ВОДОГРЕЙНЫЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к энергетике, в частности, к устройствам для отопления индивидуальных жилых домов и снабжения горячей водой для хозяйственных нужд в местах, где отсутствуют современные источники тепла.
Известен вертикальный водогрейный твердотопливный котел, содержащий корпус со стальными двойными стенками, образующими объем в виде водяных рубашек, расположенных концентрически с образованием зазоров для прохода горячих газов и соединенных через патрубки сверху и снизу с полыми днищами, закрытыми на болтах съемными крышками, расположенную под нижним днищем топочную камеру, центральный газоход, замыкающийся на газосборочный коллектор, трубопровод подвода холодной воды и трубопровод отвода горячей воды [патент RU 2052733, опубл. 20.01.1996]. Недостатками известного котла является его сложная конструкция, затрудненный доступ к внутренним поверхностям котла при их очистке от продуктов горения, ограниченные возможности свободного расширения топочной камеры в корпусе котла из-за ее малого объема, и как следствие этого, быстрое сгорание топлива.
Также, известна водогрейная твердотопливная печь, содержащая корпус со стальными двойными стенками, образующими нагревательную полость в виде водяных рубашек, закрывающуюся дверцей засыпную топочную камеру с колосниковой решеткой и зольным ящиком, конвективный Z-образный газовый проход, проходящий между водяными рубашками и замыкающийся на газосборный коллектор, трубопровод подвода холодной воды и трубопровод отвода горячей воды [патент CN 1755195, опубл. 05.04.2006]. Недостатками известной печи является низкая эффективность теплоотдачи топочных газов из-за неполного использования площадей нагрева, большое количество выброса летучих частиц топлива и продуктов горения в атмосферу, ограниченный объем топочной камеры, в которую приходится часто загружать новые порции угля.
В качестве прототипа принят встроенный в стену домашний водогрейный твердотопливный котел, содержащий корпус со стальными двойными стенками, образующими водяную рубашку, по меньшей мере один конвективный воздушно-газовый проход, соединенный с газосборным коллектором, засыпной бункер, замыкающийся на топочную камеру с колосниковой решеткой, под которой расположен зольный бункер, подвод холодной и отвод горячей воды [патент GB 594282, опубл. 06.11.1947]. Недостатками известного котла являются трудность доступа к его внутренним поверхностям нагрева при их очистке от продуктов горения, наличие застойных зон в большом объеме водяной рубашки, нарушающих циркуляцию воды, и снижающих скорость
омывания поверхностей нагрева, что ведет к снижению теплообмена, а также непродолжительное время горения твердого топлива при его неполном сгорании, требующее постоянного внимания к котлу со стороны человека и его частой загрузки, что усложняет его обслуживание и эксплуатацию.
Технической задачей, для решения которой предлагается данное устройство, является создание оптимальных условий для циркуляции воды при ее нагревании в котле, повышение эффективности сгорания топлива и увеличение продолжительности времени его горения от загрузки до загрузки, облегчение условий обслуживания и эксплуатации котла.
Указанная техническая задача решается предлагаемым водогрейным твердотопливным котлом, содержащим корпус со стальными двойными стенками, образующими водяную рубашку, по меньшей мере один конвективный воздушно-газовый проход, соединенный с газосборным коллектором, засыпной бункер, замыкающийся на топочную камеру с колосниковой решеткой, под которой расположен зольный бункер, подвод холодной и отвод горячей воды. Новым является то, что во внутреннем пространстве корпуса двойные стенки образуют дополнительную водяную рубашку в виде фронтально расположенных верхнего и нижнего выступов, соединенных по меньшей мере одним рядом водонагревательных труб, зазоры между которыми образуют конвективные воздушно-газовые проходы; засыпной бункер выполнен наклонным, ограничен снизу колосниковой решеткой и расположен смежно с топочной камерой, а колосниковая решетка состоит из горизонтального и наклонного участков, где наклонный участок колосниковой решетки является составной частью одной из стенок засыпного бункера. Для равномерного поступления топлива в зону горения лучше, если угол наклона стенки засыпного бункера будет равен углу наклона наклонного участка колосниковой решетки. Угол наклона бункера и решетки может составлять от 60 до 80 градусов. Для свободного прохождения горячих газов лучше, если зазоры между водонагревательными трубами будут составлять не менее их диаметра. Верхний и нижний выступы внутренней водяной рубашки могут быть соединены четырьмя рядами водонагревательных труб. Для более полной теплоотдачи со стороны горячих газов лучше, если водонагревательные трубы установлены а шахматном порядке. В нижней части внутреннего пространства корпуса двойные стенки могут образовать дополнительную водяную рубашку в виде горизонтальных выступов, которые могут быть соединены одним рядом труб. Для беспрепятственного прохождения опадающих твердых частиц из потоков горячих газов в зольный бункер лучше, если трубы будут установлены с шагом не менее 100 мм. Подвод холодной воды может быть расположен в нижней части корпуса котла. Циркуляция воды по
трубам и водяным рубашкам будет лучше, если подвод холодной воды будет расположен в уровне обозначенных горизонтальных выступов, соединенных рядом труб. В верхней части корпуса водяные рубашки и водонагревательные трубы могут быть объединены общим водяным резервуаром, в котором горячая вода может перемешиваться и достигать стабильной температуры. Для забора горячей воды будет оптимально, если отвод горячей воды будет расположен в верхней части корпуса котла. Отвод горячей воды может быть расположен над общим водяным резервуаром. Для вывода из котла и утилизации остывших газов удобнее, если газосборный коллектор будет расположен в нижней части корпуса. Верхняя часть засыпного бункера может выступать из вертикальной плоскости корпуса, что облегчит засыпку топлива в котел.
Полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан фронтальный разрез котла, на фиг.2 показан боковой разрез котла, на фиг.3 показан горизонтальный разрез котла в уровне водонагревательных труб, на фиг.4 показан горизонтальный разрез котла в уровне колосниковой решетки.
Полезная модель поясняется на примере конкретного выполнения. Стальной водогрейный твердотопливный котел содержит сварной корпус 1, выполненный из листовой стали толщиной δ=4 мм по каркасу из стального уголка L 40×4 с отверстиями в полках пря прохода воды (не показан). Корпус 1 котла состоит из двойных стенок, которые образуют наружную и внутреннюю водяные рубашки 2 и 3 (см. фиг.1 и 2). Толщина наружной водяной рубашки 2 составляет δ=25 мм, а толщина внутренней водяной рубашки 3 составляет δ=50 мм. Внутри корпуса 1 водяные рубашки 3 образуют верхний и нижний выступы, которые соединены между собой установленными в четыре ряда в шахматном порядке наклонными водонагревательными стальными трубами 4 диаметром ⌀=25 мм (см. фиг.3). Угол наклона труб 4 соответствует углу наклона колосниковой решетки 5 и составляет 70 градусов. Корпус 1 котла содержит закрывающийся откидной стальной заслонкой 6 засыпной бункер 7, верхняя часть которого выступает за габарит вертикальной плоскости корпуса 1. Стенками верхней части бункера 7 являются наружные и внутренние водяные рубашки 2 и 3, а нижняя часть бункера 7 замыкается на колосниковую решетку 5 топочной камеры 8. Колосниковая решетка 5 выполнена чугунной и состоит из горизонтального и наклонного участков (см. фиг.4). Угол наклона колосниковой решетки 5 составляет 70 градусов. Под колосниковой решеткой 5 располагается выдвижной ящик зольного бункера 9, выполненный из листовой стали δ=4 мм. Пакет водонагревательных стальных труб 4 расположен внутри корпуса 1 котла фронтально, поперек траектории движения горячих газов. Между стальными трубами 4 имеются зазоры, образующие множество конвективных воздушно-газовых проходов 10, проходящих
через пакет водонагревательных труб 4 и замыкающихся на выходе из котла на вытяжной короб газосборного коллектора 11. В нижней части наружной водяной рубашки 2 располагается стальной трубопровод 12 подвода холодной воды диаметром ⌀=25 мм, а в верхней части общего водяного резервуара 13 располагается стальной трубопровод 14 отвода горячей воды диаметром ⌀=25 мм. Нижняя горизонтально расположенная выступающая часть внутренней водяной рубашки 3 соединена по ширине корпуса 1 котла с нижней горизонтально расположенной выступающей частью наружной водяной рубашки 2 соединительными патрубками 15 диаметром ⌀=25 мм, установленными через 125 мм. Верхняя часть водяных рубашек 2 и 3 и пакета нагревательных труб 4 объединены общим водяным резервуаром 13. Со стороны бункера, в нижней части корпуса 1 располагается воздуховод 16 дутьевого вентилятора (не показан). На наклонной стороне корпуса 1 располагаются два технологических проема, закрывающиеся поворотно-откидными крышками 17, предназначенные для чистки внутренних поверхностей нагревательных труб 4 и водяных рубашек 2 и 3 от продуктов горения.
Принцип работы котла заключается в следующем. Стальной трубопровод 12 подвода холодной воды подключают к источнику (не показан) и заполняют водяные рубашки 2 и 3, трубы 4 и верхний общий резервуар 13 водой, после чего на горизонтальном участке колосниковой решетки 5 традиционным способом разжигают огонь до необходимой температуры прогрева, а затем постепенно через бункер 7 подают на колосниковую решетку 5 порции бурого угля. Бурый уголь начинает возгораться, и, по мере заполнения бункера 7, верхние слои угля подсыхают под воздействием тепла водяных рубашек 2 и 3 а затем под собственным весом уголь продолжает постепенно перемещаться в зону горения на колосниковой решетке 5. Бункер 7 полностью засыпают углем и закрывают откидную заслонку 6. Далее процесс горения продолжается самостоятельно в течение продолжительного времени без участия человека. По мере выгорания угля в нижнем слое, зола проваливается сквозь колосниковую решетку 5, а на место сгоревшего топлива по наклонной стенке бункера 7 и наклонному участку колосниковой решетки 5 опускается очередной подсохший слой топлива, который попадает в зону горения. Горячие газы, образующиеся при сгорании топлива в топочной камере 8, заполняют внутренний объем корпуса 1 котла, нагревают водяные рубашки 2 и 3, а затем проходят между водонагревательными трубами 4, обходя все поверхности, в которых нагревается вода. Температура воды поднимается, и за счет собственного расширения вода циркулирует в водяных рубашках 2 и 3, трубах 4, попадает в верхний общий водяной резервуар 13, где горячая вода перемешивается до стабильной температуры, а затем по верхнему трубопроводу 14 поступает к потребителю.