RU177020U1

RU177020U1 - Камера сгорания твердотопливного котла

Info

Publication number: RU177020U1
Application number: RU2017111715U
Authority: RU
Inventors: Олег Михайлович Шаров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Светлобор"
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2018-02-06

Abstract

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается камеры сгорания твердотопливного котла, работающего преимущественно на биотопливе в виде пеллет. Камера сгорания твердотопливного котла содержит патрубок подачи вторичного воздуха, вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров - внутреннего и внешнего, сопла для истечения вторичного воздуха, радиатор, выполненный в виде вертикального металлического цилиндра, установленный между внутренним и внешним цилиндром вертикального экрана напротив сопел. Новым является то, что сопла для истечения вторичного воздуха выполнены сверху и снизу на внутреннем цилиндре вертикального экрана, причем оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены попарно пересекающимися. Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении необходимого количества вторичного воздуха, повышении КПД котла, увеличение времени автономной работы котла. 5 з.п. ф-лы., 4 фиг.

Description

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается камеры сгорания твердотопливного котла, работающего преимущественно на биотопливе в виде пеллет из древесины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемой полезной модели является «Камера сгорания твердотопливного котла», защищенная патентом RU 159327 U1, кл. F23M 5/00, опубл. 10.02.2016 г., принятая за ближайший аналог (прототип).

Камера сгорания твердотопливного котла по прототипу содержит: вертикальный экран, выполненный в виде металлического цилиндра с двойными герметичными стенками, высота которых равна высоте камеры сгорания, патрубок подачи вторичного воздуха в камеру сгорания и сопла для истечения вторичного воздуха внутри камеры сгорания, радиатор, выполненный в виде металлического цилиндра, установленный между двойными герметичными стенками экрана напротив сопел, для истечения вторичного воздуха с образованием кольцевых зазоров между внутренней и внешней стенками экрана, при этом кольцевой зазор между радиатором и внешней стенкой экрана выполнен больше, чем кольцевой зазор между радиатором и внутренней стенкой экрана. Технический результат от использования устройства по прототипу заключается в уменьшении объема вторичного воздуха и повышении КПД котла.

Однако, прототип не лишен недостатков. Известно, что при сгорании древесины более 80% по массе составляют летучие, горючие продукты, которые при подаче вторичного воздуха догорают, образуя длинный факел. Это требует большого объема камеры сгорания и протяженного пути газов. При неблагоприятных условиях, например, при неэффективной подаче вторичного воздуха или низкой температуре пламени (менее 900°C), летучие продукты не полностью выгорают в камере сгорания, а частично поступают в теплообменник, где осаждаются в виде сажи или смолянистых отложений на стенках и турбулизаторах дымогарных труб. Это так называемое неполное сгорание. Особенно это характерно для режима частичной мощности котла. В прототипе есть элементы дополнительного экранирования для снижения потерь тепла на инфракрасное излучение, но не решен вопрос с турбулизацией факела пламени в процессе сгорания. Именно ламинарное движение газов в сочетании с пониженным температурным режимом приводит к растянутому, длинному факелу и в итоге к неполноте сгорания. Для обеспечения удовлетворительной полноты сгорания при частичной мощности котла требуется подавать лишний воздух, что ведет к уменьшению КПД котла.

В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование конструкции камеры сгорания твердотопливного котла.

Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении необходимого количества вторичного воздуха, повышении КПД котла, увеличение времени автономной работы котла.

Поставленная задача достигается тем, что в камере сгорания твердотопливного котла, содержащей патрубок подачи вторичного воздуха, вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров внутреннего и внешнего, сопла для истечения вторичного воздуха, радиатор, выполненный в виде вертикального металлического цилиндра, установленный между внутренним и внешним цилиндром вертикального экрана напротив сопел, сопла для истечения вторичного воздуха выполнены сверху и снизу на внутреннем цилиндре вертикального экрана, причем оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены попарно пересекающимися; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания; оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания; попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел; смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда, в следующей паре наоборот и т.д.

На фиг. 1 приведен чертеж твердотопливного котла с камерой сгорания, вертикальный разрез.

На фиг. 2 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, горизонтальный разрез.

На фиг. 3 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, местный разрез.

На фиг. 4 приведен чертеж камеры сгорания твердотопливного котла, местный разрез.

Конструктивно камера сгорания твердотопливного котла на фиг. 1-4 содержит:

1 - патрубок подачи вторичного воздуха;

2 - внутренний цилиндр вертикального экрана;

3 - внешний цилиндр вертикального экрана;

4 - радиатор;

5 - сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда;

6 - сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда;

7 - воздушный вихрь в месте встречи струй;

8 - закрученный огневой вихрь.

Камера сгорания твердотопливного котла содержит вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров - внутреннего 2 и внешнего 3.

Радиатор 4 выполнен в виде вертикального металлического цилиндра.

Радиатор 4 установлен между внутренним 2 и внешним цилиндром 3 вертикального экрана с кольцевыми зазорами. Причем, зазор между радиатором 4 и внутренним цилиндром 3 меньше зазора между радиатором 4 внешним цилиндром 3.

Радиатор 4 установлен напротив сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6.

Сопла для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены в верхней части на внутреннем цилиндре вертикального экрана 2. Сопла для истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены в нижней части на внутреннем цилиндре вертикального экрана 2.

Оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены попарно пересекающимися

Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнена под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания (фиг. 1).

Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания (фиг. 3).

Например, оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания (фиг. 4).

Попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел.

Смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и осей сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда, в следующей паре наоборот и т.д.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.

Через патрубок 1 вторичный воздух подается в полость между внутренним 2 и внешним цилиндром 3 вертикального экрана. Вторичный воздух равномерно распределяется внутри экрана за счет большого расстояния между внешним цилиндром экрана 3 и радиатором 4, и затем, проходя через небольшой зазор между радиатором 4 и внутренним цилиндром 2 вертикального экрана, снимает с них тепло. Причем радиатор 4 от вторичного излучения стенок внутреннего цилиндра 2 и внешнего цилиндра 3 вертикального экрана сам сильно разогревается и выполняет одновременно роль дефлектора и нагревательного элемента. Подогретый вторичный воздух через сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 истекает под наклоном вниз, а через сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 - под наклоном вверх. В месте встречи смещенных струй воздуха возникает вращающийся воздушный вихрь 7, который закручивает огненный вихрь 8. Направленная вниз струя воздуха из сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 зажимает факел пламени сверху, укорачивая его, а направленная вверх струя из сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 не дает пламени уйти вниз из камеры сгорания. По сути, пламя оказывается зажато сверху и снизу направленными струями воздуха, что образует огневой затвор. В месте встречи потоки воздуха из сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха из сопел 6, взаимно разбиваются. Факел укорачивается и увеличивается в сечении, внутри пламени появляется зона интенсивной турбулентности, что обеспечивает полное сгорание топлива.

Для дополнительного увеличения турбулентности попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел (фиг. 2). Смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 и осей сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6 по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся, например, в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда 5 смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда 6, в следующей паре наоборот и т.д. Таким образом, между двумя парами сопел организуется восходящий поток, между следующими - нисходящий, и т.д. что увеличивает энергию огневого вихря 8.

Сравнительные испытания показали, что при размещении сопел истечения вторичного воздуха с попарно пересекающимися осями в два ряда количество остаточного кислорода в дымовых газах твердотопливного котла уменьшается более чем на 1%, что приводит к росту КПД котла на полпроцента. При этом количество угарного газа CO₂ также сокращается с одновременным снижением количество осаждаемой сажи на турбулизаторах дымогарных труб, что существенно увеличивает время автономной работы котла.

Claims

1. Камера сгорания твердотопливного котла, содержащая патрубок подачи вторичного воздуха, вертикальный экран, выполненный из двух герметичных металлических цилиндров внутреннего и внешнего, сопла для истечения вторичного воздуха, радиатор, выполненный в виде вертикального металлического цилиндра, установленный между внутренним и внешним цилиндром вертикального экрана напротив сопел, отличающаяся тем, что сопла для истечения вторичного воздуха выполнены сверху и снизу на внутреннем цилиндре вертикального экрана, причем оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены попарно пересекающимися.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания.

3. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены под наклоном вниз относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания.

4. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что оси сопел для истечения вторичного воздуха верхнего ряда выполнены перпендикулярно относительно оси камеры сгорания, а оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда выполнены под наклоном вверх относительно оси камеры сгорания.

5. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что попарно пересекающиеся оси сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и оси сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда смещены друг относительно друга по горизонтали на величину t, составляющую 1/3-2/3 диаметра сопел.

6. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что смещение попарно пересекающихся осей сопел истечения вторичного воздуха верхнего ряда и сопел истечения вторичного воздуха нижнего ряда по горизонтали относительно друг друга выполнено чередующимся - в первой паре ось сопла истечения вторичного воздуха верхнего ряда смещено влево относительно оси сопла истечения вторичного воздуха нижнего ряда, в следующей паре наоборот и т.д.