КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к конструкции водогрейных водотрубных котлов.
Известно устройство для сжигания угольной мелочи, содержащее топку с вращающейся спиральной колосниковой решеткой с приводным механизмом, соединенный с топкой бункер, снабженный питателем, и вентилятор, в нем колосниковая решетка выполнена в виде наклонной цилиндрической спирали с торцевыми кольцами, взаимодействующими с приводным механизмом, снабженным опорными и приводными роликами, а питатель бункера выполнен в виде вращающегося барабана с воронкообразными ячейками на боковой поверхности (см. патент RU, N 1242681, МКИ4 F 23 В 1/24).
К недостаткам устройства относится необходимость предварительной подготовки топлива, недожог топлива из-за конструктивных особенностей барабана питателя, не позволяющих по физико-механическим условиям сформировать полноценный топливный брикет, и эффективное его перелопачивание в колосниковой спиральной решетке, ускоренный (большой) износ опорно-приводных узлов, так как они находятся в зоне высоких температур, изготовление спиральной колосниковой решетки является технологически сложным процессом. Кроме того, возможно, коробление спирали и затруднен доступ к деталям привода, так как они находятся внутри топки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для сжигания твердого топлива и, реализованное в серийном Венгерском котлоагрегате «Карборобот» (Carborobot). Одно из доступных его описаний представлено на сайте производителя в Интернете /http://www.carborobot.hu//. Сущность указанного устройства заключается в следующем. Устройство (котел) имеет бункер для топлива, из которого оно высыпается через щель в топку на подвижную колосниковую решетку, являющуюся зоной горения топлива. Периодически решетка движется, тем самым подаются новые порции топлива в зону горения и сбрасываются с ее противоположного конца твердые остатки горения в золосборник. На трубе отвода дымовых газов установлен вентилятор-дымосос. Воздух в топку втягивается через решетку снизу и, проходя через нее, подогревается. Топливо, ссыпавшееся через щель в бункере на решетку, перед подачей в зону горения подогревается от нее излучением и конвекцией. Дымовые газы выводят через теплообменник, расположенный над топкой перед трубой. В теплообменнике происходит нагрев воды, которая подается насосом в контур отопления здания. По показаниям датчиков температуры, расположенных в воде теплообменника и в канале дымовых газов, выдаются сигналы в контроллер, который управляет подачей топлива и воды, т.е. двигателями решетки, вентилятора и насоса.
Недостатками устройства являются: отсутствие регулировки подачи воздуха и топлива; котел не может работать на каменном угле и с гранулами меньше 5 мм, так как каменный уголь забивает шлаком колосниковую решетку, а мелкий уголь проваливается через нее; наблюдается недожог, скатывание с поверхности барабана.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение КПД котла водогрейного, исключение недожога топлива.
Предлагаемое техническое решение, котел водогрейный, направлено на устранение отмеченных недостатков, и от его использования может быть получен следующий технический результат: расширение эксплуатационных возможностей за счет использования в качестве твердого топлива, понятие которого включает дерево, каменный и бурый уголь, кокс, древесно-стружечные (в т.ч. т.н. "пеллеты", прессованные из древесных опилок); возможность регулирования подачи топлива и воздуха в топку, что приведет к оптимизации процесса горения, повысится надежность безотказной работы теплового агрегата и полнота сгорания топлива, включая каменный уголь и мелкие фракции; увеличение эффективной площади горения.
Это достигается за счет того, что в котле водогрейном, содержащем корпус, в котором установлены: топка; вентилятор-дымосос, расположенный на трубе отвода дымовых газов; зольник, отделенный от топочной камеры решеткой и соединенный с топкой; бункер; при этом в топке установлены вращающаяся решетка, взаимодействующая с приводным механизмом и жаротрубный теплообменник, согласно полезной модели, корпус выполнен цельнометаллическим, сварным. В топке размещено устройство для сжигания топлива. Устройство для сжигания топлива специальной конструкции представляет собой вращающуюся решетку в виде барабана, образованного из двух цилиндров, расположенных один внутри другого, причем наружный цилиндр большего диаметра образован вогнутыми сегментами (пластинами), а внутренний цилиндр меньшего диаметра стальной; причем между цилиндрами установлены разделительные радиальные ребра, образующими сектора. В пространство, образованное между поверхностями цилиндров подается воздух, дутье с регулировкой по секторам. Конструкция устройства для сжигания топлива «цилиндр в цилиндре» с равномерным разделением ограниченного пространства на сектора позволяет улучшить характеристики дутья и ограничить сектор подачи воздуха в топку. Устройство для сжигания топлива обеспечивает послойное сжигание топлива. Кроме этого, устройство для сжигания топлива содержит сетку, разделяющую топливо на крупную и мелкую фракцию, что улучшает процесс горения. При этом, наличие вогнутых пластин, поверхность которых выполнена криволинейной, например, в форме дуги окружности, позволяет увеличить площадь горения. При этом на пластинах расположены конические отверстия. Конические отверстия обеспечивают лучшее дутье и препятствуют просыпанию мелких частиц топлива в дутьевую камеру. Размеры и количество отверстий определяется расчетом. При этом по периметру пластин приварены стальные прутки, которые позволяют удерживаться топливу на поверхности горения. При этом устройство для сжигания топлива установлено с возможностью вращения на горизонтальном валу приводом шагового механизма, скорость вращения задается блоком автоматического управления. При этом в корпусе также размещены: устройство для подачи воздуха, устройство для регулировки подачи количества топлива в топку, а также пластина - клапан для исключения просыпа мелких частиц топлива в пассивную зону. Причем устройство для подачи воздуха содержит плунжеры для регулировки подачи воздуха; дутьевую щель, изогнутую по радиусу и расположенную между поверхностями двух цилиндров, таким образом, что охватывает максимальное количество дутьевых камер устройства для сжигания топлива и обеспечивает необходимые условия горения топлива в топке. Причем устройство для регулировки подачи топлива состоит из пластин, которые крепятся со стороны топки к стенке канала для подачи топлива на устройство для сжигания топлива с возможностью перемещаться вертикально и изменять зазор (А) над устройством для сжигания топлива; причем котел имеет теплоизоляционное покрытие. Причем в качестве теплоизоляционного покрытия применяется акриловое покрытие на основе микросфер. Причем покрытие нанесено на наружные поверхности котла, устройство для сжигания топлива, воронки и контейнеры для сбора шлака и золы.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 - котел водогрейный, общий вид.
На фиг.2 - то же, устройство для сжигания топлива, общий вид.
На фиг.3 - то же, устройство для сжигания топлива,
На фиг.4 - то же, устройство для подачи воздуха, общий вид.
На фиг.5 - то же, устройство для подачи воздуха, вид А на фиг.4.
На фиг.6 - то же, устройство для подачи воздуха, вид Б на фиг.4.
На фиг.7 - то же, устройство для подачи воздуха, сечение В-В на фиг.4.
На фиг.8 - то же, устройство для регулировки подачи топлива, фрагмент.
Позиции на фигурах обозначают: топка (1); жаротрубный теплообменник (2); бункер для топлива (3); шлако-золонакопитель (4); устройство для сжигания топлива (5); привод устройства для сжигания топлива (6); устройство для подачи воздуха (8); люк вторичного воздуха (9); смотровой люк (10); патрубок для подвода воды (11); патрубок для отвода воды (12); газоход для отвода дыма (13); заслонка для регулировки тяги (14); люк для чистки зольника (15); люк шлако-накопителя (16); люк (17) для обслуживания теплообменника (2); пластина-клапан (18); блок автоматического управления (19); контейнер шлака (20); контейнер для золы (21); воронка (22) для сбора шлака и золы; устройство для регулировки подачи топлива (23); сетка (24); пластина вогнутая (25); пруток (26); конические отверстия (27); дутьевая камера (28); плунжер (29); дутьевая щель (30); цилиндр (31); цилиндр (32); пластина (33), разделительные радиальные ребра (34).
Котел водогрейный содержит:
- Корпус котла (топочная камера и теплообменник).
Устройство для сжигания топлива (фиг.2):
- Устройство для сжигания топлива обеспечивает послойное сжигание топлива.
- Сетка (24) разделяет топливо на устройстве на крупную и мелкую фракции, обеспечивая этим объемный процесс горения, что улучшает его характеристики.
- Увеличивается площадь горения за счет вогнутой поверхности пластин (25 фиг.3).
- Прутки (26) позволяют удерживаться топливу на поверхности горения в тот момент, когда при повороте сектор приобретает наклонное положение.
- Конические отверстия (27) на пластинах (25) обеспечивают лучшее дутье и препятствуют ссыпанию мелких частиц топлива в дутьевую камеру (28). Размеры и количество отверстий определяется расчетом.
- Конструкция устройства для горения «цилиндр в цилиндре» с равномерным разделением на сектора позволяет улучшить характеристики дутья за счет регулирования плунжерами (29) подачи воздуха в каждый отдельный сектор.
- Пластина-клапан (18 фиг.1): применение пластины-клапана позволяет увеличить угол сектора и исключить просыпание топлива в сторону противоположную вращению барабана в устройстве для сжигания топлива.
Устройство для подачи воздуха (фиг.4-7).
- Устройство для подачи воздуха обеспечивает подачу воздуха в дутьевые камеры (28) барабана в устройстве для сжигания топлива. Обеспечивает регулировку сгорания топлива.
- Регулировка подачи воздуха производится за счет перемещения плунжеров (29) и перекрывания пазов для забора воздуха из котельной.
- Форма и размеры дутьевой щели (30) определяются расчетом и обеспечивают пропускание максимального количества воздуха необходимого для сгорания топлива.
- Дутьевая щель (30) изогнута по радиусу и находится между поверхностями цилиндров, охватывает максимальное количество дутьевых камер устройства для сжигания топлива и обеспечивает необходимые условия горения топлива в топке.
Устройство для регулировки подачи топлива (фиг.8)
- Устройство для регулировки подачи количества топлива в топку, обеспечивает гибкую регулировку подачи топлива в топку котла при вращении барабана.
- Состоит из пластины (33), которая крепится со стороны топки к стенке канала для подачи топлива на устройство для сжигания топлива. Пластина имеет возможность перемещаться вертикально и изменять зазор (А) над устройством для сжигания топлива. Перемещение пластины осуществляет рычажным механизмом (23).
Теплоизоляционное покрытие.
- Для теплоизоляции, используется акриловое покрытие на основе микросфер. Покрытие наносят на наружные поверхности котла, устройство для сжигания топлива, воронки и контейнеры для сбора шлака и золы.
Устройство работает следующим образом.
Котел водогрейный имеет бункер для топлива, из которого оно высыпается через щель в топку на подвижную решетку (барабан), являющуюся зоной горения топлива. Периодически барабан движется, тем самым подаются новые порции топлива в зону горения и сбрасываются с ее противоположного конца твердые остатки горения в золосборник. На трубе отвода дымовых газов установлен вентилятор-дымосос (на фигурах не показано). Воздух в топку втягивается через межцилиндровое пространство и, проходя через нее, подогревается. Топливо, ссыпавшееся через щель в бункере на решетку, перед подачей в зону горения подогревается от нее излучением и конвекцией. Дымовые газы выводят через жаротрубный теплообменник. В теплообменнике происходит нагрев воды, которая подается насосом в контур отопления здания. По показаниям датчиков температуры, расположенных в магистрали теплообменника, выдаются сигналы в контроллер, который управляет подачей топлива и воздуха, т.е. двигателями вращения барабанов и вентилятора.
Котлы на твердом топливе получают все большую популярность. Экономия средств сегодня становится самой  главной задачей для любого собственника. Твердотопливный котел особенно актуален ввиду постоянного роста цен на топливо - энергетические ресурсы. Современные котлы на твердом топливе удобны и безопасны.
Предлагаемое устройство в отличие от прототипа:
- менее материалоемкое;
- не требует чугунного литья;
- возможна регулировка подачи угля в топку и воздуха в отдельные зоны горения;
- возможность обслуживания очистки зашлакованных отверстий;
- другой тип покрытия.
При этом:
- Устройство для сжигания топлива обеспечивает послойное сжигание топлива; разделение топлива на устройстве на крупную и мелкую фракцию, что улучшает процесс горения; увеличение площади горения за счет вогнутой поверхности пластины и сетки; удержание топлива на поверхности горения; лучшее дутье и не просыпание мелких частиц топлива в дутьевую камеру, объемное горение.
- Применение пластины-клапана позволяет увеличить угол сектора, на поверхности которого происходит горение топлива; не позволяет ссыпаться мелкой фракции топлива с барабана, исключает просыпание топлива в противоположную сторону от вращающегося цилиндра.
- Дутьевая щель изогнута по радиусу и находится между поверхностями цилиндров, охватывает необходимое количество дутьевых камер устройства для сжигания топлива и обеспечивает оптимальные условия горения топлива в топке.
- Для теплоизоляции используется акриловое покрытие на основе микросфер. Покрытие наносится на наружные поверхности котла, устройство для сжигания топлива, воронки и контейнеры для сбора шлака и золы.
Данные принципы позволяют автоматизировать процесс сжигания и добиться его эффективности, КПД не менее 85% при высоких экологических параметрах. Эти принципы фактически определяют оригинальную компоновку котла.