RU2210035C2

RU2210035C2 - Thermal convector

Info

Publication number: RU2210035C2
Application number: RU2001114910A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Сень
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: thermal units for conversion of thermal energy; ovens for convective and forced preheating of air. SUBSTANCE: proposed thermal convector has housing with exhaust pipe and furnace for radiation heat exchange, adjustable wind box, afterburner chamber with radiation heat exchange surface, flue duct including furnace and after-burner chamber and air ducts of furnace and afterburner chamber whose inlets and outlets are communicated with surrounding medium. Flue duct has parting surface between its gas and air media flowing through gas and air passages. Thermal convector has fire grate, ash pan, convective section of flue gas heat exchange formed by gas passages whose outlets are communicated with exhaust pipe and inlets are communicated with outlet of after-burner chamber. Additional adjustable wind box is mounted in lower portion of after-burner chamber. Surface of radiation heat exchange of furnace arch is bulbous in cross section. After-burner chamber is extended vertically; gas inlet located in its upper portion is communicated with said inlet of convective section. Ratio of total cross section area of convective heat exchange section to cross section area of furnace is 1:2; air space above furnace is communicated with air passage of convective section. EFFECT: enhanced operational efficiency; increased service life; reduction of heat losses. 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым установкам для преобразования энергии топлива в тепловую энергию подогрева воздуха и может быть использовано в печных устройствах для конвективного и принудительно циркулирующего подогрева воздуха в помещениях при сжигании дров, угля, торфа, газа, древесных отходов и пр. The invention relates to a thermal installation for converting fuel energy into thermal energy of air heating and can be used in furnace devices for convective and forced circulating air heating in rooms when burning wood, coal, peat, gas, wood waste, etc.

Известен теплоконвектор (печь затяжного горения для сжигания топлива), содержащий топку, колосниковую решетку, зольник, поддувало, газоход, вытяжную трубу и воздуховоды, размещенные на внешней поверхности топки (см. Патент SU 1811572 A3). Known heat convector (protracted combustion furnace for burning fuel) containing a firebox, grate, ash pan, blower, flue, exhaust pipe and ducts located on the outer surface of the firebox (see Patent SU 1811572 A3).

Недостатками известного теплоконвектора являются следующие. The disadvantages of the known heat convector are as follows.

1. Малая поверхность теплообмена воздуховодов топки вследствие ограниченности внешней поверхности топки, что не позволяет в достаточной мере использовать теплоту продуктов сгорания топлива, в результате снижается коэффициент полезного действия теплоконвектора. 1. The small surface of the heat exchange of the combustion air ducts due to the limited outer surface of the furnace, which does not allow to use the heat of the combustion products of fuel to a sufficient extent, as a result, the efficiency of the heat convector decreases.

2. На малых (долевых) нагрузках теплоконвектора происходит выделение легколетучих фракций топлива, полное сгорание которых в объеме топки не достигается в силу ограниченной подачи окислителя (воздуха), поэтому неизбежны дополнительные потери горючей массы и снижение тепловой эффективности. 2. At low (fractional) loads of the heat convector, volatile fuel fractions are released, the complete combustion of which in the furnace volume is not achieved due to the limited supply of oxidizing agent (air), therefore additional losses of combustible mass and a decrease in thermal efficiency are inevitable.

Известен теплоконвектор (теплогенератор), содержащий корпус с вытяжной трубой и размещенные в нем топку с ее поверхностью радиационного теплообмена, регулируемое поддувало, камеру дожигания с ее поверхностью радиационного теплообмена, газоход, включающий в себя топку и камеру дожигания, и трубчатые воздуховоды S-образной формы, проходящие через камеру дожигания и топочное пространство и сообщающиеся своим входом и выходом с окружающим пространством, причем, газоход выполнен с разделительной поверхностью между его газовой и воздушной средами, протекающими соответственно по его газовым и воздушным каналам, а воздуховоды перед камерой дожигания снабжены трубами с радиальными отверстиями для подвода в нее подогретого воздуха (воздушные форсунки). Внутреннее пространство корпуса разделено диафрагмой на топку внизу и камеру дожигания летучих продуктов горения вверху (см. Патент RU 2085811 C1). Этот теплоконвектор выбран в качестве прототипа заявляемого решения. Known heat convector (heat generator), comprising a housing with a chimney and placed in it a furnace with its surface of radiative heat transfer, an adjustable blower, an afterburner with its surface of radiation heat exchange, a gas duct including a furnace and an afterburner, and S-shaped tubular air ducts passing through the afterburning chamber and the combustion space and communicating with their inlet and outlet with the surrounding space, moreover, the gas duct is made with a dividing surface between its gas and air redids flowing through its gas and air channels, respectively, and the air ducts in front of the afterburner are equipped with pipes with radial holes for supplying heated air to it (air nozzles). The internal space of the casing is divided by the diaphragm into the furnace below and the afterburning chamber of volatile combustion products at the top (see Patent RU 2085811 C1). This heat convector is selected as a prototype of the proposed solution.

Недостатками прототипа являются нижеследующие. The disadvantages of the prototype are as follows.

1. Горизонтальная или слабонаклонная (S-образной формы) поверхность радиационного теплообмена свода топки при работе теплоконвектора подвергается чрезмерному нагреву со стороны факела горящего топлива при затрудненном, благодаря этому, отводе теплоты охлаждающим воздухом снаружи свода, что предопределяет возможность прогорания свода и недолговечность срока его службы. Отвод теплоты с внешней поверхности свода топки при естественной конвекции охлаждающего воздуха зависит от разности температур и самотяги, определяемой высотой столбов горячего и холодного воздуха. На горизонтальной или слабонаклонной поверхности прототипа этот столб мал. 1. The horizontal or slightly inclined (S-shaped) surface of the radiative heat transfer of the combustion chamber vault during operation of the heat convector is subjected to excessive heating from the side of the burning fuel flame when it is difficult to remove heat from the cooling air outside the vault, which determines the possibility of burning out of the vault and its service life . The removal of heat from the outer surface of the combustion chamber arch during natural convection of cooling air depends on the temperature difference and self-traction, determined by the height of the columns of hot and cold air. On a horizontal or slightly inclined surface of the prototype, this post is small.

2. Ограниченная высота теплоконвектора, неизбежно определяемая высотой топки, не создает эффективного теплообмена как при принудительной, так и при естественной конвекции, не создает эффективной самотяги для отвода теплоты охлаждающим воздухом, что снижает скорость потока воздуха в воздуховодах с уменьшением теплоотвода. Все это снижает эффективность его работы. 2. The limited height of the heat convector, inevitably determined by the height of the furnace, does not create effective heat transfer during both forced and natural convection, does not create an effective traction for heat dissipation by cooling air, which reduces the air flow rate in the ducts with a decrease in heat dissipation. All this reduces the efficiency of his work.

3. Недостаточно полное использование теплоты продуктов сгорания топлива, поскольку воздух нагревается только за счет радиационной теплоты, воспринимаемой поверхностью стен топки и камеры дожигания. Газы с высокой температурой после камеры дожигания выходят в вытяжную трубу и далее в атмосферу. При этом, что немаловажно, при уменьшении номинальной тепловой мощности теплоконвектора, соответственно и его размеров, относительная доля потерь с уходящими газами увеличивается. Это наглядно видно на иллюстрируемом примере приближенных оценок для двух теплоконвекторов с отношением номинальных тепловых мощностей Q1/Q2 = 10. При этом, принято, что условия сгорания топлива и тепловая нагрузка одинаковы. В этом случае отношение тепловых мощностей топок представится в виде
Qт1/Qт2 = Vг1•С1•(Тмакс-Т1)/(Vг2•С2•(Тмакс-Т2)), (1)
где Vг1, Vг2 - объемные расходы продуктов сгорания, м³/с;
С1, С2 - удельные теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м³•К);
Тмакс - максимальная температура продуктов сгорания в зоне горения, К;
Т1, Т2 - температура продуктов сгорания на выходе из топки, К.3. Insufficient full use of the heat of the combustion products of the fuel, since the air is heated only due to radiation heat, perceived by the surface of the walls of the furnace and the afterburner. Gases with high temperature after the afterburning chamber exit into the exhaust pipe and then into the atmosphere. At the same time, which is important, with a decrease in the nominal thermal power of the heat convector, respectively, and its size, the relative share of losses with flue gases increases. This is clearly seen in the illustrated example of approximate estimates for two heat convectors with a ratio of nominal thermal powers of Q1 / Q2 = 10. Moreover, it is assumed that the conditions of fuel combustion and thermal load are the same. In this case, the ratio of the thermal powers of the furnaces will be presented in the form
Qt1 / Qt2 = Vg1 • C1 • (Tmax-T1) / (Vg2 • C2 • (Tmax-T2)), (1)
where Vg1, Vg2 - volumetric flow rates of combustion products, m ³ / s;
C1, C2 - specific heat of the combustion products, kJ / (m ³ • K);
Tmax is the maximum temperature of the combustion products in the combustion zone, K;
T1, T2 - temperature of the combustion products at the outlet of the furnace, K.

С учетом принимаемых условий Vг1/Vг2 =10 и С1= С2, получим
Qт1/Qт2 = 10•(Тмакс -Т1)/(Тмакс-Т2). (2)
В соответствии с законами радиационного теплообмена между излучающим объемом продуктов сгорания и ограничивающей этот объем стенкой плотность радиационного теплового потока, Вт/м², соответствует известной пропорциональности (см., например, Исаченко В.П. и др. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. С-370),
Е~ L^0,6 •(Тср)³ ,
где L - толщина излучающего слоя (элемент длины топочного пространства), м;
Тср = (Тмакс+Тi)/2 - средняя температура продуктов сгорания в топке, К.Given the accepted conditions, Vg1 / Vg2 = 10 and C1 = C2, we obtain
Qt1 / Qt2 = 10 • (Tmax-T1) / (Tmax-T2). (2)
In accordance with the laws of radiative heat transfer between the radiating volume of the combustion products and the wall bounding this volume, the density of the radiative heat flux, W / m ² , corresponds to the known proportionality (see, for example, Isachenko V.P. et al. Heat transfer. - M.: Energoizdat , 1981. C-370),
E ~ L ^0.6 • (Tcp) ³ ,
where L is the thickness of the radiating layer (element of the length of the furnace space), m;
Tsp = (Tmax + Ti) / 2 - average temperature of combustion products in the furnace, K.

Для иллюстрируемого соотношения тепловых мощностей теплоконвекторов имеет место соотношение плотностей теплового потока в виде
E1/E2=(L1/L2)^0,6•(Тср1/Тср2)³, (3)
где E1 = Qт1/L1², E2 = Qт2/L2² - средняя плотность теплового потока для обеих топок, зависящая от тепловой мощности топки и поверхности стен, ограничивающих объем топки, Вт/м²;
Tcp1 = (Тмакс+Т1)/2, Тср2 = (Тмакс+Т2)/2 - средняя температура газов в топке, К.For the illustrated ratio of thermal capacities of heat convectors, the ratio of heat flux densities in the form
E1 / E2 = (L1 / L2) ^0.6 • (Tsr1 / Tsr2) ³ , (3)
where E1 = Qt1 / L1 ² , E2 = Qt2 / L2 ² - the average heat flux density for both furnaces, depending on the thermal power of the furnace and the surface of the walls that limit the volume of the furnace, W / m ² ;
Tcp1 = (Tmax + T1) / 2, Tcp2 = (Tmax + T2) / 2 - average temperature of gases in the furnace, K.

Заменяя в выражении (3) плотности теплового потока тепловой мощностью топок, получим
Qт1/Qт2=(L1/L2)^2,6•(Тср1/Тср2)³. (4)
При одинаковой удельной тепловой нагрузке можем считать, что Q1~L1², Q2~ L2², тогда при выбранном отношении тепловой мощности оцениваемых теплоконвекторов получим L1/L2 = (Q1/Q2)^0,5 = (10)^0,5 = 3,16.Replacing the heat flux density in expression (3) with the heat capacity of the furnaces, we obtain
Qt1 / Qt2 = (L1 / L2) ^2.6 • (Тср1 / Тср2) ³ . (4)
With the same specific heat load, we can assume that Q1 ~ L1 ² , Q2 ~ L2 ² , then for the selected ratio of the thermal power of the estimated heat convectors we get L1 / L2 = (Q1 / Q2) ^0.5 = (10) ^0.5 = 3, 16.

С учетом выражения (4) получаем
Qт1/Qт2 = (3,16)^2,6•(Тср1/Тср2)³ =20•(Тср1/Тср2)³. (5)
Приравнивая правые части выражений (2) и (5), получим связь между температурами на выходе из топки для обоих теплоконвекторов в виде,
(Тмакс-Т1)/(Тмакс-Т2)=2•((Тмакс+Т1)/(Тмакс+Т2))³. (6)
Решение полученного кубического уравнения (6) отличается громоздкостью выражения для корня величины относительно Т2, его проще найти методом подбора величины Т2, удовлетворяющей уравнению (6). В результате методом подстановки при принятых значениях для Тмакс = 1500 К и Т1 = 1000 К получаем действительный корень величины в виде Т2 = 1190 К.Taking into account expression (4), we obtain
Qt1 / Qt2 = (3.16) ^2.6 • (Тср1 / Тср2) ³ = 20 • (Тср1 / Тср2) ³ . (5)
Equating the right sides of expressions (2) and (5), we obtain the relationship between the temperatures at the outlet of the furnace for both heat convectors in the form
(Tmax-T1) / (Tmax-T2) = 2 • ((Tmax + T1) / (Tmax + T2)) ³ . (6)
The solution to the obtained cubic equation (6) is cumbersome for the expression for the root of the quantity with respect to T2; it is easier to find by the method of selecting the value of T2 that satisfies equation (6). As a result, using the substitution method at the accepted values for Tmax = 1500 K and T1 = 1000 K, we obtain the real root of the value in the form T2 = 1190 K.

Полученное решение показывает, что снижение номинальной тепловой мощности теплоконвектора, соответственно и его размеров, сопровождается ростом температуры газов на выходе из топки с соответствующим увеличением доли потерь с уходящими газами, снижением эффективности работы и коэффициента полезного действия. В частности, для приведенного примера доля теплоты, воспринимаемая этой топкой, сократилась на 40%. The obtained solution shows that a decrease in the nominal thermal power of the heat convector, respectively, and its size, is accompanied by an increase in the temperature of the gases at the outlet of the furnace with a corresponding increase in the share of losses with flue gases, a decrease in the efficiency and efficiency. In particular, for the given example, the fraction of heat perceived by this firebox was reduced by 40%.

4. Имеющий место частичный подвод воздуха в регулируемое поддувало позволяет регулировать тепловую мощность теплоконвектора со снижением его тепловой нагрузки и с обеспечением дожигания легколетучих фракций топлива, поскольку при этом часть необходимого для полного сгорания топлива воздуха поступает через воздушную форсунку, расположенную на входе продуктов сгорания в камеру дожигания. Однако при номинальной тепловой мощности теплоконвектора и полном открытии поддувала, когда количество подводимого воздуха в топку достаточно для его полного сгорания, нет необходимости подводить горячий воздух в воздушную форсунку, поскольку такой осуществляемый в этом случае подвод воздуха является потерей полезной теплоты, отводимой с продуктами сгорания топлива в атмосферу (дополнительная потеря теплоты). 4. The partial air supply to the adjustable blower that takes place allows you to adjust the heat output of the heat convector with a decrease in its heat load and ensuring the afterburning of volatile fuel fractions, since part of the air necessary for complete combustion of the fuel enters through the air nozzle located at the input of the combustion products into the chamber afterburning. However, at rated heat output of the heat convector and full opening it was blown up, when the amount of supplied air into the furnace is sufficient for its complete combustion, there is no need to supply hot air to the air nozzle, since such an air supply in this case is a loss of useful heat removed from the fuel combustion products into the atmosphere (additional loss of heat).

Таким образом, теплоконвектор-прототип имеет существенные конструктивные и эксплуатационные недостатки, снижающие эффективность его работы во всем диапазоне нагрузок и соответственно срок службы. Thus, the heat convector prototype has significant structural and operational disadvantages that reduce its efficiency in the entire load range and, accordingly, the service life.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно: увеличение эффективности его работы путем улучшения охлаждения свода топки с соответствующим увеличением его срока службы посредством увеличения высоты охлаждающей области свода топки с соответствующим увеличением самотяги и вообще теплообмена охлаждающего воздуха, а также снижение потерь теплоты самих продуктов сгорания и увеличение КПД теплоконвектора, снижение потерь горячего воздуха. The technical problem to which the claimed invention is directed is to eliminate these drawbacks, namely: increasing its efficiency by improving cooling of the furnace vault with a corresponding increase in its service life by increasing the height of the cooling region of the furnace vault with a corresponding increase in traction and generally heat exchange of cooling air, as well as reducing the heat loss of the combustion products themselves and increasing the efficiency of the heat convector, reducing the loss of hot air.

Поставленная задача достигается тем, что в известном теплоконвекторе, содержащем корпус с вытяжной трубой и размещенными в нем топкой с ее поверхностью радиационного теплообмена, регулируемым поддувалом, камерой дожигания с ее поверхностью радиационного теплообмена, газоходом, включающим в себя топку и камеру дожигания, и воздуховодами топки и камеры дожигания, сообщенными своим входом и выходом с окружающим пространством, причем, газоход выполнен с разделительной поверхностью между его газовой и воздушной средами, протекающими соответственно по его газовым и воздушным каналам, в отличие от него, заявляемый дополнительно содержит колосниковую решетку, зольник, конвективный участок теплообмена газохода, образованный противоположно направленными и последовательно сообщенными друг с другом газовыми каналами, выход из которых сообщен с вытяжной трубой, а вход сообщен с выходом камеры дожигания, содержит также дополнительное регулируемое поддувало, установленное в нижней части камеры дожигания. Поверхность радиационного теплообмена свода топки в поперечном сечении имеет вид купола луковичной формы. Камера дожигания имеет вытянутую по вертикали форму, вход потока газов в камеру дожигания расположен в ее нижней части, выход потока газов из камеры дожигания расположен в ее верхней части и сообщен с упомянутым входом в конвективный участок теплообмена газохода. Общая площадь поперечного сечения конвективного участка газохода соотносится с площадью поперечного сечения топки, как 1 к 2. Воздушное пространство над топкой сообщено с оконечностью воздушного канала конвективного участка теплообмена газохода. Оптимальным частным вариантом исполнения является такой, в котором конвективный участок теплообмена газохода размещен над топкой вдоль ее оси. Дополнительное регулируемое поддувало выполнено в виде поворотного патрубка со сквозными отверстиями по его поверхности и торцам и предпочтительно с частичным выходом воздуха из него в зольник. Зольник шарнирно связан с дополнительным регулируемым поддувалом, образуя таким путем регулятор тепловой мощности теплоконвектора. При использовании теплоконвектора в режиме естественной конвекции воздуховод топки выполнен в виде щелевого канала предпочтительно с шириной до 30 мм, расположенного по всей своей высоте между наружной поверхностью купола и стенки топки и внутренней поверхностью обтекающей их, подобной им по форме внешней стенки, имеющей центральное отверстие в верхней части, а выход воздуховода топки, а также все воздушное пространство над ней, сообщены с входом в воздушный канал конвективного участка теплообмена газохода. This object is achieved in that in the known heat convector comprising a housing with a chimney and placed in it a firebox with its surface of radiative heat transfer, an adjustable blower, an afterburner with its surface of radiative heat transfer, a gas duct including a firebox and an afterburner, and combustion air ducts and afterburners communicated by their entrance and exit with the surrounding space, moreover, the gas duct is made with a dividing surface between its gas and air environments, flowing respectively Naturally, through its gas and air channels, in contrast to it, the claimed device further comprises a grate, an ash pan, a convective heat exchange section of the gas duct, formed by gas channels oppositely directed and sequentially connected to each other, the outlet of which is connected to the exhaust pipe, and the input is connected to the output of the afterburner, also contains an additional adjustable blower installed in the lower part of the afterburner. The surface of the radiative heat transfer of the combustion chamber arch in cross section has the appearance of an onion-shaped dome. The afterburning chamber has a vertically elongated shape, the gas flow inlet to the afterburning chamber is located in its lower part, the gas flow out of the afterburning chamber is located in its upper part and is in communication with the said entrance to the convective heat exchange section of the gas duct. The total cross-sectional area of the convective section of the flue corresponds with the cross-sectional area of the furnace, as 1 to 2. The air space above the furnace is communicated with the tip of the air channel of the convective section of the heat transfer duct. The optimal private embodiment is one in which the convective heat exchange section of the gas duct is placed above the firebox along its axis. An additional adjustable blower is made in the form of a rotary nozzle with through holes on its surface and ends, and preferably with a partial exit of air from it to the ash pan. The ash pan is pivotally connected to an additional adjustable blower, thus forming a regulator of the thermal power of the heat convector. When using a heat convector in natural convection mode, the furnace duct is made in the form of a slot channel, preferably with a width of up to 30 mm, located along its entire height between the outer surface of the dome and the wall of the furnace and the inner surface surrounding them, similar in shape to the outer wall having a central hole in the upper part, and the outlet of the furnace duct, as well as the entire air space above it, are connected with the entrance to the air channel of the convective heat exchange section of the flue.

Заявляемая совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает увеличение эффективности охлаждения свода топки с соответствующим увеличением его срока службы, увеличение самотяги при ее использовании и вообще теплообмена охлаждающего воздуха, снижение потерь теплоты продуктов сгорания и увеличение КПД теплоконвектора, снижение потерь горячего воздуха. The claimed combination of restrictive and distinctive features provides an increase in the cooling efficiency of the combustion chamber roof with a corresponding increase in its service life, an increase in self-traction during its use and in general heat transfer of cooling air, a decrease in the heat loss of the combustion products and an increase in the efficiency of the heat convector, and a decrease in the loss of hot air.

Оборудование теплоконвектора дополнительным регулируемым поддувалом, установленным в нижней части камеры дожигания, позволяет при сниженных нагрузках теплоконвектора, соответствующих полному закрытию зольника, обеспечивать одновременный подвод одной части воздуха в зольник (основной поддув) для слабого горения топлива с сопутствующим выделением летучих продуктов термического крекинга топлива, а другой части воздуха в камеру дожигания для дожигания этих продуктов. При этом, выполнение дополнительного регулируемого поддувала в виде поворотного патрубка, снабженного сквозными отверстиями по его поверхности и торцам, как частный случай исполнения, позволяет обеспечить подсос воздуха через торцевые отверстия в поддувало из атмосферы, а отвод воздуха предпочтительно в зольник (регулируемый поддув) и камеру дожигания через сквозные отверстия (радиальные), выполненные в нижней и верхней образующей патрубка. Наличие шарнирной связи между зольником и дополнительным регулируемым поддувалом в частном случае позволяет при открытии зольника перевести основной поддув в зольник со стороны топочного фронта при одновременном синхронном исключении поддува воздуха в камеру дожигания, в частном же случае, в свою очередь, за счет закрытия этих радиальных отверстий, поскольку выделение летучих фракций и их дожигание обеспечивается достаточным количеством воздуха, поступающим под колосниковую решетку со стороны зольника. При обратном перемещении в этом частном случае зольника вдоль оси топки от открытого состояния до полного закрытого тепловая мощность теплоконвектора изменяется от максимальной до минимальной с синхронным перераспределением потоков воздуха на горение и дожигание в зависимости от тепловой мощности. Так обеспечивается регулирование тепловой мощности теплоконвектора. The equipment of the heat convector with an additional adjustable blower installed in the lower part of the afterburner allows, at reduced heat convector loads corresponding to the complete ash cover, to provide simultaneous supply of one part of the air to the ash pan (main blow) for weak fuel combustion with the accompanying release of volatile products of thermal cracking of fuel, and another part of the air into the afterburner for the afterburning of these products. At the same time, the implementation of an additional adjustable blower in the form of a rotary nozzle equipped with through holes on its surface and ends, as a special case of execution, allows air to be sucked through the end openings into the blown air from the atmosphere, and preferably the air outlet to the ash pan (adjustable blow) and the chamber afterburning through the through holes (radial) made in the lower and upper generatrix of the pipe. The presence of a hinge connection between the ash pan and an additional adjustable blower in a particular case allows the main blow to be transferred to the ash pan from the furnace front when the ash pan is opened, while simultaneously excluding air blowing into the afterburner, in the particular case, in turn, due to the closure of these radial openings , since the separation of volatile fractions and their afterburning is ensured by a sufficient amount of air entering the grate from the ash pan. During the reverse movement in this particular case, the ash pan along the axis of the furnace from the open state to the fully closed state, the heat output of the heat convector changes from maximum to minimum with a synchronous redistribution of air flows to combustion and afterburning depending on the heat output. This ensures the regulation of the thermal power of the heat convector.

Наличие конвективного участка теплообмена газохода с разделительной поверхностью между его воздушными и газовыми средами, протекающими соответственно по воздушным и образованным противоположно направленными и последовательно сообщенными друг с другом газовым каналам, с выходом, сообщенным с вытяжной трубой, и входом, сообщенным с выходом камеры дожигания, и размещенным, в частности, над топкой вдоль ее оси, позволяет, во-первых, снизить температуру газов на выходе из теплоконвектора и тем самым увеличить КПД, а во-вторых, увеличить высоту пространства с усилением конвективного теплообмена, что существенно и в частном случае при использовании самотяги в работе, для усиления данной самотяги нагретого воздуха с соответствующим увеличением его скорости и усилением конвективного теплообмена. Все это способствует интенсификации охлаждения стенок газохода, как при естественной, так и при принудительной конвекции, увеличению температуры горячего воздуха, и также КПД теплоконвектора. The presence of a convective heat exchange section of the gas duct with a dividing surface between its air and gas media flowing respectively through the air and formed oppositely directed and sequentially communicated with each other gas channels, with an output in communication with the exhaust pipe, and an input in communication with the output of the afterburner, and placed, in particular, above the furnace along its axis, it allows, firstly, to reduce the temperature of the gases at the outlet of the heat convector and thereby increase the efficiency, and secondly, increase the height space with increased convective heat transfer, which is essential in the particular case when using self-traction in operation, to strengthen this self-traction of heated air with a corresponding increase in its speed and increased convective heat transfer. All this contributes to the intensification of the cooling of the walls of the duct, both in natural and forced convection, an increase in the temperature of hot air, and also the efficiency of the heat convector.

Благодаря луковичной форме купола топки увеличивается ее площадь поверхности и снижается удельный радиационный тепловой поток, что снижает температуру стенки купола. При этом, также происходит увеличение относительно прототипа высоты топки, чем создаются благоприятные условия для охлаждения, в том числе и конвективного, этой поверхности воздушным потоком. Для усиления охлаждения поверхности купола с воздушной (наружной) стороны над поверхностью купола топки предусмотрен воздуховод, сообщающийся с воздушным каналом конвективного участка теплообмена газохода. В частности, выполнение этого воздуховода в виде щелевого канала, предпочтительно с шириной до 30 мм, повторяющего форму свода топки и имеющего выход воздуха в своей центральной части, сообщенной с воздушным каналом конвективного участка газохода (увеличение высоты), усиливает конвективное охлаждение. Такая форма и ширина воздуховода с последовательно выпуклой и вогнутой формами канала (наличие точки перегиба) движущегося потока относительно оси топки способствует усилению конвективного отвода теплоты от купола топки за счет дополнительного действия центробежных сил на вогнутой поверхности канала, которые прижимают более холодный воздух к охлаждаемой стенке топки и усиливают отвод нагретого воздуха к внешней стенке канала. Due to the bulbous shape of the furnace dome, its surface area increases and the specific radiation heat flux decreases, which reduces the temperature of the dome wall. At the same time, there is also an increase in the height of the furnace relative to the prototype, which creates favorable conditions for cooling, including convective, of this surface by air flow. To enhance cooling of the surface of the dome from the air (outer) side above the surface of the dome of the furnace, an air duct is provided that communicates with the air channel of the convective heat exchange section of the duct. In particular, the implementation of this duct in the form of a slotted channel, preferably with a width of up to 30 mm, repeating the shape of the arch of the furnace and having an air outlet in its central part in communication with the air channel of the convective section of the duct (increase in height), enhances convective cooling. This shape and width of the duct with a sequentially convex and concave channel shapes (the inflection point) of the moving flow relative to the furnace axis enhances the convective heat removal from the furnace dome due to the additional action of centrifugal forces on the concave channel surface that presses cooler air to the cooled furnace wall and enhance the removal of heated air to the outer wall of the channel.

Благодаря вытянутой по вертикали форме камеры дожигания обеспечивается усиление радиационного теплового потока на внутреннюю поверхность ограждающих стен за счет роста совокупной толщины излучающего слоя пламени и газов топки и камеры дожигания с одновременным усилением внешнего охлаждения стенок газохода за счет увеличения высоты канала воздуха отнительно внешней поверхности этих стен. Due to the vertically elongated shape of the afterburner, the radiation heat flux to the inner surface of the enclosing walls is enhanced by increasing the total thickness of the emitting layer of flame and furnace gases and the afterburner while enhancing the external cooling of the duct walls by increasing the height of the air channel relative to the outer surface of these walls.

Таким образом достигается увеличение КПД теплоконвектора, снижение потерь теплоты продуктов сгорания на различных нагрузках, уменьшение потерь горячего воздуха, увеличение самотяги и вообще теплообмена охлаждающего воздуха, увеличение эффективности охлаждения свода топки с соответствующим увеличением срока службы. Thus, an increase in the efficiency of the heat convector, a decrease in the heat loss of the combustion products at various loads, a decrease in the loss of hot air, an increase in the traction and in general heat exchange of the cooling air, an increase in the cooling efficiency of the combustion chamber roof with a corresponding increase in the service life are achieved.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими иллюстрациями. На фиг. 1 представлен продольный разрез теплоконвектора на примере использования его в режиме самотяги (естественной конвекции) и такого топлива, как уголь или дрова, а на фиг. 2 - то же, в поперечном разрезе по сечению А-А. Теплоконвектор, предназначенный для этого режима, имеет следующее устройство. Корпус теплоконвектора содержит внешние плоские переднюю 1, заднюю 2, боковые 3 стенки, газоход в виде топки 4, камеры дожигания 5 с радиационной поверхностью теплообмена, выполненной в виде прямоугольной коробки с открытой верхней и нижней частями, конвективного участка теплообмена газохода 6 и вытяжную трубу 7. Топка 4 с переднего фронта оборудована дверкой 8 для загрузки такого топлива, как дрова или уголь, которая может использоваться и в качестве поддувала. Нижняя часть топки ограничена колосниковой решеткой 9, под которой расположен выдвижной зольник 10, выполненный в виде прямоугольной коробки с открытой верхней частью. Верхняя часть топки ограничена сводом 11, выполненным в виде купала луковичной формы. Задний фронт топки в нижней части содержит боровок 12, а в верхней части сообщен с камерой дожигания 5. При этом, для тепловой мощности теплоконвектора, примерно равной 20 кВт, общая площадь поперечника топки составляет не менее 0,1 м², а площадь поперечного сечения для прохода газов газохода 6 не менее 0,05 м², то есть они соотносятся как 2 к 1. Передний фронт камеры дожигания в нижней части также сообщен с топкой 4, а в верхней части сообщен с конвективным участком теплообмена газохода 6. Задний фронт камеры дожигания образован плоской стенкой 13. В нижней части камеры дожигания размещено дополнительное регулируемое поддувало 14 в виде поворотного патрубка со сквозными отверстиями 15, расположенными на его поверхности и на торцах (не показано). Поддувало 14 связано шарнирной тягой 16 с зольником 10. Конвективный участок теплообмена газохода 6 образован двумя противоположно направленными газовыми каналами, сообщенными газоперепускной камерой 17. Вход участка 6 сообщен с выходом камеры 5, а выход - с входом вытяжной трубы 7. Внешние стенки 1, 2 и 3 на своей поверхности содержат воздухонаправляющие щели 18 для подвода охлаждающего воздуха к обогреваемым поверхностям и отвода горячего воздуха в окружающее пространство. Между наружной поверхностью купола 11 и отстоящей от нее, подобной, внешней стенкой 19 расположены воздуховоды топки 20, увеличивающие эффективность теплоотвода при конвективном теплообмене. В стенке 19 в верхней части выполнено центральное отверстие 21 для выхода из воздуховодов топки 20 горячего воздуха. Конвективный участок теплообмена газохода 6 содержит также и воздуховоды, выполненные в виде двух рядов последовательно сообщенных воздушных каналов 22, расположенных в пространстве между его газовыми каналами и сообщающихся верхним рядом с окружающим пространством. При этом, выход 21 воздуховода топки 20 и все воздушное пространство над ней сообщены с входом в нижний ряд воздушных каналов 22 конвективного участка газохода 6. Внешние поверхности камер 5 и 17 в совокупности с внешними стенками 1, 2 и 3 также образуют конвективные воздуховоды для подогрева воздуха. Таким путем образованы воздуховоды теплоконвектора, расположенные на внешней поверхности обогреваемых стен.The claimed technical solution is illustrated by the following illustrations. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a heat convector by the example of using it in a traction mode (natural convection) and such fuel as coal or firewood, and in FIG. 2 - the same, in cross section along section AA. The heat convector designed for this mode has the following device. The case of the heat convector contains external flat front 1, rear 2, side 3 walls, a flue in the form of a furnace 4, an afterburner 5 with a radiation heat exchange surface made in the form of a rectangular box with an open upper and lower parts, a convective heat exchange section of the flue 6 and an exhaust pipe 7 The firebox 4 from the front front is equipped with a door 8 for loading fuel such as firewood or coal, which can also be used as a blower. The lower part of the furnace is limited by the grate 9, under which a sliding ash pan 10 is located, made in the form of a rectangular box with an open upper part. The upper part of the furnace is limited by vault 11, made in the form of bathed onion-shaped. The rear front of the furnace in the lower part contains a borovok 12, and in the upper part it is in communication with the afterburner 5. Moreover, for the thermal power of the heat convector approximately equal to 20 kW, the total cross-sectional area of the furnace is at least 0.1 m ² , and the cross-sectional area for the passage of the gases of the gas duct 6 at least 0.05 m ² , that is, they correlate as 2 to 1. The front front of the afterburner is also connected to the furnace 4 in the lower part, and in the upper part it is connected to the convective heat exchange section of the gas duct 6. The rear front of the chamber afterburning is formed by a flat wall 13. In n at the bottom of the afterburner there is an additional adjustable blower 14 in the form of a rotary nozzle with through holes 15 located on its surface and at the ends (not shown). The blower 14 is connected by an articulated rod 16 to the ash pan 10. The convective heat exchange section of the gas duct 6 is formed by two oppositely directed gas channels communicated by the gas transfer chamber 17. The input of section 6 is connected to the output of the chamber 5, and the output to the entrance of the exhaust pipe 7. External walls 1, 2 and 3 on their surface contain air guide slots 18 for supplying cooling air to heated surfaces and for removing hot air into the surrounding space. Between the outer surface of the dome 11 and the similar, external wall 19, which is separated from it, are the air ducts of the furnace 20, which increase the efficiency of heat removal during convective heat transfer. In the wall 19 in the upper part there is a central hole 21 for exiting from the ducts of the furnace 20 of hot air. The convective heat exchange section of the duct 6 also contains ducts made in the form of two rows of consecutively connected air channels 22 located in the space between its gas channels and communicating with the upper one next to the surrounding space. Moreover, the outlet 21 of the combustion chamber duct 20 and the entire air space above it are connected with the entrance to the lower row of air channels 22 of the convective section of the gas duct 6. The outer surfaces of the chambers 5 and 17, together with the outer walls 1, 2 and 3, also form convective ducts for heating air. In this way, heat convector ducts are formed located on the outer surface of the heated walls.

Теплоконвектор в режиме естественной конвекции используют следующим образом. В топку 4 при открытой дверке 8 загружают твердое топливо (уголь, дрова) и выдвигают зольник 10 из корпуса так, чтобы обеспечить подвод (поддув) воздуха из окружающего пространства под колосниковую решетку 9. Направление потоков воздуха на фиг. 1 и 2 показано светлыми стрелками. При этом зольник 10 посредством шарнирной тяги 16 поворачивает синхронно дополнительное регулируемое поддувало 14 вокруг своей оси в положение, когда нижние сквозные отверстия 15 закрываются боровком 12, а верхние отверстия 15 закрываются плоской стенкой 13 заднего фронта камеры дожигания 5. Тем самым предотвращается поступление воздуха со стороны дополнительного регулируемого поддувала в зольник 10 и камеру дожигания 5. Далее поджигают топливо и постепенно закрывают дверку 8. После появления самотяги горячих газов воздух подсасывается через свободное пространство зольника и колосниковую решетку 9 в слой топлива, и топливо горит с выделением теплоты и продуктов сгорания, которые движутся по линии: топка 4, камера дожигания 5, участок конвективного теплообмена газохода 6 с газо-перепускной камерой 17 и далее в вытяжную трубу 7, как показано на фиг. 1 темными стрелками. Отвод теплоты от всех нагреваемых стенок осуществляется с внешней поверхности стенок за счет естественной конвекции воздуха. Наиболее теплонапряженный участок поверхности радиационного теплообмена свода топки 11 охлаждается посредством воздушного канала 20 достаточной протяженности по высоте топки для создания дополнительной самотяги, что исключает его перегрев с последующим прогоранием, и далее по воздушным каналам 22 конвективного участка теплообмена газохода 6 с выходом в окружающее пространство. Причем, воздух после нагрева либо отводится в окружающее пространство, либо подводится в специальный воздуховод (на фиг. 1 и 2 не показан) для транспортировки воздуха в обогреваемое помещение. При необходимости снижения тепловой мощности теплоконвектора зольник 10 перемещают во внутреннюю полость корпуса, при этом подвод воздуха с переднего фронта в дополнительное поддувало сокращается, и процесс горения замедляется с одновременным увеличением летучих фракций топлива. Однако в этом случае происходит синхронный разворот дополнительного регулируемого поддувала 14 с открытием дополнительного подвода воздуха через отверстия на его торцах (не показаны) и отверстия 15 на его поверхности в зольник 10 и камеру дожигания 5, что обеспечивает полное сгорание летучих фракций топлива. При полном перемещении зольника внутрь корпуса обеспечивается минимальная скорость сгорания топлива и минимальная тепловая мощность теплоконвектора. При необходимости полного прекращения работы теплоконвектора расположенные на торцевых сквозных отверстиях дополнительного регулируемого поддувала 14 заглушки устанавливают в положение "Закрыто" (на фиг. 1 и 2 не показаны). В этом случае подвод воздуха на горение топлива и движение газов в газоходах теплоконвектора прекращается. Возможные присосы воздуха на линии горения через неплотные закрытия воздуховодов с образованием в ней окиси углерода (угарного газа) не опасны, поскольку газоход не отключается от окружающей среды, и за счет естественной самотяги окись углерода будет постоянно удаляться в газоход через вытяжную трубу 7. A heat convector in natural convection mode is used as follows. When the door 4 is open, solid fuel (coal, firewood) is loaded into the furnace 4 and the ash pan 10 is pulled out of the housing so as to provide air supply (blowing) from the surrounding space under the grate 9. The air flow direction in FIG. 1 and 2 are shown by bright arrows. In this case, the ash pan 10 by means of the articulated rod 16 rotates synchronously an additional adjustable blower 14 around its axis to the position where the lower through holes 15 are closed by the bore 12 and the upper holes 15 are closed by the flat wall 13 of the rear front of the afterburner 5. This prevents air from the side an additional adjustable blower into the ash pan 10 and the afterburner 5. Next, they set fire to the fuel and gradually close the door 8. After the self-traction of hot gases appears, the air is sucked in the free space of the ash pan and the grate 9 into the fuel layer, and the fuel burns with the release of heat and combustion products that move along the line: furnace 4, afterburner 5, convective heat exchange section of the duct 6 with the gas bypass chamber 17 and then into the exhaust pipe 7 as shown in FIG. 1 dark arrows. Heat is removed from all heated walls from the outer surface of the walls due to natural air convection. The most heat-stressed section of the surface of the radiation heat exchange of the combustion chamber roof 11 is cooled by means of an air channel 20 of sufficient length along the height of the furnace to create additional self-traction, which eliminates its overheating with subsequent burning, and then through the air channels 22 of the convective heat exchange section of the gas duct 6 with access to the surrounding space. Moreover, the air after heating is either discharged into the surrounding space, or introduced into a special air duct (not shown in FIGS. 1 and 2) for transporting air to the heated room. If it is necessary to reduce the thermal power of the heat convector, the ash pan 10 is moved to the internal cavity of the housing, while the air supply from the front front to the additional blower is reduced, and the combustion process slows down with a simultaneous increase in the volatile fractions of the fuel. However, in this case, a synchronous turn of an additional adjustable blower 14 occurs with the opening of an additional air supply through openings at its ends (not shown) and openings 15 on its surface into an ash pan 10 and an afterburner 5, which ensures complete combustion of volatile fractions of the fuel. When the ash pan is completely moved inside the casing, the minimum rate of fuel combustion and the minimum thermal power of the heat convector are ensured. If it is necessary to completely stop the heat convector, the plugs located on the end-to-end through holes of the additional adjustable blower 14 are set to the “Closed” position (not shown in FIGS. 1 and 2). In this case, the air supply to the fuel combustion and the movement of gases in the gas ducts of the heat convector is stopped. Possible air suction on the combustion line through loose closures of the air ducts with the formation of carbon monoxide (carbon monoxide) in it is not dangerous, since the gas duct is not disconnected from the environment, and due to natural traction, carbon monoxide will be constantly removed into the gas duct through the exhaust pipe 7.

В частном случае режима использования конвекции за счет принудительной подачи воздуха для охлаждения стенок теплоконвектора воздухонаправляющая стенка 19 не устанавливается. Воздух подводится от вентилятора регулируемой подачи по съемным патрубкам (не показано) в направлении линии: воздуховоды 22 (вход), внешняя поверхность свода топки 11, боковые и нижняя поверхности зольника 10, канал между стенками 13 и 2 и далее в отводной канал горячего воздуха (не показан), с подводом в обогреваемое помещение. Эффективность работы теплоконвектора и отвод теплоты в данном режиме превышают его показатели в режиме естественной конвекции. In the particular case of the use of convection due to forced air supply for cooling the walls of the heat convector, the air guide wall 19 is not installed. Air is supplied from the controlled flow fan through removable nozzles (not shown) in the direction of the line: air ducts 22 (inlet), the outer surface of the furnace vault 11, the side and lower surfaces of the ash pan 10, the channel between the walls 13 and 2 and then into the hot air outlet channel ( not shown), with access to a heated room. The efficiency of the heat convector and the removal of heat in this mode exceed its performance in the natural convection mode.

Так обеспечивается высокая эффективность работы теплоконвектора на различных режимах и нагрузках с увеличением его срока службы, определяемого длительностью безотказной работы наиболее теплонапряженного участка газохода. This ensures high efficiency of the heat convector at various modes and loads with an increase in its service life, determined by the duration of the failure-free operation of the most heat-stressed section of the gas duct.

Claims

1. A heat convector comprising a housing with a chimney and a furnace placed therein with its radiation heat exchange surface, an adjustable blower, an afterburner with its radiation heat exchange surface, a gas duct including a furnace and an afterburner, and the combustion air ducts and the afterburner entrance and exit with the surrounding space, and the gas duct is made with a dividing surface between its gas and air environments flowing respectively through its gas and air channels, characterized in that it additionally contains a grate, an ash pan, a convective heat exchange section of the gas duct, formed by oppositely directed and sequentially connected to each other gas channels, the output of which is connected to the exhaust pipe, and the input is communicated with the output of the afterburner; also contains an additional adjustable blower installed in the lower part of the afterburner; the surface of the radiative heat transfer of the combustion chamber arch in cross section has the appearance of an onion-shaped dome; the afterburning chamber has a vertically elongated shape, the gas flow inlet to the afterburning chamber is located in its lower part, the gas flow from the afterburning chamber located in its upper part is in communication with the said entrance to the convective heat exchange section of the gas duct; moreover, the total cross-sectional area of the convective section of the heat transfer duct corresponds to the cross-sectional area of the furnace as 1 to 2, and the air space above the fire is communicated with the tip of the air channel of the convective heat exchange part of the duct.

2. The heat convector according to claim 1, characterized in that the convective heat exchange section of the duct is located above the firebox along its axis.

3. The heat convector according to claim 1, characterized in that the additional adjustable blower is made in the form of a rotary nozzle with through holes on its surface and ends.

4. The heat convector according to claim 1 or 3, characterized in that the additional adjustable blower has a partial air outlet from it to the ash pan.

5. The heat convector according to claim 1, characterized in that the ash pan is pivotally connected to an additional adjustable blower, thereby forming a heat convector thermal power regulator.

6. The heat convector according to claim 1, characterized in that the furnace duct is made in the form of a slotted channel located along its entire height between the outer surface of the dome and the wall of the furnace and the inner surface surrounding them, similar in shape to the outer wall having a central hole in the upper parts, and the outlet of the combustion chamber duct, as well as the entire air space above it, are communicated with the entrance to the air channel of the convective heat exchange section of the flue.

7. Heat convector according to claim 1 or 6, characterized in that the furnace duct is made in the form of a slotted channel with a width of up to 30 mm.