ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ АККУМУЛЯТИВНОГО ТИПА Российский патент 2006 года по МПК F24H1/00 

Водогрейный котел с камерным сгоранием топлива предназначен для эксплуатации в промышленно-отопительных и отопительных котельных в качестве источников теплоснабжения как промышленных, так жилых и коммунальных зданий и сооружений.

Котел работает на низкокалорийных видах топлива с повышенным содержанием влаги за счет повышенной температуры горения топлива.

Известно устройство для сжигания твердого топлива, содержащее образованную стенками топочную камеру, обрамленную водоохлаждаемой рубашкой, снабженной перфорированной обечайкой, примыкающей торцом к колосниковой решетке (см. а.с. №1028962, кл. F 24 Н 1/10, 1983).

Недостатком известного устройства сжигания является недостаточная полнота сгорания топлива и малоэффективная очистка отработанных газов.

Наиболее близким является котел, описанный в патенте RU 2118762, F 24 H 1/00, где устройство для сжигания твердого топлива содержит образованную стенками топочную камеру, обрамленную водоохлаждаемой рубашкой, снабженной перфорированной обечайкой, примыкающей торцом к колосниковой решетке. Устройство снабжено дымовой трубой с водяными ребрами и очистителем газа, выполненным в виде емкости с патрубком отвода газа в верхней части, вертикальными перегородками, поочередно закрепленными на противоположных сторонах с образованием извилистого канала для газа, и трубкой отсоса газа, размещенной одним концом в ее нижней части, а другим - в упомянутом патрубке, причем перфорированная обечайка размещена одним концом в камере с зазором относительно ее стенок, перепускная труба размещена вне камеры и подключена к последней выше и ниже обечайки, металлические ребра размещены на внутренней поверхности стенок топочной камеры, при этом последняя, дымовая труба и очиститель газа подключены последовательно по ходу газов.

Недостатком данного котла является его низкий КПД за счет того, что температура горения топлива в котле не может подняться до максимально возможной, и не происходит полного выгорания топлива. При этом образуются сажа и угарный газ, которые необходимо удалять из котла. Для очистки газа имеется специальный очиститель газа, выполненный в виде емкости с патрубком отвода газа. При неполной химической реакции происходит следующее: С+О=СО (атом углерода + атом кислорода = угарный газ).

Угарный газ является отравляющим веществом, поэтому его нужно удалять из газового тракта котла при помощи дымососа, т.к. он тяжелее воздуха. При неполном сгорании топлива вследствие недостаточного количества воздуха всего на 1 кг углерода выделяется 2400 Ккал/кг. При этом идет большое сажеобразование на конвективных поверхностях нагрева, что затрудняет теплообмен между дымовыми газами и сетевой водой в котле, что ведет к еще большим теплопотерям. Как следствие этого - низкий КПД использования котла.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что водогрейный котел аккумулятивного типа состоит из топочной камеры с задней и наружной стенкой, разделенной на топочное и зольное отделения, газоходного отделения и теплообменно-водогрейной части, размещенных вне топочного отделения, при этом топочное отделение котла оборудовано загрузочной топочной дверью, колосниковой решеткой, дверкой для удаления золы и шибером для регулировки дутьевого воздуха, а у котла имеется внешняя теплозащитная обмуровка. Кроме того, газоходное отделение отделено от топочного отделения пламенной перегородкой из огнеупорного кирпича, при этом газоходное отделение образовано полостями между сводом топочной камеры и верхней поверхностью пламенной перегородки, тыльной поверхностью пламенной перегородки и лицевой поверхностью задней стенки топочной камеры, а также полостью в задней стенке топочной камеры и полостью между наружной стенкой топочной камеры и внешней обмуровкой котла, кроме того, выход газохода для дымовых газов помещен в верхней передней части котла и оборудован шибером, теплообменная водогрейная часть выполнена в виде секций, собранных в два конвективных блока, установленных Г-образно, причем первый конвективный блок устанавливается вертикально сзади топочной камеры, а второй горизонтально над камерой и первым конвективным блоком, топочное отделение котла имеет цилиндрический свод, выполненный из клиновидного огнеупорного кирпича, на передней стенке котла и на задней стенке за первым конвективным блоком имеются съемные люки, в нижней части котла расположен коллектор для ввода в котел обратной сетевой воды, в верхней части котла расположен коллектор для выхода подающей сетевой воды, на коллекторе для выхода подающей сетевой воды установлен воздушный кран.

Конструкция заявляемого котла представлена на Фиг.1 - вид спереди и на Фиг.2 - вид сбоку разрез А-А, где:

1 - топочно-загрузочная дверь;

2 - дверь для удаления золы и регулировки подачи воздуха;

3 - колосниковая решетка;

4 - топочное отделение;

5 - зольное отделение;

6 - газоходное отделение;

7 - пламенная перегородка;

8 - свод топочной камеры;

9 - свод пламенной перегородки;

10 - дверь для удаления золы и сажи;

11 - задняя стенка топочной камеры;

12 - коллектор для ввода обратной сетевой воды;

13 - первый конвективный блок;

14 - второй конвективный блок;

15 - коллектор для выхода подающей сетевой воды;

16 - газоход для удаления дымовых газов из котла;

17 - внешняя обмуровка котла;

18 - съемные люки для осмотра и чистки конвективных поверхностей нагрева котла;

19 - спускной вентиль;

20 - воздушный кран.

Котел образован из топочной камеры, газоходного отделения и теплообменно-водогрейной части.

Топочная камера - пространство, образованное стенками и разделенное колосниковой решеткой 3 на топочное 4 и зольное 5 отделения. Стенки имеют лицевую и тыльную поверхности. Тыльная поверхность всех стенок топочной камеры названа наружной стенкой, причем в эту наружную стенку входит как часть тыльная поверхность задней стенки топочной камеры. Топочное отделение 4 котла оборудовано загрузочной топочной дверью 1, колосниковой решеткой 3, дверкой для удаления золы 2 и шибером для регулировки дутьевого воздуха, имеет цилиндрический свод 8, выполненный из клиновидного огнеупорного кирпича. Топочное отделение 4 отделено от газоходного отделения 6 пламенной перегородкой 7, сложенной из огнеупорного кирпича, предназначенной для предотвращения попадания в газоходное отделение 6 топлива и шлака.

Газоходное отделения 6 образовано полостями между:

- сводом топочной камеры 8 и верхней поверхностью пламенной перегородки 7,

- тыльной поверхностью пламенной перегородки 7 и лицевой поверхностью задней стенки топочной камеры 11,

- полостью 9 в задней стенке 11 топочной камеры,

- полостью между наружной стенкой топочной камеры и внешней обмуровкой котла 17, в которой размещена теплообменно-водогрейная часть.

Теплообменно-водогрейная часть состоит из коллектора для ввода обратной сетевой воды 12, первого 13 и второго 14 конвективных блоков, коллектора для выхода подающей сетевой воды 15. Теплообменно-водогрейная часть выполнена в виде секций, собранных в два конвективных блока, установленных Г-образно. Первый конвективный блок 13 устанавливается вертикально позади топочной камеры, второй 14 - горизонтально над топочной камерой и первым блоком 13. Блоки 13 и 14 собираются в заводских условиях и проходят гидравлические испытания. Монтаж блоков котла производится вместе с обмуровочными работами.

В конструкции котла предусмотрены съемные люки 18 для осмотра и чистки конвективных 13 и 14 поверхностей нагрева котла. В котле устанавливается всего один спускной вентиль 19.

Заявляемый котел может использоваться для систем с естественной циркуляцией воды (теплоносителя), т.к. после заполнения системы дальнейшее движение сетевой воды идет за счет разницы удельных весов. Вход обратной сетевой воды происходит через коллектор 12 в нижней части котла. Выход подающей сетевой воды происходит через коллектор 15 в верхней части котла. Для удаления воздуха из котла требуется всего один воздушный кран 20, установленный на коллекторе 15. Выход дымовых газов из второго конвективного блока осуществляется в верхней передней части котла через газоход 16, оборудованный шибером (на чертеже не показан) для регулировки и отключения котла. Сверху котел обмурован асбестом и кирпичом 17 для сохранения внутри котла накопленного тепла.

Технический результат от использования данного котла заключается в том, что:

- его использование ведет к экономии топлива и повышению КПД,

- в нем полностью сгорает топливо достаточно высокой влажности, уменьшено образование сажи и копоти, которые осаждаются на трубах,

- происходит увеличение срока службы котла,

- уменьшение стоимости котла и эксплуатационных расходов,

- выход дымовых газов осуществляется в верхней передней части котла через газоход с температурой не более 130 град. С.

- котел работает без дутьевого вентилятора и дымососа;

- котел работает без циркуляционного насоса для обратной сетевой воды, для систем с естественной циркуляцией, в остальных системах - как обычный котел.

В топочном отделении постоянно поддерживается очень высокая температура за счет излучения тепла от свода котла и пламенной перегородки, аккумулированного в кирпичных частях топочного отделения, на топливо.

При полном горении происходит полный химический выжег топлива - сгорают почти полностью все фракции топлива, а вся химическая энергия топлива превращается в тепловую. Один атом углерода топлива, соединяясь с двумя атомами кислорода, образует молекулу углекислого газа; два атома водорода, соединяясь с одним атомом кислорода, образуют молекулу воды. Имеющаяся в топливе вода превращается в пар, который, испаряясь, расширяется и создает дополнительную тягу. Внутри котла не создается агрессивных сред - нет концентрированных соляной и серной кислоты, которые очень быстро разрушают металлические части котла.

При осуществлении полной химической реакции образовавшийся углекислый газ, т.к. он легче воздуха, и раскаленный пар, попадая в дымовую трубу, стремятся вверх и создают при этом дополнительную тягу. В связи с этим отпадает необходимость установки дымососов и дутьевых вентиляторов, что снижает себестоимость котельного оборудования, а при эксплуатации ведет к снижению затрат на электроэнергию.

За счет конструкции газоходного отделения газы поднимаются вверх под цилиндрический свод, еще дополнительно нагреваются от кирпичей в топочной камере, пройдя через газоходное отделение, отдают тепло в конвективно-радиационную часть котла и далее охлажденные до 130 град. С и ниже дымовые газы попадают в газоход котла, газовый тракт и дымовую трубу. Выход дымовых газов из второго конвективного блока осуществляется в верхней передней части котла через газоход, оборудованный шибером для регулировки и отключения котла. Ввод обратной сетевой воды в котел происходит в самой нижней части котла.

Предложенная конструкция обладает достаточно большой инерционностью и для поддержания высокой температуры внутри свода топочной камеры 5 достаточно горения топлива в течение 3-4 часов в сутки для небольших систем отопления, в остальных системах - как обычный котел.

Принцип работы котла.

Для топки котла используется твердое топливо, такое как опил, торф, дрова, уголь состоящее из нескольких фракций, имеющих различную температуру горения. При этом в топливе еще имеется и вода. При испарении вода увеличивается в объеме во много раз, и раскаленный пар переносит тепло. В процессе горения топлива за счет сводчатой конструкции в камере горения создается температура выше 1000 град. С, что приводит к полному сгоранию топлива. При полном горении вся химическая энергия топлива превращается в тепловую, при этом один атом углерода топлива, соединяясь с двумя атомами кислорода, образует молекулу углекислого газа; два атома водорода, соединяясь с одним атомом кислорода, образуют молекулу воды.

Полное горение углерода, водорода и серы (для угля и торфа) можно изобразить следующим образом:

С+O₂=CO₂ (углерод + водород = углекислый газ);

Н₂+O=Н₂О (водород + кислород = водяные пары);

S+O₂=SO₂ (сера + кислород = сернистый газ).

При полном сгорании топлива мы получаем при сжигании 1 кг углерода 8100 Ккал/кг. При неполном сгорании топлива на 1 кг углерода выделяется 2400 ккал/кг.

Котлы с камерным сгоранием топлива обеспечивают полное, по сравнению с другими котлами, выгорание топлива, так как в камере создается 1000 и более градусов С за счет того, что горячие газы собираются под сводом, нагревают толстый слой кирпичной кладки свода, а раскаленные кирпичи в свою очередь излучают тепло с одной стороны на топливо, а с другой - на трубную поверхность котла - первый 13 и второй 14 конвективные блоки соответственно.

Разогретые газы проходят через теплообменно-водогрейную часть котла, отдавая тепло теплоносителю, находящемуся внутри первого 13 и второго 14 конвективных блоков, и, остыв, - к выходу до температуры не более 130 град. С, выходят наружу через газоход 16 в верхней передней части котла через газоход, оборудованный шибером для регулировки и отключения котла. Ввод обратной сетевой воды в котел происходит в самой нижней части котла.

Пример. При эксплуатации котла с объемом топочной камеры 0,51 куб. м высота котла составляет 1,8 м, длина котла - 2,5 м, ширина котла - 1,5 м; V газов - 56 куб. м. Для отопления здания площадью 225 кв.м (продуктовый магазин) расход дров составлял 0,08 куб.м в сутки при температуре наружного воздуха -15 град. С, причем температура в здании не опускалась ниже +18 град. С.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано для теплоснабжения. Котел состоит из топочной камеры, разделенной на топочное и зольное отделения, газоходного отделения и теплообменно-водогрейной части. Газоходное отделение отделено от топочного отделения перегородкой из огнеупорного кирпича и образовано полостями между сводом топочной камеры и верхней поверхностью перегородки, тыльной поверхностью перегородки и лицевой поверхностью задней стенки топочной камеры, а также полостью в задней стенке топочной камеры и полостью между наружной стенкой топочной камеры и внешней обмуровкой котла. Теплообменно-водогрейная часть выполнена в виде секций, собранных в два конвективных блока, установленных Г-образно. Первый конвективный блок устанавливается вертикально позади топочной камеры, а второй горизонтально над камерой и первым конвективным блоком. Топочное отделение котла имеет цилиндрический кирпичный свод. На передней стенке котла и на задней стенке за первым конвективным блоком имеются съемные люки. В нижней и верхней частях котла расположены соответственно коллектор для ввода в котел обратной сетевой воды и коллектор для выхода подающей сетевой воды. Изобретение обеспечивает экономию топлива и повышение КПД. 2 ил.

Водогрейный котел аккумулятивного типа, состоящий из топочной камеры с задней и наружной стенками, разделенной на топочное и зольное отделения, газоходного отделения и теплообменно-водогрейной части, размещенных вне топочного отделения, при этом топочное отделение котла оборудовано загрузочной топочной дверью, колосниковой решеткой, дверкой для удаления золы и шибером для регулировки дутьевого воздуха, а у котла имеется внешняя теплозащитная обмуровка, отличающийся тем, что газоходное отделение отделено от топочного отделения пламенной перегородкой из огнеупорного кирпича, при этом газоходное отделение образованно полостями между сводом топочной камеры и верхней поверхностью пламенной перегородки, тыльной поверхностью пламенной перегородки и лицевой поверхностью задней стенки топочной камеры, а также полостью в задней стенке топочной камеры и полостью между наружной стенкой топочной камеры и внешней обмуровкой котла, кроме того, выход газохода для дымовых газов помещен в верхней передней части котла и оборудован шибером, теплообменная водогрейная часть выполнена в виде секций, собранных в два конвективных блока, установленных Г-образно, причем первый конвективный блок устанавливается вертикально позади топочной камеры, а второй горизонтально над камерой и первым конвективным блоком, топочное отделение котла имеет цилиндрический свод, выполненный из клиновидного огнеупорного кирпича, на передней стенке котла и на задней стенке за первым конвективным блоком имеются съемные люки, в нижней части котла расположен коллектор для ввода в котел обратной сетевой воды, в верхней части котла расположен коллектор для выхода подающей сетевой воды, на коллекторе для выхода подающей сетевой воды установлен воздушный кран.