КОТЕЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к оборудованию для отопления индивидуальных жилых домов и производственных помещений, а также снабжения горячей водой для хозяйственных нужд объектов, на которых отсутствует централизованное теплоснабжение. Заявляемый пиролизный котел - разновидность котла, в котором горючий материал (например, дрова) и выходящие из него летучие вещества сгорают раздельно.
Известен котел газогенераторно-пиролизный, состоящий из системы рециркуляции газов, включающей камеру догорания (пиролиза) с дымоходом и дымоотводом, патрубки воздухозабора и выброса парогазовой смеси из генератора пара и камеры генерации, отличающийся тем, что округлая форма котла определяет однородность температуры поверхности и теплоносителя, что служит увеличению ресурса изделия, а защита от выгорания внутренних стенок котла - за счет отбора тепла водяным контуром по периметру, а трубы, обеспечивающие подачу воздуха и пара, защищены от выгорания паровоздушной рубашкой (RU 79328).
Известен отопительный котел, включающий корпус, имеющий на боковых верхней и задней поверхностях камеру-рубашку, для водного теплоносителя, на передней части загрузочную дверцу, дверцу регулировки подачи воздуха, полку для колосников, камеру сгорания твердого топлива, отличающийся наличием на корпусе передней камеры вторичного воздуха, наличием нижней камеры вторичного воздуха, с наличием дополнительной камеры сжигания отходящих газов, наличием в верху камеры сгорания твердого топлива нижней направляющей отходящих газов, наличием трубы подвода вторичного воздуха с пламягасителями, объединенной с передней камерой вторичного воздуха, наличием верхней направляющей отходящих газов для направления их через камеру отвода (RU 128294).
Известен пиролизный котел, содержащий вертикально ориентированный корпус с входом для подачи топлива и выходом для отработанных газов, в нижней части корпуса расположена камера горения, сообщенная с входом для подачи топлива, и расположенная над ней, по меньшей мере, одна камера дожита, сообщенная с камерой горения, при этом камеры образованы горизонтально ориентированными перегородками, в средней части корпуса размещен блок подачи вторичного воздуха в камеру дожига, выполненный с возможностью распределения воздуха по объему камеры, а также теплообменный блок, при этом все стенки корпуса выполнены двойными с внешней изоляцией, отличающийся тем, что он содержит две камеры дожита, установленные одна над другой, при этом объем верхней камеры дожита составляет от 8 до 20% от объема нижней камеры дожига, а для подачи вторичного воздуха в камеру дожига использованы инжекторы, в верхней части камеры горения размещен слой катализатора (RU 136139).
Наиболее близким к заявляемому является пиролизный котел с воздушным коллектором в зоне горения, содержащий корпус из листового металла, в котором размещены пиролизная камера, теплообменник и зольный отсек с поддувалом, причем пиролизная камера имеет колосниковую решетку и дверцы загрузочного люка, проема топки и зольного отсека, и блок управления, связанный с элементами системы отопления, при этом листовой металл корпуса, пиролизная камера и теплообменник образуют внешнюю водяную рубашку, а теплообменник состоит из секций, соединенных с системой рециркуляции жидкого теплоносителя, между секциями образован дымоход, а в котле смонтирована система подачи воздуха, включающая в себя воздухонагнетатель и воздуховоды и имеющая дымоотвод с вытяжной трубой, воздухонагнетатель снабжен регулятором подачи воздуха, пиролизная камера и теплообменник сопряжены и разнесены в горизонтальной плоскости, при этом пиролизная камера расположена с передней, а прикрепленный к ней теплообменник размещен с задней стороны котла и имеет внутреннюю, наружную и, по меньшей мере, одну среднюю секции, которые расположены вертикально, причем внутренняя и наружная секции закрыты сверху, средняя секция сверху соединена с верхней частью внешней водяной рубашки, а все секции с боков соединены с внешней водяной рубашкой, при этом внутренняя секция, сопряженная с пиролизной камерой, является внутренней водяной рубашкой, образованной распорками между теплообменником и пиролизной камерой, а все секции снизу имеют донышки, при этом упомянутая колосниковая решетка выполнена из труб, отверстия которых с обоих концов сообщены с внешней водяной рубашкой, загрузочный люк размещен на наклонной поверхности, выполненной в верхней части корпуса, на которой над пиролизной камерой и над теплообменником выполнены люки для их прочистки, охваченные одной общей герметично соединенной с листом корпуса рамкой, снабженной крышкой, разъемно соединенной с последней посредством резьбового соединения, при этом крышка с внутренней стороны снабжена прокладкой из термостойкого материала, в нижней части корпуса со стороны теплообменника смонтировано кольцо, один торец которого приварен к теплообменнику, а на другом торце разъемно закреплена крышка со сливной пробкой, при этом средство подачи воздуха в пиролизную камеру выполнено в виде основных коробов П-образного поперечного сечения, прикрепленных открытой частью к боковым сторонам листов обшивки изнутри пиролизной камеры и имеют вертикальный ряд сквозных отверстий, выполненных в закрытой части коробов, торцы которых загерметизированы сверху заглушками, причем в нижней части указанных коробов выполнены входные отверстия, соединенные с зольным отсеком, имеющим отверстие для соединения с вспомогательным воздуховодом, на котором размещен воздухонагнетатель, при этом дверцы в зольном отсеке, в проемах топки и загрузочного люка пиролизной камеры шарнирно прикреплены одной стороной к корпусу и снабжены резьбовой рукояткой, сопряженной с вырезом в пластине, прикрепленной к дверце, и с резьбовым пальцем, шарнирно прикрепленным к корпусу, причем каждая дверца с внутренней стороны имеет слои: усилитель, жаростойкий шнур, асбестовые листы и огнезащитный лист, сопрягаемые с рамкой дверцы в ее закрытом состоянии (RU 139113, прототип).
Недостатком известных котлов является низкий коэффициент полезного действия (КПД), обусловленный неоптимальными параметрами пиролиза различных видов твердого топлива (горючего материала) вследствие отсутствия возможности их независимого регулирования для камер загрузки и сгорания.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание эффективного котла отопительного, а также расширение арсенала пиролизных котлов отопительных.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в повышении коэффициент полезного действия (КПД) выше 50% при использовании различных видов горючих материалов, в частности, древесины, отходов древесной промышленности (щепа, опилки) бумажных отходов, брикетов из древесины или торфа и др., за счет оптимизации параметров пиролиза для каждого твердого топлива благодаря регулированию шиберами дозированной подачи воздуха в камеры загрузки и сгорания.
Сущность полезной модели состоит в том, что котел отопительный содержит корпус, в котором размещена загрузочная камера газогенерации, и, связанная с ней форсункой камера сгорания, соединенная с размещенными в водяной рубашке нижним дымовым каналом и с трубами теплообменника, соединенного с дымоходом, и регулятор подачи воздуха, снабжен датчиком температуры теплоносителя, а регулятор подачи воздуха выполнен в виде управляемых шиберов переменного проходного сечения и блока автоматического управления, причем загрузочная камера газогенерации соединена с атмосферой через один управляемый шибер, а камера сгорания соединена с атмосферой через другой, подключенный к форсунке, управляемый шибер, при этом блок автоматического управления связан с датчиком температуры и выполнен с возможностью раздельного управления шиберами загрузочной камеры газогенерации и камеры сгорания.
Предпочтительно, трубы теплообменника снабжены расположенными внутри них турбулизаторами.
Предпочтительно, котел снабжен вытяжным вентилятором, размещенным перед дымоходом и подключенным к блоку автоматического управления с возможностью включения-выключения или изменения скорости вращения по температуре дымовых газов.
Предпочтительно, котел снабжен контуром защиты от перегрева с автоматическим клапаном, выполненным с возможностью подачи холодной воды в этот контур.
Предпочтительно, загрузочная камера газогенерации расположена над камерой сгорания, а трубы теплообменника установлены вертикально с одной стороны от этих камер.
Предпочтительно, дымоход выполнен с заслонкой, размещенной выше вытяжного вентилятора.
Предпочтительно, загрузочная камера газогенерации и камера сгорания снабжены футеровкой из огнеупорных кирпичей.
Предпочтительно, загрузочная камера газогенерации снабжена дверцей загрузки и дверцей розжига и чистки, камера сгорания снабжена дверцей, а теплообменник - очистительными лючками.
При этом корпус выполнен сварным из стали и снабжен тепло-, звукоизоляцией.
На чертеже фиг. 1 изображен котел отопительный с частичным разрезом, на фиг. 2 - разрез A-A по фиг. 1, на фиг. 3 - разрез B-B по фиг. 2, на фиг. 4 - разрез A-A по фиг. 2.
Котел отопительный содержит корпус 26, в котором размещена загрузочная камера 1 газогенерации, и, связанная с ней форсункой 3 камера 2 сгорания пиролизных газов, соединенная с размещенными в водяной рубашке 4 нижним дымовым каналом и с трубами теплообменника 5, соединенного с дымоходом 11.
Котел снабжен датчиком 30 температуры теплоносителя (рабочего агента), а также регулируемыми (управляемыми) шиберами 22, 23 переменного проходного сечения и электронным блоком 25 автоматического управления. Загрузочная камера 1 газогенерации соединена с атмосферой через, по меньшей мере, один управляемый шибер 22, а камера 2 сгорания соединена с атмосферой через, по меньшей мере, один - другой, подключенный к форсунке 3, управляемый шибер 23. На фиг. 3 котел изображен с двумя шиберами 22 камеры 1 и с двумя шиберами 23 форсунки 3 и камеры 2, выполняющими функцию регулятора подачи воздуха.
Блок 25 автоматического управления снабжен программируемым процессором и резервным (буферным) источником электропитания и установлен на корпусе 26 и связан с датчиком 30 температуры и выполнен с возможностью раздельного управления шиберами 22, 23 загрузочной камеры 1 газогенерации и камеры 2 сгорания.
Трубы теплообменника 5 снабжены расположенными внутри них турбулизаторами 15.
Котел снабжен вытяжным вентилятором 12, размещенным перед дымоходом 11 и подключенным к блоку 25 автоматического управления с возможностью включения-выключения или изменения скорости вращения по температуре дымовых газов.
Котел снабжен контуром защиты от перегрева с автоматическим предохранительным клапаном 27, выполненным с возможностью подачи холодной воды в этот контур через патрубки 19, 20.
Загрузочная камера 1 газогенерации расположена над камерой 2 сгорания, а трубы теплообменника 5 установлены вертикально с одной стороны от этих камер 1 и 2.
Дымоход 11 выполнен с заслонкой 16, размещенной выше вытяжного вентилятором 12 в параллельном заслонке 16 канале.
Загрузочная камера 1 газогенерации и камера 2 сгорания снабжены футеровкой 6 из шамотных (огнеупорных) кирпичей.
Загрузочная камера 1 газогенерации снабжена дверцей 8 загрузки и дверцей 9 розжига и чистки, камера 2 сгорания снабжена дверцей 10, а теплообменник 5 - очистительными лючками 13, 14.
Корпус 26 выполнен сварным из стали, снабжен тепло-, звукоизоляцией, и выполнен с возможностью подключения автоматического воздухоотводчика 28 и манометра 29.
Котел отопительный работает следующим образом.
В камеру 1 закладываются через дверцу 8 горючие материалы, например, дрова, и поджигаются через дверцу 9 при открытой заслонке 16. Когда горючее разгорится заслонка 16 закрывается и включается вентилятор 12. В камере 1 происходит обугливание и газификация - выделение древесного газа, то есть собственно пиролиз. Горение происходит с ограниченной дозированной подачей воздуха через шибер 22, настроенный в соответствии с используемым видом (и присущей ему влажностью) горючего материала. Выделяющийся в процессе горения газ (углеводороды, угарный газ и водород, плюс азот из первичного воздуха) проходит через форсунку 3, где смешивается с дозированным воздухом, поступающим через шибер 23, кокс остается в камере 1.
Образованная горючая смесь сгорает в камере 2 с высокой температурой газов до 1200°C. Высокотемпературная смесь через топочную щель в задней стенке камеры 2 поступает под водоохлаждаемый ПОД котла и проходит по нижнему дымовому каналу, далее через боковые дымоходы и теплообменник 5 удаляются через дымоход 11.
Процесс сгорания существенно зависит от используемого горючего материала. К примеру, 1 кг древесины с влажностью 15-25% обладает теплотой сгорания около 4 кВт/час, то же количество топлива с влажностью 25-40% - 3 кВт/час.
2
Смешивание кислорода воздуха, поступающего через шибер 23 с выделенным из древесины или иного материала газом приводит к горению последнего в камере 2 и позволяет получать тепловую энергию. При этом дозированное поступление воздуха через шибер 23 и взаимодействие газа с активным углеродом приводит к минимизации канцерогенных веществ и CO в выводимых отработанных газах.
Внутренние части камер 1.2 защищает от высокотемпературных продуктов футеровка 6, обеспечивая долговечность котла в целом. Наружная изоляция уменьшает теплопотери и шум.
При прохождении топочных газов под днищем камеры 2 и через боковые проходы далее через трубы теплообменника 5 через водяную рубашку 4 высокотемпературные топочные газы отдают тепловую энергию теплоносителю (рабочему агенту) - воде, которая подается в систему отопления или горячего водоснабжения через патрубок 17 и возвращается через патрубок 18. По всей поверхности удлиненных дымовых каналов и труб теплообменника 5, имеющих большую поверхность теплоотдачи (соприкосновения с водой), достигается полная отдача энергии газов воде и уменьшается температура выхлопных газов. Турбулизаторы 15 замедляют прохождение горячих газов по трубам теплообменника 5 для увеличения теплоотдачи воде.
Вентилятор 12 управляется блоком 25 и осуществляет удаление дымовых газов с поддержанием температуры горения, автоматически выключается при достижении заданной температуры. Контур защиты от перегрева с автоматическим предохранительным клапаном 27, при достижении критической температуры 85°C обеспечивает подачу холодной воды в котел, в этот контур, через патрубки 19, 20.
Регулируемый (подачей шибером 22 первичного воздуха в верхнюю камеру 1 и шибером 23 в нижнюю камеру 2) процесс горения позволяет работать с одной закладки данного котла достаточно длительное время, до 30 часов на дровах или до 6-7 дней на угле.
Параметры используемого горючего материала, количество его закладки и требуемая длительность горения могут быть заранее (программным образом) введены в процессор блока 25 автоматического управления и последний реализует с помощью шиберов 22, 23 оптимальную программу сжигания с учетом показаний датчика 30 без вмешательства персонала.
Благодаря регулируемому дозированному поступлению воздуха в камеры 1 и 2 с помощью шиберов 22, 23, котел может работать в соответствующем горючему оптимальном режиме пиролиза, т.е. с максимально возможно полным сгоранием любого горючего материала и, следовательно, с максимальным КПД (свыше 50%) при использовании различных видов горючих материалов, имеющих разную присущую им влажность, в частности, твердых или сыпучих кусков угля, древесины, отходов древесной промышленности (щепа, опилки) бумажных отходов, брикетов из древесины или торфа и др.