Комбинированный многотопливный котел длительного горения

Комбинированный многотопливный котел длительного горения содержит корпус с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, тяговую установку, воздуховодные каналы, загрузочную камеру, теплообменник, расположенный над загрузочной камерой, зольную камеру, загрузочную дверцу, выгрузочную дверцу, форсунки, лючки теплообменника, колосники. Теплообменник выполнен в виде горизонтально расположенного ступенчатого канала прямоугольного сечения, ступени которого расположены в один ряд, при этом пара коротких сторон прямоугольного сечения канала расположена горизонтально, пара длинных сторон прямоугольного сечения канала расположена вертикально. Котел содержит камеру дожига, выполненную из огнеупорного материала и расположенную между загрузочной камерой и теплообменником. В котле предусмотрена возможность работы в нескольких режимах, в том числе в автоматическом режиме и с использованием газовой горелки. 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Комбинированный многотопливный котел длительного горения, содержащий корпус с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, тяговую установку, воздуховодные каналы, загрузочную камеру, теплообменник, расположенный над загрузочной камерой, зольную камеру, загрузочную дверцу, выгрузочную дверцу, форсунки, лючки теплообменника, колосники, в котором теплообменник выполнен в виде горизонтально расположенного ступенчатого канала прямоугольного сечения, ступени которого расположены в один ряд, при этом пара коротких сторон прямоугольного сечения канала расположена горизонтально, пара длинных сторон прямоугольного сечения канала расположена вертикально, отличающийся тем, что между загрузочной камерой и теплообменником расположена камера дожига, выполненная из огнеупорного материала.

2. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что форсунки расположены под углом к стенкам корпуса 1.

3. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что форсунки расположены в верхней части загрузочной камеры.

4. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что тяговая установка управляется процессором.

5. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, в котором тяговая установка представляет собой вентилятор или дымосос.

6. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что содержит механизм очистки колосников.

7. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что между загрузочной камерой и камерой дожига расположена заслонка для переключения режимов горения.

8. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что содержит монтажное окно, предназначенное для крепления газовой горелки или горелки с автоматической подачей топлива.

9. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного материала используется шамотный кирпич, вермикулит, огнеупорный бетон, сталь большой толщины.

10. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что высота сечения теплообменного канала больше его ширины.

11. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что передняя стенка теплообменника наклонена к загрузочной дверце.

12. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы в двух режимах горения: верхнем и нижнем.

13. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что его корпус содержит теплоизоляционный слой.

14. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что теплообменник выполнен в виде двух-, четырёх- или шестиступенчатого канала.

15. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.1, отличающийся тем, что в канале теплообменника размещены турбулизаторы.

16. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.15, отличающийся тем, что тубулизаторы выполнены в виде неровностей стенок канала.

17. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.15, отличающийся тем, что тубулизаторы выполнены в виде перегородок.

18. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.16, отличающийся тем, что неровности стенок канала имеют волнистую форму.

19. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.16, отличающийся тем, что неровности стенок канала имеют зигзагообразную форму.

20. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.17, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде полых профилей прямоугольного или квадратного сечения, полости которых сообщаются с емкостью теплоносителя.

21. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.17, отличающийся тем, что перегородки расположены в одну линию, зигзагообразно, в шахматном порядке или по линии синусоиды.

22. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.17, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде полых трубок, полости которых сообщаются с емкостью теплоносителя.

23. Комбинированный многотопливный котел длительного горения по п.17, отличающийся тем, что перегородки выполнены съёмными.

Полезная модель относится к области отопления, а именно к устройствам и способам сжигания топлива в твердотопливных котлах.

Известен твердотопливный котел длительного горения (см. патент RU 168146U1), включающий корпус с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, топочную камеру с дверцей и заслонкой, зольную камеру, колосники, теплообменник, расположенный над топочной камерой и выполненный в виде ступенчатого канала, стенки которого наклонены относительно горизонтальной плоскости и дымоход. Недостатками известного технического решения являются отсутствие какого-либо устройства предназначенного для регулирования поступления воздуха в топочную камеру, а также низкий КПД, обусловленный частым засорением поверхностей теплообменника.

Известен твердотопливный котел длительного горения по патенту RU196392U1. Известный котёл включает корпус с двойными стенками образующими емкость теплоносителя, вентилятор, входной и выходной патрубки, обеспечивающие подвод и отвод теплоносителя, дымовую трубу, топочную и зольную камеры, разделённые колосником и теплообменник, расположенный над топочной камерой и выполненный в виде вертикально расположенного ступенчатого канала прямоугольного сечения. Наличие вентилятора в конструкции известного котла значительно улучшает процесс поступления и распределения воздуха в камеры котла. Существенным недостатком известного котла является конструкция теплообменника, в которой дно канала образовано наиболее широкой стороной канала, а короткие стороны канала образуют его высоту. Такая конструкция приводит к тому, что значительная часть продуктов горения, поступающая из топочной камеры в теплообменник, вследствие небольшой высоты осаждения частиц не успевает покинуть канал через дымовую трубу и оседает на дне канала. Это приводит к ухудшению теплопередачи и довольно быстрому снижению КПД котла и соответственно к дополнительным операциям по очистке котла. Недостатками прототипа являются конструктивные особенности не позволяющие выполнить канал теплообменника из более чем четырёх ступеней, что ведёт к ограничению по мощности и типоразмерам вариантов исполнения известного котла.

Наиболее близким техническим решением, принятым в настоящей заявке за прототип, является твердотопливный котел длительного горения по патенту RU209257U1, содержащий корпус с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, вентилятор, воздуховодные каналы, выходной патрубок дымохода, загрузочную дверцу, выгрузочную дверцу, дверцу зольника, форсунки, окно подачи воздуха, колосники, теплообменник, расположенный над топочной камерой, и зольную камеру, в котором теплообменник выполнен в виде горизонтально расположенного ступенчатого канала прямоугольного сечения, а передняя торцевая стенка теплообменника наклонена к горизонтали и оборудована лючком, доступ к которому обеспечивается через загрузочную дверцу. К недостаткам данного конструктивного решения относится:

- необходимость остановки работы котла для очистки зольной камеры и повторного заполнения котла топливом в режиме верхнего горения, что негативно влияет на температурный режим и приводит к перебоям в теплоснабжении и падении температуры теплоносителя. Если добавлять топливо во время работы котла, то возможно возгорание всего объёма топлива, что приводит к его перерасходу и снижению КПД котла.

- отсутствие возможности выбора наиболее подходящего режима горения для различных видов топлива. Низкая эффективность горения древесины в режиме верхнего или традиционного горения. В режиме традиционного горения, когда твердое топливо сгорает как в костре, температура пламени сравнительно небольшая. При таком горении пиролизные газы полностью не сгорают в котле, попадают в атмосферу, загрязняя её.

- в конструкции не предусмотрена возможность присоединения автоматической горелки, для автоматической подачи топлива из отдельно расположенного бункера.

Задачами настоящего изобретения является разработка отопительного котла, лишенного недостатков известных технических решений, повышение КПД теплообменника, повышения уровня автоматизации и автономности работы.

Поставленная задача решается созданием твердотопливного котла длительного горения, содержащего корпус с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, тяговую установку, воздуховодные каналы, загрузочную камеру, теплообменник, расположенный над загрузочной камерой, зольную камеру, загрузочную дверцу, выгрузочную дверцу, форсунки, лючки теплообменника, колосники, при этом теплообменник выполнен в виде горизонтально расположенного ступенчатого канала прямоугольного сечения, ступени которого расположены в один ряд, при этом пара коротких сторон прямоугольного сечения канала расположена горизонтально, пара длинных сторон прямоугольного сечения канала расположена вертикально, при этом между загрузочной камерой и теплообменником расположена камера дожига, выполненная из огнеупорного материала.

Частные варианты реализации полезной модели:

- твердотопливный котел длительного горения, в котором форсунки расположены под углом к стенкам корпуса;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором форсунки расположены в верхней части загрузочной камеры;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором тяговая установка управляется процессором;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором содержится механизм очистки колосников;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором между загрузочной камерой и камерой дожига расположена заслонка для переключения режимов горения;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором содержит монтажное окно, предназначенное для крепления газовой горелки или горелки с автоматической подачей топлива;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором в качестве огнеупорного материала используется шамотный кирпич, вермикулит, огнеупорный бетон или сталь большой толщины;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором высота сечения теплообменного канала больше его ширины;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором передняя стенка теплообменника, наклонена к загрузочной дверце;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором имеется два режима горения верхний и нижний;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором корпус содержит теплоизоляционный слой;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором теплообменник выполнен в виде двух-, четырёх- или шестиступенчатого канала;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором в канале теплообменника размещены турбулизаторы;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором тубулизаторы выполнены в виде неровностей стенок канала;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором тубулизаторы выполнены в виде перегородок;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором неровности стенок канала имеют волнистую форму, зигзагообразную форму;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором перегородки выполнены в виде полых профилей прямоугольного или квадратного сечения, полости которых сообщаются с емкостью теплоносителя;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором перегородки расположенных в одну линию, зигзагообразно, в шахматном порядке или по линии синусоиды;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором перегородки выполнены в виде полых трубок, полости которых сообщается с емкостью теплоносителя;

- твердотопливный котел длительного горения, в котором перегородки выполнены съёмными.

Суть полезной модели раскрыта на фигурах и в описании.

Фиг. 1 - Комбинированный многотопливный котел длительного горения;

Фиг. 2 - Теплообменник комбинированного многотопливного котла длительного горения в вертикальном разрезе;

Фиг. 3 - Комбинированный многотопливный котел длительного горения в режиме верхнего горения;

Фиг. 4 - Комбинированный многотопливный котел длительного горения в режиме нижнего горения;

Фиг. 5 - Комбинированный многотопливный котел длительного горения в автоматическом режиме.

Фиг. 6 - Теплообменник комбинированного многотопливного котла длительного горения в горизонтальном разрезе.

На фиг. 1 показан комбинированный многотопливный котел длительного горения в положении сбоку, в положении спереди и в разрезе, который содержит корпус (1) с двойными стенками, образующими емкость теплоносителя, тяговую установку (2), в качестве которой может использоваться вентилятор или дымосос, воздуховодные каналы (3), загрузочную камеру (4), теплообменник (5), расположенный над загрузочной камерой (4), зольную камеру (6), загрузочную дверцу (7), выгрузочную дверцу (8), форсунки (9), лючки теплообменника (10), колосники (11) и камеру дожига (12), стенки которой сформированы из огнеупорного материала (13). Между загрузочной камерой (4) и камерой дожига (12) расположена заслонка для переключения режимов горения (14). В зольной камере (6) размещён механизм очистки колосников (15), выполненный в виде металлических зубьев вращающихся вокруг своей оси. При совершении оборота зубьев мелкие частицы падают в зольную камеру (6), а крупные частицы проталкиваются к передней части котла, где их можно удалить из котла через выгрузочную дверцу (8). Также в конструкции котла может быть предусмотрено монтажное окно (16), предназначенное для крепления газовой горелки или горелки с автоматической подачей топлива. Передняя стенка (17) теплообменника (5) расположена с наклоном, на неё оседает сажа и пепел, что обеспечивает герметичность зазоров в лючках (10) теплообменника (5) расположенных на этой стенке. Для удобства установки футеровки из огнеупорного материала (13) в камеру дожига (12), в некоторых случаях, предусмотрены боковые дверцы (18), по меньшей мере с одной стороны котла.

На фиг. 2 показан вертикальный разрез Б-Б теплообменника (5), который выполнен в виде горизонтально расположенного четырёхступенчатого канала прямоугольного сечения. Ступени канала расположены в один ряд, при этом пара коротких сторон (19) прямоугольного сечения канала расположена горизонтально, пара длинных сторон (20) прямоугольного сечения канала расположена вертикально. При такой форме и расположении канала существенно уменьшается степень засорения теплообменника (5), так как значительная часть продуктов горения, попадающих в теплообменник (5) из загрузочной камеры (4) и камеры дожига (12) вследствие большой высоты осаждения частиц, не успевает осесть на дно канала и вылетает наружу.

Конструкция комбинированного многотопливного котла длительного горения предполагает возможность работы в нескольких режимах.

На фиг.3 показан комбинированный многотопливный котел длительного горения в режиме верхнего горения. Твердое топливо размещается в загрузочной камере (4) через загрузочную дверцу (7), после чего поджигается верхняя часть топлива. Образовавшиеся дымовые газы проходя через открытую заслонку (14), попадают в камеру дожига (12), которая облицована огнеупорным материалом (13). В камере дожига (12) температура повышается, что способствует лучшему догоранию пиролизных газов. Далее дымовые газы попадают в ступенчатый канал теплообменника (5) через входное отверстие, проходят ступени теплообменника (5), на которых отдают тепловую энергию теплоносителю через стенки теплообменника (5) и выходят наружу. Через форсунки (9), которые могут быть расположены как на стенках корпуса (1), так и в верхней части загрузочной камеры (4) осуществляется дополнительная подача воздуха в зону горения верхнего слоя, что способствует лучшему прогоранию твердого топлива.

На фиг. 4 показан комбинированный многотопливный котел длительного горения в режиме нижнего горения. Твердое топливо размещается в загрузочной камере (4) через загрузочную дверцу (7), после чего поджигается нижняя часть топлива через выгрузочную дверцу (8). В режиме нижнего горения заслонка (14) закрыта. При сжигании топлива в режиме нижнего горения, в камере загрузки (4) при высокой температуре генерируется большое количество пиролизных газов. Далее пиролизные газы вместе с дымовыми газами через отверстие в нижней части загрузочной камеры (4) поступают в камеру дожига (12). Стенки камеры дожига (12) футерованы огнеупорным материалом (13), который разогревается до высоких температур. Попадая в камеру дожига (12) пиролизные газы воспламеняются и полностью сгорают, выделяя при этом дополнительную тепловую энергию, после чего поднимаются вверх и попадают в теплообменник (5) проходя через который максимально эффективно отдают образовавшуюся тепловую энергию теплоносителю через стенки канала теплообменника (5). Горящий слой топлива распределяется равномерно по всей поверхности колосников (11) и по мере прогорания новое топливо оседает, а зола от сгоревшего топлива попадает между зазорами колосников в зольную камеру (6). Механизм очистки колосников (15) обеспечивает ворошение горящего слоя и сконструирован таким образом, что во время его работы крупные не прогоревшие элементы топлива смещаются к выгрузочной дверце котла (8), через которую их можно легко удалить из котла.

На фиг. 5 показан комбинированный многотопливный котел длительного горения в автоматическом режиме, принцип работы которого заключается в автоматической подаче топлива из отдельного бункера и в автоматическом режиме работы на альтернативном топливе (газ, дизель и т.п.). Автоматическая горелка (21) работающая на твердом топливе или природном газе устанавливается в монтажное окно 16 (показано на фиг.1) и размещается внутри загрузочной камеры (4). Топливо подается в автоматическом режиме в горелку и сгорает в ней. В автоматическом режиме работы котла заслонка (14) открыта. Раскаленные дымовые газы проходят из камеры загрузки (4) в камеру дожига (12) и далее попадают в теплообменник (5), в котором через стенки отдают тепловую энергию теплоносителю.

На фиг.6 показаны варианты исполнения теплообменника (5), которые содержат турбулизаторы (22) выполненные в виде неровностей вертикальных стенок (20) теплообменника (5) и в виде рядов полых трубок, полость которых соединена с емкостью теплоносителя корпуса (1). Форсунки (9) проходят через центральную стенку теплообменника (5). Принцип действия теплообменника заключается в том, что раскаленные дымовые газы из камеры дожига (12) через входное отверстие попадают в первую ступень канала теплообменника (5) и под действием силы тяги движутся по остальным ступеням теплообменника к выходному отверстию и далее в дымовую трубу. По мере своего движения дымовые газы огибают расположенные турбулизаторы (22) и неровности стенок загзагообразной формы теплообменника (5). Ударяясь о турбулизаторы (22) ламинарное движение дымовых газов превращается в турбулентное, дымовые газы меняют свое направление, перемешиваются и эффективнее отдают тепловую энергию теплоносителю.

Для повышения КПД корпус котла может иметь термоизоляционной слой из минеральной ваты и декоративного стального кожуха или покрываться жидким составом термоизоляционного покрытия. Термоизоляция позволяет уменьшить теплопотери и снизить затраты на топливо.

Таким образом, в результате комплексного решения разработанный многотопливный котел длительного горения решает поставленную задачу за счет особой конструкции котла и его теплообменника, а также возможности работы на нескольких видах топлива. Наличие дополнительной камеры сгорания пиролизных газов - камеры дожига позволяет существенно повысить КПД котла длительного горения, за счет полного сгорания топлива и пиролизных газов, выделяемых при горении топлива. Наличие в теплообменнике турбулизаторов позволяет максимально увеличить теплопередачу энергии от разогретых дымовых газов к теплоносителю. Вариант исполнения котла, предусматривающий установку автоматической горелки, позволяет повысить автономность работы котла, а также расширить возможность применения различных видов топлива, таких как древесина, жидкое или газообразное топливо. Наличие контроллера управляющего работой вентилятора или дымососа позволяет подавать воздух в строго необходимом количестве через воздушный канал в зольную камеру, при этом основная часть воздуха продувается через зольную камеру (6) снизу вверх через топливо, а вспомогательная часть воздуха проходит через форсунки (9) расположенные в загрузочной камере (4).

Полезный эффект достигает также за счет:

- возможности работы на всех видах топлива как в режиме «верхнего горения, так и в режиме «нижнего горения». Возможность работы котла с автоматической подачей топлива и в комбинированном режиме.

- снижения риска засорения теплообменника, так как основная часть топлива эффективно сгорает в камере дожига, а остаточные продукты горения, двигаясь по теплообменнику, не успевают оседать на дне теплообменника из-за большой высоты вертикальных стенок канала.

- возможности увеличения количества ступеней теплообменника, которых может быть больше четырех, что увеличивает КПД.

- наличия в предложенной конструкции котла одной загрузочной дверцы - она же обеспечивает доступ для обслуживания и прочистки теплообменника.