Водогрейный котел Российский патент 2003 года по МПК F24H1/00 F23B1/00 

Изобретение относится к области отопления, точнее к нагревателям текучей среды, например водоподогревателям, и может быть использовано в качестве генератора тепла на твердом топливе, предпочтительно на отходах древесины для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилищно-коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных объектов в любых климатических условиях.

Из патентной литературы известен водогрейный водотрубный котел, содержащий топку и конвективные поверхности нагрева, образованные рамочной конструкцией камер и экранами с заглушкой концов труб, переходящих в конвективные поверхности нагрева (см. патент РФ № 2057997, МПК F 24 H 1/40, 10.04.96).

Недостатками аналога являются: высокое аэродинамическое сопротивление с необходимостью обязательной установки дымососа; отсутствие возможности сжигания твердого топлива - отходов древесины; невозможность установки системы очистки поверхностей нагрева (обдувки); значительные размеры котла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции котла является водогрейный водотрубный котел, содержащий топку и конвективные поверхности нагрева, образованные рамочной конструкцией камер и экранами с заглушкой концов труб, переходящих в конвективные поверхности нагрева. Рамочная конструкция камер установлена на основании топки. Эксплуатация изобретения позволяет снизить аэродинамическое сопротивление. Использовать твердое топливо для сжигания, улучшить систему очистки поверхностей нагрева и уменьшить размеры основания котла (см. патент РФ № 2118762, МПК F 24 H 1/00, БИ 25, 1998).

Однако котел-прототип обладает рядом недостатков: может работать только на угле или дровах, но не пригоден для сжигания древесных отходов; нельзя механизировать подачу топлива; не обеспечивается предварительная подсушка топлива; пол и потолок не экранированы; большие габариты по высоте. Конструкция котла не обеспечивает эффективное сжигание древесного топлива с большой влажностью; не позволяет сжигать древесные отходы, т.к. объем топочной камеры рассчитан на газ, мазут не обеспечивает необходимое время пребывания частиц топлива для его полного выжигания. Обмывка водой частей конвективных поверхностей нагрева приводит к необходимости очистки сточных вод.

Задачей создания изобретения является разработка простой, надежной, ремонтопригодной, экономичной транспортабельной конструкции котла с более высоким кпд, работающего на древесных отходах, обеспечивающей механизацию топливоподачи и золоудаления.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п.1 формулы изобретения, общих с прототипом, таких как: водогрейный котел включает топочную камеру с настенным и потолочным экранами и конвективный газоход с теплообменными элементами, и отличительных существенных признаков, таких как: он снабжен топливной камерой, имеющей воздухоохлаждаемый корпус с встроенными заслонками для регулировки дутьевого воздуха, при этом топливная и топочная камеры разделены зажимающей решеткой, выполненной из чугунных колосников, размещенных между горизонтальными фронтовыми коллекторами экранов топочной камеры, имеющей подовый экран.

Особенность размещения газохода отражена в п.2 формулы, а именно: конвективный газоход с теплообменными элементами расположен горизонтально на потолке.

Особенность выполнения подового экрана нашла отражение в п.3 формулы, а именно: подовый экран снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой с встроенным скребковым транспортером для удаления золы в зольник топливной камеры.

Особенность выполнения заднего экрана нашла отражение в п.4 формулы, а именно: задний экран снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой с встроенными заслонкой для регулирования подачи воздуха на сопло вторичного дутья и лазом с гляделкой.

Особенность выполнения топочной камеры нашла отражение в п.5 формулы, а именно: топочная камера снабжена соплом вторичного дутья, установленным в нижней части зажимающей решетки.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является неочевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Настоящее изобретение конкретно иллюстрируется следующим примером осуществления изобретения, который иллюстрирует, но не ограничивает объем использования изобретения.

На чертеже показан продольный разрез предлагаемого котла.

Водогрейный котел содержит топливную 1 и топочную 2 камеры, разделенные зажимающей решеткой 3, состоящей из чугунных колосников, размещенных между горизонтальными фронтовыми коллекторами экранов 4 топочной камеры 2 и использующих эти коллекторы в качестве водоохлаждаемых балок.

Топливная камера 1 содержит загрузочное отверстие 5, расширяющуюся книзу топливную шахту с защитным огнеупорным поясом 6, заканчивающуюся внизу горизонтальной колосниковой решеткой 7, и полый воздухоохлаждаемый корпус 8 с встроенными заслонками 9 для регулирования дутьевого воздуха, подаваемого на поперечное и встречное дутье в топливную шахту. Применение воздухоохлаждаемого полого корпуса позволило отказаться от тяжелой обмуровки топливной камеры и подавать подогретый воздух в зону горения без устройства отдельных воздуховодов.

Топочная камера 2 содержит настенные 10, потолочный 11, подовый 12 экраны и горизонтальный конвективный газоход 13 с теплообменными элементами 14, расположенный на потолке топочной камеры 2, с отводом газов от котла со стороны задней стенки 16 котла.

Подовый экран 12 снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой 17 с встроенным скребковым транспортером 18 для удаления золы в зольник 19 топливной камеры 1.

Задний экран 15 снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой 20 с встроенными заслонкой 21 для регулирования подачи воздуха на сопло вторичного дутья 23 и лазом 24 с гляделкой 25.

Воздухоохлаждаемая обшивка 8, 17, 20 представляет собой полость со стенками из листового металла, в которую подается дутьевой воздух. Геометрия топочной камеры 2 обеспечивает вихревое дожигание газов и несгоревших частиц топлива, выходящих из зажимающей решетки 3.

Для организации вихревого сжигания вблизи зажимающей решетки 3 на специальном выступе 22 установлено сопло 23 вторичного дутья. Подача воздуха на сопло 23 вторичного дутья предусмотрена из полости обшивки подового экрана 12.

У котла предусмотрена обдувка конвективных поверхностей нагрева в виде сопел 26, установленных на фронтовой перегородке 27, отделяющей конвективный газоход 13 от топливной камеры 1.

В обшивке топочной камеры 1 предусмотрены специальные щели 28, 29 для подачи воздуха на горение. Трубы потолочного экрана 11 во фронтовой части топочной камеры 2 разведены и образуют фестон 30, обеспечивающий ход газов в конвективный газоход 13.

Котел работает следующим образом.

Древесное топливо в виде измельченных отходов щепы и т.п. через загрузочное отверстие 5 поступает в топливную камеру 1, которая автоматически постоянно заполняется топливом. В верхней зоне топливной камеры 1 происходит подсушка топлива, в нижней - термолиз и выход летучих газов. На колосниковой решетке 7 происходит непосредственно горение топлива. Воздух на горение в топливную камеру 1 подается под колосниковую решетку 7 через специальные щели 28 в боковой облицовке (встречное дутье) и через специальные щели 29 в обшивке фронтовой стенки топливной камеры 1 (поперечное дутье). Несгоревшие частицы топлива и горючие газы, выходящие через зажимающую решетку 3 в топочную камеру 2, дожигаются в вихревом потоке топочной камеры 2, для чего предусмотрено сопло вторичного дутья 23.

Геометрия топочной камеры 2 со специальным уступом 22 из огнеупорного бетона, на котором установлено сопло 23 обеспечивают вихревое дожигание с устойчивым воспламенением горючих газов, подсасываемых через решетку 3 в зону горения. В нижней части зажимающей решетки 3 за счет установки сопла 23 образуется зона разрежения, обеспечивающая подсос в зону горения. Дожигание топлива в вихревом потоке топочной камеры исключает потери с недожогом топлива, обеспечивает эффективное сжигание влажного древесного топлива при высоком кпд котла.

В топочной камере 2 лучистое тепло передается экранам 10, 11, 12, а уходящие газы поднимаются через фестон 30 (разведенный потолочный экран) в конвективный газоход 13 конвективным элементам 14 и далее газы выходят через отверстие задней стенки 16 котла.

Общий подвод 31 воздуха для горения предусмотрен со стороны задней стенки 16 котла, который делится на два потока и распределяется по обшивкам 8, 17, 20 и подается на первичное дутье в топливную камеру 1 и на вторичное дутье - соплом 23 топочной камеры 2.

Для периодического удаления золы из топочной камеры 2 в зольник 19 топливной камеры 1 предусмотрен скребковый транспортер 18, расположенный в обшивке подового экрана 12.

Предлагаемый котел имеет блочное исполнение, транспортабелен, позволяет производить механизацию подачи топлива и золоудаления, с эффективным сжиганием топлива - древесных отходов, найдет широкое применение для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилищно-коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных объектов в любых климатических условиях. Конструкция котла улучшает структуру топливного баланса регионов, обладающих ресурсами дровяной древесины и древесных отходов производства.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения. Водогрейный котел включает топочную камеру с настенным и потолочным экранами, конвективный газоход с теплообменными элементами, топливную камеру, имеющую воздухоохлаждаемый корпус с встроенными заслонками для регулировки дутьевого воздуха. Топливная и топочная камеры разделены зажимающей решеткой, выполненной из чугунных колосников, размещенных между горизонтальными фронтовыми коллекторами экранов топочной камеры, имеющей подовый экран. Изобретение обеспечивает повышение надежности и экономичности котла. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Водогрейный котел, включающий топочную камеру с настенным и потолочным экранами и конвективный газоход с теплообменными элементами, отличающийся тем, что он снабжен топливной камерой, имеющей воздухоохлаждаемый корпус со встроенными заслонками для регулировки дутьевого воздуха, при этом топливная и топочная камеры разделены зажимающей решеткой, выполненной из чугунных колосников, размещенных между горизонтальными фронтовыми коллекторами экранов топочной камеры, имеющей подовый экран.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что конвективный газоход с теплообменными элементами расположен горизонтально на потолке топочной камеры.3. Котел по п.1, отличающийся тем, что подовый экран снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой со встроенным скребковым транспортером для удаления золы в зольник топливной камеры.4. Котел по п.1, отличающийся тем, что он содержит задний экран, который снабжен воздухоохлаждаемой обшивкой со встроенными заслонкой для регулирования подачи воздуха на сопло вторичного дутья и лазом с гляделкой.5. Котел по п.1, отличающийся тем, что топочная камера снабжена соплом вторичного дутья, установленным в нижней части зажимающей решетки.