ТОПКА ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использована в конструкциях водогрейных котлов малой мощности.
Из уровня техники известны топки в конструкциях водогрейных котлов малой мощности, работающих преимущественно на твердом топливе (патент РФ №2376525 С1, дата приоритета 28.07.2008, дата публикации 20.12.2009, авторы: Поликарпов А.Н. и др., RU; патент РФ №2575591 С1, дата приоритета 29.07.2014, дата публикации 20.02.201 в, авторы: Захаров Г.А. и др., RU; патент РФ №70344 U1, дата приоритета 10.10.2007, дата публикации 20.01.2008, авторы: Вичкапов A.M. и др., RU; патент РФ №80538 U1, дата приоритета 15.08.2008, дата публикации 10.02.2009, авторы: Вичкапов A.M. и др., RU; патент РФ №205295 U1, дата приоритета 24.12.2020, дата публикации 07.07.2021, авторы: Поликарпова М.Г. и др., RU).
Общим недостатком указанных аналогов является невозможность использования их конструкций для сжигания водотопливной эмульсии.
Кроме топочных устройств твердотопливных котлов известно использование в водогрейных котлах горелочных устройств.
Известен водогрейный котел, включающий топку, заднюю и переднюю торцевые стенки, газоход и водотрубный теплообменник, образованный горизонтальными оребренными трубами, расположенными параллельно друг другу непосредственно в топке, причем трубы теплообменника снабжены спиральными турбулизаторами и расположены по ходу движения уходящих газов, причем в нижней и средней частях котла в один или два ряда, а в верхней части до пяти рядов в зависимости от мощности котла и требуемой максимальной температуры нагрева теплоносителя, при этом сообщение труб между собой осуществляется через переднюю поворотную и заднюю поворотно-распределительную камеры. Водогрейный котел характеризуется высоким КПД за счет, в том числе, большей площади полезных теплообменных поверхностей и объемов полезно используемого пространства котла (патент РФ №2628954 С1, дата приоритета 04.04.2016, дата публикации 23.08.2017, автор Хазиев Д.Н., RU).
Недостатком известного аналога является использование в теплообменнике труб со спиральными турбулизаторами, что усложняет изготовление поверхности нагрева теплообменного аппарата.
Известен водогрейный котел, который содержит камеру сгорания с каналами подвода топлива и воздушного потока, низкотемпературную секцию и высокотемпературную секцию, сообщенную с выходом топочной камеры, при этом нагревание воды в водогрейном котле производится в теплообменных секциях, сначала в низкотемпературной, далее в высокотемпературной, за счет теплоты топочных газов, при этом используется схема движения теплоносителей «перекрестный ток» (патент РФ №2697787 С1, дата приоритета 29.12.2018, дата публикации 19.08.2010, авторы: Якимович Ю.К., Злодеев Ю.Г., RU).
Недостатком данного аналога является невозможность использования его конструкции для сжигания водотопливной эмульсии.
Из уровня техники известны также водогрейные котлы, основанные на сжигании природного газа. Известен, например, принятый в качестве прототипа водогрейный котел, позволяющий снизить потребности водогрейного котла в углеводородном топливе и снизить его стоимость путем замещения части углеводородного топлива водородом, синтезированным из воды с применением низкотемпературного металлического катализатора воды. Для этого водогрейный котел содержит блок управления нагревом воды, воздушный насос, газовую камеру сжигания топлива и управляемую запорную арматуру. При этом в газовой камере установлены низкотемпературный преобразователь нагретой воды в водород, газовая горелка, теплообменник, свеча зажигания, воздухозаборник и датчик пламени горелки, а низкотемпературный преобразователь нагретой воды соединен с полостью теплообменника и с газовой горелкой через соответствующую запорную арматуру. Нагревание воды в теплообменнике осуществляется за счет сжигания топлива в газовой горелке, причем теплоносители движутся в газовой камере по схеме «перекрестный ток» (патент РФ №2723656 С1, дата приоритета 07.10.2019, дата публикации 17.06.2020, авторы: Боев С.Ф. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются: во-первых, ограниченное применение из-за сложности управления процессом, связанным с использованием низкотемпературного металлического катализатора воды, что затрудняет использование данной конструкции для отопления и горячего водоснабжения сельскохозяйственных предприятий; во-вторых, невозможность использования конструкции водогрейного котла для сжигания водотопливной эмульсии.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание топки водогрейного котла малой мощности для системы отопления и горячего теплоснабжения малых объектов, например, сельскохозяйственных ферм, конструкция которой обеспечивает подачу в топку и сжигание в ней водотопливной эмульсии, горючей составляющей которой могут служить, например, отходы кроличьих ферм.
Для решения технической проблемы предложена топка водогрейного котла малой мощности, представляющая собой камеру сжигания топлива, содержащую горелочное устройство, связанное со средствами подачи топлива и воздуха, и систему трубопроводов, обеспечивающую подачу холодной воды в камеру сжигания топлива, теплообмен и отвод горячей воды потребителю. Новым является то, что топка выполнена с возможностью сжигания водотопливной эмульсии, для подачи которой в камере сжигания топлива установлены две группы горелок, соединенных трубами между собой и со средством подачи топлива. Каждая группа горелок расположена вертикально по обе стороны топки для обеспечения встречного движения продуктов сгорания топлива. При этом горелки каждой из двух групп смонтированы в углах условного прямоугольника в стенках камеры, а между обеими группами горелок для осуществления теплообмена вертикально установлены горизонтальные теплообменные трубы в виде змеевиков, соединенные с нижним коллектором подачи холодной воды, являющейся нагреваемым холодным теплоносителем, и с верхним коллектором отвода горячей воды, нагреваемой продуктами сгорания топлива, распыляемыми с помощью подаваемого в горелки воздуха и являющимися греющим теплоносителем, при этом каждая горелка соединена каналами со средством подачи воздуха, кроме того, в камере сжигания топлива установлена решетчатая пластина, предназначенная для опоры змеевиков.
Согласно полезной модели, горизонтальные теплообменные трубы в виде змеевиков расположены в шахматном порядке.
Согласно полезной модели, водотопливная эмульсия в качестве горючей составляющей содержит отходы сельскохозяйственных ферм.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой топки водогрейного котла малой мощности, представленной на фиг.1; на фиг.2 показан разрез А-А на фиг. 1.
На чертежах приведены следующие обозначения:
1 - камера сжигания топлива;
2 - горелки для сжигания водотопливной эмульсии;
3 - горизонтальные теплообменные трубы в виде змеевиков;
4 - нижний коллектор холодной воды;
5 - верхний коллектор горячей воды;
6 - дверца для обслуживания;
7 - решетчатая пластина для опоры змеевиков.
Заявляемая топка водогрейного котла малой мощности представляет собой камеру сжигания топлива 1, выполненную прямоугольной конфигурации с возможностью сжигания водотопливной эмульсии, которая в качестве горючей составляющей содержит отходы сельскохозяйственных предприятий, например кроличьих ферм. Для подачи в топку указанной водотопливной эмульсии в камере сжигания топлива установлены две группы горелок 2, в качестве которых могут быть использованы стандартные горелки для сжигания жидкого и газообразного топлива, например, производства ЗАО "РУСΗ ИТ" (http://www.ingeo-2000.ru/gorelka %20proizvoditeli 28.html. Горелки 2 каждой группы соединены трубами между собой и со средством подачи топлива, например насосом (не показано). Каждая группа горелок расположена вертикально по обе стороны топки для обеспечения встречного движения продуктов сгорания топлива. При этом горелки каждой из двух групп смонтированы в стенках камеры сжигания топлива 1, в углах условного прямоугольника, а к каждой из них подведены каналы, соединенные со средством подачи воздуха, в частности с вентилятором (не показано). Между обеими группами горелок 2 для осуществления теплообмена вертикально установлены горизонтальные теплообменные трубы в виде змеевиков 3, которые расположены в шахматном порядке для интенсификации теплообмена. Змеевики 3 соединены с нижним коллектором 4 холодной воды, поступающей из трубопровода и являющейся нагреваемым холодным теплоносителем. Сверху змеевики 3 соединены с верхним коллектором 5 горячей воды, нагреваемой продуктами сгорания топлива, которые являются греющим теплоносителем и распыляются с помощью подаваемого в горелки воздуха. Вместе с тем, верхний коллектор 5 горячей воды связан трубопроводом с потребителем. Для обслуживания топки предусмотрена дверца 6. Решетчатая пластина 7 служит опорой для змеевиков.
Таким образом, предлагаемая конструкция топки водогрейного котла обеспечивает движение греющего и нагреваемого теплоносителей по схеме «перекрестный ток», а поверхность нагрева омывается встречными потоками продуктов сгорания, что способствует интенсификации теплообмена между теплоносителями.
Для организации процесса горения и работы предлагаемой топки водогрейного котла малой мощности используются установленные на противоположных сторонах камеры сжигания топлива 1 горелки 2, в которые в качестве топлива поступает водотопливная эмульсия, горючей составляющей которой являются отходы сельскохозяйственных предприятий, например, кроличьих ферм. Подача указанной водотопливной эмульсии осуществляется по трубопроводу с помощью насоса. Одновременно с подачей топлива к горелкам 2 по каналам от вентилятора подводится воздух, необходимый для процессов горения и распыления продуктов сгорания. Поток исходной воды из трубопровода и нижнего коллектора воды 4 подается в змеевики 3, смонтированные между группами горелок 2 в несколько рядов в шахматном порядке и образующие поверхность нагрева, которая омывается встречными потоками продуктов сгорания. При этом в процессе теплообмена происходит движение греющего и нагреваемого теплоносителей по схеме «перекрестный ток», способствующей интенсификации теплообмена между теплоносителями. Нагретая в змеевиках 3 вода поступает в верхний коллектор воды 5 и далее по трубопроводу к потребителю.
Технико-экономическое преимущество предлагаемой топки водогрейного котла малой мощности заключается в упрощении ее конструкции, а также в обеспечении утилизации отходов сельскохозяйственных предприятий, способствующей улучшению экологии и экономии природных ресурсов.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в возможности функционирования топки водогрейного котла при сжигании в ней водотопливной эмульсии, содержащей в качестве горючей составляющей отходы сельскохозяйственных ферм.