КОТЕЛ

Изобретение относится к малой теплоэнергетике, может быть использовано в отопительных системах, производящих в качестве конечного продукта-теплоносителя горячую воду, и направлено на повышение эффективности работы отопительного котла при использовании суспензионного водоугольного топлива.
Важной проблемой для угольных регионов России является эффективное использование отходов переработки и обогащения угля. В настоящее время разработаны и опробованы в экспериментальных и промышленных условиях технологии приготовления суспензионного водоугольного топлива (ВУТ) на основе угольных шламов и тонкодисперсных отходов углеобогащения. Главной проблемой является разработка эффективных котлов для сжигания таких топлив.
Известно техническое решение (См. 1. Патент США №4836115, кл. F23В 7/00, 1989), в котором отопительный котел содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхней крышкой и огнеупорный воздухонепроницаемый поддон, ограничивающий камеру сгорания в нижней части корпуса. Внутри корпуса установлены две соосные вертикальные трубы. Внутренняя труба снабжена открытым приемником и подает через верхнюю крышку топливо, которое поступает через отверстие над поддоном для питания топливом камеры сгорания. Наружная труба ограничивает внутреннюю поверхность корпуса цилиндрического дымохода для подъема потока горячих газовых продуктов сгорания, а также ограничивает с внутренней стороны цилиндрический проход, окружающий топливную трубу, и имеет входное отверстие на верхней крышке и цилиндрическое выходное отверстие в камере сгорания для подачи потока воздуха из отверстия вниз в камеру сгорания, одновременно изолируя топливную трубу от тепла дымохода. Имеется выходное отверстие для удаления из корпуса газообразных продуктов сгорания. Твердое топливо под действием силы тяжести падает через топливную трубу на поддон для сжигания в камере сгорания, образуя на поддоне коническую кучу горящего топлива и золы. Коническая форма непрерывно поддерживается нисходящим потоком воздуха. Введена наружная водяная рубашка, окружающая корпус.
Основным недостатком известного решения является неприспособленность конструкции котла для сжигания суспензионного водоугольного топлива.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является конструкция угольных котлов «Теплотрон», выпускаемых Новокузнецким котельным заводом (См. 2. www.теплотрон.рф). Конструкция данных котлов содержит вертикальный корпус цилиндрической формы с водоохлаждаемой рубашкой, дверцей и крышкой, колосниковую решетку с размещенной над ней камерой сгорания топлива, зольник, патрубки подвода и отвода жидкого теплоносителя, систему теплообмена между горячими продуктами горения и теплоносителем.
Основным недостатком данного технического решения является неприспособленность конструкции котла для сжигания суспензионного водоугольного топлива.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является обеспечение эффективной работы котла на суспензионном водоугольном топливе.
Для решения поставленной задачи на боковой поверхности корпуса котла тангенциально к условной окружности внутри корпуса смонтированы горелочные устройства с форсунками для подачи суспензионного водоугольного топлива и щелевые сопла для подачи дутьевого воздуха, ориентированные в том же направлении, что и горелочные устройства, при этом вертикальная внутренняя цилиндрическая поверхность камеры сгорания над колосниковой решеткой в области расположения горелочных устройств и щелевых сопел теплоизолирована термостойким материалом.
Установка на боковой поверхности корпуса котла тангенциально к условной окружности внутри корпуса горелочных устройств с форсунками для подачи суспензионного водоугольного топлива и щелевых сопел для подачи дутьевого воздуха, ориентированных в том же направлении, что и горелочные устройства, а также теплоизоляция термостойким материалом вертикальной внутренней цилиндрической поверхности камеры сгорания над колосниковой решеткой в области расположения горелочных устройств и щелевых сопел позволяет осуществить подачу распыленного водоугольного топлива в зону горения. При этом в цилиндрическом корпусе котла - камере сгорания возникает вихревое движение горящих капель и частиц ВУТ, дутьевого воздуха и образующихся газов, что обеспечивает эффективное сгорание существенно забалластированного суспензионного водоугольного топлива, приготовленного на основе угольных шламов или тонкодисперсных отходов углеобогащения. Этому также способствует создание адиабатических или близких к ним условий за счет утепления камеры сгорания термостойким материалом.
Котел (см. рисунок 1) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с водоохлаждаемой рубашкой 2, дверцей 3 и крышкой 4, колосниковой решетки 5 и зольника 6. Наружная поверхность цилиндрического корпуса теплоизолирована. На боковой поверхности корпуса смонтированы горелочные устройства 7 с форсунками (на рисунке не показаны) и щелевые сопла 8 для тангенциальной подачи дутьевого воздуха. Внутренняя цилиндрическая поверхность камеры сгорания над колосниковой решеткой теплоизолирована термостойким материалом 9. Для подвода и отвода жидкого теплоносителя смонтированы соответственно патрубки 10 и 11. Для теплосъема оборудована система теплообмена 12 между горячими продуктами горения и теплоносителем. Корпус котла и система теплообмена связаны газоходом 13. Корпус котла с зольником и система теплообмена установлены на раме 14.
Котел работает следующим образом.
Первоначально производится прогрев внутренней полости корпуса котла - камеры сгорания, размещенной под колосниковой решеткой, за счет сжигания твердого топлива (уголь, дрова и др.) на колосниковой решетке. Затем начинается подача суспензионного водоугольного топлива.
Суспензионное водоугольное топливо подается в котел насосом из емкости хранения (на рисунке не показаны) через форсунки горелочных устройств 7. В форсунки также подается распыляющий компрессорный воздух. Струи распыленного топлива подаются тангенциально условной поверхности внутри камеры сгорания корпуса 1 котла. Одновременно тангенциально в камеру сгорания подается воздух через щелевые сопла 8, ориентированные в том же направлении что и горелочные устройства. За счет организации вихревого движения в корпусе котла осуществляется эффективное сгорание распыленного топлива. Возможные несгоревшие крупные частицы угля выпадают на колосниковую решетку 5, где догорают, создавая при этом дополнительную «подсветку» в зоне горения распыленного топлива. Крупные частицы золы и шлаковые отложения, накапливаемые на колосниковой решетке, периодически разгружаются в зольник 6. Образующиеся при сгорании топлива горячие газы через внутреннюю полость крышки 4 котла и газоход 13 поступают в систему теплообмена 12. В результате происходит теплообмен между горячими газами и жидким теплоносителем. Частичный теплообмен между продуктами горения и жидким теплоносителем происходит также в корпусе котла за счет наличия водоохлаждаемой рубашки 2. Надежная и эффективная работа котла обеспечивается также наличием адиабатических или близких к ним условий в зоне горения топлива.
Для реализации предложенного технического решения разработаны рабочие чертежи и изготовлен экспериментальный образец котла (см. фото рисунок 2). В настоящее время ведется монтаж котельной установки с экспериментальным образцом котла.