ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ
SOLID-FUEL BOILER

Изобретение относится к устройствам для сжигания твердого топлива, преимущественно с зоной нижнего горения, и может быть использовано в теплоэнергетике, химической и других областях промышленности.
Существуют общеизвестные печи и котлы с нижним горением в виде большой топки, типа бункера-накопителя топлива, в котором в самом низу происходит горение на горизонтальной колосниковой решетке, а воздух поступает через решетку и через решетку же удаляется зола. Однако такие печи хорошо работают только на кусковом топливе.
При использовании мелкофракционного топлива - пеллет, стружек, опилок, рассыпного торфа и так далее, мелкое топливо, не сгорев, просыпается через колосник и безвозвратно теряется, снижая КПД и экономичность печи или котла, поскольку при опускании мелкофракционного топлива на место сгоревшего полностью закрывается доступ воздуха через колосники и горение происходит только возле самого выхода из топки, что может вызвать прекращение горения.
Если для уменьшения мощности печи или котла сокращать количество подаваемого воздуха, то температура горения над колосником будет снижаться, ухудшая условия для пиролиза и газогенерации, и при снижении температуры до 400-450 градусов Цельсия реакция останавливается, а мощность до заметного снижения качества горения не снижается больше чем на 50-60%.
Так как в сильные морозы или при первоначальном прогреве помещения мощность печи или котла должна быть в 5-8 больше, чем при поддерживающем горении или для отопления в оттепель (а в летом только для горячего водоснабжения - до 10-15 раз меньше), то можно говорить о большом недостатке печей или котлов с нижним горением из-за недостаточной степени регулирования их мощности, что приводит к значительному перерасходу топлива.
Так, например, известна печь для сжигания низкосортного каменного угля (Патент РФ №2306487, 2004 г.), содержащая корпус, выполненный с сужением в верхней части, снабженный крышкой, дверцами для загрузки топлива и выгрузки золы и окнами забора воздуха в топку, установленные в топке печи колосник, образующий дутьевой канал для сжигания топлива, и колосник, образующий дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, при этом корпус печи имеет прямоугольную в сечении форму, на корпусе печи по периметру выполнены колосниковые решетки, обеспечивающие подачу воздуха для сжигания топлива, и установлены полки с отверстиями, к которым закреплены с помощью шплинтов четыре воздухозаборных щита, создающих дутьевые каналы для указанных колосниковых решеток, а в топке печи установлены дополнительно два колосника, образующих дутьевые каналы для сжигания топлива, причем дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, расположен по центру дутьевого канала для сжигания топлива Недостатком такой конструкции является отсутствие системы регулирования расхода первичного воздуха, подвод вторичного воздуха в камеру дожига, расположенную над сужением в верхней части, не предусмотрен. Анализ различных видов топочных устройств показал, что все они обладают недостатками. Конструкции слоевых топок с неподвижными колосниковыми решетками имеют значительный механический недожог из-за неравномерного подвода воздуха по поверхности колосниковой решетки, и в связи с этим возникает кратерное горение, зашлаковывание колосниковых решеток.
Известен отопительный котел TROX, выбранный ближайшим аналогом (http://klimat.zp.ua/teplooborudovanie/kotli_tverdotoplivnie/kolton_trox40_trox), отличительной чертой которого является принцип нижнего горения. Отдельные элементы котла изготовлены из листов 6-8-10 мм в связи с агрессивным действием органических веществ. Теплообменник котла состоит из вертикальных панелей, а непосредственно над камерой сгорания установлены бункер и дополнительные дверцы. Камера сгорания имеет брусчатый чугунный колосник, керамическую футеровку и ряд аэрационных отверстий для обеспечения наиболее эффективного топочного процесса. Отопительный котел TROX приспособлен к сжиганию биомассы (опилки, стружки, щепы, брикеты, отходы древесины). В случае отсутствия этих видов топлива можно периодически сжигать каменный уголь, сняв бункер. TROX простой и безотказный в ежедневной эксплуатации.
Однако недостатки описанных технических решений состоят в невозможности регулирования мощности котла в широких пределах.
Технической задачей является обеспечение регулирования мощности работы котла в широком диапазоне от 5-10% до 100% мощности за счет уменьшаемого объема горения и подачи воздуха при сохранении оптимальных условий горения топлива и высокого КПД.
Поставленная задача решается топливным котлом, содержащим собственно топку, присоединенную к ней камеру для теплообменника с дымовой трубой и расположенный в нижней части топки колосник с выполненными в нем щелями для удаления золы в расположенный под колосником зольный ящик, отличающемся тем, что колосник состоит из наклоненной в сторону выхода газов из топки неподвижной металлической плиты, в средней части которой поверх нее находится подвижная плита, а сверху подвижной плиты к стенкам топки прикреплена неподвижная покровная плита, при этом сверху колосника на расстоянии 2-4 см от него выполнены защитные уголки, служащие для предотвращения перекрытия прохода воздуха в щели колосника.
На фиг. 1 схематично изображен котел с колосником, а на фиг. 2 изображено продольное сечение А-А котла с нижним горением и с колосником, где
1 - стенка котла,
2 - проход для выхода газа из топки,
3 - неподвижная металлическая плита,
4 - колосник,
5 - подвижная плита,
6 - неподвижная покровная плита,
7 - камера для теплообменника,
8 - зольный ящик,
9 - дымовая труба,
10 - защитные уголки.
Зола удаляется в самом низу наклонной поверхности через колосник со щелями 4, ведущий к зольному ящику 8.
Топливо, находящееся в верхней части наклонной поверхности при сгорании топлива, находящегося в зоне горения, спускается вниз и занимает место сгоревшего. Защитные уголки 10 не позволяют даже самому мелкому топливу перекрыть доступ воздуха в зону горения и ухудшить мощность и качество горения.
Поверх плиты 3 в ее средней части расположена подвижная плита 5, которая может быть выдвинута вверх, открывая всю площадь колосника, увеличивая тем самым количество поступающего воздуха, объем горения и создавая максимум тепла при сгорании. Также подвижная плита 5 может быть плавно перемещена в среднее положение и самое нижнее, уменьшая тем самым мощность горения, вплоть до полного закрытия щелей в колоснике и прекращения горения.
Покровная плита 6 защищает подвижную плиту и не дает частицам топлива препятствовать ее движению вверх.
Защитные уголки 10 предотвращают полное перекрытие прохода воздуха в щели расположенного внизу колосника мелкого топлива, опускающегося вниз взамен сгоревшего.
Технический результат заключается в повышении КПД и создании оптимальных условий горения при уменьшении мощности горения за счет снижения объема горения и количества поступающего воздуха, что снижает общую мощность горения без ухудшения его качества.