарное отверстие 37. Торец нижнего патрубка 30 оборудован газонепроницаемой в закрытом положении крышкой 38. Нижние стенки камеры 3 горения и опускной камеры 5 покрыты слоями теплоизоляции 39. Камера 3 горения, опускная камера 5, вытяжная дымовая труба 31 и теплоутилизационное устройство 32 с опорной проставкой 40 размещены на общей опорной раме 41.Catalytic heating and cooking solid fuel furnace of long burning contains a
На фиг. 1 и 2 камера 3 горения и опускная камера 5 имеют цилиндрическую форму, которая является предпочтительной. Но в ряде случаев камеры 3 и 5 могут выполняться другой формы, например прямоугольной.In FIG. 1 and 2, the
Каталитическая отопительно-варочная твердотопливная печь длительного горения работает следующим образом. При пуске печи в работу регулируемые заслонки 18 на отверстии 19 в зольной дверце 17 и 12 на отверстии 11 в кожухе 7, а также 33 в верхнем патрубке 29 открыты. Регулируемые заслонки 34, 35 и 36 закрыты. Через открытую загрузочную дверцу 14 в камеру 3 горения загружается твердое топливо. Это могут быть дрова, пеллеты, уголь, другие виды топлива. С помощью небольшого количества легковоспламеняющегося материала при открытой загрузочной дверце 14 производится розжиг загруженного топлива сверху загрузки. После розжига загрузочная дверца герметично закрывается. Первичный воздух в зону горения сверху загрузки топлива поступает из окружающей печь атмосферы помещения через отверстие 18 в зольной дверце 17, воздухопроницаемый ограничитель 21 и фильтруется через слой топлива снизу вверх благодаря самотяге вытяжной дымовой трубы 31. Вторичный воздух в камеру 4 дожигания поступает из окружающей печь атмосферы через отверстие 11 в нижней части рубашки 10, саму рубашку 10 и щелевое отверстие 13, расположенное под герметично закрытой загрузочной дверцей 14. Движущей силой движения потока вторичного воздуха снизу вверх является самотяга рубашки 10 из-за нагрева воздуха в ней и разрежения в камере 4 дожига, создаваемого вытяжной дымовой трубой 31. Образующиеся при горении твердого топлива дымовые газы из камеры 3 горения поступают в камеру 4 дожигания, проходят через щелевые каналы 23 каталитической перегородки 22, входят в верхний патрубок 29 с открытой заслонкой 33, затем - в вытяжную дымовую трубу 31, откуда выбрасываются в окружающую атмосферу вне помещения.Catalytic heating and cooking solid fuel furnace long burning works as follows. When the furnace is put into operation, the
После того, как печь прогреется и самотяга дымовой трубы увеличится, осуществляется вывод печи на рабочий режим. При этом закрывается регулируемая заслонка 33 в верхнем патрубке 29 и открываются регулируемые заслонки 35 и 34 на пути движения дымовых газов до и после теплоутилизационной установки 32. Необходимая скорость горения загрузки топлива в камере 3 горения устанавливается путем изменения подачи первичного воздуха в зону горения с помощью регулируемой заслонки 19 на отверстии 18 зольной дверцы 17. Требуемая по условиям дожигания продуктов недожога, содержащихся в дымовых газах, подача вторичного воздуха в камеру 4 дожигания через щелевое отверстие 13 устанавливается с помощью регулируемой заслонки 12 на отверстии 11 кожуха 7. Дожигание продуктов недожога протекает в основном в щелевых каналах 23 каталитической перегородки 22, где дымовые газы приобретают наибольшую температуру. Высокая температура дымовых газов, а также наличие теплопроводящих ребер 26 способствует ускорению процесса варки на горизонтальной плите 24 с конфорками 25. Отдав часть своей теплоты на процесс варки, дымовые газы перемещаются вниз в опускной камере 5, обтекая духовые шкафы 27 и нагревая при этом в процессе теплопередачи через стенки шкафов находящийся в них продукт. Далее дымовые газы из опускной камеры 5 через нижний патрубок 30 поступают в теплоутилизационное устройство 32, где нагревают воду или/и воздух, которые могут использоваться для различных целей, в том числе и для отопления помещения. Охладившись в теплоутилизационном устройстве 32 до температуры, обеспечивающей необходимую самотягу, дымовые газы через верхний патрубок 29 поступают в вытяжную дымовую трубу 31, из которой выбрасываются в окружающую среду. При необходимости отключения теплоутилизационного устройства 32, например, для ревизии и ремонта, регулирующие заслонки 34 и 35 закрываются и открывается регулирующая заслонка 36 с противоугарным отверстием 37. Дымовые газы в этом случае из нижнего патрубка 30 поступают непосредственно в основание вытяжной дымовой трубы 31, по которой перемещаются вверх, минуя теплоутилизационное устройство 32.After the furnace warms up and the chimney draft increases, the furnace is brought to operating mode. This closes the
На пути движения по П-образному тракту 6 дымовой газ нагревает теплоаккумулирующий слой 2, выполненный из огнеупорного материала и примыкающий к внутренней поверхности металлического корпуса 1. Щелевое пространство между корпусом 1 и кожухом 7, включающее в себя рубашку 10 и открытую сверху и снизу проточную левую часть 9, служит теплоизолятором, обеспечивающим требуемую по условиям безопасной эксплуатации печи температуру кожуха 7. Нагревающийся за время пребывания в проточной левой части 9 щелевого пространства воздух совершает циркуляционное свободно-конвективное движение в объеме помещения и таким образом обогревает его. Кроме того, обогрев помещения осуществляется за счет конвективной и лучистой теплоотдачи от нагретой наружной поверхности печи.On the way along the
Время горения загрузки топлива в камеру 3 составляет первую стадию рабочего цикла печи. По завершению горения закрываются регулируемые заслонки 35 и 36. Закрытой должна быть и регулируемая заслонка 33. При этом выход дымовых газов из П-образного газового тракта 6 в вытяжную дымовую трубу 31 прекращается, кроме небольшого их количества, проходящего через противоугарное отверстие 37, что необходимо в соответствии с требованиями безопасной эксплуатации печи. Далее протекает вторая стадия рабочего цикла печи, в течение которой идет передача теплоты через стенки корпуса 1 и кожуха 7 от горячих теплоаккумулирующего слоя 2 и дымовых газов, замкнутых в объеме П-образного газового тракта 6, воздуху обогреваемого помещения. Во второй стадии печь выполняет преимущественно только функцию отопления помещения. После охлаждения печи и последующего удаления золы из камеры 3 горения через зольную дверцу 21, печь готова к загрузке новой порции топлива и следующему рабочему циклу.The burning time of the fuel load into the
Пример исполнения. Камера горения и опускная камера имеют внутренний диаметр 0,516 м и диаметр корпуса вокруг них - 0,744 м.Execution example. The combustion chamber and the downcomer have an internal diameter of 0.516 m and a casing diameter around them of 0.744 m.
Цилиндрический теплоаккумулирующий слой в камерах выполнен из клинового шамотного кирпича со стандартными размерами 230×114×65×45 мм. По окружности камер всухую уложено по 36 кирпичей в каждом ряду, совокупность которых образует теплоаккумулирующий слой высотой 0,69 м. Дрова в количестве 50 кг загружаются в камеру горения слоем высотой 0,53 м. При низшей теплоте сгорания дров 12600 кДж/кг и рабочем цикле печи продолжительностью 24 часа ее средняя за цикл полезная тепловая мощность составляет 8,1 кВт, а тепловой КПД равен 0,9. Полезная тепловая мощность практически полностью затрачивается на обогрев помещения, в котором расположена печь. Стадии горения топлива и охлаждения печи имеют одинаковую продолжительность по 12 часов. Среднемассовая температура теплоаккумулирующего слоя в конце стадии горения топлива равна 400°С.The cylindrical heat storage layer in the chambers is made of wedge fireclay bricks with standard dimensions of 230×114×65×45 mm. Along the circumference of the chambers, 36 bricks are laid dry in each row, the totality of which forms a heat-accumulating layer 0.69 m high. Firewood in the amount of 50 kg is loaded into the combustion chamber with a layer 0.53 m high. In a furnace cycle of 24 hours, its average net thermal power per cycle is 8.1 kW, and the thermal efficiency is 0.9. Useful thermal power is almost completely spent on heating the room in which the furnace is located. The stages of fuel combustion and furnace cooling have the same duration of 12 hours. The mass-average temperature of the heat storage layer at the end of the fuel combustion stage is 400°C.
Высота расположения плиты с конфорками над уровнем пола составляет 0,8 м, что обеспечивает требуемые условия по обслуживанию печи и выполнению работ по варке пищи.The height of the stove with burners above the floor level is 0.8 m, which provides the required conditions for servicing the stove and performing cooking work.
Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:The proposed device has the following advantages:
- проста конструкции, технологичность в изготовлении и обслуживании;- simple design, manufacturability in manufacturing and maintenance;
- раздельная и регулируемая подача потоков первичного и вторичного воздуха на горение исходного топлива и дожигание выделяющихся горючих продуктов, что улучшает управляемость работой печи;- separate and adjustable supply of primary and secondary air flows for the combustion of the original fuel and the afterburning of the released combustible products, which improves the controllability of the furnace;
- каталитическое воздействие на поток дымовых газов способствует завершенности реакций окисления горючих компонентов;- catalytic effect on the flow of flue gases contributes to the completion of the oxidation reactions of combustible components;
- высокий тепловой КПД;- high thermal efficiency;
- повышенная надежность и долговечность работы;- increased reliability and durability of work;
- возможность использовать различные виды и сорта твердого топлива, в том числе и низкокачественного;- the ability to use various types and grades of solid fuel, including low-quality ones;
- устойчивость процесса горения и полнота сжигания топлива в широких диапазонах изменения тепловой мощности печи и длительности горения загрузки топлива.- the stability of the combustion process and the completeness of fuel combustion in a wide range of changes in the thermal power of the furnace and the duration of combustion of the fuel load.
Использованные источникиUsed sources
1. Патент РФ №2001352. Лызо Б.Г., Николаев А.Н., Шипилов А.Е., Королев В.Б. Устройство для обогрева помещений. Опубл. 10.02.1995.1. Patent of the Russian Federation No. 2001352. Lyzo B.G., Nikolaev A.N., Shipilov A.E., Korolev V.B. Device for space heating. Published 02/10/1995.
2. Патент РФ №2001353. Королев В.Б., Николаев А.Н., Олефир А.В., Полянский А.А. Воздухонагреватель. Опубл. 15.10.1993.2. RF patent No. 2001353. Korolev V.B., Nikolaev A.N., Olefir A.V., Polyansky A.A. Air heater. Published 10/15/1993.
3. Патент РФ №2097660. Бумагин Е.К., Антошкин В.И., Старченков М.В. Печь конвекционная. Опубл. 27.11.1997.3. RF patent No. 2097660. Bumagin E.K., Antoshkin V.I., Starchenkov M.V. Convection oven. Published 11/27/1997.
4. Патент РФ №2459145. Илиодоров В.А. Способ сжигания твердого топлива и отопительный прибор для его осуществления. Опубл. 20.08.2012.4. RF patent No. 2459145. Iliodorov V.A. A method of burning solid fuel and a heating device for its implementation. Published 08/20/2012.
5. Патент РФ №2541971 С1. Илиодоров В.А. Устройство подачи воздуха в отопительных приборах верхнего горения. Опубл. 20.02.2015.5. RF patent No. 2541971 C1. Iliodorov V.A. Air supply device for top combustion heaters. Published 20.02.2015.
6. Патент РФ №2394643. Кузьмина Р.И., Панина Т.Г. Катализатор для сжигания топлив. Опубл. 20.07.2010.6. RF patent No. 2394643. Kuzmina R.I., Panina T.G. Fuel combustion catalyst. Published 07/20/2010.
Claims (9)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776986C1 true RU2776986C1 (en) | 2022-07-29 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU371396A1 (en) * | 1970-06-23 | 1973-02-22 | HEATING AND COOKING OVEN | |
SU568793A1 (en) * | 1975-04-11 | 1977-08-15 | Gulyajkin Petr P | Heating-boiling oven |
RU72747U1 (en) * | 2007-11-26 | 2008-04-27 | Виктор Константинович Карпов | FURNACE UNIVERSAL |
GB2486184B (en) * | 2010-12-03 | 2017-02-22 | Esse Eng Ltd | Solid fuel cooker |
RU199466U1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-09-02 | Сергей Александрович Орлов | HEATING OVEN |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU371396A1 (en) * | 1970-06-23 | 1973-02-22 | HEATING AND COOKING OVEN | |
SU568793A1 (en) * | 1975-04-11 | 1977-08-15 | Gulyajkin Petr P | Heating-boiling oven |
RU72747U1 (en) * | 2007-11-26 | 2008-04-27 | Виктор Константинович Карпов | FURNACE UNIVERSAL |
GB2486184B (en) * | 2010-12-03 | 2017-02-22 | Esse Eng Ltd | Solid fuel cooker |
RU199466U1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-09-02 | Сергей Александрович Орлов | HEATING OVEN |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2459145C1 (en) | Solid fuel combustion method, and heating appliance for its implementation | |
RU2619434C1 (en) | Installation for solid fuel combustion | |
RU200185U1 (en) | Solid fuel combustion plant | |
EP2884200B1 (en) | Central heating boiler | |
RU2587200C2 (en) | Combustion apparatus | |
RU205652U1 (en) | Solid fuel combustion plant | |
RU2660987C1 (en) | Pyrolysis waste heat boiler | |
RU2543922C1 (en) | Solid fuel combustion method, and steam and water heating boiler for its implementation | |
RU204800U1 (en) | Solid fuel combustion plant | |
RU2776986C1 (en) | Catalytic heating and cooking solid fuel furnace of long burning | |
RU158389U1 (en) | WATER-SOLID FUEL BOILER | |
RU2763984C1 (en) | Long burning heating stove | |
RU207470U1 (en) | Solid fuel combustion plant | |
RU2243450C1 (en) | Furnace | |
RU2803764C1 (en) | Long burning furnace | |
RU2350845C1 (en) | Furnace | |
RU2306487C2 (en) | Furnace for burning low-grade coal | |
RU2551183C2 (en) | Heating device | |
EA034106B1 (en) | Furnace chamber for coal burning re-directing unburned gases back to the furnace via a separate path | |
RU2445550C1 (en) | Heating device | |
RU177316U1 (en) | HEATING FURNACE | |
RU2780178C1 (en) | Bathhouse furnace | |
RU2670131C1 (en) | Heating boiler | |
RU72747U1 (en) | FURNACE UNIVERSAL | |
RU2812546C1 (en) | Air heater |