Патент на изобретение №2358206

(54) ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в области котлостроения. Водогрейный котел включает 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. 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. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции котла, повышение эффективности и надежности его работы. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение 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 температуре нагрева воды до 95°С. Радиационная поверхность топочной камеры и двух ступеней конвективных поверхностей обеспечивает передачу тепла сгорающего топлива воде, принудительно циркулирующей по трубам, образующим эти поверхности. Наружная обмуровка котла предотвращает утечку тепла (Справочник по котельным установкам малой производительности. / Под ред. К.Ф.Роддатиса. М.: Энергоатомиздат, 1989, 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 (Каталог «Котлы и котельно-вспомогательное оборудование ЗАО ПО «Бийскэнергомаш»», ЦНИИТЭИтяжмаш, М., 1999, 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 настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности упрощение конструкции котла, повышение эффективности и надежности его работы.

Поставленная настоящим изобретением 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.

Планка в поперечном сечении выполнена в виде треугольника с гипотенузой в основании и острым углом в обратную от наклона решетки сторону.

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.

Новизной предложенного водогрейного котла является выполнение решетка 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, повышения 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, выполнены 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 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 несгоревших, фракций топлива через топочную решетку, а также способствует более интенсивному перемешиванию перемещаемого шурующей планкой по топочной решетке топлива.

На чертеже схематично представлен предлагаемый водогрейный котел.

Предлагаемый в качестве изобретения 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 пучки труб 8 (первая конвективная поверхность нагрева (зона)) и конвективные пучки труб 9 (вторая конвективная поверхность нагрева (зона)) 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 2 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 подачу воздуха по воздуховоду 4 и раструбу 16 через топочную решетку 6 в топку 1. Люк 19 предназначен для осмотра и чистки конвективных зон 8 и 9 водогрейного котла. Короб 20 служит для перепуска газа из первой конвективной поверхности нагрева, в которой расположены конвективные пучки труб 8, в последующую конвективную поверхность нагрева конвективных пучков труб 9.

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 раструбу 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 конвективной зоны 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 8 первой конвективной зоны, расположенной в первом колодце 10 котла, и трубы 9 второй конвективной зоны, расположенной во втором колодце 11. При переходе теплового воздушно-газового потока из топочной камеры 3 последовательно в первую и при помощи короба 20 во вторую конвективную зону последний встречает на своем пути установленные конвективные пучки труб 8 и 9, в которых циркулирует теплоноситель, и равномерно их нагревает, 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 системы 5 шлакоудаления в канал шлакоудаления.

При последующей порционной подаче топлива при открывании шибера 12 взаимодействие частей и механизмов предлагаемого водогрейного котла повторяется. Периодически для осмотра, очистки поверхности труб 8 и 9 конвективных зон и осуществления необходимого мелкого ремонта предусмотрен люк 19.

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 информации о работе опытных образцов котлов принято решение организовать их производство.

Формула изобретения

1. Водогрейный котел, включающий 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, 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 системы принудительной подачи воздуха в топку выполнен с раструбом, обеспечивающим равномерную подачу воздуха по всей высоте наклонной решетки.

4. Водогрейный котел по п.3, отличающийся тем, что в раструбе смонтированы 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.5, отличающийся тем, что наклон планок решетки выполнен от 0 до 15°.

РИСУНКИ