ГОРЕЛКА КОТЛА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА И СПОСОБ ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
BURNER OF SOLID FUEL BOILER AND METHOD OF USE THEREOF

Область техники
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к элементам автоматизированных твердотопливных котлов, работающих на любом сорте угля, пеллетах и различных твердых горючих веществах, и может найти практическое применение при отоплении зданий различного назначения - частных жилых домов, зданий промышленного и социально-культурного назначения.
Уровень техники
Известно устройство автоматизированный твердотопливный котел (Патент RU 140631, МПК F 24 H 1/00, опубл. 20.05.2014), содержащий бункер для твердого топлива, теплообменник, топку, горелку, устройства подачи топлива в топку, систему утилизации золы, механизм очистки дымогарных труб, блок управления, содержащий контроллер, датчики параметров, электрический привод, размольное устройство, реторту, и расположенный над ретортой поворотный элемент, снабженный механизмом для преобразования вращательного движения вала привода в поворот реторты и элемента в горизонтальной плоскости, причем в нижней части котла над трубой шнека для подачи топлива установлена с возможностью свободного извлечения горелка, часть торцевой стенки которой выполнена наклонной и формой, соответствующей примыкающей стороне топки, а в боковой поверхности средней части реторты выполнены отверстия, соединяющие внутреннюю полость реторты с горелкой, при этом шнек для удаления золы системы утилизации золы расположен на одном валу соосно со шнеком для подачи топлива, и шнеки подсоединены к приводу размольного устройства.
Недостатком данного устройства являются низкая надежность и эффективность работы конструкции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сжигания твердого топлива (Патент RU 2294483, МПК F 2 3B 40/00, опубл. 27.02.2007), содержащее бункер для сортового либо гранулированного твердого топлива, теплообменник, топку, устройства подачи топлива и воздуха в топку, золосборник, блок управления (контроллер), датчики температуры, электрические приводы, причем в топке установлена вертикальная горелка, выполненная в виде оболочки усеченного конуса с отверстиями для прокачки воздуха и соединенная узкой стороной с устройством подачи топлива и воздуха, представляющего собой коллектор, соединенный с вентилятором, при этом устройство подачи топлива снабжено шнековым конвейером, часть трубы которого, находящаяся в коллекторе, снабжена отверстиями для воздуха.
Недостатком данного устройства являются низкая надежность и эффективность работы конструкции.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является создание горелки твердотопливного котла с рациональной компоновкой конструкции с повышенной надежной и эффективной работой.
Настоящий технический результат достигается за счет того, что
в горелке котла твердого топлива, установленной вертикально в топке и выполненной в виде перевернутого усеченного конуса реторты горелки с отверстиями для подачи воздуха, соединенного узкой стороной с устройством подачи топлива, снабженного шнековым конвейером, а широкой стороной - с оболочкой распределительного элемента подачи воздуха, причем конструкция горелки с подводящими патрубками подачи топлива и воздуха выполнена из одной трубы с внутренней герметичной заглушкой, а по внешним размерам, фланцам патрубков симметрично относительно вертикальной оси горелки, на пересечении продольной оси шнека подачи топлива и вертикальной оси усеченного конуса реторты выполнено встречное соединение шнековой полосы прямой подачи и обратной подачи, в усеченном конусе реторты в отверстиях для подачи воздуха, от нижнего ряда по окружности и вверх по рядам, уменьшают диаметр в пропорции с высотой между рядами;
способ использования горелки котла твердого топлива включает подачу в зону горения горелки воздуха от нагнетающего вентилятора через отверстия в реторте горелки и твердого топлива шнековым конвейером по алгоритму, обеспечивающему мощность котла и полноту сгорания топлива, отвод из топки газовых остатков в атмосферу и твердых остатков горения в золосборник, причем твердое топливо в зону горения горелки подают со взрыхляющим эффектом периодическим действием встречного соединения шнековой полосы прямой подачи и обратной подачи вверх по реторте при каждом обороте вала шнека, воздух в зону горения горелки подают дифференцированными потоками по давлению в отверстиях обратного конуса реторты с уменьшением вверх по рядам, подачу твердого топлива и воздуха выполняют по одной трубе с разных сторон, без взаимного проникновения.
К отличительным признакам относятся:
конструкция горелки с подводящими патрубками подачи топлива и воздуха выполнена из одной трубы с внутренней герметичной заглушкой, а по внешним размерам, фланцам патрубков симметрично относительно вертикальной оси горелки, такая конструкция горелки имеет две точки опоры, повышающие ее надежность в работе;
на пересечении продольной оси шнека подачи топлива и вертикальной оси усеченного конуса реторты выполнено встречное соединение шнековой полосы прямой подачи и обратной подачи, такое исполнение шнековой подачи твердого топлива с использованием пртивовитка, не позволяющего топливу упереться в герметичную заглушку, создает циклически эффективное взрыхляющее условие подачи топлива вверх по реторте горелки с каждым оборотом вала шнека;
в усеченном конусе реторты в отверстиях для подачи воздуха от нижнего ряда по окружности, и вверх по рядам уменьшают диаметр в пропорции с высотой между рядами, увеличенный диаметр отверстий в нижних рядах конуса реторты уменьшает сопротивление прохода воздуха в зону горения факела, причем у нижних рядов больший объем и вес топлива, а следовательно зона горения будет иметь более эффективную работу в объеме факела;
твердое топливо в зону горения горелки подают со взрыхляющим эффектом, периодическим действием встречного соединения шнековой полосы прямой подачи и обратной подачи вверх по реторте при каждом обороте вала шнека, взрыхляющий поток топлива по вертикали позволяет воздуху проникать глубже в центр конуса реторты увеличивая эффективность работы кипящей зоны горения в глубину;
воздух в зону горения горелки подают дифференцированными потоками по давлению в отверстиях обратного конуса реторты с уменьшением вверх по рядам, это дает создать кипящий слой факела в зоне горения с эффективной работой его от цента конуса к периферии и от нижнего основания до верхней точки;
подачу твердого топлива и воздуха выполняют по одной трубе с разных сторон, что позволяет эффективно ориентировать горелку относительно располагаемого бункера с твердым топливом.
Сравнение заявленного решения с аналогами и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом фронтального разреза горелки котла твердого топлива.
Горелка содержит: 1 - реторту горелки, 2 - корпус оболочки равномерной подачи воздуха в реторту, 3 - патрубок подачи воздуха, 4 - отверстие перехода воздуха из патрубка в корпус 2 оболочки равномерной подачи, 5 - шнек подачи топлива, 6 - шнековая полоса прямой подачи, 7 - шнековая полоса обратной подачи, 8 - преградительная глухая перемычка между патрубками (внутренняя герметичная заглушка), 9 - переходный цилиндр подачи топлива от шнека 5 в реторту, 10 - съемная крышка чистки корпуса оболочки равномерной подачи воздуха в реторту, 11 - фланец корпуса 1 оболочки для крепления крышки 10, 12 - крепеж крышки, 13 - фланец патрубка, 15 - верхний ряд отверстий подачи воздуха в реторте, 14 - нижний ряд отверстий подачи воздуха в реторте, 16 - карман от соединения шнековых полос.
Осуществление изобретения
Для изготовления симметричного основания крепления реторты 1 горелки  в топке котла используют диаметр трубы принятого шнека подачи топлива 5 одинакового размера с патрубком 3 подачи воздуха. В трубе шнека 5 по симметричному месту установки реторты 1 горелки вырезают отверстие и через него устанавливают и приваривают преградительную глухую перемычку 8 между патрубками. К вырезанному отверстию приваривают переходный цилиндр 9 подачи топлива от шнека 5 в реторту 1 горелки. С противоположной стороны отверстия подачи топлива шнеком 5 в трубе патрубка 3 вырезают отверстие 4 для подачи воздуха в реторту 1 горелки. К наружному диаметру реторты 1 горелки  приваривают трубу  2 корпуса оболочки равномерной подачи воздуха в реторту, высотой обеспечивающей взаимную сборку с трубой 3, предварительно вырезав в трубе 2 полуокружности под трубу 3, приваривают их между собой, а также приваривают переходный цилиндр 9 к реторте горелки 1 у малого основания конуса. К установленной трубе 2 корпуса оболочки равномерной подачи воздуха добавляют высоту трубы, обеспечивающую профилактическую периодическую чистку его. К добавленной трубе 2 приваривают фланец 11 корпуса оболочки для крепления крышки. С помощью крепежа 12 фиксируют съемную крышку 10. Фланцы патрубков 13 исполняют симметрично по месту установки горелки в топке котла, при необходимости разворота ее в сторону бункера. На боковой поверхности усеченного конуса реторты горелки 1 по горизонтальным окружностям сверлят сначала нижний ряд отверстий подачи воздуха 14, а затем следующие вверх до ряда 15, причем диаметр уменьшают в пропорции с высотой между рядами и отверстия сверлят перпендикулярно к боковой поверхности конуса. Шнек подачи топлива 5 выполняют со шнековой полосой прямой подачи 6 до перпендикулярной плоскости к оси вала шнека на уровне оси усеченного конуса реторты 1 горелки. С противоположной стороны этой плоскости исполняют шнековую полосу обратной подачи 7 в виде противовитка. В результате соединения шнековых полос, в этой плоскости получают карман 16.
Устройство горелка котла твердого топлива работает следующим образом. Конструкция горелки с подводящими патрубками подачи топлива в виде шнека 5 и воздуха 3 выполненная из одной трубы с внутренней герметичной заглушкой 8, а по внешним размерам, фланцам патрубков 13 симметрично относительно вертикальной оси реторты 1 горелки, дает две точки опоры, повышающие надежность крепления устройства в работе.
Встречное соединение шнековой полосы прямой подачи 6 и обратной подачи 7, перевело действие шнека из непрерывно подающего твердого топлива по горизонтали в циклическое действие в виде кармана 16 по вертикали с максимальной толкательной силой по оси конуса реторты горелки 1. Такое исполнение устройства в работе не позволяет топливу упереться в герметичную заглушку 8, и создает циклически эффективное взрыхляющее условие подачи топлива вверх по реторте горелки 1 с каждым оборотом вала шнека 5. Как только карман 16 от соединения шнековых полос пойдет вниз давление твердого топлива вверх ослабнет, произойдет разрыхление твердого и увеличится возможность проникновения потока воздуха в середину конуса реторты горелки 1, что повышает надежность и эффективность работы горелки котла твердого топлива.
В усеченном конусе реторты горелки 1 в отверстиях для подачи воздуха от нижнего ряда 14 по окружности, и вверх по рядам до ряда 15 уменьшенный диаметр в пропорции с высотой между рядами создает условие равномерной подачи воздуха в зону горения. Увеличенный диаметр отверстий в нижних рядах 14 конуса реторты уменьшает сопротивление прохода воздуха в зону горения факела. Причем у нижних рядов больший объем и вес топлива. Следовательно, зона горения будет иметь более эффективную работу в объеме факела.
Способ, реализующий использование горелки котла твердого топлива, работает следующим образом. Твердое топливо подающее в зону горения реторты 1 горелки, со взрыхляющим эффектом периодическим действием встречного соединения шнековой полосы прямой подачи 6 и обратной подачи 7, вверх по реторте горелки при каждом обороте вала шнека 5, позволяет воздуху проникать глубже в центр конуса реторты 1 горелки увеличивая эффективность работы кипящей зоны горения в глубину.
Воздух в зону горения реторты 1 горелки подающий дифференцированными потоками по давлению в отверстиях обратного конуса реторты с уменьшением вверх по рядам создает кипящий слой факела в зоне горения с эффективной работой его от цента конуса к периферии и от нижнего основания до верхней точки.
Подача твердого топлива по шнеку 5 и воздуха по патрубку 3 выполненная по одной трубе с разных сторон, создает условие эффективно ориентировать реторту горелки 1 относительно располагаемого бункера с твердым топливом.
Таким образом, созданная горелка котла твердого топлива с рациональной компоновкой конструкции повышает надежность и эффективность работы устройства.