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. Предлагаемый твердотопливный водогрейный котел содержит корпус (1) со стальными двойными стенками, образующими наружную водяную рубашку (2), конвективные воздушно-газовые проходы (10), соединенные с газосборным коллектором (11), засыпной бункер (7), замыкающийся на топочную камеру (8) с колосниковой решеткой (5), под которой расположен зольный бункер (9), подвод (12) холодной и отвод (14) горячей воды. Во внутреннем пространстве корпуса (1) двойные стенки образуют дополнительную водяную рубашку (3) в виде фронтально расположенных верхнего и нижнего выступов, соединенных по меньшей мере одним рядом водонагревательных труб (4), зазоры между которыми образуют конвективные воздушно-газовые проходы (10), засыпной бункер (7) выполнен наклонным, ограничен снизу колосниковой решеткой (5) и расположен смежно с топочной камерой (8), а колосниковая решетка (5) состоит из горизонтального и наклонного участков, где наклонный участок колосниковой решетки (5) является составной частью одной из стенок засыпного бункера (7). Предлагаемая конструкция водогрейного котла позволяет создать оптимальные условия для циркуляции воды при ее нагревании в котле, повысить эффективность сгорания топлива и увеличить продолжительность времени его горения от загрузки до загрузки, облегчить условия обслуживания и эксплуатации котла. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
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 
=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 =25 мм, а толщина внутренней водяной рубашки 3 составляет =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 =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.
1. 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, отличающийся тем, 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.
2. Котел по п.1, отличающийся тем, что угол наклона стенки засыпного бункера равен углу наклона наклонного участка колосниковой решетки.
3. Котел по п.2, отличающийся тем, что угол наклона стенки бункера и решетки составляет от 60 до 80°.
4. Котел по п.1, отличающийся тем, что зазор между водонагревательными трубами составляет не менее их диаметра.
5. Котел по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний выступы внутренней водяной рубашки соединены четырьмя рядами водонагревательных труб.
6. Котел по п.5, отличающийся тем, что водонагревательные трубы установлены в шахматном порядке.
7. Котел по п.1, отличающийся тем, что в нижней части внутреннего пространства корпуса двойные стенки образуют дополнительную водяную рубашку в виде горизонтальных выступов.
8. Котел по п.7, отличающийся тем, что горизонтальные выступы соединены одним рядом труб.
9. Котел по п.8, отличающийся тем, что трубы установлены с шагом не менее 100 мм.
10. Котел по п.1, отличающийся тем, что подвод холодной воды расположен в нижней части корпуса котла.
11. Котел по пп.7 и 10, отличающийся тем, что подвод холодной воды расположен в уровне горизонтальных выступов.
12. Котел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части корпуса водяные рубашки и водонагревательные трубы объединены общим водяным резервуаром.
13. Котел по п.1, отличающийся тем, что отвод горячей воды расположен в верхней части корпуса котла.
14. Котел по пп.12 и 13, отличающийся тем, что отвод горячей воды расположен над общим водяным резервуаром.
15. Котел по п.1, отличающийся тем, что газосборный коллектор расположен в нижней части корпуса.
16. Котел по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть засыпного бункера выступает из вертикальной плоскости корпуса.
