ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ
HEATING BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах, работающих в системах центрального и горячего водоснабжения.
Известен отопительный котел, см. патент РФ №2009406, содержащий цилиндрический корпус с расположенной по его оси камерой сгорания, образующей с корпусом кольцевую водяную рубашку, снабженную патрубками подвода и отвода воды, а в камере сгорания установлено дополнительное топочное устройство, выполненное в виде пакета конусообразных колец, скрепленных между собой стержнями и расположенных ярусами с образованием зазоров между собой и кольцевого зазора с камерой сгорания.
К недостаткам известного котла можно отнести низкую его эффективность вследствие затруднения горения топлива по оси топочного устройства из-за периферийного подвода воздуха.
Известен более совершенный отопительный котел, см. патент РФ №2222754, содержащий цилиндрический корпус с размещенной по его оси камерой сгорания, образующей с корпусом кольцевую водяную рубашку, снабженную патрубками подвода и отвода воды, колосник и зольник с отверстиями для подачи воздуха, а также установленное в камере сгорания дополнительное топочное устройство, выполненное в виде вертикальной топливной трубы, под трубой, соосно с ней, на колоснике установлен конус с диаметром основания, равным диаметру топливной трубы, и углом при основании, равным углу естественного откоса топлива, а величина зазора между колосником и нижней кромкой топливной трубы определяется математической формулой. Топливная труба снабжена водяной рубашкой, соединенной посредством патрубков с водяной рубашкой корпуса.
К недостаткам известного отопительного котла-прототипа можно отнести его низкую эффективность вследствие малой высоты топлива по периметру основания, поступления холодного воздуха через тонкий слой топлива по периметру топливного конуса, искусственное снижение площади горения топлива на колосниковой решетке вследствие установки на ней конуса, а также недостаточно эффективный оборот воды (теплообмен) в водяной рубашке корпуса.
Задачей изобретения является создание отопительного котла с более высокой передачей тепла от нагретых газов сгоревшего топлива теплоносителю.
Поставленная задача достигается тем, что в отопительном котле, содержащем цилиндрический корпус с камерой сгорания и топливной трубой с кольцевыми водяными рубашками, снабженными патрубками подвода и отвода воды, колосник и зольник с отверстиями для подачи воздуха, расстояние между нижней кромкой топливной трубы и верхней поверхностью колосника выполнено равным соотношению , плюс 0,05…0,2 диаметра топливной трубы, на расстоянии 0,4…0,6 диаметра топливной трубы от верхней поверхности колосниковой решетки, над разъемом колосниковой решетки, смонтирован дополнительный канал, соединяющий противоположные стороны водяной рубашки корпуса, при этом в полости водяной рубашки корпуса, и/или топливной трубы, и/или камеры сгорания топлива смонтированы направляющие для теплоносителя.
Направляющая для теплоносителя в полости водяной рубашки смонтирована вертикально и выполнена в виде пластины по ширине, равной расстоянию между стенками рубашки, с образованием верхнего и нижнего соединительных окон в водяной рубашке.
Направляющая для теплоносителя в полости водяной рубашки смонтирована наклонно.
Направляющая для нагретых газов в полости камеры сгорания смонтирована наклонно или ступенчато с образованием спиралеобразного канала для прохождения нагретых газов.
Ширина направляющих для теплоносителя - воды - и для нагретых газов выполнена равной 0,2…1,0 расстояния между стенками водяной или газовой рубашки.
Новизной предложенного отопительного котла является увеличение расстояния между нижней кромкой топливной трубы и верхней поверхностью колосниковой решетки, создание при этом эффективной зоны горения топлива по всей ее поверхности. За счет монтажа на заданном расстоянии от поверхности колосниковой решетки дополнительного соединительного канала предотвращается давление столба топлива, находящееся на разъеме колосниковой решетки, и осуществляется более эффективная направленная циркуляция нагретых газов в полости камеры сгорания. За счет установки в полостях водяных рубашек и полости камеры сгорания между водяными рубашками направляющих осуществляется более эффективная теплопередача. Так, увеличение расстояния между нижней кромкой топливной трубы и верхней поверхностью колосника позволяет постоянно поддерживать по периметру корпуса котла на колосниковой решетке заданный по толщине слой топлива. Приподнятый над поверхностью колосниковой решетки дополнительный соединительный канал создает двухсторонний естественный угол откоса топлива, перекрывающего всю поверхность колосниковой решетки по линии ее разъема.
Наличие направляющих для теплоносителя в полостях водяных рубашек, как и направляющей в полости камеры сгорания топлива, позволяет более активно и направленно перемещать теплоноситель и осуществлять более эффективный теплообмен.
Признаки выполнения направляющих для теплоносителя в полости водяных рубашек в виде пластины по ширине, равной расстоянию между стенками рубашки, по высоте смонтированной вертикально с образованием верхнего и нижнего соединительных окон в водяной рубашке, или наклонно, наличие в полости камеры сгорания между водяными рубашками корпуса и топливной трубы спиралеобразной направляющей, выполнение направляющих шириной 0,2…1,0 расстояния между стенками водяной рубашки - являются дополнительными признаками, раскрывающими конкретное выполнение основных признаков и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.
На фиг.1 схематично в разрезе представлен предлагаемый отопительный котел.
На фиг.2 показана развертка водяной рубашки корпуса котла со смонтированной в ней наклонной направляющей.
На фиг.3 показана развертка внутренней поверхности, а) - с прямой направляющей, б) - с наклонной направляющей.
Предлагаемый отопительный котел состоит из корпуса 1 с выполненной на его внутренней поверхности кольцевой водяной рубашкой 2, топливной трубой 3 с выполненной на ее наружной поверхности водяной рубашкой 4. Водяные рубашки 2 и 4 соединены друг с другом при помощи по меньшей мере четырех патрубков-каналов 5. Над колосниковой решеткой 6 на заданной высоте, вдоль разъема колосниковой решетки, смонтирован дополнительный соединительный канал 7. В полости водяной рубашки корпуса смонтированы либо наклонная 8, либо вертикальная 9 в виде пластины направляющие, образующие в верхней и нижней частях водяной рубашки окна 10 для направленного прохождения теплоносителя. Для повышения эффективности теплоотдачи в полости камеры сгорания 11 между водяными рубашками 2 и 4 смонтированы либо наклонные 12, либо в виде ступеней 13 направляющие газового потока. Направляющие теплоносителя в полостях камеры сгорания 11 и водяных рубашек способствуют лучшей теплопередаче.
Предлагаемый отопительный котел работает следующим образом.
При помощи вспомогательных материалов, древесная щепа, дрова и пр., осуществляют розжиг котла. Затем в топливную трубу 3 засыпают порцию топлива, например каменного угля. Затем на разгоревшийся уголь подают порцию золы (шлака от сгоревшего ранее топлива), затем снова послойно в топливную трубу загружают топливо и шлак до полного заполнения топливной трубы. Первая порция топлива, как и последующие порции топлива и шлака, контактируя с дополнительным каналом 7, смещаются в стороны, образуя конусообразную фигуру с двухсторонним естественным откосом. При этом топливо перекрывает всю поверхность колосниковой решетки 6, обеспечивая эффективное его горение (тление) на всей поверхности решетки 6. Ссыпавшееся в сторону внутренней поверхности корпуса котла топливо создает по периметру слой топлива и золы, который препятствует проникновению холодного воздуха в полость котла к топливу и нагретым газам, что стабилизирует температуру в полости камеры сгорания. Нагретые газы, поднимаясь вверх, через стенки водяных рубашек 2 и 4 нагревают теплоноситель - воду. Наличие направляющих 8 и 9 в полости водяных рубашек и окон 10 позволяет направленно перемещать поступающий в котел теплоноситель, перемешивать и обеспечивать его равномерный нагрев по всему объему, предотвращая возможные отрицательные термические напряжения. Направляющие на внутренней поверхности водяной рубашки 2 и наружной поверхности водяной рубашки 4 способствуют более лучшей теплопередаче. Направляющая для теплоносителя в полости водяной рубашки смонтирована вертикально и выполнена в виде пластины по ширине, равной расстоянию между стенками рубашки, с образованием верхнего и нижнего соединительных окон в водяной рубашке.
Наклонно смонтированная направляющая для теплоносителя в полости водяной рубашки и наклонно смонтированная направляющая для нагретых газов в полости камеры сгорания или ступенчато с образованием спиралеобразного канала для прохождения нагретых газов, а также выбор ширины направляющих для теплоносителя - воды - и для нагретых газов, выполненной равной 0,2…1,0 расстояния между стенками водяной или газовой рубашки, способствуют повышению эффективности теплообмена.
В настоящее время на предприятии на предлагаемый отопительный котел разработаны рабочие чертежи, изготовлено несколько опытных образцов, которые переданы для проведения испытаний в организации.
Предварительные испытания показали положительные результаты.
По окончании испытаний будет принято решение об организации производства предлагаемых отопительных котлов.