EA020432B1

EA020432B1 - Отопительный котёл

Info

Publication number: EA020432B1
Application number: EA201200425A
Authority: EA
Inventors: Жиргалбек Омуралиевич САРЫМСАКОВ; Талгат Бекузакович ТУРСУНОВ
Original assignee: Жиргалбек Омуралиевич САРЫМСАКОВ; Талгат Бекузакович ТУРСУНОВ
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2014-11-28
Also published as: WO2013105839A2; EP2860468A4; CN103196161B; EP2860468A2; CN103196161A; EA201200425A1; EP2860468B1; WO2013105839A3; UA103957C2

Abstract

Изобретение относится к конструкции котлов на твердом топливе для обогрева бытовых и промышленных помещений с возможностью утилизации углеродосодержащих отходов. Техническая задача изобретения - повышение эксплуатационных показателей за счет повышения полноты сгорания топлива. Поставленная задача решается за счет того, что в отопительном котле, содержащем топку, в топочной камере которой размещены камера дожига в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы с заглушенным торцом и отверстиями на ее поверхности, и зольник, соединенные с источником принудительной подачи окислителя, теплообменник и трубу для дымоудаления, связанные между собой каналами газохода. Камера дожига выполнена с продольными наклонными ребрами на боковой поверхности и отверстиями между ними и снабжена реакционной камерой в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещенного в ней коаксиально и с кольцевым зазором, который соединен с каналом принудительной подачи окислителя, причем реакционная камера соединена с теплообменником через катализатор, установленный в ее свободном торце. Направляющие цилиндрической трубы камеры дожига и реакционной камеры выполнены в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны основанию топочной камеры.

Description

(57) Изобретение относится к конструкции котлов на твердом топливе для обогрева бытовых и промышленных помещений с возможностью утилизации углеродосодержащих отходов. Техническая задача изобретения - повышение эксплуатационных показателей за счет повышения полноты сгорания топлива. Поставленная задача решается за счет того, что в отопительном котле, содержащем топку, в топочной камере которой размещены камера дожита в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы с заглушенным торцом и отверстиями на ее поверхности, и зольник, соединенные с источником принудительной подачи окислителя, теплообменник и трубу для дымоудаления, связанные между собой каналами газохода. Камера дожита выполнена с продольными наклонными ребрами на боковой поверхности и отверстиями между ними и снабжена реакционной камерой в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещенного в ней коаксиально и с кольцевым зазором, который соединен с каналом принудительной подачи окислителя, причем реакционная камера соединена с теплообменником через катализатор, установленный в ее свободном торце. Направляющие цилиндрической трубы камеры дожита и реакционной камеры выполнены в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны основанию топочной камеры.

020432 В1

Изобретение относится к конструкции котлов на твёрдом топливе для обогрева бытовых и промышленных помещений с возможностью утилизации углеродосодержащих отходов.

Известен каталитический котёл медленного горения (патент РФ № 2319909, Р24Н 1/46, Р23В 10/00, опубл. в 2008 г.), состоящий из топливника, под которым расположен зольник с дверцей зольника и колосниковой решёткой. По периметру котла с внутренней стороны вмонтированы вертикально прямые конвекторные трубы. В верхней части топливника находится перегородка, которая формирует дожиговую камеру и теплообменную камеру. Дожиговое устройство состоит из корпуса, в пазы которого вставляются две каталитические решётки, между которыми размещены жиклеры подачи вторичного воздуха. Количество подачи вторичного воздуха контролируют лепестковые биметаллические клапаны. Горячие топочные газы из теплообменной камеры попадают в камеру термостата. Газоходный канал соединяет топливник и камеру термостата. Технический результат заключается в улучшении дожигания отходящих газов и повышении безопасности устройства.

Недостатком указанного котла является низкая эффективность работы, обусловленная тем, что дожигание отходящих газов идёт самопроизвольно при подаче вторичного воздуха в зону горения в верхней части топливника, в конструкции не предусмотрено регулирование подачи кислорода вторичного воздуха в пропорциональном соотношении к образовавшимся газам. При повышенной температуре в котле выделяется больший объем топочных газов и для их полного сгорания требуется больший объем кислорода, а жиклеры могут пропускать только фиксированное количество воздуха, поэтому топочные газы в атмосферу поступают не сгоревшими, что снижает эксплуатационные показатели.

За прототип выбрана печь, воздуховод и теплообменник для неё (патент РФ № 2408822, Р24В 5/02, опубл. в 2011 г.), которая содержит топочную камеру с зольником, камеру дожига, теплообменник и трубу для дымоудаления, связанные между собой каналами газохода. Камера дожига расположена в топке и выполнена в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы и снабжена вихреобразователем и воздуховодом в виде дополнительной трубы, расположенной по оси трубы камеры дожига. Труба дожига ближе к передней стенке топки снабжена продольными прорезями с образованием лопастей, вихреобразователь выполнен в виде загнутых лопастей, а отверстие трубы с торца заглушено.

Недостатком выбранной за прототип печи, воздуховода и теплообменника для неё является низкая эффективность работы из-за неполного сгорания топлива, обусловленного тем, что соотношение выделившихся горючих газов к подаваемому воздуху носит нестабильный характер, а процессы газообразования зависят от температуры в камере сжигания, которая также непостоянна. Объём воздуха, поступающий с равномерной скоростью, не пропорционален скорости реакции горения топлива, как следствие создаётся дефицит кислорода или же его избыток, что усложняет регулировку и нарушает соотношение топлива к воздуху. Если увеличивать подачу первичного воздуха под колосниковую решётку, то на частицы топлива, находящегося на решётке, будет действовать воздушный напор, противодействующий силе тяжести частиц топлива, и они окажутся во взвешенном состоянии в восходящем потоке воздуха, что увеличит толщину горящего слоя или вынесет их из камеры несгоревшими за счёт усиленного вихреобразования.

Техническая задача изобретения - повышение эксплуатационных показателей за счёт повышения полноты сгорания топлива.

Поставленная задача решается за счёт того, что в отопительном котле, содержащем топку, в топочной камере которой размещены камера дожига в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы с заглушённым торцом и отверстиями на её поверхности, и зольник, соединённый с источником принудительной подачи окислителя, теплообменник и трубу для дымоудаления, связанные между собой каналами газохода, камера дожига выполнена с продольными наклонными рёбрами на боковой поверхности и отверстиями между ними, и снабжена реакционной камерой в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещённого в ней коаксиально и с кольцевым зазором, который соединён с каналом принудительной подачи окислителя, причём реакционная камера соединена с теплообменником через катализатор, установленный в её свободном торце.

Направляющие цилиндрической трубы камеры дожига и реакционной камеры выполнены в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны основанию топочной камеры.

Выполнение камеры дожига с продольными наклонными рёбрами на боковой поверхности и отверстиями между ними, снабжённой реакционной камерой в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещённого в ней коаксиально и с кольцевым зазором, соединённым с каналом принудительной подачи окислителя, способствует гетерогенному эффекту горения топлива на разных стадиях газообразования и создаёт условия дожига топочных газов в турбулентном потоке, что приводит к сбалансировано-стабильному поддержанию высокой температуры в топке и равномерности термических процессов. Это явление обусловлено тем, что процессы горения проходят при концентрированном нагревании и сжигании твёрдого топлива, в котором соотношения содержания летучих веществ и твёрдого углерода не постоянны, так как взаимодействующие компоненты находятся в разных агрегатных состояниях. При этом разнообразные по составу летучие вещества отличаются различными температурами выхода и процесс их выделения растянут во времени, поэтому его окончательная стадия сочетается с горением в реакционной камере, куда они поступают через отверстия на боковых поверхностях камеры до- 1 020432 жига и реакционной камеры. Таким образом, количество прореагировавшего углерода стабильно будет соответствовать количеству поданного окислителя и процесс горения чистого углерода в реакционной камере будет саморегулируемым, что и способствует полному сжиганию топлива. При постоянном расходе окислителя постоянным будет и количество сожжённого топлива за счёт аэродинамического реактивного эффекта в камере дожига. Изменение тепловой нагрузки производится за счёт регулирования подачи окислителя в камеру дожига с одновременной подачей окислителя в зольник.

Сообщение реакционной камеры с теплообменником через катализатор, установленный в её свободном торце, позволяет улавливать различные смолистые и твёрдые частицы горения, что значительно снижает токсичность выхлопных газов и улучшает экологические показатели, так как катализатор в гетерогенном катализе предотвращает агломерацию или спекание активного компонента, что позволяет поддерживать высокую площадь контакта активного вещества и реагентов.

Выполнение направляющих цилиндрической трубы камеры дожига и реакционной камеры в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны основанию топочной камеры, способствует концентрации инфракрасного излучения от их стенок, что улучшает газификацию твёрдого топлива и стабилизацию процессов взаимодействия окислителя с углеродом топлива в условиях высоких температур, в результате угольная масса сгорает наиболее эффективно, повышая, тем самым, КПД котла в целом.

Отопительный котёл иллюстрируется чертежами, на которых показано: фиг. 1 - общий вид в разрезе; фиг. 2 - вид Б на фиг. 1;

фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1 (камера дожига в разрезе).

Отопительный котёл включает топку, состоящую из топочной камеры 1 с герметично закрывающимися загрузочным люком 2 и дверцей 3, колосниковой решёткой 4 и зольником 5 с герметичной дверцей 6. В топочной камере 1 на уровне дверцы 3 размещена камера дожига 7. Камера дожига 7 выполнена в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы 8 с продольными наклонными рёбрами 9 на боковой поверхности. Между рёбрами 9 на трубе 8 выполнены отверстия 10. В трубе 8 коаксиально и с кольцевым зазором 11 размещена реакционная камера 12, выполненная в виде цилиндра 13 с отверстиями 14 на боковой поверхности. Кольцевой зазор 11 соединён каналом 15 с источником принудительной подачи окислителя в виде вентилятора 16. Вентилятор 16 через канал 17 также соединён с зольником 5. Свободный торец цилиндра 13 реакционной камеры 12 через катализатор 18, например оксидного носителя (δίθ₂, А1₂О₃ и 81С), соединён с теплообменником 19, в верхней части которого выполнен дымоход 20.

Отопительный котёл работает следующим образом. В топочной камере 1 через дверцу 3 на колосниковой решётке 4 размещают и разжигают легко воспламеняемый материал - дрова. Через загрузочный люк 2 на горящий слой подают порцию угля различной фракции. После розжига дров и закладки порции угля запускается вентилятор 16, который через каналы 15 и 17 нагнетает окислитель - воздух в кольцевой зазор 11 и зольник 5 соответственно. Окислитель из зольника 5 поступает через колосниковую решётку 4 непосредственно в зону горящего слоя, ускоряя процесс горения угля и выделения пиролизных газов в топочной камере 1. В топочной камере 1 происходит глубокое разложение органической массы угля на твёрдые и газообразные фракции. Вступившие в термические реакции газы поступают через отверстия 10 в кольцевой зазор 11, где стадии реакции горения протекают со значительной скоростью, и попадают в реакционную камеру 12 через отверстия 14. В реакционной камере 12 за счёт высокой концентрации инфракрасного излучения от стенок, образованных её овальным профилем, повышается температура, которая обеспечивает оптимальную скорость горения топочных газов. Горящие газы проходят через катализатор 18, например, оксидного носителя (δίθ₂, А1₂О₃ и δίΟ), где идёт реакция разложения конечных углеводородов и завершается процесс их горения с образованием на выходе тепловых потоков, которые проходят через теплообменник 19, где происходит интенсивный теплосъём, и через дымоход 20 выходят во внешнюю среду.

Загружаемое в топочную камеру 1 топливо по мере его сжигания оседает под собственным весом, не требуя при этом дополнительных механизмов подачи.

Отопительный котёл предлагаемой конструкции обладает высоким КПД, отвечает условиям экологической и пожарной безопасности, удобен в эксплуатации. Изготовлен промышленный образец и проведены теплотехнические испытания по определению КПД и нормам ПДК вредных выбросов в атмосферу.

Claims

1. Отопительный котёл, содержащий топку, в топочной камере которой размещены камера дожита в виде горизонтально расположенной цилиндрической трубы с заглушённым торцом и отверстиями на её поверхности и зольник, соединённые с источником принудительной подачи окислителя, теплообменник и трубу для дымоудаления, связанные между собой каналами газохода, отличающийся тем, что камера дожига выполнена с продольными наклонными рёбрами на боковой поверхности и отверстиями между ними и снабжена реакционной камерой в виде цилиндра с отверстиями на боковой поверхности, размещённого в ней коаксиально и с кольцевым зазором, который соединён с каналом принудительной подачи окислителя, причём реакционная камера соединена с теплообменником через катализатор, установленный в её свободном торце.

2. Отопительный котёл по п.1, отличающийся тем, что направляющие цилиндрической трубы камеры дожига и реакционной камеры выполнены в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны основанию топочной камеры.