ТОПОЧНАЯ КАМЕРА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГОРЕНИЯ ДЛЯ БЫТОВЫХ ПЕЧЕЙ И КУХОННЫХ ПЛИТ
COMBUSTION CHAMBER OF HIGH-TEMPERATURE BURNING FOR DOMESTIC STOVES AND KITCHEN COOKERS

Изобретение относится к топочным камерам бытовых (отопительных и отопительно-варочных) печей и кухонных плит, может быть использовано в топочных камерах автономных водогрейных котлов, в которых в качестве топлива используется уголь.
Известны топочные камеры бытовых печей и кухонных плит (с водогрейными коробками, с духовками, подключаемые к отопительным щиткам, теплообменникам) [1; 2; 3; 4].
Бытовые печи и кухонные плиты бывают разного размера по длине; ширине (в зависимости от применяемой чугунной плиты); высоте и массе.
Топочные камеры в бытовых печах и кухонных плитах устроены одинаково. Топочная камера - пространство, где создаются оптимальные условия горения топлива, заключенное между стенками, снизу - подом с колосниковой решеткой, а сверху - перекрытием (чугунной плитой), в передней части установлена дверка, а в задней части - проем (хайло) для выхода дымовых газов из топочной камеры. Причем стенки могут выполняться из кирпичей или могут состоять из водогрейных коробок и духовки.
Из известных топочных камер наиболее близкой по технической сущности является топочная камера кухонной плиты (фиг.1 и 2).
В пространстве топочной камеры бытовых печей и кухонных плит происходит низкотемпературное горение и неполное горение угля, т.е. при горении угля между горящей частью угля и еще не горящей частью угля возникает приграничный слой, в котором уголь разделяется на летучую часть и твердый остаток (полукокс или кокс). Летучая часть состоит из углерода и водорода. При температуре 300-350°С воспламеняется и начинает гореть водород, но углерод еще не горит, так как он воспламеняется только при 700°С. Поэтому часть угля, не сгорая и не выделяя тепло, выходит из топочной камеры вместе с дымовыми газами в виде густого черного дыма, который несет с собой мельчайшие несгоревшие частицы угля, снижая КПД, увеличивая расход угля, оседая в отопительном щитке (теплообменнике), ухудшая экологию.
В процессе горения, с уменьшением летучей части угля, выход из трубы черного дыма уменьшается, а когда от угля останется твердый остаток (полукокс и кокс), т.е. бездымное топливо, то выход из трубы черного дыма прекращается, т.е. происходит процесс высокотемпературного и полного горения бездымного топлива (полукокса и кокса).
При догорании угля в топочной камере в нее добавляется оптимальное количество угля и процесс неполного горения угля повторяется.
Задача изобретения заключается в создании топочной камеры, в которой происходит высокотемпературное и полное горение угля.
Сущность изобретения заключается в том, что топочная камера, заключенная между стенками: снизу - подом с колосниковой решеткой, а сверху - чугунной плитой, спереди - дверкой топочной камеры, а в задней части - проемом, дополнительно содержит устройство, установленное между стенками, ниже чугунной плиты, над колосником.
Отличие предлагаемой топочной камеры от известной состоит в том, что внутри топочной камеры дополнительно установлено (фиг.3) устройство (1), которое имеет:
- вертикальные каналы для угля (10), предназначенные для перемещения угля вертикально вниз в топочную камеру.
- горизонтальные каналы для дымовых газов (13), предназначеные для нагревания угля в вертикальных каналах для угля (10).
- в передней части расположены вертикальные каналы для выделяемых газов и сажи (14), предназначенные для прохождения выделяемых газов и сажи вертикально вниз из пространства под чугунной плитой (8) в поддувало (15).
Технический результат от использования изобретения заключается в том, что в топочной камере происходит высокотемпературное и полное горение угля, т.е. из топочной камеры дымовые газы выходят без мельчайших несгоревших частиц угля, не засоряется отопительный щит (теплообменник), не выбрасываются в окружающую среду газы и сажа, повышается КПД и снижается расход угля.
Когда вертикальные каналы для угля (10) заполнены углем и при прохождении дымовых газов, по горизонтальным каналам для дымовых газов (13), уголь внутри вертикальных каналов для угля (10) нагревается, выделяются газы, сажа и остаются пластическая и вязкая масса.
Выделившиеся газы и сажа накапливаются в пространстве (8) под чугунной плитой и за счет тяги по вертикальным каналам для выделяемых газов и сажи (14) поступают в поддувало (15) и далее через колосниковую решетку (4) попадают в топочную камеру, вступают в реакцию процесса горения, выделяется дополнительное тепло и сгорают выделившееся газы и сажа.
Оставшаяся пластическая и вязкая масса при продолжении нагревания затвердевает, образуется спекшийся твердый остаток - полукокс или кокс (бездымное топливо).
При догорании топлива (уголь, полукокс или кокс) в топочной камере сверху вертикально вниз под собственной тяжестью топливо из вертикальных каналов для угля поступает в топочную камеру, продавливая золу под колосник, и вступает в процесс горения.
Таким образом, в топочную камеру (9) поступает не уголь, а полукокс или кокс, а из поддувала (15) через колосниковую решетку (4) поступает не только воздух, а выделившиеся газы и сажа. И начинается процесс высокотемпературного горения полукокса или кокса, а также выделивших газов и сажи в топочной камере. Происходит процесс высокотемпературного и полного горения угля.
На фиг.3 изображено устройство (1), установленное внутри пространства топочной камеры между стенками (2) и между чугунной плитой (3) и колосниковой решеткой (4). В передней части установлена дверка (5) топочной камеры, а в задней части устройства находится верхний проем (6) и нижний проем (7) для выхода дымовых газов. Устройство установлено так, что под чугунной плитой имеется пространство (8), а снизу под устройством, т.е. над колосниковой решеткой, остается пространство (9) для топочной камеры.
Конструкция устройства содержит:
- вертикальные каналы для угля (10) предназначены для перемещения угля вертикально вниз в топочную камеру и для запаса угля, и имеют вертикальные ребра жесткости во внутренней стороне и горизонтальные ребра жесткости во внешней стороне;
- горизонтальные каналы для дымовых газов (13) предназначены для нагревания угля в вертикальных каналах для угля (10);
- в передней части расположены вертикальные каналы для выделяемых газов и сажи (14), предназначенные для прохождения выделяемых газов и сажи вертикально вниз из пространства под чугунной плитой (8) в поддувало (15).
Причем вертикальные каналы для угля (10) и вертикальные каналы для выделившихся газов и сажи (14), а также пространство под чугунной плитой (8) герметично закрыты от горизонтальных каналов для дымовых газов (13).
Чтобы растопить печь, через дверку топочной камеры (5) на колосниковую решетку (4) кладут мелкие дрова или другую растопку, на которую накладывают крупные угли, и зажигают дрова. Когда они разгорятся, сверху загружают уголь, открыв кольца (16) чугунной плиты, и уголь по вертикальным каналам (10) для угля попадает в топочную камеру (9). Уголь загружают до заполнения углем вертикальных каналов для угля, а дверь поддувала (17) приоткрывают.
Дымовые газы из топочной камеры частично выходят из нижнего проема (7), а часть дымовых газов последовательно проходит по горизонтальным каналам для дымовых газов (13), омывая вертикальные каналы для угля (10) и нагревая уголь в вертикальных каналах для угля, и выходит через верхний проем (6). В течение некоторого времени происходит процесс неполного горения угля. Из трубы выходит черный дым.
По истечении некоторого времени, при нагревании угля, внутри вертикальных каналов для угля (10) из угля начинаются выделяться газы и сажа и накапливаться в пространстве под чугунной плитой (8). Выделяемые газы и сажа через вертикальные каналы для выделившихся газов и сажи (14) за счет тяги поступают в поддувало (15) и через колосниковую решетку (4) в топочную камеру (9). Выделившиеся газы и сажа вступают в реакцию процесса горения, выделяется дополнительное тепло. Выход из трубы черного дыма уменьшается.
При продолжении процесса горения в топочной камере (9) и нагревании угля в вертикальных каналах для угля (10) уголь, постепенно перемещаясь вниз в топочную камеру (9), поэтапно распадаясь, выделяет газы, сажу и, превращаясь в пластическую и вязкую массу, постепенно затвердевает, образуется спекшийся твердый остаток - полукокс и кокс (бездымное топливо).
Когда из вертикальных каналов для угля (10) в топочную камеру (9) начнет поступать не уголь, а полукокс и кокс, а из поддувала (15) в топочную камеру не только воздух, а выделившиеся газы, сажа и воздух, начинается процесс высокотемпературного горения, т.е. процесс полного сгорания угля в топочной камере. Происходит сжигание в топочной камере газов и сажи, поступающих из поддувала вместе с воздухом, т.е. процесс горения угля практически без вредных выбросов и сажи.
Таким образом, использование устройства позволяет бытовые печи и кухонные плиты топить углем, но в топочной камере будет происходить горение кокса или полукокса, а также сжигание выделившихся газов и сажи. При этом происходит высокотемпературное и полное горения угля, дымовые газы выходят без газов и сажи, почти прозрачным; повышается теплоотдача и КПД, а также экономичность.
Источники информации
1. Соснин Ю.П., Бухарин Е.Н. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома. Справочное пособие. М.: Стройиздат. 1993 - 384 с.
2. Печи и камины / авт-сост. A.M.Горбов. - М.: ACT; Донецк: Сталкер, 2007. - 234, /6/ с.: ил. - (Я строю дом).
3. Литавр В.В. Строим печь, камин, баню / В.В.Литавр. - 3-е изд. - Мн.: Соврем. шк., 2007. - 271 с.: ил.
4. Печи и камины / составитель Линь В.В. - М.: ООО «Аделант», 2007. - 192 с.