КАМЕРА СГОРАНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНОГО КОТЛА

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается камеры сгорания твердотопливного котла, работающего преимущественно на биотопливе в виде пеллет.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является «Камера сгорания твердотопливного котла», защищенная патентом RU 140082 U1, кл. F23M 5/00, опубл. 27.04.2014 г., принятая за ближайший аналог (прототип).
Камера сгорания твердотопливного котла по прототипу содержит вертикальный экран, выполненный в виде металлического цилиндра с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания, патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания, и сопла для истечения вторичного воздуха внутри камеры сгорания. Вторичный воздух через патрубок подается внутрь экрана, где распределяется, нагревается и через сопла истекает внутрь камеры сгорания.
Преимуществами и общими признаками с предлагаемой полезной моделью является то, что выполнение экрана с двойными герметичными стенками способствует снижению потерь тепла, в результате чего температура в камере сгорания приближается к максимально возможной, что обеспечивает более полное сгорание топлива.
Однако, прототип не лишен недостатков. Воздух поступает через патрубок внутрь экрана радиально, в одном месте, и соответственно распределяется внутри экрана не равномерно. Скорость истечения воздуха через различные сопла определяется расстоянием от патрубка до сопла по сложной нелинейной зависимости, которая дополнительно меняется в зависимости от общей величины расхода воздуха. Например, при малой подаче воздуха, сопла близкие к патрубку имеют больший расход в сравнении с соплами, расположенными на противоположной стороне экрана. При большой подаче воздуха, за счет появления стоячих волн воздуха внутри экрана, наибольшее истечение воздуха имеют сопла, расположенные на противоположной стороне экрана. Такое постоянное перераспределение потоков истечения вторичного воздуха не позволяют оптимизировать процесс горения. Для того, чтобы при любом варианте распределения вторичного воздуха через различные сопла, процесс горения был удовлетворительным, приходится подавать лишний воздух, что ведет к уменьшению КПД котла.
Кроме того, вторичный воздух подогревается внутри экрана недостаточно. Чтобы воздух поступал более-менее равномерно ко всем соплам, расстояние между внутренней и внешней стенками экрана должно быть достаточно большое. Поэтому значительная часть вторичного воздуха перемещается на расстоянии от горячих стенок и не снимает с них тепло. Недостаточный нагрев вторичного воздуха снижает долю кислорода, прореагировавшего в камере сгорания, что ведет к уменьшению КПД котла.
В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование конструкции камеры сгорания твердотопливного котла.
Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении необходимого объема вторичного воздуха и повышении КПД котла.
Поставленная задача достигается тем, что камера сгорания твердотопливного котла, содержащая вертикальный экран, выполненный в виде металлического цилиндра с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания, патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания и сопла для истечения вторичного воздуха внутри камеры сгорания, дополнительно содержит радиатор, выполненный в виде металлического цилиндра, установленный между двойными герметичными стенками экрана, напротив сопел для истечения вторичного воздуха с образованием кольцевых зазоров между внутренней и внешней стенками экрана, при этом кольцевой зазор между радиатором и внешней стенкой экрана выполнен больше, чем кольцевой зазор между радиатором и внутренней стенкой экрана.
На фиг. 1 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, вертикальный разрез.
На фиг. 2 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, горизонтальный разрез.
Конструктивно камера сгорания твердотопливного котла на фиг. 1, 2 содержит:
1 - патрубок подачи вторичного воздуха;
2 - вертикальный экран;
3 - внешнюю стенку экрана;
4 - внутреннюю стенку экрана;
5 - сопла истечения вторичного воздуха;
6 - радиатор.
Экран 2 выполнен в виде металлического цилиндра, содержит герметичные внешнюю 3 и внутреннюю 4 стенки, высота которых равна высоте камеры сгорания.
Радиатор 6, выполненный в виде вертикального металлического цилиндра, установленный между двойными герметичными стенками экрана, напротив сопел для истечения вторичного воздуха, с образованием кольцевых зазоров между внешней 3 и внутренней 4 стенками экрана 2.
При этом кольцевой зазор между радиатором 6 и внешней стенкой 3 экрана 2 выполнен больше, чем кольцевой зазор между радиатором 6 и внутренней стенкой 4 экрана 2.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Через патрубок 1 вторичный воздух подается внутрь вертикального экрана 2. Вторичный воздух равномерно распределяется внутри экрана 2 за счет большого расстояния между внешней стенкой 3 экрана 2 и радиатором 6, и затем, проходя через небольшой зазор между радиатором 6 и внутренней стенкой 4 экрана 2, снимает с них тепло. При этом радиатор 6 от вторичного излучения стенок 3, 4 экрана 2 сильно разогревается и выполняет одновременно роль дефлектора и нагревательного элемента.
Минимальную величину зазора между внутренней стенкой 4 экрана 2 и радиатором 6 можно определить из уравнения неравенства площади сечения сопла и цилиндра, образованного вокруг кромки отверстия сопла:
π×R×R<2π×R×S, или после сокращения S>R/2, где
R - радиус сопла, мм;
S - зазор между внутренней стенкой 4 экрана 2 и радиатором 6, мм;
π - постоянная, π=3,14…
Сравнительные испытания показали, что при установке радиатора количество прореагировавшего кислорода в дымовых газах твердотопливного котла увеличилось более чем на 1% (соответственно количество остаточного кислорода уменьшилось более чем на 1%), что привело к росту КПД котла на полпроцента. Количество угарного газа сократилось.