RU2546365C1

RU2546365C1 - Continuous burning heating boiler

Info

Publication number: RU2546365C1
Application number: RU2013148231/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Илиодоров
Original assignee: Владимир Александрович Илиодоров
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-04-10
Also published as: RU2013148231A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention refers to thermal power industry, particularly to solid-fuel heating systems. Continuous-burning heating boiler includes heat-insulated body with double wall forming vessel for heat carrier along the body perimeter and in its top part, with heat exchanger of hot water supply loop positioned in the vessel. The boiler features top and bottom orifices for flue gas exhaust, gas-tight loading and ash hatches, air dispenser including two immobile vertical air ducts with lengthwise slots inside the body, each air duct featuring conveyor band with several openings that engages by a bracket with opening driver through power-driven opening; the air ducts are interconnected by transverse air duct with air intake hole, positioned under the body bottom, and gate mounted above it is connected via an arm, link and rocker arm to the top surface of the body; rocker arm axle is mounted in top part of heat insulation housing, travelling gear is positioned above gravity centre of opening driver in lifting mode and is attached to it by a flexible element; shutter controlled by the second thermal controller is installed in top hole pipe for flue gas exhaust; each conveyor band of air ducts features openings with a defined area.

EFFECT: improved cost efficiency and burning duration due to boiler design.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам отопления на твердом топливе, и может быть использовано для создания твердотопливных котлов длительного горения.The invention relates to a power system, and in particular to solid fuel heating systems, and can be used to create solid fuel boilers for long burning.

Известен отопительный котел с бункером для топлива внутри котла /1/, в котором кроме колосниковой решетки, установленной между зольной и топочной камерами, имеется вертикально установленная колосниковая решетка в виде оребренной полой трубы с отверстиями. В указанном отопительном котле воздух подается в нижнюю и центральную часть всего объема топлива, а вывод смеси воздушных и дымовых газов осуществляется через дымоход в верхней части корпуса котла. Однако подача воздуха фактически в весь объем топлива способствует неустойчивости режима горения при различном качестве и влажности топлива, что приводит к аварийному перегреву или остановке котла. По этой причине такой котел позволяет использовать небольшой объем топлива и имеет небольшую продолжительность горения.A heating boiler with a fuel hopper inside the boiler / 1 / is known, in which, in addition to the grate, installed between the ash and furnace chambers, there is a vertically mounted grate in the form of a finned hollow pipe with holes. In the specified boiler, air is supplied to the lower and central part of the total fuel volume, and the mixture of air and flue gases is discharged through a chimney in the upper part of the boiler body. However, the air supply in fact in the entire fuel volume contributes to the instability of the combustion mode with different quality and humidity of the fuel, which leads to emergency overheating or shutdown of the boiler. For this reason, such a boiler allows the use of a small amount of fuel and has a short burning time.

Известен также отопительный котел длительного горения с бункером для топлива и системой автоматической подачи топлива с регулятором по температуре воды /2/, в котором подачу воздуха осуществляют в нижнюю часть камеры сгорания и периодически в нее добавляют топливо и тем самым достигают увеличения продолжительности горения котла. Недостатками указанной конструкции являются сложность и практическая неприменимость для дров нестандартизированной формы и размеров, а также энергозависимость и возможность возникновения аварийной ситуации при неконтролируемой загрузке топлива в топку в случае нарушения работы автоматики.Also known is a long-burning heating boiler with a fuel hopper and an automatic fuel supply system with a water temperature regulator / 2 /, in which air is supplied to the lower part of the combustion chamber and fuel is periodically added to it, thereby increasing the burning time of the boiler. The disadvantages of this design are the complexity and practical inapplicability for firewood of a non-standardized shape and size, as well as the volatility and the possibility of an emergency with uncontrolled loading of fuel into the furnace in case of a malfunction of automation.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является отопительный котел /3/ длительного горения, содержащий теплоизолированный корпус с двойной стенкой, образующей по периметру емкость для теплоносителя, с отверстием для отвода дымовых газов, загрузочной и зольной газоплотными дверцами, телескопический воздуховод в верхней части корпуса, распределитель воздуха с механизмом перемещения (трос в трос проводе), заслонку с приводом от терморегулятора. В данном котле реализован способ сжигания твердого топлива сверху вниз, включающий подачу воздушных газов через регулируемое по сечению, в зависимости от температуры, отверстие в верхней части корпуса, саморегулирующийся по высоте телескопический воздуховод и распределитель воздуха, опирающийся на топливо и выведение, после реакции окисления, через дымоход в верхней части камеры сгорания смеси воздушных и дымовых газов.The closest analogue, selected as a prototype, is a heating boiler / 3 / long burning, containing a heat-insulated casing with a double wall, forming a perimeter of the tank for the coolant, with an opening for the removal of flue gases, boot and ash gas tight doors, a telescopic duct in the upper part housing, air distributor with a movement mechanism (cable in a cable wire), a damper with a thermostatic actuator. This boiler implements a method of burning solid fuel from top to bottom, including the supply of air gases through a section, depending on temperature, with an opening in the upper part of the body, a telescopic air duct self-regulating in height, and an air distributor based on fuel and exhaust, after the oxidation reaction, through a chimney in the upper part of the combustion chamber of a mixture of air and flue gases.

Однако в рассмотренном приборе вследствие конструктивных особенностей длительность горения достигает лишь несколько десятков часов. В частности, это обусловлено тем, что цилиндрический корпус котла имеет сравнительно низкий коэффициент заполнения дровами, входная камера, телескопический воздуховод и распределитель воздуха имеют громоздкую конструкцию, занимают около 30% объема котла и, следовательно, такой котел имеет сравнительно небольшую тепловую производительность единицы объема корпуса. А конструкция телескопического воздуховода и распределителя воздуха не исключает возможность нестабильной работы котла из-за его провалов в выгоревшую часть топлива и возникновения аварийной ситуации, особенно при высокой температуре теплоносителя, а также угасании топлива при повышенной или неоднородной его влажности, укладке или плотности. Конструкция котла практически исключает размещение контура горячего водоснабжения, что сужает функциональные возможности котла. Кроме того, конструкция прототипа обуславливает то, что при сгорании топлива (особенно в начале цикла работы) нагревается только верхняя часть корпуса котла, вследствие чего, без принятия специальных мер (существенно удорожающих конструкцию), на нижней части корпуса происходит выпадение конденсата, коррозия металла и его сравнительно быстрая деградация. Конструкция и принцип работы прототипа приводят также к тому, что при увеличении тепловой мощности повышается температура дымовых газов и КПД котла снижается. В результате, интегральный КПД за отопительный период оказывается на существенно меньше максимально возможного КПД на минимальной тепловой мощности.However, in the considered device, due to design features, the burning duration reaches only a few tens of hours. In particular, this is due to the fact that the cylindrical boiler body has a relatively low fill factor with firewood, the inlet chamber, telescopic duct and air distributor are bulky, occupy about 30% of the boiler volume and, therefore, such a boiler has a relatively small thermal capacity per unit volume of the body . And the design of the telescopic duct and air distributor does not exclude the possibility of unstable operation of the boiler due to its failures in the burned-out part of the fuel and the occurrence of an emergency, especially at a high temperature of the coolant, as well as the extinction of the fuel when its humidity is high or inhomogeneous, styling or density. The design of the boiler virtually eliminates the placement of the hot water circuit, which reduces the functionality of the boiler. In addition, the design of the prototype determines that when the fuel is burned (especially at the beginning of the operation cycle), only the upper part of the boiler body is heated, as a result of which, without taking special measures (significantly increasing the cost of the structure), condensation occurs on the lower part of the body, metal corrosion and its relatively rapid degradation. The design and principle of operation of the prototype also lead to the fact that with an increase in thermal power, the temperature of the flue gases increases and the efficiency of the boiler decreases. As a result, the integrated efficiency for the heating period is significantly less than the maximum possible efficiency at the minimum heat output.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно повышение экономичности котла, упрощение конструкции, увеличение тепловой производительности единицы объема корпуса и продолжительности горения, расширение функциональных возможностей.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely increasing the efficiency of the boiler, simplifying the design, increasing the thermal performance of a unit volume of the body and the duration of combustion, expanding the functionality.

Указанная цель достигается тем, что отопительный котел длительного горения содержит теплоизолированный корпус с двойной стенкой, образующей по периметру и в верхней части емкость для теплоносителя, в которой размещен теплообменник контура горячего водоснабжения, с верхним и нижним отверстиями для отвода дымовых газов, загрузочной и зольной газоплотными дверцами, распределитель воздуха включает два неподвижных вертикальных воздуховода с продольными щелями и заглушенными верхними концами, размещенными внутри корпуса, каждый из которых имеет подвижную ленту с несколькими окнами, которая через приводное окно входит в зацепление кронштейном с водителем окон, а между собой воздуховоды соединены размещенным под днищем корпуса поперечным воздуховодом с воздухозаборным отверстием, а установленная над ним заслонка связана через рычаг, тягу и коромысло с верхней поверхностью корпуса, при этом ось коромысла установлена в верхней части теплоизолирующего кожуха, механизм перемещения расположен над центром тяжести водителя окон в режиме подъема и гибким элементом из жаростойкой проволоки крепится к нему, причем в патрубке верхнего отверстия для отвода дымовых газов установлена заслонка, управляемая вторым терморегулятором, размещаемым на этом патрубке, в каждой ленте воздуховодов выполнены основное окно, расположенное ниже приводного окна, и дополнительное окно, расположенное выше, при этом площадь основного окна составляет 65-75% от площади сечения вертикального воздуховода, а дополнительного окна - 25-35%.This goal is achieved by the fact that the long-burning heating boiler contains a heat-insulated casing with a double wall, forming along the perimeter and in the upper part a tank for the coolant, in which the heat exchanger of the hot water supply circuit is located, with upper and lower openings for flue gas discharge, loading and ash-tight doors, the air distributor includes two stationary vertical ducts with longitudinal slots and muffled upper ends located inside the housing, each of which x has a movable tape with several windows, which through the drive window is engaged by the bracket with the window driver, and the air ducts are connected to each other by a transverse air duct located under the bottom of the housing with an air intake hole, and a damper mounted above it is connected through a lever, rod and rocker to the upper surface case, while the axis of the rocker arm is installed in the upper part of the insulating casing, the movement mechanism is located above the center of gravity of the window driver in the lifting mode and a flexible element made of heat a wire is attached to it, and in the pipe of the upper flue gas outlet there is a damper controlled by a second thermostat placed on this pipe, in each duct tape there is a main window located below the drive window and an additional window located above, while the main window is 65-75% of the cross-sectional area of the vertical duct, and the additional window is 25-35%.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-2. На фиг.1 показан вид котла сверху, а на фиг.2 - его вертикальный разрез. На фиг.1-2 обозначены: наружная стенка корпуса 1, внутренняя стенка корпуса 2, загрузочная дверца 3, зольная дверца 4, патрубок верхнего отверстия для отвода дымовых газов 5, патрубок нижнего отверстия для отвода дымовых газов 6, воздуховоды 7, продольная щель 8 в воздуховоде 7, лента 9, приводное окно 10 в ленте 9, основное окно 11, дополнительное окно 12, обводные ролики 13, кронштейн 14 водителя окна 15, жаростойкая проволока 16, направляющая трубка 17, поперечный воздуховод 18, заслонка воздухозаборного отверстия 19, тяга заслонки 20, коромысло 21, опорный кронштейн 22, осевой кронштейн 23, рычаг заслонки 24, ось рычага 25, дымовая труба 26, терморегулятор 27, заслонка верхнего патрубка 28, привод заслонки 29. Некоторые элементы конструкции (известные и используемые по прямому назначению) не показаны на рисунке, чтобы не загромождать его.The invention is illustrated in figure 1-2. Figure 1 shows a top view of the boiler, and figure 2 is a vertical section thereof. 1-2 are indicated: the outer wall of the housing 1, the inner wall of the housing 2, the loading door 3, the ash door 4, the pipe of the upper hole for exhaust flue gases 5, the pipe of the lower hole for removal of flue gases 6, air ducts 7, longitudinal slot 8 in the duct 7, tape 9, the drive window 10 in the tape 9, the main window 11, the additional window 12, the bypass rollers 13, the bracket 14 of the driver of the window 15, heat-resistant wire 16, the guide tube 17, the transverse duct 18, the shutter of the air inlet 19, thrust dampers 20, rocker 21, support crown matte 22, axial bracket 23, choke lever 24, chuck axis 25, chimney 26, thermostat 27, flap of the upper pipe 28, flap actuator 29. Some structural elements (known and used for their intended purpose) are not shown in the figure so as not to clutter him.

Корпусные элементы 1 и 2 выполняются из металла с необходимой для длительной эксплуатации (с учетом используемого топлива) жаростойкостью и коррозийной стойкостью. В полости, образованной между наружной и внутренней с гонкой корпуса в верхней его части размещается теплообменник контура горячего водоснабжения (не показан на рисунке), а его входной и выходной патрубки выведены на заднюю поверхность корпуса. Там же находятся входной и выходной патрубки (также не показаны на рисунке) для ввода и вывода теплоносителя. Внутренняя стенка 2 корпуса выполнена до уровня зольной дверцы и нижнего отверстия для вывода дымовых газов. Корпус котла может быть выполнен как в виде прямоугольной призмы, так и в виде цилиндра. Снаружи корпус покрыт обычно используемым в подобных конструкциях теплоизолирующим кожухом (не показан на рисунке). В передней части корпуса выполнены загрузочная 3 и зольная 4 дверцы. Особенностью их конструктивного исполнения является сравнительно высокая степень герметизации в закрытом положении, исключающая подсос воздуха в процессе работы котла. В задней части корпуса выполнены два отверстия для отвода дымовых газов. Верхнее отверстие соединено патрубком 5 с дымовой трубой 26, а нижнее - патрубком 6. Воздуховоды 7 и 18 предназначены для канализации воздуха в зону горения. Воздуховоды 7, хотя они частично и охлаждаются входным воздухом, изготавливаются из достаточно жаростойкого металла, поскольку расположены в камере сгорания и подвергаются воздействию высоких температур. К материалу воздуховода 18 высоких требований не предъявляется, поэтому он может быть изготовлен из обычного металла. Верхние концы воздуховодов 7 заглушены, а нижние открыты и соединены с поперечным воздуховодом 18. В воздуховодах 7 выполнены продольные щели 8, обращенные в камеру сгорания. Внутри воздуховодов 7 размещены замкнутые через ролики 13 отрезки лент 9, в каждой из которых выполнено несколько отверстий 10-12. Лента 9 выполняется из тонкой нержавеющей стали с достаточно высокой жаропрочностью или высокотемпературной газоплотной ткани. Толщина ленты выбирается исходя из упругих и прочностных свойств материала с тем, чтобы исключить необратимую деформацию и старение материала при многократном его перемещении вокруг роликов. В ленте 9 выполнены: приводное окно 10, основное окно 11 и дополнительное окно 12. Через основное окно 11 воздух подается под водитель окон 15 и используется в реакции окисления топлива при его сжигании, а через дополнительное окно 12 воздух подается над водителем окон и используется для дожига образующихся в процессе частичной газификации топлива горючих газов. Площадь основного окна 11 составляет 65-75% от площади сечения вертикального воздуховода, а дополнительного окна 12 - 25-35%. Основное 11 и дополнительное 12 окна могут выполняться в виде нескольких секций, расположенных одна над другой, для более равномерного распределения воздуха в камере сгорания котла. Лента 9 на роликах 13 устанавливается в воздуховодах 7 вплотную к щели так, чтобы уменьшить поступление воздуха в камеру сгорания между лентой 9 и стенкой воздуховода. Лента 9 в каждом воздуховоде 7 приводится в движение водителем окон 15, который входит в зацепление с приводными окнами 10 с помощью кронштейнов 14. Водитель окон 15 изготавливается из жаропрочного материала, например из чугуна. Механизм перемещения водителя окон 15 включает гибкий элемент 16 и направляющую трубку 17. В качестве гибкого элемента 16 могут быть использованы тонкая проволока из жаропрочного металла или высокотемпературный кремнеземный шнур. Гибкий элемент 16 крепится к водителю окон в центре его тяжести в режиме подъема. То есть с учетом силы сопротивления подвижных лент 9 в воздуховодах 7. Однако, поскольку сила сопротивления лент 9 не превышает нескольких сот грамм, а масса водителя окон составляет несколько килограмм, центр тяжести водителя окон 15 в режиме подъема практически будет совпадать с центром тяжести водителя окон 15. Противоположный конец гибкого элемента 16 заканчивается петлей, которая при поднятом водителе окон зацепляется за соответствующий крючок в нижней части кожуха (не показан на рисунке). Направляющая трубка 17 снаружи корпуса огибает его до боковой поверхности теплоизолирующего кожуха, направляя проволоку вдоль кожуха. В выступающей за корпус 1 верхней части воздуховода 18 выполнено воздухозаборное отверстие, площадь сечения которого регулируется заслонкой 19. Площадь сечения поперечного воздуховода 18 (и соответственно воздухозаборного отверстия) выбирается равной сумме сечений вертикальных воздуховодов 7 исходя из тепловой мощности котла. Привод заслонки 19 осуществляется от терморегулятора, который включает к себя тягу 20, коромысло 21, опорный кронштейн 22, осевой кронштейн 23, рычаг заслонки 24 и ось 25 рычага 24. Опорный кронштейн 22, опирающийся на корпус 1, выполнен с возможностью регулировки длины (не показано на рисунке), для изменения требуемой температуры нагрева теплоносителя. Тяга 20 проходит вплотную к стенке корпуса 1 (с возможностью свободного смещения относительно него) и крепится к рычагу 24 заслонки 19. Ось 25 рычага 24 закрепляется на корпусе 1 в нижней его части. Осевой кронштейн 23 с равноплечным коромыслом 21 устанавливается на кожухе котла. В патрубке 5 установлена заслонка 28, управляемая терморегулятором 27 через привод 29. Верхний 5 и нижний 6 патрубки, дымовая труба 26 и заслонка 28 изготавливаются из металла с необходимой для подобного рода изделий жаропрочностью. К жаропрочности указанных элементов высоких требований не предъявляется за исключение верхнего патрубка и заслонки, жаропрочность которых должна выбираться несколько выше, чем у остальных элементов. Привод 29 выполняется в виде шарнирного соединения, соединяющего заслонку 28 и терморегулятор 27. Привод 29 выполняется регулируемым по длине и начальному углу поворота заслонки, для обеспечения возможности настройки устройства регулировки на требуемую температуру дымовых газов и диапазон ее изменения, в зависимости от теплотехнических свойств используемого дымохода и диапазона изменения тепловой мощности котла. Терморегулятор 27 может быть выполнен, например, из биметаллической пластины, огибающей патрубок 5 и закрепляемой другим концом на нем. С наружной стороны кожуха под гибким элементом размещена мерная линейка остатка топлива.Housing elements 1 and 2 are made of metal with the necessary heat and corrosion resistance for long-term operation (taking into account the fuel used). In the cavity formed between the outer and inner with the race of the housing in its upper part there is a heat exchanger of the hot water supply circuit (not shown in the figure), and its inlet and outlet pipes are led to the rear surface of the housing. There are inlet and outlet pipes (also not shown in the figure) for the input and output of the coolant. The inner wall 2 of the housing is made up to the level of the ash door and the lower opening for the discharge of flue gases. The boiler body can be made in the form of a rectangular prism, or in the form of a cylinder. Outside, the casing is covered with a heat-insulating casing usually used in such structures (not shown in the figure). In the front part of the case, boot 3 and ash 4 doors are made. A feature of their design is a relatively high degree of sealing in the closed position, eliminating air leakage during the operation of the boiler. In the rear part of the housing there are two openings for the removal of flue gases. The upper hole is connected by a pipe 5 to a chimney 26, and the lower one by a pipe 6. Air ducts 7 and 18 are designed to drain air into the combustion zone. Air ducts 7, although they are partially cooled by the inlet air, are made of a sufficiently heat-resistant metal, since they are located in the combustion chamber and are exposed to high temperatures. The duct material 18 is not subject to high requirements, so it can be made of ordinary metal. The upper ends of the air ducts 7 are muffled, and the lower ones are open and connected to the transverse duct 18. In the air ducts 7 there are longitudinal slots 8 facing the combustion chamber. Inside the ducts 7 are placed closed through rollers 13 segments of tapes 9, in each of which several holes 10-12 are made. Tape 9 is made of thin stainless steel with a sufficiently high heat resistance or high-temperature gas-tight fabric. The thickness of the tape is selected based on the elastic and strength properties of the material in order to exclude irreversible deformation and aging of the material when it is repeatedly moved around the rollers. The following are made in tape 9: a drive window 10, a main window 11, and an additional window 12. Through the main window 11, air is supplied under the window driver 15 and used in the oxidation reaction of the fuel when it is burned, and through the additional window 12, air is supplied above the window driver and used to afterburning of combustible gases generated during partial gasification of fuel. The area of the main window 11 is 65-75% of the cross-sectional area of the vertical duct, and the additional window 12 is 25-35%. The main 11 and additional 12 windows can be made in the form of several sections located one above the other, for a more uniform distribution of air in the combustion chamber of the boiler. The tape 9 on the rollers 13 is installed in the ducts 7 close to the slit so as to reduce the flow of air into the combustion chamber between the tape 9 and the wall of the duct. The tape 9 in each duct 7 is driven by the driver of the windows 15, which engages with the drive windows 10 using brackets 14. The driver of the windows 15 is made of heat-resistant material, such as cast iron. The mechanism for moving the driver of the windows 15 includes a flexible element 16 and a guide tube 17. As a flexible element 16 can be used a thin wire of heat-resistant metal or a high-temperature silica cord. The flexible element 16 is attached to the driver of the windows in the center of gravity in the lifting mode. That is, taking into account the drag force of the movable tapes 9 in the ducts 7. However, since the drag force of the tapes 9 does not exceed several hundred grams, and the mass of the window driver is several kilograms, the center of gravity of the window driver 15 in lift mode will practically coincide with the center of gravity of the window driver 15. The opposite end of the flexible element 16 ends with a loop, which, when the window driver is raised, hooks onto the corresponding hook in the lower part of the casing (not shown in the figure). A guide tube 17 externally bends around the casing to the side surface of the insulating casing, guiding the wire along the casing. In the upper part of the duct 18 protruding beyond the housing 1, an air inlet is made, the cross-sectional area of which is regulated by the shutter 19. The cross-sectional area of the transverse air duct 18 (and, accordingly, the air inlet) is chosen equal to the sum of the cross-sections of the vertical air ducts 7 based on the heat output of the boiler. The damper 19 is driven by a temperature regulator, which includes a rod 20, a rocker 21, a support bracket 22, an axial bracket 23, a damper lever 24 and an axis 25 of the arm 24. The support arm 22, which is supported by the housing 1, is made with the possibility of adjusting the length (not shown in the figure), to change the required heating temperature of the coolant. The rod 20 extends close to the wall of the housing 1 (with the possibility of free displacement relative to it) and is attached to the lever 24 of the valve 19. The axis 25 of the lever 24 is fixed to the housing 1 in its lower part. An axial bracket 23 with an equal-arm beam 21 is mounted on the boiler casing. In the nozzle 5, a damper 28 is installed, controlled by the temperature regulator 27 through the actuator 29. The upper 5 and lower 6 nozzles, the chimney 26 and the damper 28 are made of metal with the necessary heat resistance. The heat resistance of these elements of high requirements is not imposed for the exception of the upper pipe and the damper, the heat resistance of which should be selected slightly higher than the rest of the elements. The actuator 29 is made in the form of a swivel connecting the damper 28 and thermostat 27. The actuator 29 is adjustable in length and in the initial angle of rotation of the damper, in order to be able to adjust the adjustment device to the required flue gas temperature and its variation range, depending on the thermal characteristics of the used chimney and the range of variation of the thermal power of the boiler. The temperature regulator 27 can be made, for example, from a bimetallic plate enveloping the pipe 5 and fixed to the other end on it. On the outside of the casing under the flexible element there is a measuring line of the remaining fuel.

Работает котел следующим образом. С помощью гибкого элемента 16 водитель окон 15 поднимается в верхнее положение и фиксируется в этом положении за крючок на кожухе. Если в котле имеется избыточное количество золы, то она удаляется через зольную дверцу 4. Через загрузочную дверку 3 осуществляется загрузка топлива 30, в частном случае дров. Затем топливо поджигается и после появления тяги в дымоходе водитель окон 15 опускается на топливо, а загрузочная дверца 3 закрывается. Терморегулятор заслонки 19 устанавливается на заданную температуру теплоносителя, а при необходимости терморегулятор 27 - на заданную температуру дымовых газов. После закрытия дверцы 3 воздух в камеру сгорания будет поступать через воздуховоды 18 и 7, основные окна 11. Образующиеся в процессе горения топлива дымовые газы поступают в верхний патрубок 5 для отвода дымовых газов и через непродолжительное время прогревают его. После нагрева патрубка 5 терморегулятор 27 дымовых газов прикрывает заслонку 28, тем самым уменьшая поток горячих дымовых газов через верхний патрубок 5. При этом за счет тяги дымохода настолько же увеличивается поток дымовых газов через нижний патрубок 6. Но через этот патрубок будут выводиться уже остывшие дымовые газы, отдавшие свое тепло теплоносителю. В процессе всего цикла работы котла терморегулятор 27 будет поддерживать температуру дымовых газов близкой к минимально необходимой (обеспечивающей нормальную работу дымохода), автоматически изменяя соотношение горячих и остывших дымовых газов, выходящих в дымоход через верхнее и нижнее отверстия на различных тепловых мощностях котла. При этом, поскольку температура дымовых газов, выходящих через нижнее отверстие, как правило, больше ста градусов, то весь корпус с теплоносителем в процессе всего цикла работы котла будет находиться в зоне горячих газов. Этим обеспечивается более благоприятный режим передачи тепла от горячих дымовых газов теплоносителю (за счет увеличения времени и площади теплообмена) и исключается возможность конденсации влаги в нижней части корпуса характерной для прототипа. По мере сгорания топлива водитель окон 15 опускается, перемещая ленту 9. Через основное отверстие 11 воздух постоянно поступает под водитель окон 15 непосредственно к топливу, обеспечивая устойчивость процесса его горения. При этом одновременно в камеру сгорания через дополнительное окно 12 поступает часть воздуха, которая используется для дожига горячих горючих газов, образующихся в процессе пиролиза топлива. Тем самым обеспечивается наиболее полное использование его теплотворного потенциала. Лучшему сгоранию топлива способствует так же то обстоятельство, что воздух, проходя через воздуховоды 7, находящиеся в зоне высоких температур, поступает в камеру сгорания хорошо нагретым. Кроме того, в воздуховодах 7 за счет нагрева воздуха возникает дополнительная тяга воздуха, которая позволяет либо снизить требования к высоте дымохода, либо уменьшить сечение воздуховодов 7 и 18.The boiler works as follows. Using a flexible element 16, the driver of the windows 15 rises to the upper position and is fixed in this position by a hook on the casing. If there is an excess amount of ash in the boiler, then it is removed through the ash door 4. Through the loading door 3, fuel 30 is loaded, in particular firewood. Then the fuel is ignited and after the draft in the chimney, the driver of the windows 15 lowers onto the fuel, and the loading door 3 closes. The temperature control valve 19 is set to a predetermined temperature of the coolant, and if necessary, the temperature controller 27 to a predetermined temperature of flue gases. After closing the door 3, air will enter the combustion chamber through air ducts 18 and 7, the main windows 11. The flue gases generated during the combustion of the fuel enter the upper pipe 5 to exhaust the flue gases and warm it up after a short time. After heating the pipe 5, the flue gas thermostat 27 covers the shutter 28, thereby reducing the flow of hot flue gases through the upper pipe 5. At the same time, the flue gas flow through the lower pipe 6 also increases due to the draft of the chimney, but already cooled flue will be discharged through this pipe gases that give their heat to the coolant. During the entire cycle of the boiler, the thermostat 27 will maintain the temperature of the flue gases close to the minimum necessary (ensuring the normal operation of the chimney), automatically changing the ratio of hot and cooled flue gases leaving the chimney through the upper and lower openings at various thermal capacities of the boiler. At the same time, since the temperature of the flue gases leaving the bottom opening is usually more than one hundred degrees, the entire body with the coolant during the entire cycle of the boiler will be in the hot gas zone. This provides a more favorable mode of heat transfer from hot flue gases to the coolant (by increasing the time and area of heat transfer) and eliminates the possibility of moisture condensation in the lower part of the body characteristic of the prototype. As the fuel burns, the driver of the windows 15 lowers, moving the belt 9. Through the main hole 11, air constantly flows under the driver of the windows 15 directly to the fuel, ensuring the stability of its combustion. At the same time, part of the air enters the combustion chamber through an additional window 12, which is used to burn hot combustible gases generated during the pyrolysis of the fuel. This ensures the most complete use of its calorific value. Better fuel combustion is also facilitated by the fact that the air, passing through the ducts 7 located in the high temperature zone, enters the combustion chamber well heated. In addition, in the ducts 7 due to the heating of the air there is an additional draft of air, which can either reduce the requirements for the height of the chimney, or reduce the cross section of the ducts 7 and 18.

Если топливо равномерное (по плотности, влажности, укладке), то выгорание топлива будет происходить сравнительно равномерно до основания камеры сгорания. При этом водитель окон 15 будет опускаться под действием силы тяжести, в выгоревшую часть топлива, увлекая за собой ленты 9 с окнами 10-12. Если в процессе горения топлива внутри него будут встречаться места с повышенной влажностью или плотностью, то в том месте замедляется выгорание топлива, водитель окон 15, опираясь на эту несгоревшую часть топлива, наклоняется больше в сторону лучше выгорающей части топлива. При этом поступающий под водитель окон 15 нагретый в воздуховодах 7 воздух преимущественно будет подниматься в сторону поднятой части водителя окон 15. Конструкция водителя окон 15 позволяет наклоняться ему в двух плоскостях на угол 15-30°. За счет этого создаются условия для выгорания вышерасположенной части более влажного или плотного участка топлива. И после его сгорания водитель окон 15 опять выравнивается, а топливо продолжает гореть в прежнем режиме. Тем самым обеспечивается сравнительно равномерное горение топлива, имеющего различные неоднородности. При этом производимая тепловая мощность будет колебаться в сравнительно небольших пределах. Пропорционально производимой тепловой мощности будет прогреваться корпус котла с теплоносителем. Соответственно пропорционально температуре корпуса 1, вследствие температурного расширения, будет изменяться его длина и длина тяги 20, проходящей вдоль корпуса. Если температура теплоносителя превысила заданную температуру (задается длиной опорного кронштейна 22), то длина корпуса и длина тяги увеличатся пропорционально этой разности температур. При этом конец тяги 20, прикрепленный к рычагу 24, опускается на удвоенную величину изменения длины корпуса. Рычаг 24 поворачивается вокруг оси 25 и закрепленная на нем заслонка 19 опускается, прикрывая воздухозаборное отверстие. Это обусловлено тем, что коромысло 21 осевым кронштейном 23 опирается на кожух, который практически не нагревается, и, следовательно, его длина в процессе нагрева теплоносителя существенно не меняется. Уменьшение сечения воздухозаборного отверстия за счет прикрытия заслонки 19 снижает поступление воздуха в зону горения. Как следствие, уменьшается выделяемая тепловая мощность и постепенно снижается температура теплоносителя. Размещение воздухозаборного отверстия в нижней части котла позволяет практически вдвое повысить (по сравнению с прототипом) чувствительность терморегулятора и соответственно точность его работы.If the fuel is uniform (in density, humidity, styling), the fuel will burn out relatively evenly to the base of the combustion chamber. In this case, the driver of the windows 15 will fall under the action of gravity into the burned-out part of the fuel, dragging along the tape 9 with windows 10-12. If in the process of burning fuel inside it there will be places with increased humidity or density, then the burning out of fuel slows down in that place, the window driver 15, leaning on this unburned part of the fuel, leans more toward the better burning part of the fuel. At the same time, the air coming under the window driver 15 heated in the air ducts 7 will mainly rise towards the raised part of the window driver 15. The window driver 15 design allows it to be tilted in two planes at an angle of 15-30 °. Due to this, conditions are created for the burning of the upstream part of a wetter or denser area of fuel. And after its combustion, the window driver 15 is again leveled, and the fuel continues to burn in the previous mode. This ensures a relatively uniform combustion of fuel having various inhomogeneities. In this case, the produced heat capacity will fluctuate in relatively small limits. In proportion to the heat output, the boiler body with the heat carrier will warm up. Accordingly, in proportion to the temperature of the housing 1, due to thermal expansion, its length and the length of the rod 20 passing along the housing will change. If the temperature of the coolant exceeds a predetermined temperature (specified by the length of the support bracket 22), then the length of the housing and the length of the rod will increase in proportion to this temperature difference. The end of the rod 20, attached to the lever 24, is lowered by twice the amount of change in the length of the housing. The lever 24 is rotated around the axis 25 and the shutter 19 fixed to it is lowered, covering the air intake hole. This is due to the fact that the rocker arm 21 with the axial bracket 23 rests on a casing that practically does not heat up, and, therefore, its length does not change significantly during heating of the coolant. Reducing the cross section of the intake opening by covering the shutter 19 reduces the flow of air into the combustion zone. As a result, the released thermal power decreases and the temperature of the coolant gradually decreases. Placing the air inlet in the lower part of the boiler allows almost double (compared with the prototype) the sensitivity of the thermostat and, accordingly, the accuracy of its operation.

Таким образом, введение в конструкцию котла системы поддержания минимально допустимой температуры дымовых газов и повышение эффективности теплосъема позволяет обеспечить максимально возможный КПД при различных тепловых мощностях, а также при сжигании топлива с повышенной и неоднородной влажностью и плотностью. Тем самым достигается существенное повышение экономичности котла в широком диапазоне условий его эксплуатации. Кроме того, наличие системы регулировки и стабилизации температуры дымовых газов позволяет адаптировать котел к дымоходам различного качества (с различной теплоизоляцией и материалом изготовления), обеспечив при этом высокую пожарную безопасность системы отопления. Размещение воздуховодов подачи воздуха в зоне горения топлива внутри корпуса приводит к прогреву проходящего через них воздуха, что обеспечивает более благоприятный режим протекания реакции окисления топлива и дополнительную тягу входного воздуха.Thus, the introduction of the system of maintaining the minimum permissible temperature of flue gases into the boiler design and increasing the efficiency of heat removal can provide the highest possible efficiency at various thermal capacities, as well as when burning fuel with increased and inhomogeneous humidity and density. Thus, a significant increase in boiler efficiency is achieved in a wide range of operating conditions. In addition, the presence of a system for regulating and stabilizing the temperature of flue gases allows the boiler to be adapted to chimneys of various quality (with different thermal insulation and material of manufacture), while ensuring high fire safety of the heating system. Placing the air supply ducts in the fuel combustion zone inside the housing leads to heating of the air passing through them, which provides a more favorable mode of the oxidation of the fuel and an additional draft of the inlet air.

Предлагаемое техническое решение системы подачи воздуха в зону горения в котлах верхнего горения позволяет существенно упростить конструкцию, уменьшить ее объем и массу. За счет этого увеличивается полезный объем в котле относительно его габаритных размеров и как следствие возрастает тепловая производительность единицы объема корпуса. Это позволяет при равных с прототипом габаритах котла увеличить продолжительность его горения, одну из основных эксплуатационных характеристик. Кроме того, предлагаемая система подачи воздуха позволяет оснастить котел верхнего горения теплообменником контура горячего водоснабжения, тем самым расширить его функциональные возможности.The proposed technical solution of the system for supplying air to the combustion zone in the upper combustion boilers can significantly simplify the design, reduce its volume and weight. Due to this, the useful volume in the boiler increases relative to its overall dimensions and, as a result, the thermal productivity of a unit volume of the housing increases. This allows for equal boiler prototype dimensions to increase the duration of its combustion, one of the main operational characteristics. In addition, the proposed air supply system allows you to equip the upper combustion boiler with a heat exchanger of the hot water circuit, thereby expanding its functionality.

Уровень разработки находится в стадии проектирования экспериментального образца котла с целью последующей организации серийного производства котлов длительного горения с различной тепловой мощностью.The development level is at the design stage of the experimental boiler model with the aim of the subsequent organization of serial production of long-burning boilers with different heat output.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство SU №3828 от 17.03.1952 г.1. Copyright certificate SU No. 3828 of 03/17/1952

2. Журнал «Энергосбережение», 2005, №1, стр.65-67.2. The journal "Energy Saving", 2005, No. 1, p. 65-67.

3. Евразийский патент №005303 от 10.12.2004 г.3. Eurasian patent No. 005303 of 12/10/2004

Claims

1. A long-burning boiler comprising a heat-insulated casing with a double wall forming a container for a heat carrier, with an opening for exhausting flue gases, loading and ash-tight gas-tight doors, an air distributor with a movement mechanism, a damper with an actuator from the temperature regulator, characterized in that the air distributor contains two stationary vertical ducts with longitudinal slots and blanked upper ends located inside the housing, each of which has a movable tape with several they are windows, which through the drive window engages the bracket with the driver of the windows, and the air ducts are connected to each other by a transverse duct placed under the bottom of the housing, on top of the housing between its walls there is an additional container for the coolant in which the heat exchanger of the hot water supply circuit is located, the movement mechanism is located above the center of gravity of the window driver in the lifting mode and a flexible element is attached to it, and in the lower part of the body there is a second hole for the removal of flue gases, and in the pipe of the upper flue gas outlet there is a shutter controlled by a second temperature controller placed on this pipe, in each duct tape there is a main window, located below the drive window, and an additional window located above, with the main window area being 65-75% from the cross-sectional area of the vertical duct, and the additional window - 25-35%, the air intake hole is made in the transverse duct, and the damper installed above it is connected through a lever, a rod running along the body a mustache, and a rocker with the upper surface of the body, while the axis of the rocker arm is installed in the upper part of the insulating casing.

2. A long-burning heating boiler according to claim 1, characterized in that a heat-resistant wire is used as a flexible element of the lifting mechanism.

3. The long-burning heating boiler according to claim 1, characterized in that a silica cord is used as a flexible element.

4. The long-burning heating boiler according to claim 1, characterized in that on the outer side of the casing under the flexible element there is a measured ruler of the remaining fuel.