ТОПКА ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА
WATER BOILER FURNACE

Изобретение относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности.
Известен водогрейный котел, содержащий прямоугольную топку с уравновешенной тягой и поперечно обтекаемые продуктами сгорания поверхности нагрева конвективных газоходов, выполненных в виде горизонтальных трубных пучков (см. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Каталог-справочник. - М.: НИИЭ ИНФОРМЭНЕРГО-МАШ, 1983. - 200 с. (с. 108, рис. 90 - Котел типа КВ-ТС-4-150 и с. 110-111, рис. 91 - Котел типа КВ-ТС-6,5-150)).
К недостаткам этого устройства относятся низкая эффективность сгорания угля и недостаточно эффективный теплообмен в них, что приводит к повышению температуры уходящих газов и уменьшению теплопроизводительности котла.
Известна также топка водогрейного котла, объем которой ограничен передним фронтовым, боковыми и потолочным топочными экранами, топочной решеткой и задним фронтом топки (см. Котел водогрейный Гефест -1,8-95Шп (КВм-1,8КБ) для работы на каменном и буром угле http://www.bikz.ru/production/kotly_vodogrenie/kamennyj_i_buryj_ugol/serii_gefest_0_4_0_6_0_8_l_2_mvt/kvm-l_8_kbngefest-l_8-95shp/).
Недостатки этого конструктивного решения - из-за отсутствия возможности поступления свежего воздуха ко всему объему сгорающего топлива возникают потери тепла от недожигания и неполного сгорания топлива и соответственно низкий коэффициент полезного действия.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение теплопроизводительности топки водогрейного котла.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение КПД топки водогрейного котла при сжигании бурых углей и снижение потерь тепла с уходящими газами за счет дополнительного поступления свежего воздуха к объему сгорающего топлива и возможности глубокого регулирования соотношения «топливо-воздух». Кроме того, формирование в топке водогрейного котла теплоаккумулирующих поверхностей интенсифицирует термическое воздействие на сжигаемый уголь.
Для решения поставленной задачи топка водогрейного котла, объем которой ограничен передним фронтовым, боковыми и потолочным топочными экранами, топочной решеткой и задним фронтом топки, отличается тем, что над топочной решеткой на протяжении участка активного горения топлива сформированы нависающие продольные топочные пороги, выполненные в виде гнутых труб боковых экранов, при этом гнутые трубы выполнены Г-образными и чередуются с прямыми, вертикальные участки которых расположены параллельно, а горизонтальные отгибы обращены друг к другу и расположены над топочной решеткой, их концы сообщены друг с другом, а торцы заглушены, при этом пространство между нижними гнутыми трубами заполнено огнеупорным шамотобетоном, кроме того, нижняя сторона горизонтальных отгибов футерована огнеупорной мастикой, при этом топка водогрейного котла дополнительно снабжена системой подачи вторичного дутьевого воздуха, содержащей горизонтальные дутьевые каналы, выполненные по обеим сторонам топки, сообщенные друг с другом поперечным воздухогазопроводом, причем один из горизонтальных дутьевых каналов сообщен с источником дутья, при этом над горизонтальными дутьевыми каналами параллельно им размещены дополнительные продольные горизонтальные каналы, сообщенные с ними вертикальными патрубками, расположенными у конца продольных топочных порогов, кроме того, дополнительные продольные горизонтальные каналы снабжены горизонтальными патрубками, снабженными дутьевыми соплами ориентированными над топочной решеткой непосредственно над слоем горящего топлива.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Отличительные признаки изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки «над топочной решеткой, на участке, примыкающем к переднему топочному экрану, на протяжении участка активного горения топлива, сформированы нависающие продольные топочные пороги» обеспечивают формирование в котле теплоаккумулирующих поверхностей, интенсифицирующих термическое воздействие на сжигаемый уголь.
Признаки, указывающие, что нависающие продольные топочные пороги выполнены «в виде гнутых труб боковых экранов, при этом гнутые трубы выполнены Г-образными и чередуются с прямыми, вертикальные участки которых расположены параллельно, а горизонтальные отгибы обращены друг к другу и расположены над топочной решеткой, их концы сообщены друг с другом, а торцы заглушены», раскрывают конструкцию этих узлов и обеспечивают «снятие» тепла с них на нагрев воды.
Признаки, указывающие, что «пространство между нижними гнутыми трубами заполнено огнеупорным шамотобетоном» и «нижняя сторона горизонтальных отгибов футерована огнеупорной мастикой» повышают теплоаккумулирующие свойства порогов и способствуют повышению их термостойкости.
Признаки «топка водогрейного котла дополнительно снабжена системой подачи вторичного дутьевого воздуха» обеспечивают возможность глубокого регулирования соотношения «топливо-воздух».
Признаки, указывающие, что система подачи вторичного дутьевого воздуха «содержит горизонтальные дутьевые каналы, выполненные по обеим сторонам топки, сообщенные друг с другом поперечным воздухогазопроводом, причем один из горизонтальных дутьевых каналов сообщен с источником дутья» обеспечивают возможность подвода вторичного дутьевого воздуха с обеих сторон топочной решетки.
Признаки «над горизонтальными дутьевыми каналами параллельно им размещены дополнительные продольные горизонтальные каналы, сообщенные с ними вертикальными патрубками, расположенными у конца продольных топочных порогов» обеспечивают распределение вторичного дутьевого воздуха по всем дутьевым соплам.
Признаки «дополнительные продольные горизонтальные каналы снабжены горизонтальными патрубками» обеспечивают ввод вторичного дутьевого воздуха в полость топки.
Признаки, указывающие, что горизонтальные патрубки снабжены «дутьевыми соплами», обеспечивают ввод вторичного воздуха «концентрированными» струями.
Признаки, указывающие, что дутьевые сопла ориентированы «над топочной решеткой непосредственно над слоем горящего топлива», обеспечивают ввод вторичного воздуха в зону формирования факела пламени, где он напрямую взаимодействует с поверхностью горящего топлива.
На фиг. 1 показан общий вид топки водогрейного котла; на фиг. 2 показан разрез А-А топки водогрейного котла совместно с разрезом Б-Б.
На чертежах показаны пространство топки 1, топочная решетка 2, передний 3 и задний 4 фронты, потолочный 5 и боковой 6 топочный экраны, топочные пороги 7, гнутые 8 и прямые 9 трубы боковых топочных экранов 6, вертикальные 10 участки Г-образных труб и их горизонтальные отгибы 11, соединительные патрубки 12, огнеупорный шамотобетон 13, огнеупорная мастика 14, горизонтальные дутьевые каналы 15, поперечный воздухогазопровод 16, источник дутья 17, дополнительные продольные горизонтальные каналы 18, вертикальные 19 и горизонтальные 20 патрубки, дутьевые сопла 21.
Пространство топки 1 водогрейного котла ограничено топочной решеткой 2 (для сжигания топлива может быть использовано неподвижное колосниковое полотно либо механизированная топка с шурующей планкой, переталкивающими колосниками, с ленточной решеткой прямого хода и т.п.), передним 3 (он же составляет передний фронт котла) и задним 4 фронтами, потолочным 5 и боковыми 6 топочными экранами.
Нависающие продольные топочные пороги 7 выполнены над топочной решеткой 2 на протяжении участка активного горения топлива (участок, примыкающий к переднему 3 топочному экрану, длиной, равной половине длины топки 1). Топочные пороги 7 выполнены в виде гнутых 8 и прямых 9 труб боковых топочных экранов 6, при этом гнутые трубы 8 чередуются с прямыми 9 и выполнены Г-образными, вертикальные участки 10 которых расположены параллельно, а их горизонтальные отгибы 11 обращены друг к другу и расположены над боковыми участками топочной решетки 2. Их концы сообщены друг с другом соединительными патрубками 12, а торцы заглушены. При этом пространство между нижними гнутыми трубами 8 заполнено огнеупорным шамотобетоном 13, кроме того, нижняя сторона горизонтальных отгибов 11 футерована огнеупорной мастикой 14.
Топка 1 водогрейного котла дополнительно снабжается системой подачи вторичного дутьевого воздуха, содержащей горизонтальные дутьевые каналы 15, выполненные по обеим сторонам топки 1, сообщенные друг с другом поперечным воздухогазопроводом 16, причем один из горизонтальных дутьевых каналов 15 сообщен с источником дутья 17. Над горизонтальными дутьевыми каналами 15 параллельно им размещены дополнительные продольные горизонтальные каналы 18, сообщенные с ними вертикальными патрубками 19, расположенными у конца продольных топочных порогов 7. Дополнительные продольные горизонтальные каналы 18 снабжены горизонтальными патрубками 20. Продольные горизонтальные патрубки 20 снабжены дутьевыми соплами 21, ориентированными над топочной решеткой 2 непосредственно над слоем горящего топлива. Заявленное устройство работает следующим образом. Топочная решетка 2 и ее агрегаты имеют самостоятельный корпус и опорную раму, и может быть смонтирована и демонтирована, при необходимости, без нарушения монтажного положения котла. Сжигание топлива осуществляется известным образом на топочной решетке 2.
Нависающие продольные топочные пороги 7 (за счет объема, заполненного огнеупорным шамотобетоном 13) «работают» как теплоаккумулирующие объемы в полости топки 1, что значительно повышает интенсивность горения влажных топлив в особенности бурых углей за счет отдачи топливу аккумулированного тепла и обеспечения его дополнительного прогрева.
Регулирование соотношения «топливо-воздух» обеспечивают системой подачи вторичного дутьевого воздуха. Вторичный дутьевой воздух от источника дутья 17 через горизонтальный дутьевой канал 15 попадает в поперечный воздухогазопровод 16 и через вертикальные патрубки 19 в дополнительные продольные горизонтальные каналы 18, далее распределяется по горизонтальным патрубкам 20 с соплами 21, через которые дутьевой воздух вводится «концентрированными» струями в полость топки 1.