RU2803764C1

RU2803764C1 - Long burning furnace

Info

Publication number: RU2803764C1
Application number: RU2022123880A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Илиодоров; Вадим Сергеевич Рыжов
Original assignee: Вадим Сергеевич Рыжов
Filing date: 2022-09-07
Publication date: 2023-09-19

Abstract

FIELD: thermal power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to furnace heating systems based on solid fuel furnaces, and can be used to create simple heating systems with improved technical and operational characteristics. The long-burning furnace contains a hopper with a loading door, a door for ignition, a grate, an ash pan with an ash box, an inlet air duct with a damper, a gas window in the lower part of the hopper connected to a heat exchange cavity, consisting of an afterburner chamber and gas channels connected to the outlet gas channel, a smoke damper and a chimney connected to the outlet gas duct. The afterburner is divided by a partition into two horizontal cavities, located one above the other, and is provided at the outer side wall with a reflector, through the hole in which the lower horizontal cavity communicates with the upper horizontal cavity. The lower horizontal cavity is connected to the gas window of the bunker, and the upper one is connected to the gas channels, inside which plug-in containers are placed. The total flow area between the inner walls of the gas channels and the outer walls of the plug-in cavities is equal to the flow area of the chimney. The upper part of the bunker communicates with the outlet gas channel through the smoke damper.

EFFECT: increase in the efficiency of the furnace, expansion of the range of generated powers, increase in the duration of combustion, and an increase in operational safety.

6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам печного отопления на основе печей на твердом топливе и может быть использовано для создания простых систем отопления с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.The invention relates to heat power engineering, namely to stove heating systems based on solid fuel stoves and can be used to create simple heating systems with improved technical and operational characteristics.

Известны отопительные печи с увеличенной продолжительностью горения (патент США №4230090, Европейский патент №0231424, заявка ФРГ № OS 3602285, патенты РФ №2001352, 2001353, 2097660, полезная модель РФ №76702). В этих печах для повышения эффективности сжигания топлива используется принцип его газификации с одновременным дожитом горючих газов. Однако такого рода печи имеют продолжительность горения, не превышающую 8-10 часов, причем на минимальной генерируемой тепловой мощности. Это обусловлено тем, что в камере сгорания все загруженное топливо находится в зоне высоких температур и одновременно с его горением происходит газификация топлива. Причем пиролиз топлива будет тем интенсивней, чем больше производимая тепловая мощность и как следствие более высокая температура в камере сгорания. А поскольку для дожига образующихся горючих газов подается ограниченный объем воздуха (определяемого заданной тепловой мощностью), то значительная часть горючих газов, частиц в жидкой и твердой фазах не сгорают из-за сравнительно низкой температуры в печи, особенно в периферийных областях и выходят в дымоход, тем самым снижая эффективность печи. Этот фактор, а также возможность перехода в неуправляемый режим работы при большом объеме топлива, ограничивает возможность увеличения продолжительности горения указанных печей за счет увеличения камеры сгорания и объема, загружаемого в нее топлива. Кроме того, в печах известных конструкций диапазон изменения генерируемой мощности оказывается сравнительно небольшой. Это обусловлено тем, что максимальная мощность ограничивается допустимыми потерями, уносимыми горячими дымовыми газами, а минимальная мощность ограничена минимально допустимой температурой дымовых газов, при которой не образуется конденсат и резко не увеличиваются отложения сажи в дымоходе. Также указанные печи на мощностях больше минимальной, как правило, имеют сравнительно высокую температуру дымовых газов. Это дополнительно снижает КПД печи за счет тепловых потерь через дымоход.Heating stoves with increased burning duration are known (US patent No. 4230090, European patent No. 0231424, German application No. OS 3602285, RF patents No. 2001352, 2001353, 2097660, RF utility model No. 76702). To increase the efficiency of fuel combustion, these furnaces use the principle of its gasification with the simultaneous release of combustible gases. However, this type of furnace has a combustion duration that does not exceed 8-10 hours, and at the minimum generated thermal power. This is due to the fact that in the combustion chamber all loaded fuel is in a high temperature zone and, simultaneously with its combustion, gasification of the fuel occurs. Moreover, the pyrolysis of fuel will be more intense, the greater the thermal power produced and, as a consequence, the higher the temperature in the combustion chamber. And since a limited volume of air (determined by the given thermal power) is supplied for afterburning of the resulting combustible gases, a significant part of the combustible gases and particles in the liquid and solid phases do not burn due to the relatively low temperature in the furnace, especially in the peripheral areas and exit into the chimney, thereby reducing the efficiency of the furnace. This factor, as well as the possibility of switching to an uncontrolled operating mode with a large volume of fuel, limits the possibility of increasing the burning duration of these furnaces by increasing the combustion chamber and the volume of fuel loaded into it. In addition, in furnaces of known designs, the range of variation of the generated power turns out to be relatively small. This is due to the fact that the maximum power is limited by the permissible losses carried away by hot flue gases, and the minimum power is limited by the minimum permissible flue gas temperature at which condensation does not form and soot deposits in the chimney do not increase sharply. Also, these furnaces at capacities greater than the minimum, as a rule, have a relatively high temperature of the flue gases. This further reduces the efficiency of the stove due to heat loss through the chimney.

Известна отопительная печь (патент РФ №2541968 от 19.01.2015 г.), в которой длительность горения топлива увеличена за счет реализации способа сжигания топлива сверху вниз. В этой печи воздух в камеру сгорания подается в зону горения через входной воздуховод и подвижные окна в двух вертикальных воздуховодах сверху на топливо под водитель окон. При этом сгорание топлива происходит сверху вниз. Вывод дымовых газов осуществляется через верхний и нижний патрубки дымохода. В зависимости от требуемой температуры дымовых газов с помощью заслонки в верхнем патрубке дымохода изменяется соотношения горячих и охлажденных дымовых газов. Стабилизация мощности осуществляется с помощью терморегулятора, работа которого основана на использовании изменения размера корпуса от температуры.A heating stove is known (RF patent No. 2541968 dated January 19, 2015), in which the fuel combustion duration is increased due to the implementation of a top-down fuel combustion method. In this furnace, the air in the combustion chamber is supplied to the combustion zone through the inlet air duct and movable windows in two vertical air ducts on top of the fuel under the window driver. In this case, fuel combustion occurs from top to bottom. Flue gases are removed through the upper and lower chimney pipes. Depending on the required temperature of the flue gases, the ratio of hot and cooled flue gases changes using a damper in the upper chimney pipe. Power stabilization is carried out using a thermostat, the operation of which is based on the use of changes in the size of the housing depending on temperature.

Недостатками известной конструкции являются сравнительно низкая эффективность печи и, как следствие, продолжительность горения. Это связано с тем, что практически во всем диапазоне генерируемых мощностей имеет место большой химический недожог. На небольших мощностях он обусловлен низкой температурой пиролизных газов (не достаточной для их воспламенения) и недостатком кислорода для их окисления, а на больших мощностях значительным процентом не сгоревших пиролизных газов через нижний патрубок дымохода. Кроме того, в указанной печи в нижнем патрубке дымохода выпадает конденсат, особенно значительный на небольших мощностях, а наличие подвижных элементов в топке снижает надежность и долговечность печи.The disadvantages of the known design are the relatively low efficiency of the furnace and, as a consequence, the duration of combustion. This is due to the fact that in almost the entire range of generated powers there is a large chemical underburning. At low powers it is caused by the low temperature of the pyrolysis gases (not sufficient for their ignition) and the lack of oxygen for their oxidation, and at high powers by a significant percentage of unburned pyrolysis gases through the lower chimney pipe. In addition, in this stove, condensation forms in the lower chimney pipe, which is especially significant at low capacities, and the presence of moving elements in the firebox reduces the reliability and durability of the stove.

Известка отопительная печь длительного горения (патент РФ №2763984 от 12.01.22), выбранная в качестве прототипа, которая содержит бункерную и теплообменные полости, соединенные через камеру дожига. В бункерную часть загружается большой объем топлива, которое постепенно сгорает в нижней части бункера, откуда дымовые газы поступают в камеру дожига, где происходит дожиг не сгоревших пиролизных газов, частиц топлива в жидкой и твердой фазах. Высокотемпературные дымовые газы поступают в теплообменную полость, разделенную на короткий и длинный газовые каналы, соотношение между газовыми потоками по этим каналам регулируется заслонкой управления температурой дымовых газов.Lime long-burning heating furnace (RF patent No. 2763984 dated January 12, 22), chosen as a prototype, which contains a bunker and heat exchange cavities connected through an afterburner chamber. A large volume of fuel is loaded into the bunker part, which gradually burns in the lower part of the bunker, from where the flue gases enter the afterburner chamber, where unburned pyrolysis gases and fuel particles in the liquid and solid phases are burned. High-temperature flue gases enter the heat exchange cavity, divided into short and long gas channels, the ratio between gas flows through these channels is regulated by a flue gas temperature control damper.

Недостатком указанной конструкции является возможность выпадения в нижней части теплообменной полости, на мощностях ниже средней, конденсата и не сгоревших частиц топлива в жидкой и твердой фазах и, как следствие, появления не приятного запаха. В значительной степени это связано с большой теплообменной поверхностью газовых каналов из-за большого их объема (по сравнению с камерой дожига) и сравнительно низкой температуры дымовых газов в них. Это явление снижает технические и эксплуатационные характеристики печи (ограничивается диапазон генерируемых мощностей, уменьшается продолжительность горения, снижается эксплуатационная безопасность).The disadvantage of this design is the possibility of condensation and unburned fuel particles in the liquid and solid phases falling out in the lower part of the heat exchange cavity, at powers below average, and, as a result, the appearance of an unpleasant odor. This is largely due to the large heat transfer surface of the gas channels due to their large volume (compared to the afterburner) and the relatively low temperature of the flue gases in them. This phenomenon reduces the technical and operational characteristics of the furnace (the range of generated powers is limited, the combustion duration is reduced, and operational safety is reduced).

Технический результат состоит в повышении эффективности печи, в том числе за счет повышения ее теплоотдачи, расширении диапазона генерируемых мощностей, за счет уменьшения минимальной мощности, увеличении продолжительности горения, повышении эксплуатационной безопасности.The technical result is to increase the efficiency of the furnace, including by increasing its heat transfer, expanding the range of generated powers, by reducing the minimum power, increasing combustion duration, and increasing operational safety.

1. Технический результат достигается тем, что печь длительного горения, содержащая бункер с загрузочной дверцей, дверцей для розжига, колосником, зольником с зольным ящиком, входным воздуховодом с заслонкой, газовым окном в нижней части бункера, соединенным с теплообменной полостью, состоящей из камеры дожига и газовых каналов, соединенных с выходным газовым каналом, заслонку дымоудаления и дымоход, связанный с выходным газовым каналом, содержит камеру дожига, разделенную перегородкой на две горизонтальные полости, расположенные одна над другой, и снабжена у внешней боковой стенки отражателем, через отверстие у которого нижняя горизонтальная полость сообщается с верхней горизонтальной полостью, при этом нижняя горизонтальная полость подсоединена к газовому окну бункера, а верхняя соединена с газовыми канами, внутри которых размещены вставные емкости, причем суммарное проходное сечение между внутренними стенками газовых каналов и наружными стенками вставных полостей равно проходному сечению дымохода, а верхняя часть бункера сообщается с выходным газовым каналом через заслонку дымоудаления.1. The technical result is achieved by the fact that a long-burning furnace containing a hopper with a loading door, an ignition door, a grate, an ash pan with an ash box, an inlet air duct with a damper, a gas window at the bottom of the hopper connected to a heat exchange cavity consisting of an afterburner and gas channels connected to the outlet gas channel, a smoke removal damper and a chimney connected to the outlet gas channel, contains an afterburning chamber divided by a partition into two horizontal cavities located one above the other, and is equipped with a reflector at the outer side wall, through the hole of which the lower the horizontal cavity communicates with the upper horizontal cavity, while the lower horizontal cavity is connected to the gas window of the bunker, and the upper one is connected to gas ducts, inside of which insert containers are located, and the total flow area between the inner walls of the gas channels and the outer walls of the insert cavities is equal to the flow area of the chimney , and the upper part of the bunker communicates with the outlet gas channel through the smoke exhaust damper.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где показан упрощенный вид печи в поперечном разрезе и обозначено: 1 - бункер печи, 2 - загрузочная дверца, 3 - дверца для розжига, 4 - днище бункера, 5 - газовое окно, 6 - колосник, 7 - зольник, 8 - зольный ящик, 9 - перегородка, 10 - входной воздуховод, 11 - перегородка входного воздуховода, 12 - канал первичного воздуха, 13 - канал вторичного воздуха, 14 - отверстие (например, щель) в зольнике, 15 - отверстия в днище, закрываемые сверху скобой, предотвращающей попадание золы в воздуховод вторичного воздуха, 16 - камера дожига, 17 - отражатель, 18 - ревизионное отверстие камеры дожига, 19 - крышка, 20 - газовые каналы теплообменной полости, 21 - вставные емкости, 22 - выходной газовый канал, 23 - дымоход, 24 - ревизионное отверстие выходного газового канала, 25 - крышка выходного газового канала, 26 - заслонка дымоудаления, 27 - проходное отверстие, 28 - привод заслонки дымоудаления.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows a simplified cross-sectional view of the furnace and is marked: 1 - furnace hopper, 2 - loading door, 3 - ignition door, 4 - bottom of the hopper, 5 - gas window, 6 - grate, 7 - ash pan, 8 - ash pan box, 9 - partition, 10 - inlet air duct, 11 - inlet air duct partition, 12 - primary air channel, 13 - secondary air channel, 14 - hole (for example, a slot) in the ash pan, 15 - holes in the bottom, closed from above with a bracket, preventing ash from entering the secondary air duct, 16 - afterburning chamber, 17 - reflector, 18 - inspection hole of the afterburning chamber, 19 - cover, 20 - gas channels of the heat exchange cavity, 21 - insert containers, 22 - output gas channel, 23 - chimney, 24 - inspection hole of the gas outlet channel, 25 - cover of the gas outlet channel, 26 - smoke exhaust damper, 27 - passage hole, 28 - smoke exhaust damper drive.

Бункер печи 1 (и другие элементы печи) выполняются из стали с необходимой толщиной стенки и жаропрочностью, обеспечивающими требуемый срок службы печи. В верхней части бункера установлена загрузочная дверца 2, а в нижней части дверца для розжига 3. Дверцы должны быть выполнены газоплотными в закрытом положении, с установкой соответствующих уплотнителей. Дверца розжига 3 предназначена для обслуживания зольного ящика и для розжига топлива, находящегося на колоснике 6, установленном на днище 4. В нижней части бункера в боковой стенке выполнено газовое окно 5, через которое дымовые газы выводятся в теплообменную полость, которая, в свою очередь, содержит камеру дожига 16, газовые каналы 20 и выходной газовый канал 22. Колосник 6, зольник 7, зольный ящик 8, дымоход 23 особенностей не имеют, используются по прямому назначению, поэтому подробно не описываются. Дымоход 23 может быть расположен как на верхней стенке выходного газового канала 22 так и на его задней стенке. Входной воздуховод 10 разделен перегородкой 11 на канал первичного воздуха 12 и канал вторичного воздуха 13, при этом размеры канала 12 ограничены перегородкой 9. Входной воздуховод 10 может быть выполнен из трубы прямоугольного или квадратного сечения, площадь которого должна обеспечивать проход необходимого объема воздуха для работы печи па всех мощностях. На входном воздуховоде 10 может быть установлена простая заслонка или более точная двухступенчатая заслонка (патент РФ №2651393), например, с ручным управлением (не показана на рисунке). Первичный воздух для инициирования экзотермической реакции подается под колосник 6 через отверстие 14 в боковой стенке зольника 7. Вторичный воздух подается через отверстия 15 в днище 4 перед камерой дожига 16. Камера дожига 16 служит для сжигания поступающих из горящего объема топлива в нижней части бункера 1 пиролизных газов, продуктов разложения топлива от температуры и экзотермической реакции в жидкой и твердой фазах. Камера 16 включает две горизонтальные полости, расположенные одна над другой, сообщающиеся между собой через отверстие и отражатель 17, уменьшающий сопротивление газовому потоку. Проходное сечение камеры 16 (и других элементов газового тракта) выполняемся примерно равными проходному сечению дымохода 23. Отражатель 17 может иметь полуцилиндрическую форму, форму уголка или плоской пластины. Камера дожига 16 и отражатель 17 могут быть изготовлены из металла или теплоизолирующего материала (кремнеземной или шамотной плит). Для улучшения сгорания горючих компонентов топлива камера дожита 16 может быть оснащена турбулизирующими элементами, которые улучшают их перемешивание с вторичным воздухом, поступающим через отверстия 15. Камера 16 может быть выполнена съемной, что обеспечивает ремонтопригодность печи. Для этого в стенке камеры 16 выполнено ревизионное отверстие 18, закрываемое крышкой 19. К верхней полости камеры 16 крепятся теплообменные газовые каналы 20, соединяемые в свою очередь с выходным газовым каналом 22. Газовые каналы 20 могут выполняться из труб круглого, прямоугольного или квадратного сечения. Количество газовых каналов 20 выбирается в зависимости от требуемой мощности печи и может достигать более 20 штук. Внутри газовых каналов 20 размещены вставные емкости 21. Емкости 21 могут быть выполнены герметичными с небольшим отверстием с целью предотвращения их деформации при нагреве и охлаждении, либо заполняться теплоаккумулирующим материалом (например, песок, глина). Суммарное поперечное сечение емкостей 21 выбирается таким, чтобы проходное сечение между внутренними стенками газовых каналов 20 и наружными стенками емкостей 21 было примерно равно проходному сечению дымохода 23. Емкости 21 выполняются съемными и могут выниматься через ревизионное отверстие 24, закрываемое крышкой 25, при чистке печи. Крышка 25 может также выполняться на всю верхнюю часть выходного газового канала 22, а дымоход 23 устанавливаться в его задней стенке. Заслонка дымоудаления 26 служит для удаления дымовых газов при дозагрузке топлива, управляется с помощью привода 28 открывая или закрывая отверстие 27. Для расширения функциональных возможностей печи в выходном газовом канале 22 может быть размещен контур теплообменника (не показан на рисунке), служащий для нагрева воды. С целью ослабления интенсивного теплового излучения печи, повышения ее гигиенической и пожарной безопасности, вокруг нее может размещаться кожух (не показан на рисунке). Кожух размещается с воздушным зазором относительно элементов печи, таким образом, чтобы обеспечить свободную циркуляцию нагреваемого печью воздуха.Furnace hopper 1 (and other furnace elements) are made of steel with the required wall thickness and heat resistance to ensure the required service life of the furnace. A loading door 2 is installed in the upper part of the hopper, and an ignition door 3 is installed in the lower part. The doors must be made gas-tight in the closed position, with the installation of appropriate seals. The ignition door 3 is intended for servicing the ash drawer and for igniting the fuel located on the grate 6 mounted on the bottom 4. In the lower part of the hopper in the side wall there is a gas window 5 through which flue gases are discharged into the heat exchange cavity, which, in turn, contains an afterburning chamber 16, gas channels 20 and an outlet gas channel 22. The grate 6, ash pan 7, ash box 8, chimney 23 have no special features, they are used for their intended purpose, therefore they are not described in detail. The chimney 23 can be located both on the upper wall of the outlet gas channel 22 and on its rear wall. The inlet air duct 10 is divided by a partition 11 into a primary air channel 12 and a secondary air channel 13, while the dimensions of the channel 12 are limited by the partition 9. The inlet air duct 10 can be made of a rectangular or square cross-section pipe, the area of which must ensure the passage of the required volume of air for the operation of the furnace at all capacities. A simple damper or a more precise two-stage damper (RF patent No. 2651393), for example, with manual control (not shown in the figure), can be installed on the inlet duct 10. Primary air to initiate the exothermic reaction is supplied under the grate 6 through hole 14 in the side wall of the ash pan 7. Secondary air is supplied through holes 15 in the bottom 4 in front of the afterburner chamber 16. The afterburner chamber 16 serves to burn the fuel coming from the burning volume in the lower part of the pyrolysis bunker 1 gases, fuel decomposition products depending on temperature and exothermic reaction in liquid and solid phases. Chamber 16 includes two horizontal cavities, located one above the other, communicating with each other through an opening and a reflector 17, which reduces resistance to gas flow. The flow area of the chamber 16 (and other elements of the gas path) is made approximately equal to the flow area of the chimney 23. The reflector 17 can have a semi-cylindrical shape, the shape of an angle or a flat plate. The afterburning chamber 16 and the reflector 17 can be made of metal or heat-insulating material (silica or fireclay slabs). To improve the combustion of combustible fuel components, the dozhiva chamber 16 can be equipped with turbulizing elements that improve their mixing with secondary air entering through the holes 15. The chamber 16 can be made removable, which ensures the maintainability of the furnace. For this purpose, an inspection hole 18 is made in the wall of the chamber 16, which is closed by a lid 19. Heat exchange gas channels 20 are attached to the upper cavity of the chamber 16, which in turn are connected to the output gas channel 22. Gas channels 20 can be made of round, rectangular or square pipes. The number of gas channels 20 is selected depending on the required power of the furnace and can reach more than 20 pieces. Inside the gas channels 20 there are insert containers 21. The containers 21 can be made sealed with a small hole to prevent their deformation during heating and cooling, or filled with heat-accumulating material (for example, sand, clay). The total cross-section of the containers 21 is selected such that the flow area between the inner walls of the gas channels 20 and the outer walls of the containers 21 is approximately equal to the flow area of the chimney 23. The containers 21 are removable and can be removed through an inspection hole 24, closed by a lid 25, when cleaning the stove. The cover 25 can also cover the entire upper part of the outlet gas channel 22, and the chimney 23 can be installed in its rear wall. The smoke removal damper 26 serves to remove flue gases when adding fuel; it is controlled by a drive 28 by opening or closing the hole 27. To expand the functionality of the furnace, a heat exchanger circuit (not shown in the figure) can be placed in the outlet gas channel 22, which serves to heat water. In order to weaken the intense thermal radiation of the furnace and increase its hygienic and fire safety, a casing can be placed around it (not shown in the figure). The casing is placed with an air gap relative to the furnace elements, so as to ensure free circulation of air heated by the furnace.

Работает предлагаемая печь следующим образом. После загрузки топлива в печь, через загрузочную дверцу 2, она закрывается. Так же закрывается заслонка дымоудаления 26 путем вытягивания и поворота привода 28 заслонки 26, перекрывающей отверстие 27. В этом положении конечная часть привода 28 блокирует дверцу 2, предотвращая возможность ее случайного открывания без проветривания бункера 1 печи. Через дверцу 3 топливо поджигается, и она закрывается. Заслонка на входном воздуховоде 10 открывается на необходимый угол. Воздух для горения к топливу подается через открытую входную заслонку, входной воздуховод 10, канал первичного воздуха 12, отверстие (щель) 14 под колосник 6. При прохождении входного воздуха по сравнительно длинным воздушным каналам (в процессе работы печи) он подогревается и поступает под колосник нагретым, что улучшает условия протекания экзотермической реакции. За счет того, что колосник 6 занимает большую часть днища 4 бункера 1, воздух распределяется по нему сравнительно равномерно, что обеспечивает лучшее его перемешивание с продуктами разложения топлива и протекание экзотермической реакции. Однако из-за наличия периферийных низко температурных зон, неоднородного горения различных участков объема одновременно горящего топлива, в дымовых газах присутствует существенный процент не сгоревших пиролизных газов и частиц продуктов разложения в жидкой и твердой фазах, температура воспламенения которых ниже требуемой (более 600°С). Поэтому для их дожигания через газовое окно 5 в камеру дожига 16 вместе с дымовыми газами подается вторичный воздух через отверстия 15. В предлагаемой конструкции реализована концепция выполнения примерно одинаковыми проходных поперечных сечений всех элементов газового тракта печи. Это позволило качественно улучшить технические и эксплуатационные характеристики печи длительного горения. За счет ограниченного сечения камеры 16 и использования турбулизирующих элементов в ней достигнуто достаточно эффективное сжигание не сгоревших частиц и пиролизных газов. При этом на выходе камеры 16 могут развиваться температуры выше 1000°С (более высокие температуры образуются в камере из кремнеземных или шамотных плит). Это позволяет извлекать из топлива дополнительную энергию и тем самым увеличивать продолжительность работы печи. Газовый поток из нижней полости камеры 16, отразившись от отражателя 17, направляется в верхнюю полость камеры 16 и газовые каналы 20. Поскольку суммарное проходное сечение газовых каналов 20 с вставными емкостями 21 такое же как поперечное сечение камеры дожига 16, то температура газового потока остается близкой к температуре на выходе камеры дожига 16. В отличие от прототипа, где поперечное сечение газовых каналов в несколько раз больше сечения камеры дожига. Поэтому в прототипе при расширении в газовых каналах газового потока в несколько раз, согласно закону Гей-Люссака, температура газов уменьшалась на такую же величину. Это приводило к тому, что эффективность теплоотдачи печи значительно снижалась, особенно за счет теплового излучения. Дело в том, что теплоотдача печи происходит за счет двух механизмов - радиационного излучении и конвективной теплопередачи. И если конвективная теплоотдача линейно зависит от температуры, то радиационное излучение зависит от температуры в четвертой степени. Очевидно, что при существенном уменьшении температуры газового потока и, соответственно стенок газового тракта, резко снижается общая теплоотдача печи. Например при уменьшении температуры поверхности печи с 500°С до 200°С мощность теплового излучения уменьшается примерно с 17,8 кВт/м² до 2,1 кВт/м², а общая мощность с 20 кВт/м² до 3 кВт/м². Поэтому в прототипе и других аналогичных технических решениях для получения требуемой мощности печи приходится наращивать площадь ее теплообменной поверхности.The proposed furnace operates as follows. After loading fuel into the furnace through loading door 2, it closes. The smoke exhaust damper 26 is also closed by pulling and turning the drive 28 of the damper 26, which covers the hole 27. In this position, the end part of the drive 28 blocks the door 2, preventing the possibility of its accidental opening without ventilating the hopper 1 of the furnace. Through door 3, the fuel is ignited and it closes. The damper on the inlet air duct 10 opens to the required angle. Combustion air is supplied to the fuel through an open inlet damper, inlet air duct 10, primary air channel 12, hole (slot) 14 under grate 6. When the input air passes through relatively long air channels (during furnace operation), it is heated and enters under the grate heated, which improves the conditions for the exothermic reaction. Due to the fact that the grate 6 occupies most of the bottom 4 of the bunker 1, the air is distributed relatively evenly over it, which ensures better mixing with the fuel decomposition products and the occurrence of an exothermic reaction. However, due to the presence of peripheral low-temperature zones, non-uniform combustion of various sections of the volume of simultaneously burning fuel, the flue gases contain a significant percentage of unburned pyrolysis gases and particles of decomposition products in the liquid and solid phases, the ignition temperature of which is lower than the required one (more than 600°C) . Therefore, for their afterburning, secondary air is supplied through the gas window 5 into the afterburning chamber 16 along with flue gases through holes 15. The proposed design implements the concept of making all elements of the gas path of the furnace approximately the same. This made it possible to qualitatively improve the technical and operational characteristics of the long-burning furnace. Due to the limited cross-section of chamber 16 and the use of turbulizing elements, fairly efficient combustion of unburned particles and pyrolysis gases has been achieved. In this case, temperatures above 1000°C can develop at the exit of chamber 16 (higher temperatures are formed in a chamber made of silica or fireclay slabs). This allows you to extract additional energy from the fuel and thereby increase the operating time of the furnace. The gas flow from the lower cavity of chamber 16, reflected from the reflector 17, is directed into the upper cavity of chamber 16 and gas channels 20. Since the total flow cross-section of gas channels 20 with insert containers 21 is the same as the cross-section of the afterburner chamber 16, the temperature of the gas flow remains close to the temperature at the outlet of the afterburning chamber 16. In contrast to the prototype, where the cross-section of the gas channels is several times larger than the cross-section of the afterburning chamber. Therefore, in the prototype, when the gas flow expanded several times in the gas channels, according to the Gay-Lussac law, the temperature of the gases decreased by the same amount. This led to the fact that the heat transfer efficiency of the furnace was significantly reduced, especially due to thermal radiation. The fact is that heat transfer from the furnace occurs due to two mechanisms - radiation and convective heat transfer. And if convective heat transfer depends linearly on temperature, then radiation depends on temperature to the fourth power. It is obvious that with a significant decrease in the temperature of the gas flow and, accordingly, the walls of the gas path, the overall heat transfer of the furnace sharply decreases. For example, when the furnace surface temperature decreases from 500°C to 200°C, the thermal radiation power decreases from approximately 17.8 kW/ ^m2 to 2.1 kW/ ^m2 , and the total power from 20 kW/ ^m2 to 3 kW/m ² . Therefore, in the prototype and other similar technical solutions, in order to obtain the required furnace power, it is necessary to increase the area of its heat exchange surface.

В предлагаемой конструкции печи газовый поток из камеры дожига 16 поступает в газовые каналы 20 почти с той же температурой (часть тепловой энергии сразу тратится на нагрев элементов конструкции), что обеспечивает нагрев газовых каналов до высокой температуры, обеспечивающей высокую теплоотдачу печи на единицу длины газовых каналов. Дополнительному теплосъему от газового потока к газовым каналам 20 способствуют вставные емкости 21, которые нагреваясь от газового потока переизлучают тепловую энергию на внутренние поверхности газовых каналов 20. А при заполнении вставных полостей теплоаккумулирующим материалом повышается тепловая инерционность и теплоемкость печи. Высокая теплоотдача наружной поверхности газовых каналов 20 (из-за высокой температуры поверхности и большой разницы температуры относительно окружающей среды), приводит к быстрому охлаждению дымовых газов, в связи с чем отпадает необходимость в большой теплообменной поверхности газовых каналов, что в свою очередь позволяет уменьшить габариты печи. Из газовых каналов 20 остывшие дымовые газы поступают в выходной газовый канал 22, где дополнительно охлаждаются, и через дымоход 23 выводятся наружу. При наличии в выходном газовом канале 22 контура теплообменника часть тепловой энергии дымовых газов используется для нагрева воды, проходящей через этот контур и используемой для бытовых нужд. Наличие в конструкции только восходящего газового потока и отсутствие в газовом тракте полостей с увеличенным объемом, позволяет печи работать без опасности выпадения конденсата на предельно низких мощностях (тлеющий режим сжигания топлива), что расширяет диапазон генерируемых мощностей и повышает эксплуатационную безопасность печи. Это обусловлено тем, что печь имеет сравнительно короткий газовый тракт, в котором дымовые газы, имеющие в этом режиме сравнительно низкую температуру, сильно не остывают в печи и поступают в дымоход с температурой в основном выше температуры выпадения конденсата в теплоизолированном дымоходе. Ограничением по снижению мощности является допустимая температура дымовых газов, которая не должна быть ниже температуры выпадения конденсата в теплоизолированном дымоходе. По мере выгорания топлива, расположенного на колоснике 6, вышележащие слои топлива под действием силы тяжести опускаются вниз и горение продолжается в устойчивом режиме. Небольшие, кратковременные колебания мощности могут возникать при не равномерном опускании топлива или различной его фракционности, но это существенно не сказывается на температуре в помещении из-за большой тепловой инерции печи и отапливаемого помещения. В связи с тем, что объем загружаемого в печь топлива многократно превышает объем одновременно горящего топлива, время работы печи от одной закладки топлива может достигать десятков часов. Дополнительно теплоотдача печи увеличивается за счет увеличенной теплоемкости печи. В экспериментальном образце печи продолжительность горения составила около 28 часов.In the proposed furnace design, the gas flow from the afterburning chamber 16 enters the gas channels 20 at almost the same temperature (part of the thermal energy is immediately spent on heating the structural elements), which ensures heating of the gas channels to a high temperature, ensuring high heat transfer of the furnace per unit length of the gas channels . Additional heat removal from the gas flow to the gas channels 20 is facilitated by insert containers 21, which, when heated by the gas flow, re-radiate thermal energy onto the internal surfaces of the gas channels 20. And when the insert cavities are filled with heat-accumulating material, the thermal inertia and heat capacity of the furnace increases. The high heat transfer of the outer surface of the gas channels 20 (due to the high surface temperature and the large temperature difference relative to the environment) leads to rapid cooling of the flue gases, and therefore there is no need for a large heat exchange surface of the gas channels, which in turn makes it possible to reduce the dimensions ovens. From the gas channels 20, the cooled flue gases enter the output gas channel 22, where they are additionally cooled and discharged outside through the chimney 23. If there is a heat exchanger circuit in the output gas channel 22, part of the thermal energy of the flue gases is used to heat the water passing through this circuit and used for domestic needs. The presence in the design of only an ascending gas flow and the absence of cavities with an increased volume in the gas path allows the furnace to operate without the danger of condensation at extremely low powers (smoldering fuel combustion mode), which expands the range of generated powers and increases the operational safety of the furnace. This is due to the fact that the furnace has a relatively short gas path, in which the flue gases, which have a relatively low temperature in this mode, do not cool down much in the furnace and enter the chimney at a temperature generally higher than the condensation temperature in the thermally insulated chimney. The limitation on power reduction is the permissible temperature of the flue gases, which should not be lower than the condensation temperature in the insulated chimney. As the fuel located on the grate 6 burns out, the overlying layers of fuel fall down under the influence of gravity and combustion continues in a stable mode. Small, short-term fluctuations in power may occur when fuel is not lowered uniformly or its fractionation is different, but this does not significantly affect the temperature in the room due to the large thermal inertia of the stove and the heated room. Due to the fact that the volume of fuel loaded into the furnace is many times greater than the volume of simultaneously burning fuel, the operating time of the furnace from one load of fuel can reach tens of hours. Additionally, the heat transfer of the furnace increases due to the increased heat capacity of the furnace. In the experimental sample of the furnace, the combustion duration was about 28 hours.

При дозагрузке топливом работающей печи сначала закрывается входная заслонка, открывается заслонка дымоудаления 26, путем поворота привода 28 против часовой стрелки и вдавливания его до упора. После этого происходит проветривание бункера 1 печи. После этого открывается загрузочная дверца 2 и топливо загружается в печь. Затем загрузочная дверца 2 закрывается, закрывается заслонка дымоудаления 26 путем вытягивания привода 28 и его поворота по часовой стрелке и фиксация на дверке 2. Тем самым осуществляется взаимная блокировка закрытых заслонки дымоудаления 26 и загрузочной дверцы 2. Затем в прежнее положение устанавливается (открывается) заслонка на входном воздуховоде 10 и печь продолжит свою работу в прежнем режиме. Тем самым предотвращается попадание дымовых газов в помещение и обеспечивается эксплуатационная безопасность печи. Пожарная безопасность обеспечивается использованием кожуха, который исключает воздействие сравнительно мощного теплового излучения на окружающие предметы (нагрев воздуха в помещении осуществляется конвективным нагревом от теплообменных поверхностей печи и кожуха) и ослабленного теплового излучением от кожуха.When reloading a working furnace with fuel, the inlet damper is first closed, the smoke exhaust damper 26 is opened by turning the drive 28 counterclockwise and pressing it in until it stops. After this, the hopper 1 of the furnace is ventilated. After this, loading door 2 opens and fuel is loaded into the furnace. Then the loading door 2 is closed, the smoke exhaust damper 26 is closed by pulling out the drive 28 and turning it clockwise and fixing it on door 2. Thus, the closed smoke exhaust damper 26 and the loading door 2 are mutually interlocked. Then the damper is installed (opened) in the previous position inlet air duct 10 and the furnace will continue to operate as before. This prevents flue gases from entering the room and ensures the operational safety of the stove. Fire safety is ensured by the use of a casing, which eliminates the impact of relatively powerful thermal radiation on surrounding objects (heating of the air in the room is carried out by convective heating from the heat exchange surfaces of the furnace and casing) and weakened by thermal radiation from the casing.

Таким образом, в предлагаемой конструкции печи, по сравнению с прототипом и другими аналогами, обеспечивается повышение эффективности печи, в том числе за счет увеличения теплоотдачи с единицы площади теплообменной поверхности, расширение диапазона изменения генерируемой мощности, за счет уменьшения минимальной мощности, при сохранении достаточно высокой эффективности сжигания топлива, повышение эксплуатационной безопасности, за счет исключения возможности выпадения конденсата при работе печи. Следствием высокой эффективности сжигания твердого топлива является большая продолжительность горения, которая в несколько раз превышает этот показатель у аналогов.Thus, in the proposed furnace design, in comparison with the prototype and other analogues, an increase in the efficiency of the furnace is ensured, including by increasing heat transfer per unit area of the heat exchange surface, expanding the range of changes in the generated power, by reducing the minimum power, while maintaining a sufficiently high fuel combustion efficiency, increased operational safety by eliminating the possibility of condensation during furnace operation. A consequence of the high efficiency of solid fuel combustion is a long combustion duration, which is several times higher than that of analogues.

Уровень разработки находится в стадии организации серийного производства модельного ряда печей длительного горения с различной тепловой мощностью.The development level is at the stage of organizing mass production of a model range of long-burning furnaces with different thermal powers.

Claims

1. A long-burning furnace containing a hopper with a loading door, an ignition door, a grate, an ash pan with an ash box, an inlet air duct with a damper, a gas window in the lower part of the hopper connected to a heat exchange cavity consisting of an afterburner chamber and gas channels connected to output gas channel, a smoke removal damper and a chimney connected to the output gas channel, characterized in that the afterburning chamber is divided by a partition into two horizontal cavities located one above the other, and is equipped with a reflector at the outer side wall, through the hole of which the lower horizontal cavity communicates with an upper horizontal cavity, while the lower horizontal cavity is connected to the gas window of the hopper, and the upper one is connected to gas channels, inside of which insert containers are located, and the total flow area between the internal walls of the gas channels and the outer walls of the insert cavities is equal to the flow area of the chimney, and the upper part The bunker communicates with the outlet gas channel through the smoke exhaust damper.

2. A long-burning furnace according to claim 1, characterized in that a heat exchanger circuit is placed in the outlet gas channel.

3. A long-burning furnace according to claim 1, characterized in that the outlet gas channel is equipped with a lid in which there is an inspection hole with a sealing lid.

4. A long-burning furnace according to claim 1, characterized in that an inspection hole is made in the side wall of the combustion chamber, closed with a sealing lid, and the afterburning chamber with the reflector is removable.

5. A long-burning furnace according to claim 1, characterized in that a casing is placed around the furnace with an air gap.

6. A long-burning furnace according to claim 1, characterized in that the insert cavities are filled with heat-accumulating material.