КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ

Техническое решение относится к теплотехнике, а именно к генераторам тепловой энергии, и может быть использовано в качестве источника тепла в системах водяного отопления домов частного жилого сектора, а также небольших производственных и бытовых помещений при использовании таких видов твердого топлива как каменный, бурый уголь, дрова и т.д.
Известен водогрейный котел “Гидравлик” (выпускаемый фирмой “Термофор” - www.Termofor.ru), использующий твердое топливо и имеющий корпус, внутри которого размещена топка. Внутри корпуса, вдоль его боковых стен, контактируя с топкой, расположены кипятильные трубы, перекрещивающиеся вверху, над топкой. Кипятильные трубы объединены вверху и внизу коллекторами, имеющими патрубки для присоединения к системе водяного отопления.
Известный котел имеет следующие недостатки:
1. Большие потери тепла через вертикальные стенки корпуса из-за отсутствия опоясывающего (непрерывного) водяного контура.
2. Затруднена очистка значительной части труб от отложений золы и сажи.
3. Малая теплоаккумулирующая способность из-за малого объема прерывистого водяного контура.
4. Низкая ремонтопригодность из-за недоступности многих сварочных швов, являющихся уязвимыми местами.
Перечисленные недостатки снижают эффективность работы, осложняют обслуживание и сокращают срок службы.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является котел ВГД конструкции Н.Г. Добрина (И.И. Павлов, М.Н. Федоров “Котельные установки и тепловые сети”, Москва, Стройиздат, 1986 г., с. 86, 87.), который состоит из наружного и внутреннего корпусов, соединенных между собой вертикальными дымогарными трубами, по которым восходящие топочные газы, отдав тепло теплоносителю, направляются в дымовую коробку, а затем в дымовую трубу. Дополнительно в стенки внутреннего корпуса ввальцованы кипятильные трубы.
Данная конструкция имеет увеличенные и сложные поверхности нагрева, соответствующие котлам средней мощности, но являющиеся избыточными для их использования в котлах малой мощности, а традиционная конструкция топки не позволяет вести процесс горения длительно, в газогенераторном режиме, что способствовало бы достижению большего КПД котла, снижению концентрации вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, и более длительному поддержанию заданной температуры теплоносителя, что привело бы к большей стабилизации температуры отапливаемого помещения.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение КПД котла водогрейного, снижение концентрации вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, а также увеличение времени горения единичной загрузки твердого топлива (дрова, уголь) за счет организации процесса горения в газогенераторном режиме.
Поставленная задача решается тем, что котел водогрейный, содержащий заполненный теплоносителем корпус, размещенные в нем топку и дымогарные трубы, согласно техническому решению снабжен устройством подачи вторичного воздуха, сообщенным с топкой, которая оборудована теплоизолирующим кожухом, имеющим выход для топочных газов.
Теплоизолирующий кожух, ограждающий топку, позволяет сохранять высокую температуру генераторных газов внутри топки, что ведет к надежному воспламенению генераторных газов в присутствии нагретого вторичного воздуха, обеспечивая более полное сгорание их. В результате повышается КПД, снижаются вредные выбросы в атмосферу и существенно увеличивается время горения единичной загрузки топлива.
Целесообразно устройство подачи вторичного воздуха выполнить в виде вертикального воздуховода с фурмой и смонтировать его так, чтобы вертикальный воздуховод был непосредственно сообщен стенкой с топкой, а фурма размещена горизонтально в верхней зоне топки, вытянута вперед, причем выход вторичного воздуха из фурмы предусмотрен вдоль нее, по всему ее горизонтальному контуру.
Выбранная конструкция устройства подачи вторичного воздуха позволяет создать увеличенные поверхности теплообмена вертикального воздуховода и фурмы, контактирующие с топкой. Тем самым создаются условия для нагрева вторичного воздуха до высокой температуры и подачи его в топку уже в разогретом состоянии. Горячий вторичный воздух, поступая из выхода вытянутой вперед фурмы, своевременно и повсеместно встречается с горячими генераторными газами (в топке), что также положительно влияет на реакцию окисления при сгорании генераторных газов и тем самым позволяет надежно сжигать их в любом режиме, обеспечивая полноту сгорания топлива.
Целесообразно выход вторичного воздуха из фурмы выполнить в виде щелевого сопла постоянной ширины, общее сечение которого не превышает 1/10 поперечного сечения фурмы. Это обеспечит равномерное истечение вторичного воздуха по всей протяженности щелевого сопла.
Целесообразно устройство подачи вторичного воздуха снабдить регулятором, что позволяет регулировать подачу вторичного воздуха в топку, тем самым эффективно управлять процессом сжигания разных видов топлива.
Целесообразно вставить в дымогарные трубы ленточные спирали. Это улучшит контакт топочных газов со стенками дымогарных труб и сделает теплопередачу более эффективной.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения котла водогрейного и чертежами фиг. 1-8, где показано:
- на фиг. 1 - общий вид котла водогрейного (вид спереди);
- на фиг. 2 - общий вид котла водогрейного (вид слева);
- на фиг. 3 - общий вид котла водогрейного (вид сзади);
- на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1 (схема);
- на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2 (схема);
- на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5 (схема);
- на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 5 (схема);
- на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 5 (схема).
Котел водогрейный включает: корпус 1 (фиг. 1-8), заполненный теплоносителем и оснащенный снаружи топочной дверкой 2 и дверкой 3 зольника с регулятором 4 первичного воздуха, крышку 5 дымовой коробки (фиг. 2), дымоход 6 с дроссельной заслонкой 7 (фиг. 1), входной патрубок 8 (из системы отопления) (фиг. 2), выходной патрубок 9 (в систему отопления), термометр 10. Топочная дверка 2, дверка 3 зольника и крышка 5 дымовой коробки имеют уплотнение 11 (фиг. 4).
Корпус 1 котла водогрейного имеет внутри: топку 12 (фиг. 4), оснащенную колосниковой решеткой 13, зольником 14, теплоизолирующим кожухом 15 с выходом 16 для топочных газов, устройство для подачи вторичного воздуха, состоящее из вертикального воздуховода 17 с регулятором 18, оканчивающегося фурмой 19 (фиг. 4-6). Топка 12 имеет своим продолжением пучок дымогарных труб 21 (фиг.4,5,7,8), завальцованных в трубных досках 22, 23 и соединяющих ее с дымовой коробкой 24, заканчивающейся дымоходом 6 (фиг. 3). В дымогарные трубы 21 вставлены ленточные спирали 25 (фиг. 4, 5). Вертикальный воздуховод 17 непосредственно сообщен стенкой с топкой 12, а фурма 19 размещена горизонтально в верхней зоне топки 12, вытянута вперед, а выход вторичного воздуха из фурмы 19 предусмотрен вдоль нее, по всему ее горизонтальному контуру. Целесообразно выход из фурмы 19 выполнить в виде щелевого сопла 20 постоянной ширины, общее сечение которого не превышает 1/10 поперечного сечения фурмы 19.
Полости вертикального воздуховода 17, фурмы 19, топки 12, зольника 14, дымогарных труб 21 и дымовой коробки 24 с дымоходом 6 (фиг. 4) сообщены между собой. Оставшееся пространство внутри корпуса 1 является водяным контуром 26 и заполнено теплоносителем.
Котел водогрейный (далее - котел) работает следующим образом.
Котел устанавливают на горизонтальную площадку. Входной 8 и выходной 9 патрубки (фиг. 2) соединяют с системой отопления, с последующим заполнением всей системы теплоносителем (вода или антифриз). Из стандартизованных деталей продлевают дымоход 6 (фиг. 2) и выводят его за пределы отапливаемого помещения.
Растопку осуществляют следующим образом: на колосниковую решетку 13 топки 12 (фиг. 4) укладывают бумагу, щепки и т.п. (вспомогательное топливо), дрова или уголь (основное топливо). Затем их поджигают и топочную дверку 2 (фиг. 2) топки 12 (фиг. 4) закрывают. В начале растопки дверка 3 (фиг. 1) зольника 14 (фиг. 4) приоткрыта и первичный воздух свободно поступает под колосниковую решетку 13, обеспечивая интенсивное горение топлива (форсированный режим работы). Дроссельная заслонка 7 (фиг. 1) дымохода 6 при этом полностью открыта. После того как загоревшееся основное топливо прогреет теплоизолирующий кожух 15 (фиг. 5, 6), работу котла переводят в экономичный газогенераторный режим: дверку 3 (фиг. 1) зольника 14 (фиг. 4) плотно закрывают, а интенсивность горения регулируют подачей вторичного воздуха регулятором 18 на входе в вертикальный воздуховод 17 при отсутствии или минимальной подаче первичного воздуха с помощью регулятора 4 (фиг. 1) дверки 3 зольника 14 (фиг. 4). Дальнейшее снижение скорости горения (увеличение времени работы на одной закладке топлива) осуществляется постепенным прикрытием дроссельной заслонки 7 (фиг. 1) дымохода 6.
В тлеющем режиме, при недостатке окислителя (кислорода воздуха), твердое топливо газифицируется, выделяя генераторные газы, которые, поднимаясь в верхнюю зону топки 12 (фиг. 4) и встретившись с разогретым вторичным воздухом, выходящим из щелевого сопла 20 фурмы 19, воспламеняются и постепенно сгорают. Конструкция вертикального воздуховода 17 с фурмой 19 и теплоизоляция топки 12 обеспечивают высокую температуру вторичному воздуху и генераторным газам, что ведет к полноценному сгоранию последних. Вследствие равномерного распределения нагретого вторичного воздуха в верхней зоне топки 12 происходит интенсивное перемешивание его с генераторными газами, что обеспечивает гомогенный характер горения и, как следствие, - полноту сгорания топлива. Частичное перекрытие верхней зоны топки 12 (фиг. 4, 6) теплоизолирующим кожухом 15 (фиг. 4, 6) также способствует сохранению высокой температуры и перемешиванию вторичного воздуха с генераторными газами и одновременно служит выравниванию потоков топочных газов по дымогарным трубам 21 (фиг. 4, 8).
Раскаленные топочные газы, образовавшиеся в результате сгорания генераторных газов, выходят из зоны, теплоизолированной кожухом 15 (фиг. 5), через выход 16 и вступают в теплообмен с теплоносителем через стенки верхнего пояса топки 12, трубной доски 22, дымогарных труб 21, дымовой коробки 24. После этого отработанные топочные газы удаляются через дымоход 6 (фиг. 4) в атмосферу. Ленточные спирали 25 (фиг. 4, 5) закручивают восходящий поток топочных газов, прижимая его к стенкам дымогарных труб 21, что делает теплопередачу более эффективной.