КАМЕРА СГОРАНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНОГО КОТЛА

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается камеры сгорания твердотопливного котла, преимущественно для биотоплива в виде пеллет.
Известен "Нагреватель на штучном топливе" (US 4565184 F24B 9/00; F24H 9/18; F23K 3/14, опубл. 21.01.86). В патенте приведена конструкция котла на твердом топливе, содержащая реторту для сгорания топлива, камеру сгорания и теплообменник. Камера сгорания расположена непосредственно над ретортой. Цилиндрический теплообменник расположен вокруг камеры сгорания. Горячие газы перемещаются в камере сгорания вверх и в зазоре между камерой сгорания и теплообменником вниз.
В реторту встроены шнек подачи твердого топлива и сопла для подачи первичного воздуха. Камера сгорания выполнена в виде вертикального цилиндра, сложенного из огнеупорного кирпича. Непосредственно снизу к камере сгорания примыкает устройство подачи вторичного воздуха, в виде полого кольца с соплами. Экранирование камеры сгорания огнеупорной кладкой позволяет повысить температуру в камере, добиться более полного сгорания топлива и снизить вредные выбросы.
Недостатком данной конструкции является большой вес и габариты, а также тепловая инерционность огнеупора. В результате прогрев камеры сгорания занимает много времени, в течение которого сгорание происходит не оптимально. Другим недостатком аналога - является отсутствие устройства нагрева вторичного воздуха, что также уменьшает эффективность процесса сгорания.
Известен "Котел для продолжительной работы на твердом топливе" (WO 97/31224 F24H 1/36, F23K 3/16, F23N 1/06, F23B 1/36, опубл. 28.08.97). В патенте приведена конструкция котла на твердом топливе, содержащая камеру сгорания и теплообменник. Цилиндрический теплообменник расположен вокруг камеры сгорания. Горячие газы перемещаются в камере сгорания вверх и в зазоре между камерой сгорания и теплообменником вниз.
В этом патенте конструкция камеры сгорания разделена на две части. Нижняя часть выполнена в виде цилиндра, футерованного огнеупором, и имеет устройства подачи топлива, первичного и вторичного воздуха. Вторичный воздух, проходя по каналам через огнеупор нагревается, что повышает эффективность горения. Верхняя часть камеры сгорания выполнена в виде вертикального металлического цилиндра. Верхняя и нижняя части камеры сгорания соединены с помощью сужающегося сопла.
Экранирование нижней части камеры сгорания огнеупором - повышает температуру и эффективность сгорания. В тоже время экранирование верхней части металлическим цилиндром явно не достаточно. Из теории теплопередачи известно, что металлический лист отражает половину, поступающей на него лучистой энергии и пропускает остальные 50%. Два листа отражают 2/3 лучистой энергии и т.д. (Греберг., Эрк С.И Грикуль У. Основы учения о теплообмене. Издательство иностранной литературы. Москва 1958 г. стр 512)
Другим недостатком аналога является большой вес и габариты, а также тепловая инерционность огнеупора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является котел на пеллетах фирмы ОкоГеп, приведенный на сайте: http://www.pelletsheizung.de/de/produkte/pellematic.html, принятый за ближайший аналог (прототип).
Котел, по прототипу, содержит колосниковую решетку для сгорания топлива, камеру сгорания и теплообменник. Камера сгорания расположена непосредственно над колосниковой решеткой. Цилиндрический теплообменник расположен вокруг камеры сгорания. Горячие газы перемещаются в камере сгорания вверх и в зазоре между камерой сгорания и теплообменником вниз.
Колосниковая решетка имеет встроенные устройства подачи топлива и первичного воздуха. Камера сгорания по прототипу состоит из экрана -металлического цилиндра, в нижнюю часть которого встроено устройство подачи вторичного воздуха, представляющее собой металлический герметичный обод с патрубком подвода и соплами для истечения вторичного воздуха. В ободе, непосредственно контактирующем с горячими газами, вторичный воздух хорошо прогревается.
Кроме того, в конструкции прототипа, в отличие от вышеуказанных аналогов, имеется возможность рециркуляции горячих газов над колосниковой решеткой. Это способствует подогреву корня факела и улучшению режима сгорания.
Конструкция камеры сгорания отличается простотой, малым весом и габаритами. Быстро прогревается и сразу начинает эффективно работать.
Недостатком камеры сгорания по прототипу является то, что она имеет большие потери по лучистой энергии и соответственно температура в камере сгорания - меньше чем могла бы быть при более эффективном экранировании. Все это увеличивает количество вредных выбросов, в первую очередь - окиси углерода (CO).
В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование камеры сгорания в плане повышения ее теплоизолирующих возможностей.
Поставленная задача достигается тем, что в камере сгорания твердотопливного котла, содержащей вертикальный экран, выполненный в виде металлического цилиндра, патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания и сопла для истечения вторичного воздуха внутри камеры сгорания, экран выполнен с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания.
Технический результат от использования полезной модели заключается в снижении потерь тепла, повышении температуры в камере сгорания, более полном сгорании топлива.
Технический эффект в наибольшей степени заметен при сжигании топлива из древесины. При сжигании жидкого и газообразного топлива доля первичного воздуха преобладает, доля вторичного воздуха незначительна. Соответственно количество тепла, выделившегося до подачи вторичного воздуха, уже приближается к полной теплоте сгорания. Температура в камере сгорания близка к максимальной и нет задачи экранирования камеры сгорания после подачи вторичного воздуха.
При сжигании древесного топлива, соотношение между первичным и вторичным воздухом обратное. (Головко С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. Стр. 35) Доля вторичного воздуха преобладает (до 85%). Соответственно выделение тепла до подачи вторичного воздуха составляет только небольшую часть полной теплоты сгорания и для увеличения температуры сгорания, возникает задача экранирования камеры сгорания.
На фигуре приведен чертеж поперечного разреза камеры сгорания твердотопливного котла.
Конструктивно камера сгорания твердотопливного котла на фиг. 1 содержит:
1 - камеру сгорания;
2 - экран;
3 - патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания;
4 - сопла истечения вторичного воздуха.
Камера сгорания 1 охватывается экраном 2, выполненным в виде металлического цилиндра, с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания 1.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Топливо сгорает на колосниковой решетке в присутствии первичного воздуха. В процессе нагрева топлива из него выделяются горючие газы, которые дожигаются в камере сгорания 1 в присутствии вторичного воздуха. Вторичный воздух поступает в камеру сгорания 1 через патрубок 3 и сопла 4.
Горячие газы перемещаются в камере сгорания 1 вверх и в зазоре между камерой сгорания 1 и теплообменником вниз.
Выполнение экрана 2 с двойными герметичными стенками способствует снижению потерь тепла в три раза, в результате чего температура в камере сгорания приближается к максимально возможной, что обеспечивает более полное сгорание топлива.