КОТЕЛ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к области отопления, а именно к устройствам и способам сжигания топлива в твердотопливных котлах [F23B 1/02, F23B 60/00, F24H 1/0063, F24H 1/08, F24H 1/22, F24H 1/38, F23L 9/02].
Из уровня техники известен ВОДОГРЕЙНЫЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ [RU 183190 U1, опубл.: 13.09.2018], содержащий корпус, выполненный в виде вертикально установленного бака, в котором выполнена камера сгорания твердого топлива над водяным колосником, полость для подачи теплоносителя и отвода его потребителю, устройство для подачи воздуха и распределения его в камере сгорания - воздуховод, теплообменник с расположенным под ним зольником, в камере сгорания расположен по меньшей мере один газоход, выход которого выведен в верхнюю часть камеры сгорания, и дверка для загрузки топлива, а в нижней части расположена топка с колосниковой решеткой и воздуховодами дополнительного воздуха, отличающийся тем, что воздуховод и форсунки для подачи воздуха расположены по периметру камеры сгорания, при этом воздуховод, расположен вдоль вертикальных боковых стенок корпуса котла, и соединен форсунками для подачи воздуха с камерой сгорания, а вход воздуховода расположен под колосниками, угловые форсунки для подачи воздуха в камеру сгорания расположены по углам камеры сгорания и имеют диаметр 12 мм, а боковые форсунки расположены в боковых стенках котла и проходят через водяную рубашку и имеют диаметр 15 мм, а поддувальное пространство выполняет роль ресивера, что уравнивает давление воздуха на форсунках, в верхней части камеры сгорания расположены жаровые трубы, теплообменник выполнен в виде вертикально и горизонтально установленных баков, под которым расположен зольник, снабженный зольным люком, теплообменник присоединен к подающей линии трубы для подачи в него нагреваемой воды и обратной линии трубы для отвода нагретой воды, которые расположены в боковых стенках котла, для возврат теплоносителя в котел двумя путями, при этом патрубок подачи теплоносителя в систему выполнен из трубы диаметром 40 мм, а патрубок возврата из системы отопления 32 мм.
Недостатком аналога является низкая эффективность от сгорания топлива, обусловленная малой площадью теплообменников и выполнением форсунок для подачи воздуха только по периметру камеры сгорания, что снижает качество сгорания твердого топлива в центре камеры сгорания.
Также известен ВОДОГРЕЙНЫЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ С ПРОДОЛЖИТЕЛЬНЫМ ГОРЕНИЕМ [UA89303 (U), опубл.: 10.04.2014], включающий корпус с двойной стенкой и полостью для заполнения водой, при этом по меньшей мере одна стенка корпуса выполнена толщиной не менее 4 мм, камера сгорания, два воздуховода с независимым наружным отверстия с направляющими, выполненными с возможностью ручного управления размерами отверстия, при этом один воздуховод включает в себя коробку для забора воздуха, соединенную с промежуточным объемом для нагрева воздуха, с устройством для подачи воздуха со съемным воздухораспределителем и другим воздуховодом оборудован возможностью подачи воздуха в нижнее топливо, подключено к промежуточному объему для нагрева воздуха с отверстием с ползунком для контроля размеров отверстия или его закрытия, электронным блоком управления, противопожарной решеткой. Котел устроен с возможностью или снятия и установки пожарной решетки, отверстие для выпуска дыма, оснащенное контроллером изменения поперечного сечения отверстия, отверстие для загрузки топлива и отверстие для удаления золы с дверцами. Дверцы отверстий для загрузки топлива и удаления золы выполнены двойными, с размещенным в полости образованным нагревателем, отверстия для впуска рабочей жидкости и выхода рабочей жидкости с патрубками, днище прикреплено к корпусу, выполненному с возможностью установки котла с пространством от пола, например, на ножках. При этом на коробке воздухозаборника установлен турбонагнетатель, который подключен к электронному блоку управления, устройство подачи воздуха выполнено съемным и установлено с возможностью подъема и опускания через блок роликов, воздухораспределитель выполнен с возможностью его использования для различных видов топлива, а в центральной секции он предназначен для погружения в топливо с утолщенными стенками и отверстием для подачи топлива, а также с возможностью подачи воздуха в топливо вдоль зоны горения. как минимум с четырех сторон. Противопожарная решетка расположена со свободным пространством на внутренней стороне, дверцы отверстий для загрузки топлива и удаления золы расположены как управляемые, с возможностью контроля герметичности при закрытии, а внизу во внутренней секции котла слой теплоизоляционного огнеупорного материала помещают, в основном, из огнеупорных кирпичей. Котел укомплектован предохранительными клапанами для слива избыточного давления и слива воздуха для установки на патрубке отверстия выхода рабочей жидкости.
Недостатком аналога является низкая эффективность сжигания топлива в указанном котле, обусловленная необходимостью регулирования подачи воздуха в зону сгорания топлива вручную. Также описанный котел обладает низкой надежностью и ремонтопригодностью, обусловленные тем, что центральный воздуховод имеет сложную конструкцию и малый срок службы из-за его протяженности по центру вдоль всей камеры сгорания с максимальными температурами.
Наиболее близким по технической сущности является ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ [RU 196392 U1, опубл.: 27.02.2020], содержащий корпус, камеру сгорания с окном подачи топлива, емкость теплоносителя, дымовую трубу, вентилятор и контроллер, отличающийся тем, что корпус котла содержит внутреннюю и наружную оболочки, образующие по контуру и в верхней части котла емкость теплоносителя, соединенную с системой отопления входным и выходным патрубками, внутри котел содержит камеры теплового обмена, сгорания и зольную, камера теплового обмена соединена с емкостью теплоносителя и отделена от камеры сгорания теплообменными каналами, зольная камера в нижней части котла отделена от камеры сгорания полыми колосниками, сообщающими собой емкость теплоносителя в передней и задней частях котла, отверстие подачи воздуха со смонтированным на не вентилятором соединено каналом с зольной камерой, при этом вентилятор снабжен клапаном, в передней части напротив каждой из камер котла выполнены прямоугольные отверстия, оборудованные дверцами, вентилятор соединен с контроллером, к входу контроллера подключен температурный датчик.
Основной технической проблемой прототипа является недостаточное соотношение участвующего в сгорании воздуха, выступающего в качестве окислителя к объему топлива для создания стехиометрической горючей смеси и обеспечения условий для сжигания максимального количества топлива, а также сложностью перемешивания топлива по центру камеры сгорания с воздухом.  Указанная проблема обусловлена тем, что воздух в камеру сгорания котла подается снизу, через колосники, а основной процесс сгорания топлива осуществляется сверху, куда доступ воздуха ограничен объемом топлива.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Технический результат полезной модели заключается в повышении полноты сгорания топлива и коэффициента полезного действия котла.
Указанный технический результат достигается за счет того, что котел длительного горения, содержащий корпус котла с двойной стенкой, образующих емкость теплоносителя, камеры сгорания, теплообмена и зольную камеры с окнами, снабженными дверцами, теплообменники в камере теплообмена и полые колосники между зольной камерой и камерой сгорания, соединенные с емкостью теплоносителя, трубы для отвода дымовых газов, подачи и выпуска теплоносителя и подачи воздуха, вентилятор, контроллер, отличающийся тем, что внутри корпуса по углам и по центру в камере сгорания вертикально вверх смонтированы периферийные и центральный воздуховоды, снабженные форсунками, направленными внутрь камеры сгорания для подачи воздуха внутрь камеры сгорания из зольной камеры.
В частности, нижняя часть периферийных воздуховодов выполнена с небольшим зазором от колосников и расширяющейся с возможностью препятствования попадания в воздуховоды частиц топлива, шлака или золы.
В частности, центральный воздуховод дополнительно содержит, по крайне мере, по одному горизонтальному и вертикальному каналу.
В частности, форсунки в верхней части горизонтального канала центрального воздуховода закрыты защитным кожухом, выполненным с зазором от упомянутого канала, достаточным для прохождения воздуха и препятствующим попаданию в воздуховоды частиц топлива, шлака или золы.
В частности, центральный воздуховод выполнен съемным.
В частности, соединение центрального воздуховода с колосниками выполнено пазошиповым.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан общий вид котла длительного горения.
На фиг.2 показан общий вид котла длительного горения в разрезе.
На фиг.3 показан общий вид сзади котла длительного горения.
На фиг.4 показан вид сбоку центрального воздуховода.
На фиг.5 показан вид спереди центрального воздуховода.
На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - емкость теплоносителя, 3 - камера теплового обмена, 4 - камера сгорания, 5 - зольная камера, 6 - теплообменные каналы, 7 - колосники, 8 - отверстие для отвода дымовых газов, 9 - шиберная задвижка, 10 - канал подачи воздуха, 11 - патрубок подачи теплоносителя, 12 - патрубок выпуска теплоносителя, 13 - загрузочная дверца, 14 - дверца для чистки конвекционных каналов, 15 - дверца для удаления золы и шлака, 16 - шарнирные петли, 17 - ручки с замковыми устройствами, 18 - теплоизоляция, 19 - периферийные воздуховоды, 20 - юбка, 21 - центральный воздуховод, 22 - горизонтальный канал, 23 - вертикальный канал, 24 - прорези, 25 - защитный кожух, 26 - опоры-перемычки, 27 - форсунки, 29 - опоры, 30 - патрубок аварийного клапана. Центральный воздуховод 21 выполнен съемным для чего в нижней части горизонтального канала 22 выполнены шипы для размещения их между колосниками 7.
Осуществление полезной модели.
Котел длительного горения содержит корпус 1 котла с двойной стенкой, образующей по периметру и в верхней части емкость теплоносителя 2. Внутри котла сверху вниз выполнены камеры теплового обмена 3, сгорания 4 и зольная 5. Камера теплового обмена 3 соединена с емкостью теплоносителя 2 и отделена от камеры сгорания 4 теплообменными каналами 6 количество которых зависит от тепловой мощности котла. Зольная камера 5 в нижней части котла отделена от камеры сгорания 4 полыми колосниками 7, соединяющими между собой емкость теплоносителя 2 в передней и задней частях котла. В верхней задней части котла выполнено отверстие для отвода дымовых газов 8, снабженное шиберной задвижкой 9. В нижней части котла выполнен канал подачи воздуха 10 сообщенный с зольной камерой 5.
Котел снабжен патрубками подачи 11 и выпуска теплоносителя 12, выполненные в нижней части котла, загрузочной дверцой 13, дверцой для чистки конвекционных каналов 14 и дверцой для удаления золы и шлака 15, при этом дверцы 13-15 выполнены газоплотными. Дверцы 13-15 снабжены шарнирными петлями 16 и ручками с замковыми устройствами 17. Над отверстием подачи воздуха, выполненном в канале подачи воздуха 10 смонтирован центробежный вентилятор (на фигурах не показан) наддува воздуха в зольную камеру 5.
Снаружи корпуса 1 котла смонтирована теплоизоляция 18.
Новым является то, что внутри камеры сгорания 4 по углам смонтированы периферийные воздуховоды 19, а по центру камеры сгорания 4 между колосниками 7 смонтирован центральный воздуховод 21. Каждый из периферийных воздуховодов 19 образован стенками корпуса 1 котла и передней стенкой упомянутого воздуховода (на фигурах не показана) соединяющей стенки корпуса 1. В нижней части периферийных воздуховодов 19 с зазором от колосников 7 выполнена юбка 20 с возможностью препятствования попаданию в воздуховоды 19 частиц топлива, шлака или золы.
Центральный воздуховод 21 содержит сообщенные горизонтальный 22 и вертикальный 23 каналы, при этом вертикальный канал 23 смонтирован вверх от горизонтального канала 22. Вдоль горизонтального канала 22, по крайней мере, сверху и снизу выполнены прорези 24 для циркуляции сквозь них из зольной камеры 5 в камеру сгорания 4 воздуха. Верхняя прорезь 24 защищена от частиц топлива, золы или шлака защитным кожухом 25, смонтированным на горизонтальном канале 22 на вертикальных опорах-перемычках 26. В воздуховодах 19 и вертикальном канале 23 центрального воздуховода 21 выполнены форсунки 27.
Центральный воздуховод 21 выполнен съемным, для чего в нижней части горизонтального канала 22 выполнены шипы для размещения их между колосниками 7 (соединение центрального воздуховода с колосниками выполнено пазошиповым).
Периферийные воздуховоды 19 снизу и горизонтальный канал 22 центрального воздуховода с торцов выполнены открытыми. Сверху периферийные воздуховоды 19 и вертикальный канала 23 центрального воздуховода 21 выполнены закрытыми.
Центробежный вентилятор соединен с блоком управления (на фигурах не показан), к информационным входам которого подключен температурный датчик (на фигурах не показан). Блок управления выполнен с возможностью регулировки температуры теплоносителя путем изменения в автоматическом режиме воздушной тягой под областью горения топлива, создаваемой центробежным вентилятором.
Котел снабжен циркуляционным насосом и клапаном сброса избыточного давления (на фигурах не показаны), смонтированных на подающей магистрали в непосредственной близости от патрубка подачи 11 теплоносителя. Циркуляционный насос подключен к системе резервного питания, выполненной в виде инвертора, автоматического зарядного устройства и аккумулятора (на фигурах не показаны).
Котел установлен на опорах 29.
В верхней части корпуса котла смонтирован патрубок аварийного клапана 30 сброса давления.
Котел длительного горения используют следующим образом.
Перед розжигом топлива проверяют наличие теплоносителя в емкости теплоносителя 2 и при необходимости доливают теплоноситель до требуемого уровня. Проверку уровня теплоносителя также осуществляют в процессе длительного горения котла. Проверяют наличие золы и шлака в зольной камере 5 и при необходимости очищают колосники 7 и зольную камеру 5 через открытую дверцу для удаления золы и шлака 14 от золы и шлака.
Закрывают дверцы для чистки конвекционных каналов 13 и удаления золы и шлака 14. Загружают в камеру сгорания 4 через загрузочную дверцу 12 топливо и поджигают его, после чего плотно закрывают загрузочную дверцу 12.
Включают контроллер и выставляют рабочую температуру теплоносителя. После появления тяги включают с контроллера центробежный вентилятор. При уменьшении температуры теплоносителя на выходе из котла контроллер подает сигнал на включение центробежного вентилятора. От центробежного вентилятора воздух по каналу подачи воздуха 10 поступает в зольную камеру 5. Из зольной камеры 5 воздух между колосниками 7, по периферийным воздуховодам 19 через форсунки 27 и по горизонтальному 22 и вертикальному 23 каналам центрального воздуховода 21 через прорези 24 подают соответственно по краям и в центр объема сжигаемого топлива, обеспечивая качественное перемешивание топлива с воздухом по всему объему камеры сгорания. Воздух, попадая в топливо вступает с ним в окислительную реакцию и образует стехиометрическую горючую смесь с избытком окислителя, необходимым для обеспечения активного процесса горения, полного сжигания топлива и, как следствие, увеличения температура теплоносителя. Образовавшаяся от сгорания топлива раскаленная газовоздушная смесь поступает в камеру теплового обмена 3 и нагревает теплообменные каналы 6 с теплоносителем внутри их. Горящее топливо разогревает колосники 7 и нагревает теплоноситель, циркулирующий по колосникам 7. При достижении заданной температуры теплоносителя контроллер 18 отключает центробежный вентилятор 17 и прекращает подачу воздуха.
Юбки 20 периферийных воздуховодов 19 и защитный кожух 25 центрального воздуховода 21 не позволяют частицам топлива, золы и шлака попасть внутрь упомянутых воздуховодов 19, 21 и тем самым обеспечивают постоянную доступность их каналов для воздуха.
Для чистки или замены центрального воздуховода 21 дожидаются полного сгорания топлива и снижения температуры колосников 7 после чего через дверцу для удаления золы и шлака 15 снимают центральный воздуховод 21 с колосников 7 и извлекают его из котла. Производят чистку, ремонт или замену и установку центрального воздуховода 21 на колосники 7 в обратной последовательности.
В процессе работы котла при необходимости меняют заданную температуру.
По мере необходимости производят очистку теплообменных каналов 6.
Подачу теплоносителя в емкость теплоносителя 2 из системы отопления осуществляют циркуляционным насосом (на фигурах не показан).
Заявленный технический результат полезной модели - повышении полноты сгорания топлива и увеличении коэффициента полезного действия котла достигается за счет выполнения внутри корпуса 1 котла по углам над колосниками 7 периферийных 19 и по центру на колосниках 7 центрального 21 воздуховодов для подачи воздуха по периферии и в центр камеры сгорания 4, которые облегчают перемешивание всего объема топлива с воздухом и обеспечивают создание обогащенной окислителем стехиометрической горючей смеси, обеспечивающей максимально полное сгорание топлива и повышение температуры теплоносителя и, следовательно, коэффициента полезного действия котла.