Результат интеллектуальной деятельности: ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области малой теплоэнергетики, в частности к устройствам теплоснабжения небольших частных домов и секторов малоэтажной застройки.

Известен отопительно-варочный камин, включающий установленную на основании топку с дверкой, колосниковую решетку, зольник, камеру дожига, образованную направляющими пластинами, одна из которых установлена у задней стенки и имеет горизонтальный участок, впускное отверстие для подачи вторичного воздуха в камеру дожига, дымоход, варочную плиту и конвектор, при этом направляющая пластина у задней стенки жестко установлена под углом к ней, а другая, образующая камеру дожига направляющая пластина, установлена под углом к передней стенке с образованием между ними щели (Патент №2365824 РФ, МПК F24B 1/18, 5/00, 7/02, 2009 г. - аналог).

Известна печь-камин, содержащая закрытую топку, размещенную над ней открытую топку со съемной перегородкой, выполненной в виде колосника, дымовые каналы, регулирующие заслонки, при этом каналы расположены в одной дымовой трубе (Патент №1755012 РФ, МПК F24B 1/28, 1992 г. - аналог).

Известна печь для сжигания низкосортного каменного угля, содержащая корпус, выполненный с сужением в верхней части, снабженный крышкой, дверцами для загрузки топлива и выгрузки золы и окнами забора воздуха в топку, установленные в топке печи колосник, образующий дутьевой канал для сжигания топлива, и колосник, образующий дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, при этом корпус печи имеет прямоугольную в сечении форму, на корпусе печи по периметру выполнены колосниковые решетки, обеспечивающие подачу воздуха для сжигания топлива, и установлены полки с отверстиями, к которым закреплены с помощью шплинтов четыре воздухозаборных щита, создающих дутьевые каналы для указанных колосниковых решеток, а в топке печи установлены дополнительно два колосника, образующих дутьевые каналы для сжигания топлива, причем дутьевой канал, установленный внутри сжигаемого топлива, расположен по центру дутьевого канала для сжигания топлива (Патент №2306487 РФ, МПК F24B 1/85, 2004 г. - прототип).

Недостатком такой конструкции является излишняя площадь живого сечения для подвода первичного воздуха, что обуславливает завышенный коэффициент его избытка. Нет системы регулирования расхода первичного воздуха, подвод вторичного воздуха в камеру дожига, расположенную над сужением в верхней части, не предусмотрен. Наличие отверстий в боковых стенках устройства повышает опасность возникновения пожаров.

Анализ перечисленных видов топочных устройств показал, что все они обладают недостатками. Конструкции слоевых топок с неподвижными колосниковыми решетками имеют значительный механический недожог из-за неравномерного подвода воздуха по поверхности колосниковой решетки, и в связи с этим возникает кратерное горение, зашлаковывание колосниковых решеток. Однако слоевые топки являются на данный момент единственным обоснованным решением в вопросах теплоснабжения частных домов и сектора малоэтажной застройки при использовании твердых топлив ввиду их простоты и удобства. Частично решать проблему механического недожога можно, совершенствуя топочный процесс.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - возможность использования в качестве топлива различных видов продуктов деревообработки и деревопереработки, гранулированное топливо (пеллеты), а также торф и кусковой уголь и повышение коэффициента полезного действия устройства за счет эффективности сжигания топлива.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид устройства спереди, совмещенный с поперечным разрезом, на фиг. 2 - продольный разрез Б-Б; на фиг. 3 - разрез А-А; на фиг. 4 - вторая насадка.

Топочное устройство включает корпус 1, внутреннее пространство которого разделено на топочную камеру 2, верхний 3 и нижний 4 зольники и поворотную камеру 5; между топочной камерой и поворотной камерой расположен свод 6; в нижней части топочной камеры - горизонтальная колосниковая решетка 7, которая может быть установлена на пальцах в пазах 8, а в центральной части - вертикальный дутьевой канал 9, образованный основанием дутьевого канала 10 и первой насадкой 11, по окружности которой расположены сопла 12; на фронтальной стенке устройства расположены дверцы 13 и 14 верхнего и нижнего зольников, стеклянная дверца 15 с горизонтальной прорезью 16, а в задней стенке корпуса выполнен скат 17, при этом устройство снабжено второй насадкой 18 для сжигания гранулированного топлива на тарельчатой колосниковой решетке 19.

Изобретенное топочное устройство имеет относительно простую конструкцию с улучшенным топочным процессом, подразумевающим двухзонную подачу воздуха и интенсификацию процесса горения. Во время работы происходит подогрев подаваемого для горения воздуха внутри устройства без усложнения конструкции обмуровки.

Корпус 1 и основные элементы устройства выполняются монолитными, остальные элементы топочного устройства - съемными без механизированных узлов. На фронтальной стенке расположена стеклянная дверца 15, используемая для загрузки топлива, и две дверцы зольников для их очистки и регулирования расхода, подаваемого на горение воздуха. Верхний зольник 3 предназначен для золы с горизонтальной колосниковой решетки. В нижний зольник 4 опускается зола по дутьевому каналу 9 при работе устройства на гранулированном топливе. Над рамой остекленной дверцы 15 выполнена прорезь 16 для поступления воздуха, обеспечивающего защиту термостойкого стекла от копоти и сажистых частиц.

Топочная камера 2, футерованная огнеупорным материалом, в горизонтальном сечении имеет форму прямоугольника, но для уменьшения зеркала горения и, соответственно, увеличения теплонапряжения топочного объема выполнена закладка внутренних углов задней стенки. В качестве огнеупорных материалов можно использовать шамот, вермикулит, талькохлорит. Тем самым можно добиться увеличения теплоаккумулирующей способности устройства и создать зажигающие пояса, увеличить эффективность устройства при работе на высоковлажном и трудновоспламеняемом топливе.

В верхней части топочной камеры расположен свод 6 из огнеупорного материала, выполняющий роль верхнего зажигающего пояса и обеспечивающий двухходовое движение продуктов сгорания.

Ввиду того, что конструкция подразумевает сжигание как кускового, так и гранулированного топлива, устройство реализует две схемы работы. Для этого используются насадки 11 и 18 на дутьевой канал, расположенный в центре топочной камеры.

1. Первая насадка 11 выполнена в форме «колпачка» с прорезанными по окружности отверстиями 12 в тангенциальном направлении к внутреннему диаметру.

При работе устройства на кусковом топливе, щепе или коре первичный воздух поступает под слой топлива через верхний зольник 3. Вторичный воздух поступает в среднюю часть топки через сменную насадку 11, которая жестко соединена с основанием дутьевого канала 10. В сменной насадке на канал в тангенциальном направлении по всей окружности прорезаны технологические отверстия 12, выполняющие роль сопел. Над соплами вторичного воздуха устанавливается свод 6 из огнеупора.

Вертикальная часть канала 9, расположенная в топочной камере 2, омывается горячими продуктами сгорания, следовательно, воздух, находящийся в ней, нагревается в процессе растопки устройства. Подводимый через сопла вторичного дутья 12 нагретый воздух выравнивает температуру по высоте топочной камеры 2 и за счет отбираемой теплоты снижает температуру в зоне горения. Снижение максимальной температуры горения позволяет снизить образование оксидов азота, а двухступенчатое сжигание уменьшает количество продуктов неполного горения, в частности угарного газа CO, и увеличивает эффективность установки в целом.

Растопка осуществляется при полностью закрытой дверце 14 нижнего зольника и открытой дверце 13 верхнего. Загрузка топлива осуществляется равными порциями в конце каждого цикла горения. После прогрева внутренних элементов и обмуровки устройства приоткрывают дверцу 14 нижнего зольника для того, чтобы обеспечить доступ вторичного воздуха в зону догорания. Степень открытия дверец 13 и 14 зольников, а соответственно, и соотношение подаваемого на горение первичного и вторичного воздуха определяется в процессе выполнения балансовых испытаний.

Горение кускового топлива происходит во всем объеме топочной камеры 2. В нижней ее части происходит прямое горение летучих веществ, выделяющихся в процессе термической обработки топлива, и коксового остатка, а в верхней догорание продуктов неполного горения. Первичный воздух традиционно для слоевых топок с горизонтальными колосниковыми решетками подводится в подколосниковую зону и движется снизу-вверх, пронизывая кладку топлива. Вторичный воздух через дутьевой канал 9 поступает в среднюю часть топочной камеры 2, где происходит догорание несгоревших частиц. Вторичный воздух, поступающий через сопла 12 канала 9, создает закрутку потока горячих газов, в которых происходит доокисление выделившихся при гетерогенном горении газообразных веществ и догорание твердых частиц топлива. Продукты сгорания, огибая свод 6, через поворотную камеру 5 попадают в систему удаления дымовых газов. Поворотная камера 5 представляет собой неподвижную конструкцию, в которой происходит изменение направления движения продуктов сгорания. Скат 17 для реализации первой схемы работы не используется.

2. Вторая насадка 18 предназначена для сжигания гранулированного топлива и выполняет функцию колосниковой решетки. Она имеет тарельчатую форму с отверстиями в дне и стенках для доступа воздуха в зону горения. На задней стенке топочной камеры выполнен скат 17, через который гранулы забрасываются на колосниковую решетку 19.

В случае работы устройства на гранулированном топливе процесс горения проходит иначе. Для работы устройства на гранулах должна быть автоматизирована система подачи топлива для равномерного по времени поступления его на тарельчатую колосниковую решетку 19. Для этого выполнен скат 17 на задней стенке топочного устройства 2. Подводимый через дутьевой канал 9 воздух является первичным. Для уменьшения топочного объема горизонтальная колосниковая решетка 7 устанавливается выше на пальцы в пазах 8. Горизонтальная колосниковая решетка 7, установленная на пальцах в пазах 8, ограничивает объем топочного устройства и увеличивает теплонапряжение топочного объема для оптимизации топочного процесса.

Вторичным будет воздух, поступающий через горизонтальную колосниковую решетку 7 и боковые отверстия тарельчатого колосника 19.

Изобретение позволяет использовать в качестве топлива различные виды продуктов деревообработки и деревопереработки, гранулированное топливо (пеллеты), а также торф и кусковой уголь.

Заявляемое топочное устройство имеет усовершенствованную систему «чистого горения», исключающую неполное сгорание топлива и поступления избыточного количества окислителя, которые при совместном влиянии приводят к шлакованию внутренних поверхностей устройства и системы удаления дымовых газов. В совокупности это позволит снизить выбросы вредных веществ до низких значений и повысить тепловую эффективность работы устройства. Для сохранения эстетического назначения топочного устройства, как камина, и его эргономичного дизайна планируется использовать дверцу, изготовленную из термостойкого стекла. Стеклянная дверца повышает класс пожарной безопасности устройства.