ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к комбинированным универсальным котлам для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, и может быть использовано в системах водяного отопления жилых и производственных помещений, сооружений, а также для горячего водоснабжения с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Известен отопительный котел, содержащий корпус в виде водяной рубашки, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками с интенсификаторами теплообмена на верхней и нижней стенках, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал. Снизу топки установлена полость, образующая с теплоносительным контуром замкнутый объемный контур теплоносительной среды. Поверхности нагрева выполнены в виде теплообменных элементов с продольными каналами, установленными горизонтально и диаметрально противоположно на равновысотных уровнях с перекрытием друг друга в топочном пространстве, соединены с контуром теплоносителя (см. патент РФ №2122688, кл. F 24 H 1/00 от 1996).
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является известный котел, содержащий камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания, состоящую из двух соосных обечаек с встроенным трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и
нагрева в ней теплоносителя и переднюю загрузочную дверцу. Система охлаждения топки выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной с помощью патрубка к камере догорания, при этом котел оборудован дополнительным задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором, системой топливоподачи низкосортных органических топлив и резервным электроподогревом теплоносителя (см. патент РФ №2186302, кл. F 24 H 1/400T2000).
К недостаткам известных устройств можно отнести низкую тепловую эффективность, узкий диапазон использования, сложность конструкции и трудоемкость обслуживания.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - оптимальное распределение и регулирование потоков теплоносителя и топочных газов, универсализация по топливу путем изменения конструкции устройства.
Техническая задача достигается тем, что в отопительном котле, содержащем корпус в виде рубашки с теплоносителем, снабженной прямой и обратной трубами, обрамляющей топку с колосниками и лабиринтный дымоход, причем верхняя часть дымохода выполнена в виде разделенного перегородкой по теплоносителю с котлом экономайзера, снабженного циркуляционной трубой соединенной с котлом, в корпусе выполнены загрузочные, разгрузочные и технологические окна, зольник и система наддува, согласно полезной модели, обратная труба соединена с нижней частью экономайзера и, через затвор, с нижней частью котла, циркуляционная
труба соединяет верхнюю часть экономайзера с нижней частью котла, а прямая труба соединена с верхней частью котла и, через затвор, с верхней частью экономайзера.
Техническая задача достигается так же тем, что для увеличения площади теплоотдачи и более полного использования тепла уходящих газов, лабиринтный дымоход имеет зигзагообразный ход всегда направленный по восходящей, причем к плоскости дымохода, находящейся вверху, прикреплены пластины.
Техническая задача достигается так же тем, что котел снабжен системой подержания разряжения в топливном тракте, содержащей устройство измерения разряжения в топке связанное с исполнительным механизмом, взаимодействующим через систему рычагов с заслонкой, установленной в дымоходе.
Техническая задача достигается так же тем, что система наддува выполнена в виде вентилятора связанного с боковой стенкой зольника.
Техническая задача достигается так же тем, что для сжигания жидкого или газообразного топлива, котел дополнительно оборудован задней топкой снабженной форсункой, связанной через отверстие в стенке котла с дымоходом.
Техническая задача достигается так же тем, что для удобства обслуживания, технологические окна выполнены на передней стенке котла в местах перегиба дымохода.
На представленных чертежах схематично изображен предлагаемый отопительный котел, где на фиг.1 представлен отопительный котел, вид сбоку, разрез; на фиг.2 - то же, вид в аксонометрии; на фиг.3 - то же, вид А-А.
Позиции на чертежах обозначают:
1 - котел;
15 - загрузочное окно;
2 - экономайзер;
16 - выгрузное окно топки;
3 - газо-жидкостная топочная камера;
17 - выгрузное окно зольника;
18 -заслонка;
4 - газо-жидкостная горелка;
19 - теплоноситель;
5 - насос циркуляционный;
20 - пластина изолирующая;
6 - устройство измерения разряжения;
21 - общий дымоход;
22 - топка;
7 - труба обратная;
23 - колосник;
8 - труба циркуляционная;
24 - зольник;
9 - труба прямая;
25 - окно газо-жидкостной топочной
10 - патрубок с кранами;
камеры
11 - патрубок с кранами;
26 - вентилятор;
12 - механизм исполнительный;
27 - стенка топки задняя;
13 - рычаг;
28 - патрубок;
14 - окна технологические;
29 - пластина оребрения.
Отопительный котел представляет собой совмещенный в единую конструкцию котел 1 и экономайзер 2, имеющие общий дымоход 21, выполненный в виде плоской прямоугольной трубы, имеющей зигзагообразный ход всегда направленный по восходящей. Для более полного использования тепла уходящих газов, имеющих максимальную температуру вверху, к плоскости дымохода 21, находящейся вверху, прикреплены пластины 29 оребрения (вид А-А), которые значительно увеличивают активную площадь теплопередачи между продуктами сгорания и теплоносителем 19, одновременно повышая прочность и жесткость конструкции дымохода 21. В передней части котла 1 расположены технологические окна 14, через которые обеспечивается доступ ко всем внутренним поверхностям дымохода 21, для очистки его от нагара и необходимого ремонта. Окна 14 закрыты крышками с огнеотбойными пластинами и закреплены, например болтами. Загрузочное окно 15 служит для удобной загрузки твердого топлива в топку 22 котла 1. Выгрузные окна 16 и 17 предназначены для удаления из топки золы и шлака. Под колосником 23 находится зольник 24, в стенку которого смонтирован вентилятор 26 принудительного поддува воздуха под колосниковую решетку. В задней части котла расположена меньшая топочная камера 3 снабженная автоматической горелкой 4 для жидкого топлива или газа. Топочная камера 3 отделена от топки 22 на твердом топливе стенкой 27, что исключает попадание на горелку 4 золы и сажи. Рубашка котла 1 с теплоносителем 19 камеры 3 соединена с основной рубашкой, а продукты сгорания горелки поступают в общий дымоход 21 через отверстие 25 в стенке 27. На боковой стенке отопительного котла смонтированы циркуляционный насос 5, связанный с обратной трубой 7 подачи отработавшего теплоносителя из системы в экономайзер 2 и патрубком 10 с краном, связанным с котлом 1. Циркуляционная труба 8 соединяет экономайзер 2 с котлом 1. Прямая труба 9, связанная с котлом 1, подает теплоноситель в систему. На трубе 9 также установлен патрубок с краном 11, связанный с экономайзером 2. На котле 1 установлено устройство 6 постоянно измеряющее разряжение в топке 22 котла. Устройство 6 соединено с полостью топки патрубком 28 и служит задатчиком для исполнительного механизма 12, который посредством рычага 13 открывает или закрывает заслонку 18 в дымоходе 21 выходящем из котла. По теплоносителю котел 1 отделен от экономайзера 2 теплоизолирующей пластиной 20.
Отопительный котел работает следующим образом.
Теплоноситель 19 охлажденный в системе отопления или горячего водоснабжения подается насосом 5 по трубе 7 в нижнюю часть экономайзера 2. Затем, поднимаясь по рубашке экономайзера вверх, он отбирает тепло у продуктов сгорания топлива проходящих по дымоходу 21 в экономайзере. Теплопередача в экономайзере значительно выше, за счет того, что в экономайзере более высокая разность температур между теплоносителем и продуктами сгорания, нежели если бы он являлся частью котла и не был разделен по теплоносителю. Из верхней части экономайзера подогретый теплоноситель поступает по циркуляционной трубе 8 в нижнюю часть котла 1 изолированную по теплоносителю от экономайзера пластиной 20 и, проходя вверх по рубашке котла, догревается более горячими продуктами сгорания в части дымохода 21 расположенной в котле. Из верхней части котла теплоноситель по прямой трубе 9 подается обратно в систему отопления и горячего водоснабжения. Горячие продукты сгорания топлива, проходящие по дымоходу 21, меняющему направление, постоянно перемешиваются, но самая высокая температура образуется у верхней плоскости дымохода, где к этой плоскости приварены пластины 29, значительно увеличивающие площадь соприкосновения с продуктами сгорания и, следовательно, развивающие площадь теплопередачи между продуктами сгорания и теплоносителем. Известно, что теплопередача во многом зависит от времени соприкосновения продуктов сгорания и теплоносителя. В свою очередь, время соприкосновения становится наиболее продолжительным при минимальной скорости прохождения продуктов сгорания по каналу дымохода, а скорость прямо пропорционально зависит от разряжения в топке, которое может изменяться при открывании и закрывании заслонки 18 находящейся в конце дымохода 21. Устройство измерения разряжения 6, например электромикроманометр и т.п., соединенный патрубком 28 с полостью топки 22 котла постоянно измеряет разряжение в топке и передает сигнал на исполнительный механизм 12, который реагируя на полученный сигнал, прикрывает или открывает заслонку 18 при помощи рычага 13, поддерживая заданное минимальное значение разряжения в топке. Например, при открывании загрузочного окна 15 разряжение в топке 22 резко падает до нулевого значения. Устройство измерения разряжения 6 посылает сигнал на исполнительный механизм 12 и тот мгновенно полностью открывает заслонку 18. При следующем закрывании окна разряжение в топке возрастает, и исполнительный механизм постепенно закрывает заслонку, доводя разряжение до оптимального заданного значения. Интенсивность горения топлива в котле, т.е. мощность котла, регулируется количеством поданного воздуха через окно 17 зольника 24. При необходимости быстро увеличить мощность котла, например, быстро разогреть систему отопления или получить горячую воду, подключают вентилятор 26, которым создают принудительный поддув воздуха, при этом закрывают окно 17. Включение вентилятора производят в ручном или автоматическом режиме, для этого вентилятор снабжают блоком управления (на фиг. не показан), содержащем, например, таймер. При загрузке новой порции топлива, первоначально происходит интенсивное горение, в это время естественного притока воздуха проходящего через окно 17 недостаточно, что приводит к улетучиванию недогоревшего углерода, т.е. появлению дыма. В этот период вручную включают вентилятор 26 поддува или таймером блока управления вентилятора выставляют определенное время его работы, после которого вентилятор отключается. Это способствует большему притоку воздуха через колосник 23 в топку 22 и качественному сгоранию топлива. При сравнении цены твердого и жидкого топлива, твердое топливо оказывается во много раз дешевле жидкого, поэтому использовать только жидкое топливо для отопления больших помещений не целесообразно, а совмещенное топливо очень часто является выгодным т.к. на жидком или газообразном топливе нет необходимости в обслуживающем персонале, например, в ночное время суток. В задней части котла смонтирована топка 3, сообщающаяся с дымоходом 21 через окно 25 в задней стенке 27 котла 1. В топке 3 расположена газо- или жидкотопливная горелка 4, работающей в автоматическом режиме. Горелке задается соответствующая программа, которая при понижении температуры теплоносителя или воздуха в помещении ниже допустимой заданной, включает горелку и поддерживает требуемые параметры. Таким образом, днем отопительный котел можно эксплуатировать на твердом топливе, а ночью он может работать в автоматическом режиме на жидком или газообразном топливе, поддерживая температурный режим. Отопительный котел с принудительной циркуляцией теплоносителя работает только при наличии внешнего источника энергии. При отсутствии, например, отключении электроэнергии, отопительный котел можно перевести на прямоточный режим без принудительной циркуляции. При появлении необходимости перехода на естественную циркуляцию, автоматически или вручную открывают краны патрубков 10 и 11, которые при принудительной циркуляции закрыты, и теплоноситель напрямую циркулирует через котел 1 и экономайзер 2, при этом роль экономайзера утрачивается. Для проведения очистки, профилактики и ремонта открывают технологические окна 14, получая свободный доступ к дымоходу. Через окна 16 и 17 производят очистку топки и зольника от шлаков и золы.
Описанный отопительный котел позволил при сравнительно небольших размерах получить высокую теплопроизводительность, т.е. мощность котла, в сочетании с качественным сжиганием топлива и высоким коэффициентом полезного действия. Все внешние и внутренние детали и узлы отопительного котла легкодоступны, что обеспечивает простоту обслуживания и эксплуатации, снижая трудозатраты.