ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ

Изобретение относится к устройствам для сжигания твердого топлива, преимущественно с зоной нижнего горения, и может быть использовано в теплоэнергетике, химической и других областях промышленности.

Существуют общеизвестные печи и котлы с нижним горением в виде большой топки, типа бункера-накопителя топлива, в котором в самом низу происходит горение на горизонтальной колосниковой решетке, а воздух поступает через решетку и через решетку же удаляется зола. Однако такие печи хорошо работают только на кусковом топливе.

При использовании мелкофракционного топлива - пеллет, стружек, опилок, рассыпного торфа и так далее, мелкое топливо, не сгорев, просыпается через колосник и безвозвратно теряется, снижая КПД и экономичность печи или котла, поскольку при опускании мелкофракционного топлива на место сгоревшего полностью закрывается выход воздуха через колосники и горение происходит только возле самого выхода из топки, что может вызвать прекращение горения.

Если же сокращать количество подаваемого воздуха для уменьшения мощности горения, то температура горения над колосником будет снижаться, ухудшая условия для пиролиза и газогенерации, и при снижении температуры до 400-450 градусов Цельсия горение переходит в тление с низким КПД и выбросом несгоревших частиц наружу, а мощность до ухудшения качества горения не снижается больше чем на 50-60%.

Так как в сильные морозы или при первоначальном прогреве помещения мощность печи или котла должна быть в 5-8 больше, чем при поддерживающем горении или для отопления в оттепель (а летом только для горячего водоснабжения до 10-15 раз меньше), то можно говорить о большом недостатке печей или котлов с нижним горением, выраженном в недостаточной степени регулирования их мощности, что приводит к значительному перерасходу топлива.

Так, например, известна печь для сжигания низкосортного каменного угля (Патент РФ №2306487, 2004 г.), 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. Недостатком такой конструкции является отсутствие системы регулирования расхода первичного воздуха, подвод вторичного воздуха в камеру дожига, расположенную над сужением в верхней части, не предусмотрен. Анализ различных 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.

Известен отопительный котел TROX, выбранный ближайшим аналогом (http://klimat.zp.ua/teplooborudovanie/kotli_tverdotoplivnie/kolton_trox40_trox), отличительной чертой которого является принцип нижнего горения. Отдельные элементы котла изготовлены из листов 6 - 8-10 мм в связи с агрессивным действием органических веществ. Теплообменник котла состоит из вертикальных панелей, а непосредственно над камерой сгорания установлен бункер и дополнительные дверцы. Камера сгорания имеет брусчатый чугунный колосник, керамическую футеровку и ряд аэрационных отверстий для обеспечения наиболее эффективного топочного процесса. Отопительный котел TROX приспособлен к сжиганию биомассы (опилки, стружки, щепы, брикеты, отходы древесины). В случае отсутствия этих видов топлива можно периодически сжигать каменный уголь, сняв бункер. TROX простой и безотказный в ежедневной эксплуатации.

Однако недостатки описанных технических решений состоят в невозможности регулирования мощности котла в широких пределах.

Технической задачей является обеспечение отсутствия проваливания несгоревшего мелкого топлива через колосниковую решетку и регулирования мощности работы котла в широком диапазоне от 5% до 100% мощности при сохранении оптимальных условий горения топлива и высокого КПД.

Поставленная задача решается топливным котлом, содержащим собственно топку, присоединенную к ней камеру для теплообменника с дымовой трубой и расположенный вне зоны горения в нижней части топки колосник с выполненными в нем щелями для удаления золы в расположенный под колосником зольный ящик, отличающимся тем, что колосник состоит из наклоненной в сторону выхода газов из топки неподвижной металлической плиты, в нижней части которой расположены два и более рядов вваренных в нее отрезков труб длиной 3-4 см со сквозными отверстиями, накрытых сверху вдоль оси колосника защитными угольниками для предотвращения попадания в отверстия топлива и золы, а с обратной стороны плиты выполнено устройство для механического перекрытия прохода воздуха через отрезки труб.

На фиг. 1 схематично изображен котел с колосником, а на фиг. 2 изображен котел в разрезе, где:

1 - отрезки труб,

2 - устройство перекрытия прохода воздуха,

3 - защитные уголки,

4 - неподвижная металлическая плита,

5 - колосник,

6 - зольный ящик,

7 - топка,

8 - корпус топки.

При всех открытых отверстиях отрезков труб 1 мощность горения будет максимальная. По мере уменьшения количества открытых труб, соответственно, будет уменьшаться и мощность печи.

Количество воздуха будет оптимально для горения того количества топлива, которое находится над каждым отверстием, поэтому КПД сгорания топлива будет высоким даже при самой малой мощности.

Возможно оставление горения только над одним отверстием (менее 5% от максимальной мощности всей печи или котла - типа запальника в газовых горелках) для «дежурного режима», при котором возобновление горения на нужной мощности происходит без процесса затопки, как в обычных случаях, а простым открыванием нужного количества отверстий для нужного уровня мощности.

Зола удаляется в самом низу наклонной поверхности плиты 4 через проемы колосника, ведущие к зольному ящику 6.

Топливо, находящееся на наклонном колоснике при сгорании топлива, находящегося в зоне горения, спускается вниз и занимает место сгоревшего. Защитные угольники 3 не позволяют даже самому мелкому топливу или золе попадать в отверстия отрезков труб и перекрывать доступ воздуха для горения.

При помощи отверстий для прохода воздуха, защищенных с боков отрезками труб и уголками сверху, при помощи устройства 2 закрытия части или всех воздушных проходов, можно регулировать мощность горения в широчайших пределах - от 5% до 100%.

Технический результат заключается в устранении проваливания несгоревшего топлива под колосник - тем самым в повышении КПД и создании оптимальных условий горения за счет снижения объема горения и количества поступающего воздуха, что снижает общую мощность горения без ухудшения его качества.