ТОПКА ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА
HOT WATER BOILER FURNACE

Изобретение относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности.
Известен водогрейный котел, содержащий бункер для топлива, топку с шурующей планкой, топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, систему шлакоудаления и золоулавливания, а также зоны радиационного и конвективного теплообмена. Водогрейный котел предназначен для выработки тепловой энергии для систем теплоснабжения зданий и сооружений при сжигании каменного угля и работает с принудительной циркуляцией воды при рабочем давлении до 0,6 МПа и температурой нагрева воды до 95°С. Радиационная поверхность топочной камеры и двух ступеней конвективных поверхностей обеспечивают передачу тепла сгорающего топлива воде, принудительно циркулирующей по трубам, образующим эти поверхности. Наружная обмуровка котла предотвращает утечку тепла. См. справочник по котельным установкам малой производительности под редакцией К.Ф.Роддатиса. М.: Энергоатомиздат, 1989 год, стр.266-267.
К недостаткам известной конструкции котлов можно отнести нестабильность процессов сгорания топлива во времени. После загрузки топлива во время выхода летучих возникает недостаток воздуха, что способствует образованию сажи и создает взрывоопасные условия в зонах радиационного и конвективного теплообмена котла. Возникает противоречие - для того чтобы улучшить и увеличить полноту сгорания топлива необходимо подать в зону горения топлива большее количество воздуха. Но при большей подаче воздуха возрастают потери тепла с уходящими из котла газами. К тому же, из-за отсутствия возможности поступления свежего воздуха ко всему объему сгорающего топлива возникают потери тепла от недожигания и неполного сгорания топлива и соответственно низкий коэффициент полезного действия.
Известны более совершенные водогрейные котлы ДСЕ-1,6-14С, УСШВ-1,5-14С, выпускаемые ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» - прототип, см. каталог «Котлы и котельно-вспомогательное оборудование ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» ЦНИИТЭИтяжмаш, Москва 1999 год, с.94-95, содержащие топку с колосниками в основании, шурующей планкой (рис.71) механической, моноблочной, предназначенной для сжигания каменных и бурых углей, топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, системы шлакоудаления и золоулавливания. Тепловой воздушно-газовый поток из зоны радиационного теплообмена последовательно переходит к пучкам труб конвективного теплообмена. Известные котлы имеют возможность модернизации под другие, в том числе нетрадиционные, виды топлива.
К недостаткам водогрейного котла - прототипа - можно отнести то, что котел имеет достаточно сложную конструкцию, низкую эффективность сгорания угля, низкую надежность работы шурующей планки, в том числе и при использовании спекающихся углей, потери тепла.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности упрощение конструкции котла, повышение эффективности сгорания топлива и повышение надежности работы топки и котла в целом.
Поставленная настоящим изобретением техническая задача достигается тем, что колосники в системе подачи топлива выполнены, по меньшей мере, в виде четырех последовательно и внахлест шарнирно смонтированных поперечных рядов колосников, которые, например нечетные, смонтированы на штанге и кинематически связаны с приводом, а четные жестко связаны с неподвижным основанием топки, при этом на наружной поверхности колосников выполнено, по крайней мере, по одному выступу, окно для выгрузки золы, выполненное на основании, снабжено шарнирно смонтированным колосником маятникового типа с противовесом, при этом топка дополнительно снабжена каналом подачи воздуха в зону выхода топлива из бункера.
В каждом ряду колосников топки выступы на наружной поверхности, по меньшей мере, выполнены на двух колосниках.
Выступы на наружной поверхности четных и нечетных рядов колосников выполнены несовпадающими по продольной линии возвратно поступательного перемещения колосников.
Высота выступов колосников на наружной поверхности выполнена 0,5-1,0 максимальной высоты слоя угля, находящегося на колосниках топки.
Нагнетание воздуха к горящему слою топлива осуществляется при помощи, по меньшей мере, двух зон дутья, снабженных заслонками, регулирующими объемы подачи воздуха в каждую зону.
Наклон колосников к горизонтали выполнен от 10 до 30 градусов.
Бункер для угля смонтирован над первыми рядами четных и нечетных колосников.
Между продольными сторонами контактирующих друг с другом колосников в каждом поперечном ряду выполнено, по крайней мере, по одному отверстию.
Новизной предложенного водогрейного котла является выполнение колосников в системе подачи топлива, по меньшей мере, в виде четырех последовательно и внахлест шарнирно смонтированных поперечных рядов колосников, которые, например нечетные, смонтированы на штанге и кинематически связаны с приводом, а четные жестко связаны с неподвижным основанием топки, при этом на наружной поверхности колосников выполнены, по меньшей мере, два выступа, окно для выгрузки золы, выполненное на основании топки, снабжено шарнирно смонтированным колосником маятникового типа с противовесом, при этом топка дополнительно снабжена каналом подачи воздуха в зону выхода топлива из бункера.
Указанные признаки являются новыми, неочевидными, промышленно выполнимыми, дающими неожиданный дополнительный положительный эффект разрушения закоксовавшегося (спекшегося) слоя угля в процессе его перемещения по топке без вмешательства оператора, обеспечения дополнительного дожигания угля на колосниковой решетке, направлены на достижение поставленной изобретением задачи упрощения конструкции котла и повышение эффективности сгорания топлива и надежности его работы.
Так, при возвратно-поступательном перемещении колосников топки твердое топливо - уголь, легко перемещается по траектории движения колосников, совершая при этом движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях, обеспечивая одновременно разрыхление поверхности слоя угля и обеспечивая интенсивный доступ кислорода воздуха ко всему объему сгорающего топлива. Наличие на колосниках выступов и попеременного подъема и опускания слоя угля за счет перемещения подвижных колосников способствует разламыванию склонного к спеканию слоя угля и эффективному его сгоранию, включая догорание угля на колоснике маятникового типа. Наличие дополнительного канала подачи воздуха в зону выхода топлива из бункера создает условия, предотвращающие перегрев стенки котла, обращенной к бункеру, обеспечивает дополнительную просушку топлива и увеличивает количество подаваемого в топку воздуха.
Признаки выполнения выступов нечетных и четных колосников несовпадающими или совпадающими по продольной линии возвратно поступательного их перемещения, выполнение в каждом ряду колосников топки выступов на наружной поверхности, по меньшей мере, на двух колосниках, выполнение выступов колосников на наружной поверхности 0,5-1,0 максимальной высоты слоя угля, находящегося на колосниках топки, наклон колосников к горизонтали от 10 до 30 градусов, а также нагнетание воздуха к горящему слою топлива при помощи, по меньшей мере, двух зон дутья, снабженных заслонками, регулирующими объемы подачи воздуха в каждую зону, монтаж бункера для угля над первыми рядами четных и нечетных колосников и выполнение между продольными сторонами колосников в каждом поперечном ряду, по крайней мере, по одному отверстию - являются признаками дополнительными, способствующими достижению поставленной изобретением технической задачи, раскрывающими конкретное конструктивное исполнение основных признаков топки. Так наличие, совпадение или несовпадение выступов колосников в продольном направлении, их высота, наклон и чередование позволяют разрушить склонное к спеканию топливо при его перемещении по поперечным рядам колосников топки, способствуют перемешиванию топлива, что сказывается на эффективности сгорания топлива, на эффективности работы топки и котла в целом. Наличие нескольких зон подачи дутья позволяет менять режимы сжигания угля - при подаче, например, большего количество воздуха в начало топки интенсифицировать процесс сгорания в начале и наоборот. Наличие дополнительных отверстий между боковыми поверхностями колосников обеспечивает лучший доступ воздуха ко всему объему сгорающего топлива.
На фиг.1 схематично представлена предлагаемая топка водогрейного котла - продольное сечение А-А.
На фиг.2 - поперечное сечение Б-Б по предтопку с дополнительными каналами подачи воздуха.
На фиг.3 показан фрагмент колосника с одним выступом на наружной поверхности.
На фиг.4 показаны отверстия между боковыми сторонами колосников.
Предлагаемая в качестве изобретения топка водогрейного котла состоит из основания 1, на котором смонтированы поперечными рядами подвижные 2 и неподвижные 3 колосники со штангой 4. На основании 1 установлен бункер 5, штанга 4, привод 6. На наружной поверхности колосников 2 и 3 выполнены выступы 7 для разламывания склонного к спеканию угля. Из бункера 5 уголь опускается на колосники 2 и 3. Толщину слоя угля на поперечных рядах колосников 2 и 3 регулируют при помощи заслонки-ограничителя 8, смонтированной на бункере 5 перед предтопком 9. На основании 1 в конце топки выполнено окно 10 для выгрузки золы, которое закрывается при помощи шарнирно смонтированного колосника 11 маятникового типа с противовесом 12. Подача воздуха в топку осуществляется при помощи, по меньшей мере, двух зон дутья 13 и 14 (показаны три зоны, третья зона 15), снабженные заслонками 16 и 17. Дополнительные каналы 18 и 19 подачи воздуха в предтопок смонтированы с боков топки и связаны с одной из двух зон дутья, например с зоной дутья 13. Отверстия 20 между боковыми поверхностями колосников образованы полуовалами, выполненными на боковых сторонах колосников напротив друг друга, которые обеспечивают дополнительную подачу воздуха к горящему топливу.
Предлагаемая топка водогрейного котла работает следующим образом.
Из бункера 5 топливо под действием собственного веса поступает на колосники 2 и 3, находящиеся в начале топки под бункером. При включении привода 6 штанги 4 последняя начинает выполнять возвратно-поступательные перемещения, порционно колосниками 2 и 3 перемещая уголь вглубь топки. При этом в предтопок 9 за бункером 5 по дополнительным каналам 18 и 19 подается воздух, охлаждая стенку бункера 5, обращенную к топке котла, и предотвращая ее коробление и возможное прогорание. Далее топливо при периодическом воздействии на него подвижных (нечетных) 2 и неподвижных (четных) 3 колосников и выступов 7 продолжает гореть и перемещаться по топке. В случае использования угля, склонного к спеканию во время горения, выступы 7 и колосники 2 и 3 обеспечивают эффективное разламывание спекшегося слоя угля и обеспечивают его интенсивное горение. Разламыванию слоя угля способствуют выступы 7, смонтированные несовпадающими, или в вариантном исполнении совпадающими по продольной линии возвратно-поступательного перемещения колосников 2 и 3. Выполнение выступов колосников на наружной поверхности 0,5-1,0 максимальной высоты слоя угля, находящегося на колосниках топки, позволяет эффективно разламывать начинающий спекаться уголь. Так, при высоте выступов менее 0,5 высоты слоя угля может возникать ситуация, когда поверхностный слой угля не разрушается, а при высоте большей, чем высота слоя угля, высоту выступов увеличивать нецелесообразно. Выполнение наклона колосников к горизонтали от 10 до 30 градусов позволяет эффективно с заданной скоростью в соответствии со скоростью сгорания угля получать от сгорания оптимальную теплоотдачу.
Монтаж бункера для угля над первыми рядами четных и нечетных колосников позволяет, начиная с первых порций угля, поступающих из бункера, дозированно подавать уголь вглубь топки до его полного сгорания.
Выполнение между продольными сторонами контактирующих друг с другом колосников в каждом поперечном ряду, по крайней мере, по одному отверстию, образованному полуовалами, выполненными на противоположных боковых сторонах колосников, способствует лучшей подаче (нагнетанию) воздуха в топку и соответственно способствует лучшему сгоранию угля.
По мере перемещения угля по топке, недогоревший уголь и зола колосниками сдвигаются на колосник 11 маятникового типа. Как только вес накопившейся на колоснике 11 золы превысит вес противовеса 12, колосник 11 на короткое время опрокидывается. В это время с колосника 11 зола ссыпается и под действием противовеса 12 колосник вновь закрывает окно 10 для удаления золы. В каждом ряду колосников топки выступы на наружной поверхности, по крайней мере, выполнены на двух колосниках.
Для обеспечения интенсивного горения топлива в топочную камеру вентилятором подается (нагнетается) воздух через несколько зон дутья 13 и 14. На чертеже показано три зоны дутья (третья зона 15). Объемы подачи воздуха регулируются заслонками 16 и 17. В случае если топливо в топке сгорает не полностью, то подачу воздуха в зону дутья 14 (или 15) увеличивают. Поскольку зон дутья может быть и 3, и 4, и более, то процесс дожигания угля осуществляют изменениями в подаче воздуха в топку по зонам дутья.
В настоящее время на предлагаемую топку водогрейного котла на предприятии разработаны рабочие чертежи, отработана технология изготовления и изготовлено несколько опытных образцов топок, которые для проверки надежности и эффективности работы переданы на ряд предприятий для испытания и эксплуатации. После получения информации о работе опытных образцов котлов будет принято решение об организации их производства.