КАМЕРА СГОРАНИЯ ТВЕРДОТОПЛИВНОГО КОТЛА

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается камеры сгорания твердотопливного котла, работающего преимущественно на биотопливе в виде пеллет из древесины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является «Камера сгорания твердотопливного котла», защищенная патентом RU 159327 U1, кл. F23M 5/00, опубл. 10.02.2016 г., принятая за ближайший аналог (прототип).
Камера сгорания твердотопливного котла по прототипу содержит: вертикальный экран, выполненный в виде металлического цилиндра с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания, патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания и сопла для истечения вторичного воздуха внутри камеры сгорания, радиатор, выполненный в виде металлического цилиндра, установленный между двойными герметичными стенками экрана напротив сопел, для истечения вторичного воздуха с образованием кольцевых зазоров между внутренней и внешней стенками экрана, при этом кольцевой зазор между радиатором и внешней стенкой экрана выполнен больше, чем кольцевой зазор между радиатором и внутренней стенкой экрана. Технический результат от использования устройства по прототипу заключается в уменьшении объема вторичного воздуха и повышении КПД котла.
Однако, прототип не лишен недостатков. Известно, что при сгорании древесины более 80% по массе составляют летучие, горючие продукты, которые при подаче вторичного воздуха догорают, образуя длинный факел. Это требует большого объема камеры сгорания и протяженного пути газов. При неблагоприятных условиях, например, при неэффективной подаче вторичного воздуха или низкой температуре пламени (менее 900°C), летучие продукты не полностью выгорают в камере сгорания, а частично поступают в теплообменник, где осаждаются в виде сажи или смолянистых отложений на стенках и турбулизаторах дымогарных труб. Это так называемое неполное сгорание. Особенно это характерно для режима частичной мощности котла. В прототипе есть элементы дополнительного экранирования для снижения потерь тепла на инфракрасное излучение, но не решен вопрос с турбулизацией факела пламени в процессе сгорания. Именно ламинарное движение газов в сочетании с пониженным температурным режимом приводит к растянутому, длинному факелу и в итоге к неполноте сгорания. Для обеспечения удовлетворительной полноты сгорания при частичной мощности котла требуется подавать лишний воздух, что ведет к уменьшению КПД котла.
В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование конструкции камеры сгорания твердотопливного котла.
Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении необходимого количества вторичного воздуха, повышении КПД котла, увеличение времени автономной работы котла.
Поставленная задача достигается тем, что в камере сгорания твердотопливного котла, содержащей патрубок подачи вторичного воздуха, вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров внутреннего и внешнего, сопла для истечения вторичного воздуха, радиатор, выполненный в виде вертикального металлического цилиндра, установленный между внутренним и внешним цилиндром вертикального экрана напротив сопел, сопла для истечения вторичного воздуха выполнены сверху и снизу на внутреннем цилиндре вертикального экрана, причем оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены попарно пересекающимися; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания; попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел; смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда, в следующей паре наоборот и т.д.
На фиг. 1 приведен чертеж твердотопливного котла с камерой сгорания, вертикальный разрез.
На фиг. 2 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, горизонтальный разрез.
На фиг. 3 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, местный разрез.
На фиг. 4 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, местный разрез.
Конструктивно камера сгорания твердотопливного котла на фиг. 1-4 содержит:
1 - патрубок подачи вторичного воздуха;
2 - внутренний цилиндр вертикального экрана;
3 - внешний цилиндр вертикального экрана;
4 - радиатор;
5 - сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда;
6 - сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда;
7 - воздушный вихрь в месте встречи струй;
8 - закрученный огневой вихрь.
Камера сгорания твердотопливного котла содержит вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров - внутреннего 2 и внешнего 3.
Радиатор 4 выполнен в виде вертикального металлического цилиндра.
Радиатор 4 установлен между внутренним 2 и внешним цилиндром 3 вертикального экрана с кольцевыми зазорами. Причем, зазор между радиатором 4 и внутренним цилиндром 3 меньше зазора между радиатором 4 внешним цилиндром 3.
Радиатор 4 установлен напротив сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6.
Сопла для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены в верхней части на внутреннем цилиндре вертикального экрана 2. Сопла для истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены в нижней части на внутреннем цилиндре вертикального экрана 2.
Оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены попарно пересекающимися
Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнена под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания (фиг. 1).
Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания (фиг. 3).
Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания (фиг. 4).
Попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел.
Смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и осей сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда, в следующей паре наоборот и т.д.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Через патрубок 1 вторичный воздух подается в полость между внутренним 2 и внешним цилиндром 3 вертикального экрана. Вторичный воздух равномерно распределяется внутри экрана за счет большого расстояния между внешним цилиндром экрана 3 и радиатором 4, и затем, проходя через небольшой зазор между радиатором 4 и внутренним цилиндром 2 вертикального экрана, снимает с них тепло. Причем радиатор 4 от вторичного излучения стенок внутреннего цилиндра 2 и внешнего цилиндра 3 вертикального экрана сам сильно разогревается и выполняет одновременно роль дефлектора и нагревательного элемента. Подогретый вторичный воздух через сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 истекает под наклоном вниз, а через сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 - под наклоном вверх. В месте встречи смещенных струй воздуха возникает вращающийся воздушный вихрь 7, который закручивает огненный вихрь 8. Направленная вниз струя воздуха из сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 зажимает факел пламени сверху, укорачивая его, а направленная вверх струя из сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 не дает пламени уйти вниз из камеры сгорания. По сути, пламя оказывается зажато сверху и снизу направленными струями воздуха, что образует огневой затвор. В месте встречи потоки воздуха из сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха из сопел 6, взаимно разбиваются. Факел укорачивается и увеличивается в сечении, внутри пламени появляется зона интенсивной турбулентности, что обеспечивает полное сгорание топлива.
Для дополнительного увеличения турбулентности попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел (фиг. 2). Смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и осей сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6, в следующей паре наоборот и т.д. Таким образом, между двумя парами сопел организуется восходящий поток, между следующими - нисходящий, и т.д. что увеличивает энергию огневого вихря 8.
2
Сравнительные испытания показали, что при размещении сопел истечения вторичного воздуха с попарно пересекающимися осями в два ряда количество остаточного кислорода в дымовых газах твердотопливного котла уменьшается более чем на 1%, что приводит к росту КПД котла на полпроцента. При этом количество угарного газа CO также сокращается с одновременным снижением количество осаждаемой сажи на турбулизаторах дымогарных труб, что существенно увеличивает время автономной работы котла.