ВОДОГРЕЙНЫЙ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/40 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Известны водогрейные котлы, содержащие экранированный корпус, разделенный вертикальной перегородкой на топку с колосниковой решеткой и конвективный газоход, сообщенные между собой отверстием в верхней части перегородки (а.с. 1059368, М.кл. С 24 Н 1/30, 1982), а также перемещаемую перегородку с регулируемым нижним проемом (а.с. 1128065, М.кл. С 24 Н 1/30, 1983 г. ). Недостатком данных конструкций является неудачная общая компоновка поверхностей нагрева топки и газохода, расположенных в одной горизонтальной плоскости, что не обеспечивает устойчивости процессов горения при сжигании нескольких видов низкосортных органических топлив и при переходах на другие виды топлива и, поэтому - низкой экологической эффективностью.

Известен водогрейный котел (а.с. 365533, М.кл. С 24 Н 1/24, 1969 г.), содержащий заключенную в водяную рубашку топку и вертикальный дымоход......и т. д. Недостатком данного котла является громоздкость и материалоемкость конструкции и низкие экологические характеристики (по причине несовершенства поверхностей нагрева).

Наиболее близким по совокупности общих признаков аналогом заявленного изобретения является водогрейный котел по SU 332297, содержащий две соосные обечайки и прикрепленные к внутренней обечайке изогнутые на концах трубы.... . и т.д. Недостатком данной конструкции является низкая тепловая эффективность по причине отсутствия полноценной камерной топки достаточных размеров, позволяющей решать комплексно все проблемы камерно-слоевого сжигания любых видов низкосортного органического топлива, и поэтому - узкий диапазон использования.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение диапазона использования, повышение тепловой и экологической эффективности работы котла.

Технический результат достигается тем, что в водогрейном отопительном котле, содержащем камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания, состоящую из двух соосных обечаек с встроенным трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и нагрева в ней теплоносителя и переднюю загрузочную дверцу, - система охлаждения топки выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной с помощью патрубка к камере догорания, при этом котел дополнительно оборудован задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором, системой топливоподачи низкосортных органических топлив и резервным электроподогревом теплоносителя.

На чертеже представлен продольный разрез котла.

Топка котла состоит из металлического корпуса 1 с размещенной внутри одно- или многоходовой трубной решеткой 2, обрамляющей по периметру и экранирующую собой камеру сгорания 3. Загрузочная дверца 4 крепится с фронта котла и предназначена для периодической загрузки основного топлива. Задняя стенка корпуса 1 оборудована дополнительным загрузочным устройством 5 для ручной или механизированной топливоподачи на колосниковую решетку 6 древесной пыли, опилок или мусора для утилизации сжиганием. Над задним загрузочным устройством 5 установлен щелевой эжекторный отбор 7 для отсоса части дымовых газов из камеры сгорания и подачи их в систему рециркуляции 8 с целью последующего дожигания снова в топке и частичного подогрева дутьевого воздуха, поступающего на горение через патрубок 9 или "поддувало" 10, расположенное на кожухе системы рециркуляции 8 дымовых газов.

Камера сгорания 3 в задней "хвостовой" части плавно переходит в вертикальную камеру догорания 11, которая образована внутренней обечайкой 12, закрепленной на крышке корпуса. Прикрепленные к этой обечайке внутри изогнутыми концами трубы 13 образуют конвективную трубную решетку контура естественной циркуляции теплоносителя, которая является по дымовому пространству - и эффективной преградой для смол, летучей золы, сажи - в уходящих дымовых газах, перед выбросом их из котла. Наружная обечайка 14, закрытая сверху и прикрепленная соосно обечайке 12 на верхней крышке корпуса котла, образует в целом емкость "самоварного" типа и выполняет роль демпферного питательного бака для обеспечения устойчивости гидравлического режима работы котла. К обечайке 14 под небольшим уклоном крепится цилиндрическая ТЭНовая коробка 15 с электронагревателями воды.

Для более эффективного и полного сгорания низкосортных органических топлив на верхней крышке корпуса котла располагается емкость 16 для подачи в камеру сгорания 3 самотеком жидких отработанных масел или др. видов жидкого топлива для сжигания и "подсветки" в процессах совместного горения с утилизируемыми отходами, например деревообработки. Топливоподача "отработок" жидких топлив регулируется с помощью системы регулирования и распыления 17 и задается в виде капельно-струйного режима в зависимости от температуры в топке. Зола удаляется периодически через зольник 18 с фронта котла. Нижнее днище корпуса для жесткости крепится на опорных балках из швеллера. Подача воды в котел с естественной циркуляцией производится в нижнюю часть трубной решетки через патрубок 19, выход нагретой воды (теплоносителя) в систему отопления - через штуцер 20. При работе котла с принудительной циркуляцией от сетевых насосов и многоходовой трубной решетке 2 возможна любая схема подключения к теплосети. Сама трубная решетка крепится к питательному баку - "самовару" с помощью патрубка 21 и располагается свободно в подвешенном состоянии внутри корпуса с возможностью любых тепловых расширений. Пространство между трубами решетки и стенками корпуса заполняется листовым асбестом, набивается огнеупорной массой и частично футеруется кирпичом.

Водогрейный котел работает следующим образом. В начале заполняется водой или иным теплоносителем через патрубок 19 внутреннее пространство трубной решетки и питательного бака. Из системы отопления удаляется воздух. Прогрев котла и растопку производят при закрытой запорной арматуре на выходе, например штуцере 20. В камеру сгорания 3 через переднюю загрузочную дверцу 4 загружается небольшое количество сухих длинномерных дров, лучины или бумаги, которые через систему топливоподачи 17 жидкого топлива могут орошаться каплями соляры или отработанными техническими маслами сверху из емкости 16. Затем в камеру сгорания подается через дверцу 4 зажженный факел или иной запальник, и производится розжиг котла. Через эту же дверцу на колосники 6 постепенно производится ручная подача любого другого органического топлива в кусковом или разделанном виде: дров, кокса, угля, древесной коры. Холодный воздух на горение в период растопки поступает под колосники через открытый зольник 18.

После стабилизации режимов горения и прогрева воды в питательном баке до 60^oС постепенно открывается вентиль на выходном штуцере котла и устанавливается гидравлический режим работы автономной теплосети. Подача основного топлива через дверцу 4 соответственно увеличивается и производится периодически, по мере выгорания топлива на колосниках. Открывается заднее "поддувало" 10, включается принудительное воздушное дутье через патрубок 9 и закрывается лючок зольника 18. В полостях системы рециркуляции дымовых газов 8 возникает разрежение, и поэтому какая-то часть наиболее тяжелых фракций продуктов сгорания, как сажа и летучие органические соединения через сопло щелевого эжекторного отбора 7 начинают поступать, подмешиваясь к дутьевому воздуху, - под колосники 6.

После основательного прогрева котла в него можно подавать на утилизацию и сжигание через заднее загрузочное устройство: мусор, древесные отходы, пыль, опилки и др. низкосортные топлива. Для оптимизации температурных режимов работы котла при сильно увлажненных низкосортных органических отходах возможна "подсветка" и совместное сжигание в камере сгорания 3 нескольких видов топлив с жидкими техническими отработанными маслами, периодически заливаемыми в емкость 16. Эффективность процессов горения регулируется вентилями или кранами системы топливоподачи 17. Разрежение в топке задается необходимой высотой дымовой трубы или же дымососом, а самотяга дымовой трубы легко ограничивается при необходимости обычными шиберами, устанавливаемыми на газоходах.

В камере догорания 11 происходит окончательное дожигание продуктов неполного горения в камере 3 и осаживание смол, сажи, летучей золы и других минеральных частиц на трубках 13 встроенного конвективного пучка. В этих же трубках происходит интенсивная циркуляция воды и ее нагрев. По причине интенсивного теплосъема в данном конвективном пучке на выходе из камеры догорания резко снижается температура уходящих дымовых газов до оптимальных значений, порядка 80-100^oС, а при принудительной циркуляции теплоносителя - еще ниже до 50-70^oС, что свидетельствует о высокой тепловой эффективности.

Для резервного подогрева воды в качестве теплоносителя в конструкции котла предусмотрена электронагревательная ТЭНовая коробка небольшой мощности, включаемая в работу по мере необходимости. Зола и шлаки с колосниковых решеток удаляются периодически. Трубы встроенного конвективного пучка в камере догорания также нуждаются в сезонных периодических очистках от наростообразований из смол, шлаков и летучих органических соединений. Внутренние поверхности трубной решетки и обечаек питательного бака с конвективным пучком требуют кислотных и химических отмывок от накипи и отложений. Данный котел не нуждается в специальном водном режиме, водоподготовке подпиточной воды и деаэрации.

В принципе котел может работать на любых видах органического топлива. При достаточном оснащении автоматикой процессов горения возможен перевод котла для работы на сетевой природный газ и другие высокосортные виды топлива, но в этом случае заднее загрузочное устройство выполняет роль только первичного взрывного клапана и поэтому должно быть рассчитано в соответствии с Правилами эксплуатации котлов на газовом топливе.

Данная конструкция котла прошла успешные комплексные испытания в работе и в качестве опытного образца находится в эксплуатации на теплосетях г.Череповца.

Котел предназначен для нагрева воды и может быть использован в системах автономного теплоснабжения. Котел содержит камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания, состоящую из двух соосных обечаек с встроенным трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и нагрева в ней теплоносителя и переднюю загрузочную дверцу. Система охлаждения топки выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной с помощью патрубка к камере догорания, при этом котел оборудован дополнительным задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором, системой топливоподачи низкосортных органических топлив и резервным электроподогревом теплоносителя. Конструкция котла обеспечивает повышение тепловой и экологической эффективности работы. 1 ил.

Водогрейный отопительный котел, содержащий камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания, состоящую из двух соосных обечаек с встроенным трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и нагрева в ней теплоносителя и переднюю загрузочную дверцу, отличающийся тем, что система охлаждения топки выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной с помощью патрубка к камере догорания, при этом котел оборудован дополнительно задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором, системой топливоподачи низкосортных органических топлив и резервным электроподогревом теплоносителя.