ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для обогрева индивидуальных и промышленных помещений и других технологических нужд.
Известен водонагревательный котел на твердом топливе, содержащий камеру сгорания, установленную вертикально и выполненную в виде круглого или многоугольного цилиндра в двойной стенке которой сформирована емкость, заполненная водой (патент РФ на полезную модель №104290). В верхней части камеры сгорания вставлена труба подачи воздуха, выполненная в виде телескопической конструкции, заканчивающаяся распределителем воздуха. В боковой части корпуса котла выполнен общий проем для загрузки топлива, очистки от золы, обслуживания камеры сгорания и устройства подачи воздуха в область горения, закрытый герметично двумя дверками, одна из которых предназначена для розжига котла и кратковременного наблюдения за процессом горения, другая - для загрузки камеры сгорания котла топливом и обслуживания камеры сгорания и устройства подачи воздуха. Верхняя дверка выполнена с заходом на нижнюю, что предотвращает случайное открывание нижней дверки и просыпание горящего топлива. Труба подачи воздуха состоит, по меньшей мере, из двух звеньев, в соединениях которых выполнены прорези для подачи воздуха, который обеспечивает догорание топочных газов, образующихся после сгорания топлива в камере сгорания.
Недостатком аналога является неудобство загрузки котла топливом, так как для открытия нижней дверки загрузки требуется открыть сначала верхнюю дверку, которая выполнена с заходом на нижнюю дверку, что, в процессе эксплуатации (горения топлива) котла чревато дополнительной потерей тепла горячих газов, предназначенных для нагрева теплоносителя (воды) в водяной полости котла.
Известен также отопительный котел, содержащий камеру сгорания, в двойной стенке которой сформирована емкость, заполненная водой, с отверстием выхода дыма, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, патрубки подвода и отвода воды (Евразийский патент №005303). Камера сгорания установлена вертикально и выполнена в виде круглого или многоугольного цилиндра, в верхней части которого выполнено отверстие, в которое вставлена свободно вверх-вниз перемещающаяся труба подачи воздуха, заканчивающаяся распределителем воздуха, опирающимся на топливо, при этом распределитель воздуха выполнен в виде пустотелого диска, в верхней части которого выполнен наконечник для соединения с трубой подачи воздуха, а в нижней части - головка, при этом в периферийной части диска, в узком конце головки и на боковой поверхности головки, а также в наконечнике выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью распределителя воздуха. Площадь распределителя воздуха равна 0,3-0,5 площади поперечного сечения камеры сгорания. Труба подачи воздуха выполнена в виде телескопической конструкции. Распределитель подает воздух в камеру сгорания в пропорции: в очаг сгорания подается 40-60%; на края очага сгорания подается 10-30%; над очагом сгорания - 20-40%
Конструкция котла по евразийскому патенту №005303 наиболее близка к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является конструкция головки в нижней части воздухораспределителя, которая обеспечивает подачу воздуха только в центральную часть горящего топлива, что не позволяет добиться эффективного горения топлива, удаленного от центра камеры сгорания и расположенного ближе к стенкам камеры теплоносителя.
Задача заявляемой полезной модели - увеличение теплоотдающей поверхности горящего в камере сгорания котла твердого топлива за счет расширения зоны горения (очага сгорания) топлива.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение КПД котла.
Заявленный технический результат достигается тем, что отопительный котел содержит камеру сгорания с отверстием для выхода отработанных газов, в двойной стенке которой сформирована полость с патрубками для подвода и отвода теплоносителя, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, Камера сгорания установлена вертикально и выполнена в виде цилиндра или многоугольной призмы, в верхней части которого выполнено отверстие для прохода воздуха в трубу для подачи воздуха, заканчивающуюся распределителем воздуха.
Распределитель на трубе подачи воздуха, опирающийся в процессе работы котла на топливо, выполнен в виде пучка Г-образных труб, снабженных отверстиями для подачи воздуха в зону сгорания топлива и в зону над очагом сгорания. Горизонтальные участки Г-образных труб сообщаются с трубой подачи воздуха и через свои отверстия в стенках обеспечивают подачу воздуха в зону над очагом сгорания. Вертикальные участки Г-образных труб, сообщающиеся с горизонтальными участками, через отверстия в стенках и в торцах подают воздух в зону сгорания. Над пучком Г-образных труб размещен плоский дискообразный экран, обеспечивающий подачу воздуха в зону сгорания и над очагом сгорания, не допуская воздух в зону догорания газов. В зону догорания газов воздух подается через отверстия в трубе подачи воздуха, которая выполнена с возможностью изменения своей длины, например, телескопической или сильфонной, в процессе работы котла. Эти отверстия для пропуска воздуха в камеру сгорания обеспечивают догорание топочных газов, еще раз повышая температуру теплоносителя в полости теплоносителя.
Заявитель является разработчиком конструкторской документации и изготовителем подобных котлов. При проведении НИР и ОКР им экспериментально установлено, что наиболее эффективная работа котла достигается при распределении воздуха, поступающего в камеру сгорания через отверстия в корпусе трубы для подачи воздуха и через отверстия в Г-образных трубах пучка воздухораспределителя, следующим образом:
- в зону сгорания (через отверстия вертикальных участков пучка труб) подается 60-80% воздуха;
- в зону над очагом сгорания (через отверстия горизонтальных участков пучка труб) подается 10-20% воздуха;
- в зону догорания газов (через отверстия в корпусе трубы подачи воздуха) подается 10-20% воздуха.
Исходя из вышеупомянутых расходов воздуха по зонам, были определены суммарные площади отверстий для каждой зоны:
- суммарная площадь отверстий вертикальных участков пучка труб - 60-80% от общей площади отверстий для подачи воздуха трубы и отверстий распределителя;
- суммарная площадь отверстий горизонтальных участков пучка труб - 10-20% от общей площади отверстий для подачи воздуха трубы и отверстий распределителя;
- суммарная площадь отверстий в корпусе трубы подачи воздуха -10-20% от общей площади отверстий для подачи воздуха трубы и отверстий распределителя.
Для повышения расхода воздуха через трубу для подачи воздуха котел может быть снабжен вентилятором, установленным на входе трубы для подачи воздуха, например, в камере подогрева воздуха, в нижнем торце которой закреплена труба для подачи воздуха в камеру сгорания, а верхний торец через отверстие сообщается с атмосферой. В частном случае воздушный насос установлен в отверстии забора воздуха в верхней части камеры подогрева воздуха.
Для повышения эффективности сгорания топлива котел может быть снабжен поддувалом, расположенным в нижней части камеры сгорания, на колосник которого загружается твердое топливо. Воздух в поддувало поступает по каналу, соединяющему поддувало с камерой подогрева воздуха.
На фиг. 1 представлен продольный разрез отопительного котла, на фиг. 2 - фрагмент продольного разреза котла в районе размещения канала, соединяющего камеру подогрева воздуха с поддувалом, на фиг. 3 - вид в ракурсе ѕ воздухораспределителя сверху, на фиг. 4 - вид в ракурсе ѕ воздухораспределителя снизу.
Отопительный котел содержит корпус 1 с размещенной внутри его полостью 2 для теплоносителя, которая через входной 3 и выходной 4 патрубки сообщается с системой отопления помещения. Корпус 1 снабжен дверками 5, 6 для закладки топлива и обслуживания камеры сгорания 7. В верхней части камеры сгорания 7 выполнено отверстие 8, в которое вставлена труба 9 переменной длины для подачи воздуха в камеру сгорания 7. Труба 9 может быть выполнена, например, телескопической (участки 9.1, 9.2, 9.3). Вывод отработанных топочных газов осуществляется через патрубок 10 в верхней части корпуса 1 котла. Труба 9 переменной длины в своей нижней части снабжена воздухораспределителем 11, который состоит из пучка Г-образных труб 12, снабженных отверстиями 13 для подачи воздуха в зону сгорания топлива и в зону над очагом сгорания. Отверстия 13.1 расположены на вертикальных участках Г-образных труб пучка и на торцах этих труб, Отверстия 13.2 расположены на горизонтальных участках Г-образных труб пучка. Над пучком Г-образных труб размещен плоский дискообразный экран 14. Вентилятор 15 размещен на входе трубы 9 для подачи воздуха в камеру сгорания 7. В корпусе трубы 9 с участками 9.1, 9.2, 9.3 выполнены отверстия 16 для подачи воздуха в зону догорания газов. Для нагрева поступающего в трубу 9 через патрубок 17 холодного воздуха может быть использована камера 18 подогрева воздуха, которая расположена в верхней части камеры сгорания 7 на пути выхода отработанных горячих топочных газов. Отработанные топочные газы удаляются из камеры сгорания через выпускной патрубок 10. В нижней части котла расположено поддувало 19 с колосником 20. Поддувало 19 соединено каналом 21 с камерой 18 подогрева воздуха.
Работа отопительного котла.
Перед загрузкой котла твердым топливом, например, дровами, воздухораспределитель 11 поднимается известным образом, например, с помощью троса (не показан) и складывания телескопической трубы 9, в верхнее положение. Через дверки 5, 6 топливо закладывается в камеру сгорания 7. После закладки топлива воздухораспределитель 11 опускается на топливо и производится его розжиг. При сгорании топлива воздух из трубы 9 через отверстия 13.1 вертикальных участков труб пучка 12 распределяется в зоне сгорания топлива, поддерживая горение максимального по площади слоя топлива, выделяющего при этом еще и оксид углерода СО. Через отверстия 13.2 горизонтальных участков труб пучка 12 поступающий воздух распределяется в зоне над сгорающим топливом под экраном 14, обеспечивая первичное догорание оксида углерода. Оставшийся в топочном газе СО догорает смешиваясь с воздухом, поступающем через отверстия 16 в трубе 9, выше экрана 14 - в зоне догорания. Интенсивность сгорания топлива можно повысить, обеспечив наддув воздуха в трубу 9, разместив перед трубой вентилятор (воздушный насос) 18. При подогреве воздуха (перед его поступлением в трубу 9) в камере 18 подогрева воздуха также увеличивается эффективность сгорания топлива в камере сгорания 7.Воз душный насос 18 может быть размещен на входе 17 воздуха в камеру 18 подогрева воздуха. Чем эффективнее сгорает топливо в камере сгорания, тем больше отдача тепла в полость теплоносителя 2, тем выше температура теплоносителя, тем выше КПД отопительного котла. Если котел снабжен поддувалом 19, то твердое топливо размещается на колоснике 20. Подогретый воздух из камеры 18 подогрева воздуха поступает снизу по каналу 21 к топливу на колоснике 20 и способствует, таким образом, повышению эффективности его сгорания.
Проведенные заявителем ОКР показали его повышенные эксплуатационные характеристики по сравнению с прототипом и доказали промышленную применимость такой конструкции.