Водогрейный котел
Полезная модель относится к области котлостроения, в частности к конструкциям узлов и агрегатов водогрейных котлов. Водогрейный котел, включает в себя бункер для топлива, топку с решеткой, шурующей планкой и приводом, конвективные пучки труб, систему принудительной подачи воздуха в топку котла и теплоносителя в конвективные пучки труб, обмуровку, при решетка выполнена наклонной от бункера подачи топлива, шурующая планка выполнена в виде маятника, образованного планкой и двумя боковинами, кинематически связанными при помощи оси поворота шурующей планки, смонтированной в полости котла на боковых его стенках с кривошипно-шатунным приводом, решетка топки котла, как и основание топки, выполнена в виде дуги, патрубок подвода воздуха в топочную камеру системы принудительной подачи воздуха в топку выполнен с раструбом обеспечивающим равномерную подачу воздуха по всей высоте наклонной решетки, в раструбе смонтированы направляющие, равномерно распределяющие поток воздуха по высоте решетки, отверстия для прохода воздуха через решетку выполнены щелевыми по всей ширине решетки в виде наклонных вперед накладных, частично перекрывающих одна другую, планок, наклон планок решетки выполнен от 0 до 15 градусов. В настоящее время авторами изготовлен опытный образец предлагаемого котла, который показал хорошие предварительные результаты. Уголь в топке легко перемещался по образующей основания топки, хорошо перемешивался и сгорал. Принято решение после окончания проведения промышленно-эксплуатационных испытаний предлагаемый котел запустить в производство.
Полезная модель относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности.
Известен водогрейный котел, содержащий бункер для топлива, топку с шурующей планкой, топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, систему шлакоудаления и золоулавливания, а также зоны радиационного и конвективного теплообмена. Водогрейный котел предназначен для выработки тепловой энергии для систем теплоснабжения зданий и сооружений, при сжигании каменного угля и работает с принудительной циркуляцией воды при рабочем давлении до 0,6 МПа и температурой нагрева воды до 95°С. Радиационная поверхность топочной камеры и двух ступеней конвективных поверхностей обеспечивают передачу тепла сгорающего топлива воде принудительно циркулирующей по трубам, образующим эти поверхности. Наружная обмуровка котла предотвращает утечку тепла. См. справочник по котельным установкам малой производительности под редакцией К.Ф.Роддатиса. М. Энергоатомиздат, 1989 год. стр.266-267.
К недостаткам известной конструкции котлов можно отнести нестабильность процессов сгорания топлива во времени. После загрузки топлива во время выхода летучих, возникает недостаток воздуха, что способствует образованию сажи и создает взрывоопасные условия в зонах радиационного и конвективного теплообмена котла. Возникает противоречие - для того чтобы улучшить и увеличить полноту сгорания топлива необходимо подать в зону горения топлива большее количество воздуха. Но при большей подаче воздуха возрастают потери тепла с уходящими из котла газами. К тому же, из-за отсутствия возможности поступления свежего воздуха ко всему объему сгорающего топлива возникают потери тепла от недожигания и неполного сгорания топлива и соответственно низкий коэффициент полезного действия.
Известны более совершенные водогрейные котлы ДСЕ-1,6-14С, УСШВ-1,5-14С, выпускаемые ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» - прототип - см. каталог «Котлы и котельно-вспомогательное оборудование ЗАО ПО «Бийскэнергомаш» ЦНИИТЭИтяжмаш, Москва 1999 год, с.94-95, содержащие топку с решеткой в основании, шурующей планкой (рис.71) механической, моноблочной, предназначенной для сжигания каменных и бурых углей, топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, системы шлакоудаления и золоулавливания. Тепловой воздушно-газовый поток из зоны радиационного теплообмена последовательно переходит к пучкам труб конвективного теплообмена. Известные котлы имеют возможность модернизации под другие, в том числе нетрадиционные, виды топлива.
К недостаткам водогрейного котла - прототипа - можно отнести то, что котел имеет достаточно сложную конструкцию, низкую надежность работы привода шурующей планки и значительные потери тепла.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков прототипа, в частности упрощение конструкции котла и повышение эффективности и надежности его работы.
Поставленная полезной моделью техническая задача достигается тем, что решетка выполнена наклонной от бункера подачи топлива, шурующая планка выполнена в виде маятника, образованного планкой и двумя боковинами, кинематически связанными, при помощи оси поворота шурующей планки смонтированной в полости котла на боковых его стенках, с кривошипно-шатунным приводом.
Решетка топки котла, как и основание топки, выполнена в виде дуги.
Патрубок подвода воздуха в топочную камеру системы принудительной подачи воздуха в топку выполнен с раструбом, обеспечивающим равномерную подачу воздуха по всей высоте наклонной решетки.
В раструбе смонтированы по крайней мере две направляющие, равномерно распределяющие поток воздуха по высоте решетки.
Отверстия для прохода воздуха через решетку выполнены щелевыми по всей ширине решетки в виде наклонных вперед накладных, частично перекрывающих одна другую, планок.
Наклон планок решетки выполнен от 0 до 15 градусов.
Котел снабжен нагнетающим вентилятором смонтированным перед раструбом системы принудительной подачи воздуха.
Конвективные блоки связаны между собой газоходом, выполненным в виде короба герметично связанного с каждым из конвективных блоков.
В верхней части котла выполнен теплоизолированный люк для очистки змеевиков конвективных блоков.
Новизной предложенного водогрейного котла является выполнение решетки котла наклонной от бункера подачи топлива, выполнение шурующей планки в виде маятника, образованного планкой и двумя боковинами, кинематически связанными при помощи оси поворота шурующей планки, смонтированной в полости котла на боковых его стенках с кривошипно-шатунным приводом. Указанные признаки являются новыми, неочевидными, промышленно применимыми, дающими неожиданный дополнительный положительный эффект более полного сжигания топлива
при равномерно-последовательном его перемещении от бункера и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи упрощения конструкции котла и повышение эффективности и надежности его работы.
Так, при перемещении шурующей планки по дуге (образующей основания топки решетки) твердое топливо - уголь, легко перемещается по траектории движения шурующей планки легко и интенсивно перемешивается, при этом обеспечивается интенсивный доступ кислорода воздуха ко всему объему сгорающего топлива, система принудительной подачи воздуха способствует продвижению топлива по наклонно установленной решетке. Конструкция водогрейного котла и обслуживание существенно упрощаются.
Признаки выполнения решетки топки котла, как и основания топки, выполнена в виде дуги, патрубка подвода воздуха в топочную камеру системы принудительной подачи воздуха в топку с раструбом с направляющими, обеспечивающими равномерную подачу воздуха по всей высоте наклонной решетки, выполнение планки в поперечном сечении в виде треугольника с гипотенузой в основании и острым углом в обратную от наклона решетки сторону, а также выполнение отверстий для прохода воздуха через решетку щелевыми по всей ширине решетки в виде наклоненных от 0 до 15 градусов вперед, частично перекрывающих одна другую, планок, наличие у котла нагнетающего вентилятора смонтированного перед раструбом системы принудительной подачи воздуха, связь конвективных блоков между собой газоходом, выполненным в виде короба герметично связанного с каждым из конвективных блоков, а также выполнение в верхней части котла теплоизолированного люка для очистки змеевиков конвективных блоков - являются признаками дополнительными, новыми, промышленно выполнимыми, раскрывающими конкретное выполнение основных признаков, которые позволяют интенсифицировать
процесс сгорания топлива по высоте слоя топлива, а также способствуют перемешиванию топлива и его перемещению по топочной решетке.
Выполнение отверстий для прохода воздуха в топочной решетке щелевыми, выполненными в виде наклонных ступеней предотвращает падение мелких, в том числе не сгоревших, фракций топлива через топочную решетку, а также способствуют более интенсивному перемешиванию перемещаемого шурующей планкой по топочной решетке топлива.
На фиг.1 схематично представлен предлагаемый водогрейный котел.
Предлагаемый в качестве полезной модели водогрейный котел состоит из топки 1 с шурующей планкой 2, топочной камеры 3 (поверхность радиационного теплообмена), воздуховода 4 подачи воздуха в топку 1, системы шлакоудаления 5. Топочная решетка 6 смонтированная в основании топочной камеры 3, выполнена наклонной в виде дуги от бункера 7. Конвективные блок 8 (первая конвективная поверхность нагрева) и конвективный блок 9 (вторая конвективная поверхность нагрева) смонтированы последовательно в колодцах 10 и 11 котла по ходу движения теплового воздушно-газового потока. Из бункера 7 топливо под действием собственного веса при открывании шибера 12 поступает на наиболее поднятую часть решетки 6 и начинает нагреваться и гореть. Далее топливо при периодическом воздействии на него шурующей планки 2 подается в топку 1. Шурующая планка 2 смонтирована в полости топочной камеры 3 при помощи двух боковин 13, закрепленных на общей оси 14. Шурующая планка 6 кинематически, при помощи кривошипно-шатунного механизма (механизм на чертеже не показан) связана с двигателем привода. Уголь из бункера 7 поступает в топку 1 при открывании шибера 12. Трубы радиационной топочной камеры 3 и трубы 8 и 9 конвективных зон котла, а также колодцы 10 и 11 котла обмурованы жаропрочным шамотным кирпичом 15. Раструб 16 системы подачи воздуха в топку с направляющими 17 охватывает топочную решетку 6 по всей ее высоте. Вентилятор 18 обеспечивает нагнетание воздуха в топочную камеру. В верхней части
конвективных пучков труб выполнен люк 19 для проведения очистки змеевиков конвективных блоков. Короб 20 соединяет газоходы конвективных блоков.
Предлагаемый водогрейный котел работает следующим образом:
Топливо (уголь) из бункера 7 при открывании шибера 12, под действием собственного веса порционно попадает на дугообразную решетку 6 основания топки 1, по которой, по мере горения, шурующей планкой 2, закрепленной на оси 14 при помощи боковин 13, периодически перемещается по дугообразной решетке 6 вглубь топки 1, где, сгорая, создает тепло, которое передается радиационным поверхностям теплообмена топочной камеры 3 труб котла. Одновременно от вентилятора 18 воздух по воздуховоду 4 и раструб 16 с размещенными в нем направляющими 17 равномерно распределяется по высоте наклонной решетки 6 чем способствует более полному и эффективному сгоранию топлива. При этом, привод шурующей планки 2 придает последней при помощи кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательное движение. При периодическом перемещении в одну сторону - к бункеру 7 шурующая планка 2, в основном, ворошит горящий уголь, поскольку угол наклона с этой стороны поперечного сечения шурующей планки выполнен острым и поскольку движение в эту сторону идет на подъем, а при перемещении в другую сторону - от бункера 7, шурующая планка 2 ворошит и перемещает топливо на некоторое расстояние вперед по рабочему пространству решетки 6. Топочная решетка 6 выполненная по дуге, своим наклоном способствует более легкому продвижению угля вглубь топки 1. В трубах топочной камеры 3 и трубах конвективных блоков котла последовательно и принудительно прокачивается теплоноситель - вода, которая постепенно нагревается и в дальнейшем подается на обогрев жилых, или производственных, в зависимости от назначения, помещений. При помощи воздуховода 4 и раструба 16, для обеспечения более интенсивного горения угля, в топку постоянно подается воздух, который проникает через щелевые отверстия
решетки и способствует более полному сгоранию топлива. Выходящий из топочной камеры 3 нагретый воздушно-газовый поток, отдав часть тепла поверхностям труб радиационной зоны топочной камеры 3 котла, все еще имеет высокую температуру и сохраняет запас тепла, который в дальнейшем принимают трубы конвективного блока 8 первой конвективной зоны, расположенной в первом колодце 10 котла и трубы конвективного блока 9 второй конвективной зоны расположенной во втором колодце 11. При переходе теплового воздушно-газового потока из топочной камеры 3 последовательно в первую и последующие конвективные зоны, последний встречает на своем пути установленные конвективные пучки труб, в которых циркулирует теплоноситель и начинает равномерно их нагревать, передавая тепло, находящемуся в них теплоносителю - воде. На второй ступени конвективного нагрева в колодце 11 продолжается передача тепла от воздушно-газового потока воде циркулирующей в пучках труб второй зоны конвективного теплообмена. По мере продвижения горящего угля по дугообразной решетке 6 уголь сгорает и попадает через механизм шлакоудаления в канал шлакоудаления. При порционной подаче топлива при открывании шибера 12 взаимодействие частей и механизмов водогрейного котла повторяется.
В настоящее время на предлагаемый водогрейный котел на предприятии разработаны рабочие чертежи, отработана технология изготовления и изготовлено несколько опытных котлов, которые для проверки надежности и эффективности работы переданы на испытания и в эксплуатацию.
После получения полной информации о работе опытных образцов котлов принято решение организовать их производство.
1. Водогрейный котел, включающий бункер для топлива, топку с решеткой, шурующей планкой и приводом, радиационный и конвективные блоки, воздуховод принудительной подачи воздуха в топку котла и трубопровод подачи теплоносителя в конвективные блоки, обмуровку, отличающийся тем, что решетка выполнена наклонной от бункера подачи топлива, шурующая планка выполнена в виде маятника, образованного планкой и двумя боковинами, кинематически связанными при помощи оси поворота шурующей планки, смонтированной в полости котла на боковых его стенках с кривошипно-шатунным приводом.
2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что решетка топки котла, как и основание топки, выполнена в виде дуги.
3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что патрубок подвода воздуха в топочную камеру системы принудительной подачи воздуха в топку выполнен с раструбом, обеспечивающим равномерную подачу воздуха по всей высоте наклонной решетки.
4. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в раструбе смонтированы по крайней мере две направляющие, равномерно распределяющие поток воздуха по высоте решетки.
5. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что отверстия для прохода воздуха через решетку выполнены щелевыми по всей ширине решетки в виде наклонных вперед накладных, частично перекрывающих одна другую, планок.
6. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что наклон планок решетки выполнен от 0 до 15°.
7. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что котел снабжен нагнетающим вентилятором, смонтированным перед раструбом системы принудительной подачи воздуха.
8. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что конвективные блоки связаны между собой газоходом, выполненным в виде короба, герметично связанного с каждым из конвективных блоков.
9. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части котла выполнен теплоизолированный люк для очистки змеевиков конвективных блоков.
