EA009160B1 - Двухтопливный беструбный котел с двумя камерами сгорания - Google Patents

Abstract

Предложен новый котел, являющийся предметом настоящего изобретения, предназначенный для использования взамен существующих твердотопливных, жидкотопливных и газовых котлов, который разработан специально с целью сжигать как твердое топливо, так и жидкое топливо или природный газ с высокой эффективностью; он имеет конструкцию, отличающуюся от конструкции существующих котлов, имеющую усовершенствованную полностью автоматическую систему колосниковой решетки, приводимую двигателем с редуктором, которая обеспечивает непрерывную подачу угля и непрерывное удаление спекшегося материала, а также систему сухой десульфурации с автоматической подачей извести, регулируемой в зависимости от содержания серы в угле, специальную камеру сгорания для сжигания жидких и газообразных топлив, независимую от камеры для сжигания твердого топлива, и специальное беструбное исполнение, которое обеспечивает теплопередачу проводимостью и конвективную теплоотдачу в дополнение к теплоотдаче излучением, и он является новым типом двухтопливного котла специального беструбного исполнения, который сжигает уголь при полностью автоматической подаче, без дыма и который может снизить выбросы диоксида серы благодаря своей системе сухой десульфурации, отличается большой легкостью при эксплуатации.

Description

Предметом данного изобретения является полностью автоматический двухтопливный бездымный и беструбный котел специальной конструкции с непрерывной подачей угля, специально усовершенствованной системой сухой очистки от сернистых соединений (десульфурации) и двумя камерами сгорания, который создан для использования вместо существующих твердотопливных котлов, и, учитывая тот факт, что использование природного газа становится все более распространенным, этот котел является двухтопливным котлом нового типа и специальной конструкции, который сжигает уголь при полностью автоматической подаче, причем он является бездымным и имеет высокую эффективность, при этом он может снизить выбросы диоксидов серы благодаря своей системе сухой десульфурации, и он может также сжигать жидкое топливо или природный газ с высокой эффективностью во второй камере сгорания без необходимости в каких-либо модификациях.

Перед тем, как детально рассмотреть технические отличия нового котла от существующих котлов на жидком и газообразном топливе, следует вкратце остановиться на концепциях горения, полного сгорания, характеристиках горения угля и образовании дыма и загрязняющих выбросов.

2. Горение, характеристики горения угля и образование дыма и загрязняющих выбросов

Горение - это химический процесс, в котором углерод и другие горючие вещества в твердых, жидких или газообразных топливах соединяются с кислородом при конкретной температуре воспламенения с выделением тепловой и световой энергии.

Ниже приведены реакции горения углерода и других горючих веществ, а также количества выделяемого тепла.

Углерод	С + О2		СО2	8 100 ккал/кг
Водород	Н2 + «О?.	->	Н2О	33 900 ккал/кг
Сера	8 + О2	-»	8О2	2 220 ккал/кг
Азот	N + «О?		ΝΟ	1 830 ккал/кг
Метан	СН4 + 2О3		СО2 + 2 Н2О	13 280 ккал/кг
Этан	С2Н6 + 7/2О2		2СО2 + ЗН2О	12 400 ккал/кг
Пропан	С3Н8 + 5О2		ЗСО2 + 4Н2О	11 950 ккал/кг
Бутан	С4Н2О + 13/2О2		4СО2 + 5Н2О	11 840 ккал/кг

Реакция неполного сгорания углерода с образованием моноксида углерода при недостаточном количестве кислорода и реакция горения моноксида углерода снова при подаче кислорода выглядят следующим образом.

С + /гО₂ -> СО 2 460 ккал/кг

СО + /2О2 СО₂ 5 640 ккал/кг

Поскольку на практике кислород подается из воздуха, для того, чтобы гореть, топливо должно находиться в контакте с воздухом. В процессе горения в дополнение к достаточной подаче воздуха должны выполняться следующих три условия:

- 1 009160

а) температура выше температуры воспламенения (Температура);

б) достаточное смешивание топлива и воздуха (Завихрение);

в) время, необходимое для завершения горения (Время).

В англоязычной литературе эти условия известны как три Т сгорания, от английских слов ТетрегаШге. ТигЬи1епсе аи4 Типе (температура, завихрение и время).

С точки зрения способа сжигания, для полного сгорания топлива в любой системе сжигания необходимы достаточная подача воздуха и смешивание топлива и воздуха с завихрением при температуре выше температуры воспламенения, которая может быть разной в зависимости от вида топлива, и эти условия необходимо поддерживать в течение определенного времени.

Система сжигания, создающая такие условия при горении топлива в твердом, жидком или газообразном состоянии, обеспечивает полное, а также бездымное сгорание, поскольку дым представляет собой продукт неполного сгорания.

Уголь - это твердое ископаемое топливо, состоящее из различных горючих материалов, влаги и негорючих минеральных веществ. При горении угля горючие вещества, включая связанный углерод и летучие вещества, сжигаются, а негорючие минеральные вещества остаются в виде золы.

Угли обычно классифицируются в соответствии с содержанием связанного углерода, летучих веществ, влаги и золы. Исходя из этого принципа, существуют три группы углей, называемых соответственно антрацит, то есть уголь с очень низким содержанием летучих веществ; битуминозный, то есть уголь со средним содержанием летучих веществ; и лигнит, то есть уголь с высоким содержанием летучих веществ.

При нагревании угля летучие вещества, содержащиеся в угле, претерпевают сухую перегонку даже при температурах ниже температуры воспламенения и выделяются в виде горючих газов (углеводородных газов и смоляных паров). Уголь, состоящий из связанного углерода, остающийся после того, как эти летучие вещества полностью перегоняются, называется коксом. Таким образом, два вида топлива в газообразном и твердом состоянии, соответственно, горючие газы, выделяющиеся при сгорании угля, и связанный углерод сжигаются вместе в одно и то же время. Поскольку температура воспламенения выделившихся горючих газов выше, основная проблема при сжигании углей с высокими содержаниями летучих веществ, например лигнита, - это создание необходимых условий в камере сгорания для обеспечения полного сгорания топлив в двух разных состояниях (твердом и газообразном) в одно и то же время.

Как следствие того факта, что техническими условиями на системы сгорания вышеупомянутые условия полного сгорания не предусматриваются, происходит неполное сгорание, особенно при сжигании углей с высоким содержанием летучих веществ, например лигнита. В зависимости от условий при неполном сгорании в системах сгорания образуются два разных вида дымов.

а) Бурый дым (серый дым).

Если температура в камере сгорания ниже температуры воспламенения выделяющихся горючих газов, углеводородные газы выходят из системы в виде дыма через дымоход без сжигания даже при достаточном количестве воздуха. Этот дым, состоящий из несгоревших углеводородов и смоляного пара, называется бурым (серым дымом) из-за его бурого (или, в зависимости от вида угля, серого) цвета. Образование бурого дыма приводит как к потерям топлива, поскольку углеводородные газы, примерно на 75% состоящие из метана, выходят через дымоход до того, как они могут сгореть, так и к потерям энергии, которую они содержат, поскольку они нагреваются до температуры дымохода.

б) Черный дым (частицы = сажа).

Если не удается обеспечить достаточное количество воздуха или не удается смешать горючие газы с завихрением даже при достаточном количестве воздуха и температуре в камере сгорания выше температуры воспламенения, опять-таки произойдет неполное сгорание. То есть, хотя в местах, где есть кислород, происходит сильное сгорание, в местах, где кислорода недостаточно или его контакт с горючими газами не обеспечен эффективным смешиванием, в результате высокой температуры происходят реакции крекинга, что приводит к образованию частиц углерода, который выходят из системы в виде сажи и черного дыма.

Этот черный дым, состоящий из частиц, также приводит к значительным потерям энергии из-за несгоревшего топлива, которое представляют собой частицы углерода, и энергии, которую эти частицы выносят из системы сгорания при их нагревании.

Если распределение тепла в камере сгорания неравномерно, в разных местах камер сгорания может образовываться как серый (бурый), так черный дым.

Как должно быть очевидно из приведенных выше фактов, основная причина образования дыма при сгорании угля - это неспособность полностью сжечь выделяющиеся горючие газы, то есть неполное сгорание. При полном сгорании горючих газов в камере сгорания образование дыма будет предотвращено, и, естественно, будет обеспечено рациональное использование энергии.

Образование дыма, как в виде частиц, так и и в виде несгоревших углеводородов, касается не только угля, но и жидких и газообразных топлив. Если не обеспечены условия полного сгорания в системах сгорания, в которых сжигаются жидкие и газообразные топлива, два вида этих дымов также неизбежно будут образовываться. Однако, поскольку жидкие и газообразные топлива более однородны и, таким

- 2 009160 образом, легче обеспечить их полное сгорание и поскольку горелки для жидких и газообразных топлив имеют конструкцию, обеспечивающую более высокую полноту сгорания, и оснащены системами автоматического управления, на практике бездымное сгорание легко достижимо в котлах на жидком и газообразном топливе с соответствующей конструкцией камер сгорания.

С другой стороны, аналогичным образом при недостатке кислорода в камере сгорания образуется оксид углерода (СО), один из загрязняющих выбросов, образующийся как продукт неполного сгорания.

Вместе с тем, выбросы диоксида серы (8О₂), образующегося при сжигании серы, содержащейся в теле топлива, не являются продуктом неполного сгорания - это продукт сжигания, образующийся при сжигании серы. Поэтому ввиду невозможности непосредственно снизить выбросы диоксида серы путем полного сжигания, снижение выбросов диоксида серы возможно только при использовании системы сухой десульфурации, обеспечиваемой добавкой извести или подобных химических веществ в камеру сгорания, или системы мокрой десульфурации применяемой к топочным газам.

Продуктами сжигания являются и оксиды азота (ΝΟχ), образующиеся при сжигании азота, содержащегося в теле топлива или в воздухе, при конкретных условиях в камере сгорания, особенно при высоких температурах. Образование ΝΟχ в большей мере зависит от условий в камере сгорания, чем от топлива.

Мы можем описать загрязняющие выбросы, сгруппировав их в две следующие группы.

Диоксид серы (8О₂)

Топливо (90%)

Частицы (сажа, дым, пыль)

Система сгорания (90%)

Углеводороды (С_тН_п)

Система сгорания (90%)

Моноксид углерода (СО)

Система сгорания (90%)

Оксиды азота

Система сгорания топливо

Выбросы диоксида серы (8О₂), исходящие из топлива, можно снизить путем улучшения топлива посредством определенных физических и химических процессов для снижения содержания серы или методов, известных как сухая или мокрая десульфурация, а не путем усовершенствования самой системы сгорания. Возможны два пути: добавление систем, основанных на таких методах, к системам сгорания или разработка их вместе с системой сгорания. Ниже приводятся формулы окислительно-восстановительных реакций для серы или диоксида серы в теле топлива в процессе десульфурации.

+ О₂ 8О₂

8О₂ + СаО₂

Э· Са8О₂

Дым (частицы и несгоревшие углеводороды), моноксид углерода (СО) и оксиды азота (ΝΟχ), исходящие из системы сгорания, можно снизить при использовании соответствующей системы сжигания и соответствующей конструкции камеры сгорания.

3. Технология существующих котлов, сжигающих твердые, жидкие и газообразные топлива

Существующие водогрейные и паровые котлы, используемые сегодня для отопления и в промышленном производстве пара, можно разбить на две группы по техническим условиям изготовления и конструкции, а именно: стальные сварные котлы и секционные чугунные котлы. В отношении их способности сжигать твердые, жидкие и газообразные топлива, котлы в этих группах можно вкратце описать следующим образом.

А) Стальные сварные котлы.

Котлы этой группы можно использовать для отопления жилых помещений (домов и квартир) и в промышленных целях. По конструкции эти котлы подразделяются на две основные группы:

а) водотрубные котлы;

б) газотрубные котлы.

Водотрубные котлы используются, главным образом, в системах центрального отопления высокой мощности или в промышленных целях. Такие котлы могут сжигать твердые топлива, если вместо жидкотопливных или газовых горелок спереди установлены топки с механическим забрасыванием угля (стокеры).

Газотрубные котлы используются в системах центрального отопления меньшей мощности или для промышленного производства пара меньшей мощности. Эту группу котлов по конструкции можно разбить на три отдельные подгруппы:

1) полуцилиндрические котлы (типа ΌΑΝ8Κ);

2) цилиндрические трехходовые котлы (типа 8СОТСН);

3) цилиндрические радиационные котлы с противодавлением (противоточные).

Полуцилиндрические котлы (типа ΌΑΝ8Κ) предназначены, главным образом, для сжигания твердого топлива и широко используются в Турции. Этот тип котла можно использовать с жидкими топливами, если заглушить колосниковые решетки котла. Цилиндрические трехходовые котлы (типа 8СОТСН) предназначены, главным образом, для сжигания жидких и газообразных топлив. Поскольку укладка ко

- 3 009160 лосниковых решеток в этих котлах для переделки их в твердотопливные котлы непродуктивна, они могут сжигать твердые топлива только при установке топок с механическим забрасыванием угля (стокеров) или передних топок.

Цилиндрические радиационные котлы с противодавлением (противоточные) - это котлы малой мощности, предназначенные исключительно для сжигания жидких и газообразных топлив в системах отопления жилых помещений (квартир). Поскольку теплоотдача, основанная, главным образом, на излучении, обеспечивается обратным потоком в небольшой камере сгорания, сжигание твердых топлив в этих типах котлов путем укладки колосниковых решеток невозможно.

Б) Секционные чугунные котлы.

Это также котлы малой мощности, предназначенные для сжигания жидких и газообразных топлив. Некоторые секционные чугунные котлы могут сжигать твердые топлива, например кокс и брикетированный уголь. Существует два типа котлов, которые сжигают газообразные топлива, а именно котлы с горелками низкого давления и котлы с дутьевыми горелками.

3.1. Сжигание и образование дыма в твердотопливных котлах.

В котлах высокой мощности на твердом топливе, используемых в системах центрального отопления и промышленности, уголь сжигается в топках с механическим забрасыванием угля (стокерах) или системах с сжиганием в кипящем слое.

Поскольку в стокерах с верхней и нижней подачей топлива обеспечивается непрерывное сжигание, причем нет необходимости в кочегаре и исключено воздействие человеческого фактора, уголь в этих котлах можно сжигать с более высокой полнотой по сравнению с котлами с ручным забрасыванием. В системах со сжиганием в кипящем слое в дополнение к непрерывному сжиганию также обеспечивается оптимальный уровень топливовоздушной смеси, что повышает полноту сжигания даже до более высокого уровня. Однако экономическая применимость как топок с механическим забрасыванием угля, так и систем со сжиганием в кипящем слое для котлов малой и средней мощности, используемых в системах отопления жилых помещений (домов и квартир), является весьма ограниченной.

3.1.1. Сжигание угля в полуцилиндрических котлах.

Системой сгорания, широко используемой в бытовых полуцилиндрических котлах, является лишь топка с ручным забрасыванием и прямой колосниковой решеткой.

В этом типе котла на твердом топливе топливо сжигается на прямой колосниковой решетке, уложенной под пространством сгорания. Уголь забрасывается на колосниковую решетку совком через открытую дверцу топки спереди котла, а зола, просыпающаяся в поддувало под колосниковой решеткой, убирается скребком через дверцу поддувала. Большие куски спекшегося материала, оставшегося на колосниковой решетке, убираются через дверцу топки шурованием или скребком. Наверху дверцы поддувала имеются основные отверстия для воздуха, поступающего из-под низа колосниковой решетки и обеспечивающего горение, а на верхней стороне наверху дверцы топки, через которую забрасывается уголь, имеются вспомогательные отверстия для воздуха. Пламя, дым и горячие газы, выходящие из топки, проходят через жаровые дымовые трубы второго и третьего хода, нагревая при этом воду в котле, и достигают дымохода. Жаровые дымовые трубы, засоренные золой-уносом и сажей, очищаются металлической щеткой, для чего передние дверцы вытяжного шкафа открывают.

В полуцилиндрическом котле с ручным забрасыванием угля вначале при разжигании на колосниковой решетке сжигается некоторое количество дров до получения жара, а затем на него совком набрасывается уголь.

В этом полуцилиндрическом котле уголь сжигается двумя разными способами, называемыми способом сжигания с распределением угля и способом сжигания с укладкой слоев.

а) Способ сжигания с распределением угля.

По этому способу уголь забрасывают на жар на колосниковой решетке и распределяют его совком через дверцу топки котла. Когда свежий уголь распределяется поверх раскаленного слоя топлива тонким слоем, горючие языки пламени, быстро и бесконтрольно выходящие в среду, из-за высокой температуры не могут смешиваться с достаточным количеством воздуха, что приводит к реакциям крекинга и образованию сажи в виде черного дыма.

С другой стороны, если свежий уголь распределяется поверх жара толстым слоем, то в этом случае свежий уголь нарушает порядок сжигания, поскольку он значительно охлаждает слой горения, начинает нагреваться с самым нижних слоев, и происходит газификация. Языки пламени и горячие газы, выходящие из слоя горения на нижней стороне, проходят через уголь на верхние слои, при этом быстро нагревая и перегоняя уголь и вызывая еще одно бесконтрольное выделение летучих газов. Поскольку выделившиеся горючие газы рассеиваются из зоны горения вверх, они выходят из системы как несгоревшие углеводороды в виде серого (бурого) дыма из-за низкой температуры, хотя через вспомогательное отверстие для воздуха поступает достаточное количество воздуха. Хотя температура на самом нижнем слое угля, который вступает в контакт с зоной горения, является достаточной, однако, большое количество бесконтрольно выделяющихся летучих газов превращается в черный дым в результате реакции крекинга из-за нехватки основного воздуха, поступающего из-под низа колосниковой решетки, ограничивающегося тягой дымохода. Когда температура угля верхних слоев достигает температуры воспламенения, боль

- 4 009160 шая часть летучих веществ уже выйдет из системы в виде дыма, выходящего из дымохода.

б) Способ с укладкой слоев.

По этому способу уголь загружают, укладывая его кучами на левой и правой стороне колосниковой решетки, а не по всей ее поверхности. При этом преследуется цель нагревать свежий уголь более постепенно по сравнению со способом сжигания с распределением угля и сжигать выделяющиеся газы, когда спекшийся уголь сжигается с другой стороны. Однако, хотя газы выделяются в течение более продолжительного периода времени, из-за того, что выделяющиеся газы направляются в заднюю часть пространства для горения вместе с горячими газами, выделяющимися при горении кокса, и из-за того, что они вступают в контакт с холодными поверхностями, опять-таки большая часть газов выходит из системы в виде серого дыма. Таким образом, хотя серый дым, выделяющийся при этом способе, является менее густым по сравнению с дымом, выделяющимся при способе сжигания с распределением угля, он охватывает более продолжительный период. Когда уголь, сложенный в виде слоев по краям, перегоняется и воспламеняется, он выделяет черный дым из-за неполного сгорания, обусловленного большой толщиной слоя горения. Следует также отметить, что из-за того, что вспомогательный воздух, поступающий сверху, задействован в меньшей мере, при этом из-за избытка воздуха производительность снижается.

Как явствует из вышеизложенного, поскольку в этой системе сгорания выполнить условия полного сгорания невозможно, вне зависимости от того, работает ли она по способу с распределением угля или по способу с укладкой слоев по разные стороны на прямой колосниковой решетке, и предотвратить образование бурого (серого) или черного дыма в полуцилиндрических котлах невозможно. Дым, выходящий из дымохода, состоит из несгоревших углеводородов и частиц углерода, а это означает, что через дымоход теряется значительное количество топлива.

На практике операторы топок систем центрального отопления не используют правильно ни один из этих способов, как требуется в соответствующих инструкциях, а сразу загружают в котел большое количество угля, чтобы облегчить себе работу. При этом потери топлива достигают максимальных уровней, поскольку на чрезмерно толстом слое горения образуется вначале серый дым, затем черный дым (сажа) и оксид углерода.

Сажа и креозот, обильно образующиеся в результате плохого и неполного сжигания, за короткое время блокируют жаровые дымовые трубы, и теплопроизводительность котла снижается, поскольку слой креозота на поверхностях труб затрудняет теплопередачу.

Кроме того, в полуцилиндрических котлах при выемке горячего спекшегося материала скребком через открытую дверцу топки несгоревшие куски угля падают под колосниковую решетку или наружу и потери с золой также возрастают.

Избыточный воздух, поступающий в котел в течение этого процесса, снижает теплопроизводительность котла, и выделение оксида углерода из вынимаемого не полностью сгоревшего горячего спекшегося материала иногда представляет угрозу здоровью оператора котла.

Как должно быть очевидно из вышеизложенного, в широко используемых традиционных полуцилиндрических котлах с ручным забрасыванием угля и прямой колосниковой решеткой, которые являются продуктами значительно устаревшей технологии, условия для полного сгорания обеспечить невозможно, что приводит к очень неэффективному сжиганию угля, равно как невозможно предотвратить образование обильного дыма. Поскольку потери с дымовыми газами и золой достигают максимального уровня, потери энергии из-за несгоревшего топлива возрастают в той же степени. Кроме того, в повседневной эксплуатации важную роль играет фактор истопников, и эксплуатационные трудности приводят к еще большему снижению теплопроизводительности.

3.1.2. Сжигание угля в секционных чугунных котлах.

Система сгорания секционных чугунных котлов, предназначенных для сжигания твердых топлив, также, в основном, состоит из топки с ручным забрасыванием, и основной воздух поступает в систему из-под колосниковой решетки, а вспомогательный воздух поступает через отверстия над дверцей в передней части топки.

Секционные чугунные котлы предназначены для сжигания дегазированного угля, например кокса и брикетированного угля, причем уголь в этих системах сжигается на толстом слое горения в небольшой зоне колосниковой решетки.

Как и в случае с полуцилиндрическими котлами, секционные чугунные котлы на твердом топливе загружаются путем забрасывания угля совком через дверцу, и колосниковую решетку очищают скребком через ту же дверцу. Однако такой тип котлов не позволяет сжигать уголь способом с укладкой слоев по разные стороны из-за малой площади колосниковой решетки. Как и в случае способа сжигания с распределением угля, заброска угля толстым слоем приводит к образованию серого дыма из-за несгорания обильно выделяющихся летучих материалов и к образованию черного дыма после того, как начинается быстрое сжигание. Если вместо углей с очень высоким содержанием летучих материалов, таких как лигнит, используются угли с очень низким содержанием летучих материалов, такие как кокс, брикетированный уголь и антрацит, достигается более высокий уровень полноты сжигания. Однако при использовании углей с высокими содержаниями летучих материалов теплопроизводительность сгорания в этих котлах может быть даже ниже, чем в полуцилиндрических котлах.

- 5 009160

3.2. Сгорание в жидкотопливных и газовых котлах.

В котлах, предназначенных для сжигания жидких и газообразных топлив, функцию системы сгорания выполняют полностью автоматизированные жидкотопливные и газовые горелки, размещенные перед котлом. Горелка включается при температуре, задаваемой термореле, срабатывающим от температуры воды на выходе котла, и при достижении определенной температуры автоматически выключается. Благодаря этой особенности автоматического отключения горелки с такими котлами можно легко применять и другие системы управления, обеспечивающие управление в зависимости от температуры на улице.

В жидкотопливных котлах широко используется топочный мазут, известный как топливо для центрального отопления. Жидкотопливная горелка способна распылять топочный мазут, который представляет собой однородное топливо, в камеру сгорания котла вместе с воздухом с завихрением, и, если конструкция камеры сгорания котла соответствует углу распыления горелки и ее зажигающей способности, достигаются условия полного сгорания и предотвращается образование дыма. Полноту сжигания можно повысить путем регулирования топливовоздушной смеси в горелке, а регулировка форсунки горелки обеспечивает работу с требуемой мощностью в пределах ее диапазона. Однако, если правильная регулировка топливовоздушной смеси не выполнена или в случаях, когда камера сгорания котла не подходит, полное сгорание не достигается и дым может образовываться и выходить через дымоход в виде сажи и несгоревших углеводородов.

В качестве топлива в газовых котлах широко используется природный газ. Есть два типа газовых горелок, а именно дутьевые горелки и горелки низкого давления. Горелки низкого давления могут использоваться только в котлах, специально разработанных под горелки низкого давления. С другой стороны, дутьевые горелки можно использовать в цилиндрических трехходовых котлах, цилиндрических радиационных котлах с противодавлением и трехходовых секционных чугунных котлах.

Переоборудование полуцилиндрических котлов, предназначенных для жидкого топлива, для использования на природном газе было признано приемлемым уполномоченным органом по распределению газа в рамках Национального проекта по переходу на газ; поэтому на этом типе котлов были использованы дутьевые горелки, работающие на природном газе, при условии, что колосниковые решетки заглушены и внесены необходимые изменения. Однако, поскольку на практике это не принесло хороших результатов, работы в этом направлении были прекращены.

В стальных цилиндрических трехходовых котлах и чугунных трехходовых котлах топливовоздушная смесь, подаваемая горелкой в камеру сгорания, сжигается в цилиндрической камере сгорания, и горячие газы, образовавшиеся при сжигании, проходят по второй и третьей переходным трубам или каналам, выходят из котла и достигают дымохода. Теплоотдача и теплопередача в цилиндрических трехходовых котлах обеспечивается излучением в камере сгорания и конвекцией и теплопроводимостью во второй и третьей переходных трубах. В случае сажи и креозота, которые могут образовываться в результате неполного сгорания из-за неправильной настройки подачи воздуха в горелку по причине неправильной эксплуатации или иным причинам, в этом типе котлов трубы можно чистить металлической щеткой, открыв для этого передние дверцы вытяжного шкафа.

Однако в цилиндрических радиационных котлах с противодавлением топливовоздушная смесь, подаваемая горелкой в центральную ось цилиндрической камеры сгорания, создает завихрение с обратным потоком, который возвращается от границ камеры сгорания, задняя сторона которой закрыта, и это приводит к повышению полноты сгорания, и внутри камеры сгорания до известной степени происходит второй переход. Горячие газы, возвращающиеся в камеру сгорания с обратным потоком, причем указанные горячие газы являются продуктами сжигания, проходят по окружающим жаровым дымовым трубам и с обратным потоком выходят из котла. Теплоотдача в этом типе котлов происходит, главным образом, путем излучения в камере сгорания из-за обратного потока. В литературе эти типы котлов называются котлом с противоточной топкой. Если в качестве топлива используется природный газ и поскольку у природного газа излучение меньше, чем у жидкого топлива, обретает важность теплопередача и теплоотдача в жаровых дымовых трубах, и для повышения интенсивности теплопередачи и теплоотдачи на единицу площади в трубах размещаются турбулизаторы. Однако, поскольку невозможно открыть переднюю дверцу, к которой подсоединена горелка, во время работы котла как трубной установки на природном газе, так как горелка закреплена, нет возможности очистить креозот, образовавшийся из сажи, которая может образовываться как продукт неполного сгорания из-за недостатка воздуха по причине ухудшения настроек подачи воздуха в горелку, что может вызвать снижение теплопроизводительности труб в условиях эксплуатации.

В полуцилиндрических котлах, в которых твердотопливные горелки переделаны на горелки, работающие на природном газе, полнота сжигания в полуцилиндрической камере сгорания ниже по сравнению с цилиндрическим котлом, температура топочного газа котла на природном газе значительно снижается, поскольку поверхности нагрева второй и третьей дымовых труб, рассчитанные на твердое топлива, являются большими, что приводит к повышению общей теплопроизводительности, но в то же время возникает проблема концентрации и коррозии в котле и дымоходе, вызванная избыточным содержанием водяного пара в природном газе, образующегося в результате сжигания.

3.3. Переоборудование существующих твердотопливных котлов в жидкотопливные и газовые котлы. Переоборудование котлов, рассчитанных на твердое топливо или работающих на твердом топливе,

- 6 009160 в котлы, способные работать на жидком и газообразном топливе, является в настоящее время актуальной проблемой, вызванной, в частности, необходимостью предотвратить загрязнение воздуха в результате сжигания. Переоборудование или необходимые механические изменения, требуемые для переоборудования существующих твердотопливных котлов, чтобы они могли использовать жидкое топливо или природный газ, можно подытожить следующим образом.

а) Большие котлы с передней топкой или стокером.

Высокопроизводительные водотрубные котлы или газотрубные цилиндрические котлы, на которых установлены механические угольные топки (стокеры) или передние топки, переоборудуются в котлы на жидком топливе или природном газе путем полного демонтажа стокера или передней топки и установки на них жидкотопливных горелок или горелок, работающих на природном газе, после выполнения необходимых изменений для подключения горелок.

б) Полуцилиндрические котлы с прямой колосниковой решеткой.

Переоборудование твердотопливных котлов полуцилиндрического типа, широко используемых в настоящее время, особенно в Турции, в котлы, работающие на жидком топливе и природном газе, возможно путем удаления колосниковых решеток внутри котла. После удаления колосниковых решеток, уложенных под полуцилиндрическим пространством сгорания, поддувало под котлом засыпают золой и землей и поверх них на уровне колосниковой решетки укладывают шамот. Дверцу топки котла снимают, вместо нее устанавливают соединительный фланец горелки и жидкотопливное оборудование при переоборудовании в котел, работающий на жидком топливе, или оборудование для природного газа при переоборудовании в котел, работающий на природном газе, после чего устанавливают жидкотопливную горелку или горелку, работающую на природном газе, тем самым превращая полуцилиндрический котел в котел, работающий на жидком или газообразном топливе. Далее, если предохранительной дверцы нет, по этому способу выполняют соответствующую предохранительную дверцу.

3.4. Переоборудование существующих жидкотопливных и газовых котлов в котлы на твердом топливе.

Переоборудование или необходимые механические изменения, требуемые для переоборудования существующих котлов, работающих на жидком топливе или природном газе, чтобы они могли использовать твердое топливо, можно подытожить следующим образом.

а) Полуцилиндрические котлы.

Для того, чтобы переоборудовать полуцилиндрический котел, работающий на жидком топливе и природном газе, обратно в твердотопливный котел, вначале необходимо полностью снять с передней части котла оборудование жидкотопливной горелки или оборудование для природного газа, а также горелку. Затем необходимо удалить шамот и землю из поддувала и вместо них уложить колосниковую решетку и снова установить дверцу топки, чтобы переоборудовать его в твердотопливный котел. Поскольку в случае полуцилиндрических котлов теплопроизводительностью 600 000 ккал/ч (поверхность нагрева 100 м²) добиться требуемой теплопроизводительности при ручном забрасывании невозможно, переоборудование в систему, использующую уголь, осуществляют с использованием в котлах большей производительности топок с механическим забрасыванием угля (стокеров).

б) Цилиндрические трехходовые котлы.

Переоборудовать цилиндрический трехходовый котел, работающий на жидком топливе или природном газе, в твердотопливный котел путем укладки колосниковых решеток невозможно. Однако цилиндрические трехходовые котлы, используемые в промышленности и при производстве пара, можно переоборудовать в твердотопливные путем установки топок с механическим забрасыванием угля или передних топок.

в) Радиационные котлы с противодавлением.

Этот тип цилиндрических котлов также невозможно переоборудовать в твердотопливные котлы путем укладки внутри колосниковых решеток. Такую систему можно переоборудовать под уголь путем замены этого котла полуцилиндрическим котлом.

г) Секционные чугунные котлы.

Переоборудовать секционные чугунные котлы с горелками низкого давления, предназначенные для сжигания только жидкого топлива и природного газа, в твердотопливные котлы невозможно. Однако возможно переоборудование в твердотопливный котел тех типов этих котлов, которые предназначены для сжигания как жидкого топлива, так и твердых топлив, таких как кокс и брикетированный уголь. Для этого необходимо снять горелку и топливное оборудование и уложить внутри котла специальные колосниковые решетки, как в случае с полуцилиндрическими котлами. С другой стороны, если поверхность нагрева котла выбрана с учетом теплотворной способности жидкого топлива, при переоборудовании этих котлов в твердотопливные нужно будет добавить новые секции.

4. Полностью автоматический двухтопливный бездымный и беструбный котел специальной конструкции с непрерывной подачей угля, специально усовершенствованной системой десульфации и двумя камерами сгорания

Настоящее изобретение под названием полностью автоматический двухтопливный бездымный и беструбный котел специальной конструкции с непрерывной подачей угля, специально усовершенство

- 7 009160 ванной системой десульфурации и двумя камерами сгорания - это новый тип котла, разработанный как дальнейшее усовершенствование патента № 27751 того же изобретателя под названием Высокопроизводительный двухтопливный бездымный котел усовершенствованной специальной конструкции с двумя камерами сгорания, после всестороннего анализа литературы о горении, характеристиках горения топлив, системах сгорания, теплопередаче и котлах. Этот новый тип котла разработан специально с целью сжигать с высокой эффективностью как твердое топливо, так и жидкое топливо или природный газ благодаря конструкции, радикально отличающейся от конструкции существующих котлов, с ее полностью автоматической системой колосниковой решетки, приводимой двигателем с редуктором, которая обеспечивает непрерывную подачу угля и непрерывный отвод спекшегося материала, с ее автоматической системой десульфурации с подачей извести, регулируемой в зависимости от содержания серы в угле, и ее специальной камерой сгорания, предназначенной для сжигания жидких и газообразных топлив и независимой от камеры для сжигания твердого топлива, и которая, кроме того, не требует внесения каких-либо изменений для преобразования из твердотопливного котла в жидкотопливный или газовый котел или из жидкотопливного или газового котла в твердотопливный, и которая позволяет сжигать указанные топлива с высокой эффективностью и обеспечивает теплопередачу путем конвекции и теплопроводности в дополнение к теплоотдаче излучением благодаря своему специальному беструбному исполнению.

Как показано на фиг. 1 и 2, новый котел, являющийся предметом этого нового изобретения, состоит из трех основных секций, а именно секции сгорания твердого топлива, состоящей из шнекового питателя угля 1, обеспечивающего непрерывную подачу угля, проходного патрубка 2, передающего уголь от шнекового питателя угля в котел, шнекового питателя извести 3, обеспечивающего подачу извести в систему сухой десульфурации одновременно с подачей угля, основной входной воздушной заслонки 14, заслонки 15 для настройки на тип угля, вентилятора 16 для принудительной подачи воздуха, бачка 4 измельченной извести для хранения подаваемой измельченной извести, специально разработанной камеры 5 для свежего угля с наполненными водой стенками, предназначенной для хранения угля, подаваемого шнековым питателем угля, канала 6 сухой перегонки угля, камеры сгорания 7, поддувала 8, канала 9 для потока спекшегося материала, отделения спекшегося материала 10, среднего отделения 11 между поддувалом и отделением спекшегося материала, канала 12 для пропуска пламени и шнека 13 для золы и спекшегося материала, обеспечивающего полностью автоматическое удаление золы и спекшегося материала, как и в случае с подачей угля; секции сгорания жидкого и газообразного топлива, состоящей из горелки 17, подключенной к котлу посредством крышки для подключения горелки с левой и правой сторон котла, специально разработанной цилиндрической противоточной камерой сгорания 18, размещенной в противоположном направлении на верхней стороне камеры сгорания для твердого топлива, и проходного патрубка 19 для пламени жидкого топлива, открытого в камеру сгорания для твердого топлива вертикально сверху; и специально разработанной беструбной зоны теплопередачи, состоящей из специально разработанного беструбного вертикального канала 20 для пропуска вверх, обеспечивающего в большей степени теплопередачу излучением, чем теплопередачу путем конвекции и теплопроводности газами, являющимися продуктами сгорания, выходящими из камер сгорания, второго проходящего вниз вертикального проходного канала 21 и третьего проходящего вверх вертикального проходного канала 22.

Как показано на фиг. 1, воздух для горения котла, являющего предметом настоящего изобретения, поступает через основную входную воздушную заслонку 14, которая автоматически открывается и закрывается в зависимости от температуры котла благодаря механическому термореле 23. Воздух в котел может подаваться и вентилятором 16 для принудительной подачи воздуха, установленным на верхней стороне основной воздушной заслонки, в случаях, если тяга дымохода недостаточна или если требуется быстрое увеличение мощности горения. В этом новом котле можно сжигать все виды углей с разным содержанием летучих материалов, регулируя заслонку 15 для настройки на тип угля во вспомогательном воздушном канале 24. При использовании углей с высоким содержанием летучих материалов эту заслонку полностью открывают, чтобы обеспечить сжигание всех газов с максимальным количеством вспомогательного воздуха; при использовании углей с низким содержанием летучих материалов эту заслонку закрывают, чтобы предотвратить ненужную избыточную подачу воздуха в камеру сгорания. Часть, представляющая собой основную воздушную заслонку и вспомогательный воздушный канал, выполнена таким образом, чтобы ее можно было устанавливать и демонтировать спереди на котле специальной конструкции.

Воздух, подаваемый в блок сгорания вентилятором для принудительной подачи воздуха, также может регулироваться автоматически с помощью термореле, которое включает вентилятор для принудительной подачи воздуха и которое срабатывает в зависимости от температуры воды котла.

На верхней передней стороне котла, который является предметом этого нового изобретения, на передней стороне камеры для свежего угля специальной конструкции с наполненными водой стенками выполнен вспомогательный воздушный канал из тонколистового железа, в котором протекает вспомогательный воздух. Нижняя сторона камеры имеет специальную конструкцию и уклон, который обеспечивает поток угля под собственным весом, а выше камеры выполнена вторая часть 25 вспомогательного воздушного канала, которая нагревает воздух, поступающий из вспомогательного воздушного канала, сверху, вокруг патрубка для загрузки угля или, в случае маломощных бытовых котлов, вокруг дверцы

- 8 009160 для забрасывания угля.

В бачке для извести на верхней стороне канала сухой перегонки угля, в котором уголь в камере перегоняется путем предварительного нагревания перед поступлением в камеру сгорания, имеется отверстие 27 для потока извести с заслонкой 26 для регулирования подачи извести, через которое измельченная известь протекает вниз, и обеспечивается возможность регулирования расхода измельченной извести в зависимости от содержания серы в угле.

Благодаря специальной подвижной системе колосниковой решетки 32 ступенчатой конструкции, которая может перемещаться вперед и назад на роликовых механизмах 31, установленных на боковых стенках камеры сгорания с помощью соединительных штоков 30, подсоединенных к валу эксцентрика 29, приводимому электродвигателем 28 с наружным редуктором, находящаяся под пространством сгорания твердого топлива нового котла, как показано на фигуре, обеспечивается возможность автоматического и непрерывного падения золы из камеры сгорания в камеру для золы и больших кусков спекшегося материала в отделение спекшегося материала через канал для спекшегося материала с помощью двигателя с редуктором, автоматически включающегося при необходимости. Камера для угля загружается углем с использованием шнекового питателя угля, который включается автоматически, как результат этого перемещения, и уголь в камере автоматически перемещается в направлении канала сухой перегонки угля, расположенного ниже. В верхней задней части канала для спекшегося материала в конце камеры сгорания предусмотрены режущие пластины 33 для спекшегося материала, которые режут куски твердого спекшегося материала, чтобы спекшийся материал мог падать вниз, не превращаясь в блоки, как показано на фигуре.

На верхней стороне канала для спекшегося материала между каналом для спекшегося материала и каналом для пропуска пламени предусмотрено среднее отделение 34 с водяной рубашкой, по форме выполненное со своей специальной конструкцией с радиусом, как показано на фигуре. Это среднее отделение разделяется на два в виде верхнего закругленного отделения 35, которое образует заднюю стенку внутреннего пространства, поскольку оно направлено вверх, и нижнего закругленного отделения 36, которое образует заднюю сторону отделения спекшегося материала, поскольку оно направлено вниз, как показано на фигуре.

На боковой стороне нового котла, являющегося предметом настоящего изобретения, предусмотрены три дверцы, а именно дверца 37 камеры для золы, предназначенная для выемки золы, просыпающейся через колосниковую решетку и скапливающейся в камере для золы, дверца 38 отделения спекшегося материала, предназначенная для выемки больших кусков спекшегося материала, падающих из канала для спекшегося материала в отделение спекшегося материала, и еще дальше назад дверца 39 камеры для креозота, в которой скапливаются креозот и зола-унос, опускающиеся из второго и третьего проходных каналов. На каждой (левой и правой) стороне котла, как показано на фигуре, предусмотрены две крышки, одна из которых служит дверцей 40 топки, открывающей пространство сгорания твердого топлива, и используется при начальном разжигании, а вторая служит в качестве предохранительной дверцы 41 во время горения жидкого и газообразного топлива, открывается во внутреннее пространство и используется при удалении накопившихся золы-уноса и креозота.

В этом новом котле свежий уголь, автоматически загружаемый в камеру блока сгорания твердого топлива шнековым питателем угля, постепенно перемещается из канала сухой перегонки угля в пространство сгорания топки под собственным весом и время от времени с помощью соединительных штоков, подсоединенных к валу эксцентрика, приводимому двигателем с наружным редуктором, а также подвижных ручек колосниковой решетки. Уголь с перегнанными летучими веществами путем постепенного предварительного нагревания может легко полностью сжигаться вместе с высвободившимися горючими газами и дымом от закоксованной части связанного углерода в обеспеченных в камере сгорания условиях для полного сгорания. Зола, остающаяся после сгорания, просыпается в камеру для золы под колосниковой решеткой, а спекшиеся материалы, остающиеся на колосниковой решетке, падают в отделение спекшегося материала сзади блока сгорания твердого топлива при ступенчатом перемещении подвижной колосниковой решетки вперед-назад. Зола и спекшийся материал в камере для золы и отделении спекшегося материала сползают к шнеку для золы и спекшегося материала и этим автоматически работающим шнеком для золы и спекшегося материала извлекаются из котла. Таким образом, уголь подается полностью автоматическим механизмом, обеспечивающим устойчивый поток, а зола и спекшийся материал, остающиеся после сгорания, автоматически удаляются из пространства сгорания благодаря этому механизму, что обеспечивает устойчивое и непрерывное сжигание.

Одновременно с упомянутым автоматическим и непрерывным процессом сгорания система сухой десульфурации снижает выбросы диоксида серы, который может образовываться, путем десульфурации серы, содержащейся в теле угля, до минимума благодаря использованию измельченной извести, расход которой можно регулировать в зависимости от содержания серы в угле, которое, в свою очередь, зависит от типа угля.

С нижней стороны вертикального отделения 42 с водяной рубашкой между вторым проходящим вниз вертикальным проходным каналом 21 и третьим проходящим вверх вертикальным проходным каналом 22 в задней части этого нового котла предусмотрен бокс 43 для золы и креозота, служащий в каче

- 9 009160 стве циклона, в котором скапливаются зола-унос и креозот. Для того, чтобы повысить теплопередачу проводимостью в третьем вертикальном проходном канале, предусмотрены специальные турбуляторы 44, изготовленные из нержавеющей стали и выполненные в виде крыльев между вертикальным отделением с водяной рубашкой и вертикальной, с водяной рубашкой задней стенкой котла. Газы, образующиеся при горении, выходят из котла, выходя через дымоходный канал 45 котла после прохождения третьего вертикального проходного канала.

В котле, который является предметом настоящего изобретения, обратная вода установки поступает в котел через фланец 46 для обратной воды на верхней стороне камер сгорания твердого топлива и жидкого топлива/природного газа в передней части котла и при этом смешивается с горячей водой, поднимающейся из водяной рубашки вокруг камеры сгорания, что предотвращает конденсацию на поверхностях котла. Вода котла выходит через фланец 47 для воды на верхней стороне третьей вертикальной проходной секции в задней части котла.

4.1. Горение угля и предотвращение выбросов дымовых газов и диоксида серы в новом котле.

Как показано на фиг. 1, в секции сгорания твердого топлива этого нового котла, который является предметом настоящего изобретения, осуществляется непрерывное сжигание угля с использованием полностью автоматического механизма и предотвращение выбросов дымовых газов и диоксида серы как результат описываемого ниже процесса.

Свежий уголь, загруженный в пространство сгорания твердого топлива шнековым питателем угля, или, в случае бытовых маломощных котлов, свежий уголь, заброшенный в эту камеру через открытую для этой цели дверцу для загрузки угля, вначале вступает в контакт с горячим углем на входе в канал сухой перегонки и начинает медленно нагреваться. Уголь в канале сухой перегонки нагревается по мере того, как он вбирает в себя определенное количество тепла, образованного в пространстве сгорания излучением и проводимостью. По мере сжигания угля в пространстве сгорания уголь в канале сухой перегонки перемещается в пространство сгорания, и уголь в камере свежего угля медленно скользит вниз под собственным весом и входит в канал сухой перегонки. Одновременно со шнековым питателем угля, шнековый питатель извести специальной системы десульфурации автоматически подает измельченную известь в бачок для извести. Измельченная известь, расход которой регулируется в соответствии с содержанием серы в угле, поступает в камеру сгорания вместе с направленным вниз потоком угля.

Уголь в канале сухой перегонки по мере того, как он подходит к камере сгорания, претерпевает постепенную сухую перегонку, и летучие вещества, содержащиеся в угле, выделяются стабилизированным образом. Горючие газы, которые выделяются контролируемым образом и имеют более высокую температуру воспламенения (600-700°С) по сравнению с нормальной температурой воспламенения угля, поступают в самую горячую зону системы на слое горения в пространстве сгорания под действием тяги дымохода, и после смешивания с высоким завихрением они сжигаются в результате высокой температуры с достаточным количеством воздуха, значительно нагретого и поступающего из вспомогательных воздушных каналов. Поскольку благодаря специальной конструкции пространства сгорания эта температура, требующаяся для полного сгорания, некоторое время сохраняется, образование дыма в виде серого и черного дыма предотвращается в самом его источнике как результат сжигания всех газов в условиях полного сгорания, созданных в пространстве сгорания. Поскольку в конце процесса сухой перегонки уголь в канале сухой перегонки уже выделил большую часть летучих материалов в своей структуре, по мере того, как он сползает к камере сгорания и поступает в нее, он уже преобразовался в полузакоксованный или закоксованный уголь.

Наряду с тем, что твердая часть связанного углерода угля, поступающего в камеру сгорания блока сгорания после того, как он выделил все или большую часть газов, сжигается с основным воздухом, поступающим через специально ступенчатую подвижную колосниковую решетку, оксид углерода, образованный как результат неполного сгорания в верхних слоях слоя сгорания, куда воздух проникает не полностью, воспламеняется и сжигается при высоких температурах с помощью значительно нагретого вспомогательного воздуха, поступающего с верхней стороны, и вместе с горючими газами, выделенными из угля в канале сухой перегонки. Таким образом, связанная коксовая часть загруженного раньше угля и газовая фракция угля, который загружается позже и еще находится в канале сухой перегонки, одновременно сжигаются в условиях полного сгорания, и, поскольку обеспечивается полное сгорание угля с его твердой и газовой фракциями, образование дыма предотвращается.

Сера, содержащаяся в угле, вступает в химическую реакцию с измельченной известью, подаваемой в камеру сгорания специальной системой сухой десульфурации, и превращается в сульфат кальция; таким образом, также предотвращается образование диоксида серы в камере сгорания.

В камере сгорания часть золы и спекшегося материала, остающихся после сгорания, которые могут просыпаться через отверстия колосниковой решетки, накапливается в камере для золы, а части, остающиеся на колосниковой решетке, сползают к каналу спекшегося материала в задней части камеры сгорания. В конце камеры сгорания эта полностью сгоревшая зола и спекшийся материал встряхиваются при перемещении вперед-назад специальной ступенчатой подвижной колосниковой решетки, автоматически приводимой двигателем с редуктором, и спекшиеся материалы разбиваются разбивающими лезвиями и на последней ступени колосниковой решетки подаются в канал спекшегося материала. Спекшиеся мате

- 10 009160 риалы, которые полностью охлаждаются в канале спекшегося материала на последней ступени подвижной колосниковой решетки, при следующем перемещении колосниковой решетки сползают и падают в камеру колосниковой решетки. Таким образом, когда зола и спекшийся материал, остающиеся после сжигания, выходят из камеры сгорания под собственным весом и с помощью перемещений колосниковой решетки и полностью автоматического механизма, закоксованный уголь в виде раскаленного кокса постепенно перемещается в заднюю часть камеры сгорания, при этом уголь, перегнанный в канале сухой перегонки, поступает в камеру сгорания, а уголь в камере для свежего угля полностью автоматически сползает в канал сухой перегонки. В камеру для угля, опорожненную в конце этого процесса, свежий уголь подается шнековым питателем угля или, в случае бытовых маломощных котлов, забрасывается через открытую для этой цели дверцу камеры, и свежий уголь проходит через тот же процесс. Таким образом, процесс полного и бездымного сгорания повторяется непрерывно и периодически без какого-либо прерывания на загрузку угля и удаление упавшей золы и креозота.

Как видно из вышеизложенного, в блоке сгорания твердого топлива нового котла, который является предметом нового изобретения, уголь, подаваемый в камеру для свежего угля, полностью автоматическим механизмом загружается в камеру сгорания специальной конструкции, контролируемым образом проходит сухую перегонку методом предварительного нагрева и сжигается со своими твердыми и газовыми частями в условиях полного сгорания с высокой эффективностью, и потери снижаются до минимума благодаря стабильному процессу горения, который не прерывается даже при загрузке свежего угля или удалении золы и креозота, и достигается максимальная теплопроизводительность сгорания, которую можно достичь при использовании твердых топлив. Кроме того, благодаря измельченной извести, одновременно подаваемой в поток угля из бачка для измельченной извести в камеру сгорания специальной системой сухой десульфурации, которую можно регулировать в зависимости от содержания серы в угле, выбросы диоксида серы предотвращаются реакцией сухой десульфурации в камере сгорания.

Перед сжиганием угля в блоке сгорания твердого топлива котла, который является предметом данного изобретения, необходимо, чтобы воздушная заслонка дутьевого вентилятора жидкотопливной или газовой горелки, подключенной к входу цилиндрической жидкотопливной или газовой камеры сгорания, была в полностью закрытом положении.

При начальном разжигании твердотопливной топки после того, как камера сгорания, канал сухой перегонки и камера для свежего угля полностью заполнены углем шнековым питателем угля или, в случае бытовых маломощных котлов, через открытые для этой цели специально предусмотренные дверцы камеры, открывают дверцу топки на боковой стороне и на уголь в пространстве сгорания кладут некоторое количество дров. Дрова поджигают через дверцу топки подходящим запальником или, если используется жидкотопливная-газовая горелка, включают ее на короткое время для поджигания дров в камере сгорания сверху, после чего дверцу топки закрывают. Когда уголь в камере сгорания начинает гореть сверху и превращается в кокс, становясь раскаленным жаром, уголь в камере для свежего угля и канале сухой перегонки входит в описанный выше бездымный и непрерывный процесс сгорания с полностью автоматической загрузкой.

В этом новом котле заслонку для настройки на тип угля на передней стороне регулируют для обеспечения сжигания всех разных типов углей с высокой эффективностью. Для углей с высоким содержанием летучих материалов, подобных лигниту, заслонку устанавливают в полностью открытое положение; для углей со средним содержанием летучих материалов заслонку устанавливают в наполовину открытое положение; для углей с низким содержанием летучих материалов заслонку устанавливают в открытое на четверть положение; и для сжигания углей с очень низким содержанием летучих материалов, например кокса и т. п., заслонку закрывают.

Кроме того, в новом котле, который является предметом нового изобретения, благодаря усовершенствованной специальной системе сухой десульфурации и за счет предотвращения образования выбросов диоксида серы, которую можно регулировать в зависимости от содержания серы в используемом угле, достигается экономически наиболее эффективное решение.

При повседневной эксплуатации обеспечивается непрерывное горение, даже когда удаляются зола и спекшийся материал и когда заполняется камера для угля, благодаря полностью автоматической системе непрерывной подачи угля и удаления спекшегося материала, что устраняет необходимость в повторном разжигании до тех пор, пока твердотопливный блок сгорания полностью не погаснет, и дрова используются только при начальном разжигании в начале отопительного сезона.

В случае бытовых маломощных котлов можно считать, что автоматическая подача угля и автоматическое удаление спекшегося материала шнеками были бы неэкономичными, и загрузка угля, удаление спекшегося материала и подвижная система колосниковой решетки могли бы предпочтительно быть ручными. Поскольку этот тип малых котлов разработан с учетом того, что при нормальных условиях эксплуатации они будут загружаться 2 раза в сутки - утром и вечером, на ночь заслонку прикрывают или механическое термореле, управляющее воздушной заслонкой, устанавливают на очень низкую температуру для продолжения работы котла с очень низкой скоростью горения. Утром воздушную заслонку открывают или механически подключенным термореле задают нужную температуру, и горение ускоряют включением наружных ручек или колосниковой решетки электродвигателем с редуктором, чтобы зола и

- 11 009160 спекшийся материал просыпались, и в опорожненную камеру загружают новый уголь. Золу из камеры для золы выбирают, открыв для этого дверцу камеры для золы, а спекшийся материал удаляют, открыв для этого дверцу отделения спекшегося материала в задней части котла. Благодаря автоматическому открытию и закрытию основной воздушной заслонки, подсоединенной к механическому термореле, настраиваемому в соответствии с температурой наружного воздуха, обеспечиваются как комфорт, так и экономия в сочетании с эксплуатацией при нужной температуре.

4.2. Горение жидкого или газообразного топлива в новом котле и теплопередача.

Как показано на фиг. 2, жидкое топливо или природный газ можно сжигать в секции сгорания жидкого и газообразного топлива котла без внесения каких-либо изменений в блок сгорания твердого топлива этого нового котла; для этого нужно лишь закрыть основную воздухозаборную заслонку или заслонку вентилятора для принудительной подачи воздуха. Перед тем, как перевести котел на работу на жидком или газообразном топливе, необходимо закрыть дверцы камеры для угля и дверцы топки блока сгорания твердого топлива, а также дверцы камеры для золы и отделения спекшегося материала.

При включении жидкотопливной или газовой горелки, подключенной к соединительной крышке горелки, котел может сразу же начать работать на жидком или газообразном топливе. Однако одновременная работа котла на жидком и газообразном топливе, естественно, невозможна. Котел работает на жидком топливе, если к котлу подключены жидкотопливные горелка и оборудование, и он работает на природном газе, если к нему подключены газовые горелка и оборудование. Топливовоздушная смесь, подаваемая на вход цилиндрической камеры сгорания жидкотопливной горелкой или горелкой, работающей на природном газе, поступает в цилиндрическую камеру сгорания, выполненную в соответствии с углом распыления и производительностью горелки. Начавшая гореть топливовоздушная смесь ударяется о заднюю стенку специальной цилиндрической камеры сгорания и возвращается с круговым движением, за счет чего обеспечивается достаточное для полного сгорания время, и благодаря завихрению, создаваемому при столкновении двух потоков в обратных направлениях, топливо полностью сгорает. Языки пламени и горячие газы, возвращающиеся после того, как они прошли по окружным поверхностям наполненных водой стенок специальной цилиндрической камеры сгорания, проходят через проходной патрубок для пламени, направленный вниз из нижней средней части специальной цилиндрической камеры сгорания, как показано на фигуре, и направляются в канал для пропуска пламени, проходящий от верхней стороны камеры сгорания твердого топлива. Горячие газы, образовавшиеся при горении, которые направляются вверх по каналу для пропуска пламени, проходят по первой вертикальной проходной части, затем по второй вертикальной направленной вниз проходной части и затем по третьему направленному вверх вертикальному проходному каналу и выходят из котла через канал дымохода.

Таким образом, если учесть двойной проход в специальной цилиндрической камере сгорания, которая в этом новом котле обладает характеристикой противоточной печи, всего имеют место 5 случаев прохода, включая первый, второй и третий вертикальные проходы. Из-за высокой эффективности сгорания в новом котле теплопроизводительность этого нового котла может достигать очень высоких уровней благодаря двухпроходной и основанной, главным образом, на излучении теплоотдаче в камере сгорания, а также благодаря конвективной теплоотдаче и теплопередаче проводимостью в трех беструбных вертикальных проходных секциях, где в последней установлен специальный турбулятор из нержавеющей стали.

Эта пятипроходная конструкция со специальной цилиндрической камерой сгорания, отличающаяся от конструкции существующих радиационных котлов с противодавлением (противоточных), не требует очистки поверхностей в вертикальных проходах от золы и креозота, что даже в большей степени повышает теплопроизводительность нового котла по сравнению с существующими котлами. Известно, что особенно в существующих радиационных котлах с противодавлением, к которым подключается оборудование природного газа, невозможно открыть переднюю крышку, к которой подключается горелка, чтобы очистить трубы, когда котел работает, что приводит к снижению интенсивности теплопередачи, вызванному возможным скапливанием сажи и креозота на трубах в результате неполного сгорания, которое, в свою очередь, может иметь место из-за ухудшения настроек горелки или по другой причине, все это приводит к работе котла с низкой эффективностью в течение продолжительного времени.

В случае необходимости сжигания твердого топлива в котле, который является предметом данного новаторского изобретения, работающем на жидком топливе или природном газе, часть сгорания твердого топлива котла, которая является полностью независимой от жидкотопливной-газовой камеры сгорания котла, заполняется углем с помощью шнекового питателя угля или, в случае малых котлов, уголь полностью загружается посредством открытия крышки камеры для угля, после чего на короткое время включается жидкотопливная горелка или горелка, работающая на природном газе, или, если горелка не подключена, через дверцу топки уголь в камере сгорания поджигают сверху для того, чтобы котел сразу начал работать на твердом топливе. Когда начинается горение твердого топлива, жидкотопливная/работающая на природном газе горелка отключается и воздухозаборник горелки устанавливается в закрытое положение.

5. Заключение.

В заключение, данный полностью автоматический двухтопливный бездымный и беструбный котел специальной конструкции с непрерывной подачей угля, специально усовершенствованной системой су

- 12 009160 хой десульфурации и двумя камерами сгорания, дает основное решение проблемы загрязнения воздуха, вызываемого горением, и вместе с тем значительно облегчает эксплуатацию и обеспечивает комфорт в сочетании с экономией энергии, которую он обеспечивает благодаря высокой эффективности благодаря его специально разработанной камере сгорания, которая может сжигать жидкие и газообразные топлива с высокой эффективностью, его усовершенствованной секцией забора твердого топлива, содержащей полностью автоматическую систему подачи угля и удаления спекшегося материала, который способен сжигать даже угли с высоким содержанием летучих материалов без дыма, и благодаря специальной системе десульфурации, которую можно регулировать в зависимости от содержания серы в угле, и благодаря его новой специальной беструбной конструкции, которая является гибкой, для осуществления сжигания различных видов топлива.

Claims (12)

1. Полностью автоматический двухтопливный бездымный и беструбный котел специальной конструкции с непрерывной подачей угля, специально усовершенствованной системой десульфурации и двумя камерами сгорания, отличающийся тем, что состоит из трех основных секций, а именно секции сгорания твердого топлива, состоящей из шнекового питателя угля 1, обеспечивающего непрерывную подачу угля, проходного патрубка 2, передающего уголь от шнекового питателя угля в котел, шнекового питателя извести 3, обеспечивающего подачу извести в систему сухой десульфурации одновременно с подачей угля, основной входной воздушной заслонки 14, заслонки 15 для настройки на тип угля, вентилятора 16 для принудительной подачи воздуха, бачка 4 измельченной извести для хранения подаваемой измельченной извести, специально разработанной камеры 5 для свежего угля с наполненными водой стенками для хранения угля, подаваемого шнековым питателем угля, канала 6 сухой перегонки угля, камеры сгорания 7, поддувала 8, канала 9 для потока спекшегося материала, отделения спекшегося материала 10, среднего отделения 11 между поддувалом и отделением спекшегося материала, канала 12 для пропуска пламени и шнека 13 для золы и спекшегося материала, обеспечивающего полностью автоматическое удаление золы и спекшегося материала, как в случае с подачей угля; секции сгорания жидкого и газообразного топлива, состоящей из горелки 17, подключенной к котлу посредством крышки для подключения горелки с левой и правой сторон котла, специально разработанной цилиндрической противоточной камерой сгорания 18, размещенной в противоположном направлении на верхней стороне камеры сгорания твердого топлива, и проходного патрубка 19 для пламени жидкого топлива, открытого в камеру сгорания твердого топлива вертикально сверху; и специально разработанной беструбной зоны теплопередачи, состоящей из первого специально разработанного беструбного вертикального канала 20 для пропуска вверх, обеспечивающего в большей степени теплопередачу излучением, чем теплопередачу путем конвекции и теплопроводности газами, являющимися продуктами сгорания, выходящими из камер сгорания, второго проходящего вниз вертикального проходного канала 21 и третьего проходящего вверх вертикального проходного канала 22.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что имеет специальную часть сгорания жидкого/газообразного топлива, состоящую из дверцы для подключения горелки с левой и правой сторон котла и специально разработанной цилиндрической противоточной камерой сгорания 18, размещенной в противоположном направлении на верхней стороне камеры сгорания твердого топлива, и проходного патрубка 19 для пламени жидкого топлива, открытого в камеру сгорания твердого топлива вертикально сверху.

3. Котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит специально разработанные беструбные поверхности теплопередачи, состоящие из первого специально разработанного беструбного вертикального канала 20 для пропуска вверх в котле, второго проходящего вниз вертикального проходного канала 21 и третьего проходящего вверх вертикального проходного канала 22.

4. Котел по п.1, отличающийся тем, что состоит из секции сгорания твердого топлива, состоящей из шнекового питателя угля 1, обеспечивающего непрерывную подачу угля в часть сгорания твердого топлива котла, проходного патрубка 2, передающего уголь от шнекового питателя угля в котел, и шнека 13 для золы и спекшегося материала, обеспечивающего полностью автоматическое удаление золы и спекшегося материала, как в случае с подачей угля.

5. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что содержит специальную систему сухой десульфурации, состоящую из шнекового питателя извести 3, бачка 4 измельченной извести для хранения подаваемой измельченной извести, отверстия 27 для потока извести с заслонкой 26 для регулирования подачи извести, через которое измельченная известь протекает вниз, и которая обеспечивает возможность регулирования расхода измельченной извести в зависимости от содержания серы в угле.

6. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что воздушное оборудование, которое обеспечивает вход воздуха в твердотопливную секцию сгорания котла путем естественной тяги, состоит из основной входной воздушной заслонки 14, вспомогательного воздушного канала 24, содержащего заслонку 15 для настройки на тип угля, которая регулируется при настройке для различных типов угля в нем, второй части 25 вспомогательного воздушного канала, которая нагревает воздух сверху и направляет его в канал сухой перегонки, и механически подключенного термореле 23, которое обеспечивает автоматическое от

- 13 009160 крытие и закрытие основной входной воздушной заслонки в зависимости от температуры котла.

7. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что под пространством сгорания имеется специальная подвижная система колосниковой решетки 32 ступенчатой конструкции, которая может перемещаться вперед и назад на роликовых механизмах 31, установленных на боковых стенках камеры сгорания с помощью соединительных штоков 30, подсоединенных к валу эксцентрика 29, приводимому электродвигателем 28 с наружным редуктором, находящаяся под пространством сгорания твердого топлива нового котла.

8. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что в верхней задней части канала 9 для потока спекшегося материала в конце камеры сгорания 7 содержит режущие пластины 33 для спекшегося материала, которые режут куски твердого спекшегося материала, чтобы спекшийся материал падал вниз, не превращаясь в блоки, как показано на фигуре.

9. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что содержит среднее между поддувалом и отделением спекшегося материала отделение 11 между поддувалом 8 и отделением спекшегося материала 10, как показано на фигуре.

10. Котел по п.1 или 4, отличающийся тем, что между каналом 9 для спекшегося материала и каналом 12 для пропуска пламени содержит среднее отделение 34 с водяной рубашкой, по форме выполненное со специальной конструкцией, как показано на фигуре, и указанное среднее отделение разделяется на два с образованием верхнего закругленного отделения 35, которое образует заднюю стенку внутреннего пространства, поскольку оно направлено вверх, и нижнего закругленного отделения 36, которое образует заднюю сторону отделения спекшегося материала, поскольку оно направлено вниз, как показано на фигуре.

11. Котел по п.1, отличающийся тем, что с нижней стороны вертикального отделения 42 с водяной рубашкой между вторым проходящим вниз вертикальным проходным каналом 21 и третьим проходящим вверх вертикальным проходным каналом 22 в задней части нового котла предусмотрен бокс 43 для золы и креозота, служащий в качестве циклона, в котором скапливаются зола-унос и креозот.

12. Котел по п.1, отличающийся тем, что на его боковой стороне предусмотрены три дверцы, которые представляют собой дверцу 37 камеры для золы, дверцу 38 отделения спекшегося материала и дверцу 39 камеры для креозота.