UA80981U - Котел водогрійний твердопаливний - Google Patents

Abstract

Котел водогрійний твердопаливний для спалювання переважно антрациту або кам'яного вугілля містить паливневу (топкову) камеру, в якій утворені топка та канал гравітаційної подачі палива, паливний бункер, теплообмінник являє собою ємність з водою, димогарні труби, турбулізатори у вигляді дротяних спіралей. Вихід з теплообмінника виконаний у вигляді газозбірного колектора з вихідним патрубком. Турбулізатори підвішені по двох осях координат, в рівній кількості до двох чи іншої парної кількості рамок. Рамки шарнірно з'єднані через серги з двома парами хитних важелів. При цьому кожна рамка з'єднана з однією і другою парою хитних важелів, але з односторонніми їх кінцями таким чином, що забезпечується синхронне опускання однієї рамки та підйом другої рамки і навпаки з врівноваженням однієї другою. При цьому хитні важелі попарно з'єднані з осями, встановленими в опорах з підшипниками. На обох осях закріплений шарнірно-важільний механізм, який приєднаний через кривошипно-шатунний механізм до електроприводу механізму чищення.

Description

Корисна модель належить до галузі теплоенергетики, зокрема до пристроїв для нагрівання води на опалення з використанням твердого палива, переважно антрациту або кам'яного вугілля.

Відома піч на твердому паливі з гравітаційною подачею палива і нагнітанням вторинного повітря (патент Великобританії Мо 995,342 від 16.06.1963, заявка Мо 43642/63 МПК Е240), що містить бункер для вугілля, похилий жолоб і камеру згоряння, що мають водяну сорочку, з'єднану з основною водяною камерою, яка має функцію теплообмінника, так як через неї проходять димогарні труби, усередині яких наявні засоби створення турбулентності у вигляді гвинтоподібних лопаток і які для очищення труб від золи здійснюють зворотно-поступальний рух задопомогою рухомого коромисла.

Недоліками цього рішення, в частині наведеної в описі конструкції механізму очищення від золи димогарних труб, є саме застосування гвинтоподібних лопаток з центральним стержнем, які істотно зменшують поперечний переріз димогарних труб, збільшуючи опір виходу димових газів, що збільшує потужність використовуваного димососа. Гвинтова частина лопаток, не доходячи до краю нижньої частини труб, не очищає певну частину їх внутрішньої поверхні і на ній накопичується шар золи, який суттєво зменшує поперечний переріз труб і може повністю перекрити прохід димових газів, що викличе зупинку печі, витягування лопаток і очищення труб.

Також недоліком є досить висока трудомісткість виготовлення лопаток.

Найбільш близьким аналогом, за найбільшою сукупністю суттєвих ознак є піч або котел на пелетному (брикетному) паливі з пристроєм очищення (патентний документ ЄС Мо ЕР2213940

А2, заявка Ме 09000912.5 від 29.01.2010, МПК (2005.01) Е23) 3/02, Г248 13/00, МПК (2006.01)

Е28а 1/06, Е24В 1/08, Е24Н 9/00, г282 15/04). Піч або котел на пелетному (брикетному) паливі складається з бункера, живильника, лотка, камери згоряння (паливневої камери) з каналом для гравітаційної подачі палива та топкою, теплообмінника з пристроєм очищення конвекційних труб і для поліпшення теплопередачі, що включає гвинтові пружини, які являють собою поєднання турбулізаторів і скребків для золи, які через шарнірно-важільний механізм з'єднані з поворотною кришкою для дозавантаження палива, яка відкривається/закривається вручну або через включення електродвигуна, що активується відкриттям/закриттям кришки, при цьому скребки для золи здійснюють зворотно-поступальний рух всередині труб і здійснюють їх

Зо очищення від золи. В положенні спокою турбулізатори покращують теплообмін між димовими газами і конвекційними трубами. Найближчий аналог має ряд істотних недоліків. При русі верхніх кінців скребків золи/турбулізаторів від важелів, що коливаються, по дузі кола, навіть при малому їх ході, для забезпечення їх руху в трубах вимагається збільшених зазорів між внутрішніми поверхнями труб і зовнішніми поверхнями скребків золи/турбулізаторів. Але при великих зазорах залишається товстий шар зольних відкладень, що погіршує теплопередачу, а через коливання скребків золи/гтурбулізаторів в трубах відбувається їх нерівномірне очищення.

При необхідній мінімізації значення зазорів між скребками золи/гурбулізаторами, які виконані у вигляді пружин, та внутрішньою поверхнею конвекційних труб, для істотного підвищення якості очищення труби по всій довжині і надійності роботи механізму, можливе суміщення пружин в нижньому положенні з торцями труб. Через що, в процесі роботи, пружини можуть розтягнутися (наприклад, через накопичення товстого шару сажі в інтервалах між чистками або залипання пружин в результаті тривалого простою в роботі), вийти з труб, зачепитися за краї труб, що призведе до їх подальшої деформації і заклинювання в трубах. Якщо пружини не доходять до країв нижньої частини труб, то не очищаються певні частини їх внутрішніх поверхонь і на них накопичується шар сажі, який суттєво зменшує поперечний переріз труб і може повністю перекрити прохід для димових газів, що потребують зупинки печі або котла, витягування пружин і очищення труб.

Задача корисної моделі котла водогрійного твердопаливного є підвищення надійності роботи котла за рахунок очищення труб теплообмінника від зольних відкладень за допомогою конструкції елементів механізму очищення і власне теплообмінника. Зазначена задача вирішуються пропонованим сталевим котлом водогрійним твердопаливним, що містить теплообмінник, що являє собою прямокутну ємність з водою, з встановленими з певним кроком всередині вертикально по двох осях системи координат димогарними трубами, який оснащений механізмом чищення, який складається з вставлених у димогарні труби турбулізаторів, що являють собою дротяні спіралі, які здійснюють зворотно-поступальний рух вздовж осі через шарнірно-важільну систему від електроприводу. Істотною відмінністю є те, що турбулізатори (спіралі) встановлені усередині димогарних труб теплообмінника з необхідною для здійснення зворотно-поступального руху і з бажаною, достатньою для здійснення їх очищення від зольних відкладень різницею між внутрішнім діаметром труби і зовнішнім діаметром турбулізатора бо (спіралі) 0,3-0,6 мм ії з можливістю повороту турбулізаторів (спіралей) навколо своєї осі для запобігання можливого заклинювання їх у трубах твердими частинками, що виходять з димовими газами, при цьому довжина ходу турбулізаторів (спіралей), що приводяться в рух електроприводом механізму чищення, більше кроку навивки спіралей (для забезпечення перекриття зон чищення сусідніми витками); нижні кінці димогарних труб теплообмінника виконані у вигляді розтрубів з внутрішніми радіусами, при цьому нижні кінці димогарних труб виходять в димовий канал камери згоряння, а останній нижній виток кожного турбулізатора (спіралі) підтиснутий до сусіднього витка без зазору, та кінець спіралі відігнутий у напрямку її центру, при цьому останній виток турбулізатора (спіралі) у своєму нижньому положенні знаходиться на рівні кінця розтруба труби, що в комплексі забезпечує повне очищення труб, не дає зольним відкладенням зменшувати поперечний переріз у нижній частині труб, підтиснутий нижній виток з відгином у напрямку центру спіралі, збільшують жорсткість вільних кінців турбулізаторів (спіралей) і в поєднанні з розтрубами виключають можливість зачеплення турбулізаторів (спіралей) за кінці труб і, як наслідок, деформацію (розтягнення) спіралей. Для здійснення найбільш ефективного теплообміну, який відбувається при збільшенні довжини шляху вихідних димових газів, бажано робити крок навивки спіралей, утворюючих турбулізатори, які встановлені усередині димогарних труб теплообмінника, не більше ніж 0,6 діаметра спіралі.

Турбулізатори (спіралі) підвішені в рівній кількості до двох рамок, які їм надають зворотно- поступальний рух через шарнірно-важільну систему від електроприводу.

Корисна модель пояснюється графічними матеріалами, де:

Фіг. 1 загальний вид котла у вигляді аксонометричної проекції;

Фіг. 2 вид А справа;

Фіг. З ступінчастий фронтальний розріз Б-Б котла по одному з рядів димогарних труб теплообмінника;

Фіг. 4 виносний елемент В - елементи механізму чищення в двох крайніх положеннях, які розташовані під кришкою теплообмінника;

Фіг. 5 розріз Г-Г - розташування димогарних труб в теплообміннику та механізму чищення;

Фіг. 6 виносний елемент Д - нижній кінець димогарних труб виконаний у вигляді розтруба, положення турбулізатора (спіралі) в його нижньому положенні з підтиснутим останнім витком;

Зо Фіг. 7 виносний елемент Ж - кінець останнього витка турбулізатора (спіралі) відігнутий убік його центру;

Фіг. 8 виносний елемент Е - кріплення турбулізатора (спіралі) на рамці;

Фіг. 9 кінематична схема в одному з крайніх положень механізму чищення, умовно з одним рядом турбулізаторів (спіралей).

Сталевий котел водогрійний твердопаливний складається з рами 1 (фіг. 1), встановленої на ній паливневої камери (камери згоряння) 2, елементи корпусу якої виконані з подвійними стінками і об'єднані в єдину порожнину, яка служить як водяна сорочка, утворюючі топку З (фіг. 3) і канал 4 для гравітаційної подачі палива. На задній стінці паливневої камери (камери згоряння) 2 герметично встановлена зольні і одночасно розпалювальні дверці 5 (фіг. 1 і 3), і шарнірно встановлена автоматична заслінка б - для подачі первинного повітря в топку 3.

Автоматична заслінка 6 відкривається під дією повітря, яке примусово всмоктується в паливну камеру (камеру згоряння) 2 димососом (на фігурах не показаний) і автоматично закривається при його виключенні. За зольною дверцею 5 усередині паливневої камери (камери згоряння) 2 встановлено зольний ящик 7 (фіг. 3). На бічній стінці паливневої камери 2 герметично встановлені дверці 8 (фіг. 1) - для чищення внутрішніх поверхонь котла від зольних відкладень.

На передній стінці паливневої камери 2 є ряд, встановлених під різними кутами, патрубків 9 (фіг.2 і 3) - для подачі вторинного повітря в топку 3, а також виведений з порожнини водяної сорочки патрубок 10 (фіг. 2 ії 3) для приєднання до котла зворотного трубопроводу системи опалення (на фігурах не показаний). На передній стінці паливневої камери 2, виконаний прямокутний проріз в топку 3, де встановлена планка 11 (фіг. 1 і 3) штовхача золи 12, і в якому вона здійснює зворотно-поступальний рух в топку З від привода 13 (фіг. 3) штовхача золи 12, встановленого на рамі 1, яка, в свою чергу, оснащена колісними опорами 14 (фіг. 1) - для переміщення котла і гвинтовими опорами 15 - для встановлення котла на місці експлуатації. В зоні виходу каналу 4 на топкову камеру 2 встановлений і герметично з'єднаний з каналом 4 паливний бункер 16 (фіг. 1 і 3), що має герметично встановлену відкидну кришку 17 (фіг. 1) для завантаження палива і шибер 18 (фіг. 3) - для перекриття подачі палива в паливну камеру 2.

Теплообмінник 19 (фіг. 1 і 2) герметично приєднаний до паливневої камери 2 в зоні виходу з неї димових газів. Теплообмінник 19 являє собою прямокутну ємність з водою, з'єднану з порожниною водяної сорочки паливневої камери 2 патрубками О-подібної форми 20 (фіг. 3) із 60 встановленими всередині вертикально по двох осях системи координат димогарними трубами

21 (фіг. 3, 4, 5, 6 та 8) з певним кроком, при цьому кожна труба в своїй нижній частині виконана у вигляді розтруба 22 (фіг. 6) з внутрішнім радіусом, а вихід з теплообмінника 19 виконаний у вигляді колектора 23 (фіг. 1 ї 3), з витяжним патрубком 24, в якому встановлена регульована вручну поворотна заслінка 25 (фіг. 3), зверху теплообмінник 19 герметично закритий знімною кришкою 26 (фіг. 1 ї 3). Теплообмінник 19 оснащений механізмом чищення 27 (фіг. 2), що складається з встановлених під кришкою 26 двох рамок 28 і 29 (фіг. 4, 5 і 9) з висячими на них у рівній кількості турбулізаторами (спіралями) 30 (фіг. 4 і 9) відповідно до кроку розташування по двох осях системи координат труб 21 теплообмінника 19, кожний турбулізатор (спіраль) 30 вставлений у відповідну димогарну трубу 21 з можливістю зворотно-поступального руху вздовж осі всередині труби, який забезпечують рамки 28 і 29, шарнірно з'єднані з сергами 31 (фіг. 4 і 9), і які, в свою чергу, шарнірно з'єднані з двома парами хитних важелів 32 і 33, причому кожна рамка 28 і 29 з'єднана через серги 31 з двома парами хитних важелів 32 і 33 (фіг. 4, 5 і 9), але з односторонніми їх кінцями, що забезпечує синхронне опускання однієї рамки і підйом другої рамки, і навпаки. Рамки 28 і 29 врівноважують одна одну, що істотно знижує необхідну потужність використовуваного електроприводу, при цьому хитні важелі 32 і 33 попарно з'єднані з осями відповідно 34 і 35 (фіг. 4, 5 і 9), встановленими в опорах з підшипниками 36 (фіг. 5 та 9), а осі 34 і 35 з'єднані з шарнірно-важільним механізмом 39 (фіг. 1, 5 і 9) з можливістю здійснення зворотно-обертального руху, шарнірно-важільний механізм 39 закріплений на осях 34 і 35і приєднаний через кривошипно-шатунного механізму 38 (фіг. 5 та 9) до електроприводу 37 (фіг. 1,2, 5 ї 9). Турбулізатори (спіралі) 30 на своїх верхніх відігнутих уздовж осі кінцях, мають, наприклад, різьблення на кінці і упор 40 (фіг. 8), закріплені за допомогою різьбового з'єднання 41, на рамках 28 і 29 із зазорами, що забезпечують можливість повороту навколо своєї осі, при цьому останні нижні витки турбулізаторів (спіралей) 30 (фіг. 6) підтиснуті без зазору до своїх сусідніх витків, кінці 42 (фіг. 7) кожного турбулізатора (спіралі) відігнуті убік центра й розташовані у своєму нижньому положенні на рівні кінця розтруба 22 (фіг. 6) димогарних труб 21. Як один з варіантів виконання корисної моделі, турбулізатори (спіралі) 30 мають довжину, яка в сумі з довжиною їх ходу дорівнює довжині димогарних труб 21, а нижні кінці димогарних труб 21 виконані у вигляді розтрубів і мають внутрішній радіус, причому при знаходженні турбулізаторів (спіралей) 30 в своєму нижньому положенні, їх нижні кінці збігаються з нижніми

Зо кінцями димогарних труб 21. Найкращі результати, що визначені експериментальним шляхом, дає варіант виконання корисної моделі котла, який передбачає встановлення турбулізаторів (спіралей) 30 усередині димогарних труб 21 теплообмінника 19 з необхідною для здійснення зворотно-поступального руху і, достатньою для здійснення їх очищення від зольних відкладень різницею між внутрішнім діаметром труби і зовнішнім діаметром турбулізатора (спіралі) 0,3-0,6 мм, при цьому довжина ходу турбулізаторів (спіралей) 30, що приводяться в рух електроприводом 37 механізму чищення, більше кроку навивки спіралей. Найбільш ефективний теплообмін, за результатами визначеними експериментальним шляхом, дає варіант виконання турбулізаторів (спіралей) 30 встановлених усередині димогарних труб 21 теплообмінника 19, при якому крок навивки спіралей не більше ніж 0,6 діаметра спіралі. З верхньої частини водяної порожнини теплообмінника 19 виведений патрубок 43 (фіг. 1, 2 і 3) для приєднання до котла подавального трубопроводу системи опалення (на фігурах не показаний). Зовнішні поверхні паливневої камери 2, які нагріваються, та теплообмінника 19 мають теплову ізоляцію (на фігурах не показана), а на зольній дверці 5, дверці 8 паливневої камери 2 ії знімній кришці 26 теплообмінника 19 теплова ізоляція встановлена з їх внутрішніх сторін (на фігурах не показана).

Управління котлом здійснюється з пульта управління 44 (фіг. 2).

Запропонований котел водогрійній твердопаливний працює наступним чином. Котел підключають до системи опалення за допомогою патрубків 10 і 43. Через витяжний патрубок 24 котел підключають до димососу (не входить у склад котла), а димосос до димаря котельної.

Водяну сорочку паливневої камери 2, що виконана з подвійними стінками утворюючими єдину порожнину та теплообмінник 19 і систему опалення заповнюють водою. Перед розпалом котла включають водяний циркуляційний насос, що входить в систему опалення, включають димосос.

У паливному бункері 16 закривається шибер 18, відкривається відкидна кришка 17, та засипається порція кам'яного вугілля, вживаного як розпалювальне паливо для антрациту (у випадку роботи котла на антрациті), засипається антрацит, закривається відкидна кришка 17.

Якщо як паливо використовується кам'яне вугілля, для розпалювання використовується теж кам'яне вугілля. Через зольні, вони ж розпалювальні, дверці 5 на дно топки З закладаються дрова, проводиться їх розпал, зольні дверці 5 закриваються, відкривається на 1/3 ходу шибер 18 і розпалювальне кам'яне вугілля самопливом зсипається на палаючі дрова в топку 3. Після загоряння розпалювального палива, шибер 18 відкривається повністю і в топку З надходить бо антрацит (або кам'яне вугілля), де він/воно загоряється від палаючого кам'яного вугілля. Паливо

(антрацит та/або кам'яне вугілля) надходить по каналу 4 самопливом в топку 3, в якій з нього формується гірка палива у формі призми по ширині топки 3, яка після заповнення паливом каналу 4, самозамикає його подальше надходження з паливного бункера 16. Для горіння палива в паливну камеру 2 димососом засмоктується так зване первинне повітря через автоматичну заслінку 6. Відкриття автоматичної заслінки б відбувається під дією повітря, примусово всмоктуваного в паливну камеру 2 димососом. При згорянні палива виділяються летючі гази, які допалюються в топці З за допомогою вторинного повітря, що надходить через патрубки 9.

Продукти згоряння - димові гази відсмоктуються димососом з паливневої камери 2, при цьому вони проходять через димові труби 21 теплообмінника 19, колектор 23, витяжний патрубок 24 і далі через димоходи димососом викидаються в димову трубу котельні.

Після того як горіння палива стало стійким, температура води в зворотному (вхід води у котел) трубопроводі досягла мінімальної проектної температури, регулюється приплив первинного повітря через автоматичну заслінку б, за допомогою зміни частоти обертання димососа і за допомогою поворотної заслінки 25 в витяжному патрубку 24 колектора 23. В залежності від потреби тепла та інтенсивності горіння палива, необхідно поповнювати паливом топку З і прибирати з неї золу та жужіль. Ці функції виконуються штовхачем золи 12, а саме: при прямому ході планки 11, яка діє від штовхача золи 12 уздовж дна топки З з нижнього шару палаючого палива видаляється зола і шлак і скидається в зольний ящик 7, при зворотному ході планки 11 в початкове положення, палаюче в топці З паливо опускається на дно, а з паливного бункера 16 самопливом подається нова порція палива. При спалюванні вугілля в паливневій камері 2, вода, що знаходиться в її водяній сорочці нагрівається до певної температури і далі, проходячи за допомогою патрубків О-подібної форми 20 через теплообмінник 19, отримує додаткове тепло від димових газів, які виходять через нього, вода при цьому нагрівається до заданої температури. Нагріта в котлі вода подається через патрубок 43 циркуляційним насосом по системі опалення, де віддає частину свого тепла і повертається в котел для нагрівання через патрубок 10.

Механізм чищення 27 працює таким чином (фіг. 9). За встановленою програмою автоматично включається електропривод 37, який через кривошипно-шатунний механізм 38 і шарнірно-важільний механізм 39 передає одночасно перетворений в зворотно-обертальний рух осям 34 і 35, встановленим в опорах з підшипниками 36. Закріплені попарно хитні важелі 32 і 33, відповідно на осях 34 і 35, створюють синхронні хитальні рухи. Хитальні рухи хитних важелів 32 і 33 перетворюються в зворотно-поступальні рухи рамок 28 і 29 за допомогою шарнірно приєднаних до тих і інших серг 31 і при цьому забезпечується синхронне опускання однієї рамки і підйом другої рамки і навпаки. Закріплені на рамках 28 і 29 і поміщені в димогарні труби 21 турбулізатори (спіралі) 30 також вчиняють у них зворотно-поступальні рухи і виконують очищення внутрішніх поверхонь труб від осілої золи.

Під час роботи котла механізм чищення 27 димогарних труб 21 теплообмінника 19 працює в дискретному режимі. При вимкненому механізмі чищення 27 турбулізатори (спіралі) 30 знаходяться в стані спокою і покращують теплообмін між вихідними газами і димогарними трубами 21, при включеному механізмі чищення, турбулізатори (спіралі) 30 здійснюють зворотно-поступальний рух всередині димогарних труб 21 і здійснюють очищення їхніх внутрішніх поверхонь від осілої золи (сажі). Дискретний режим роботи передбачає час заданої безперервної роботи і час вистою механізму чищення 27. Так як турбулізатори (спіралі) 30 здійснюють зворотно-поступальний рух, то один цикл відповідає їх одному подвійному ходу або одному обороту кривошипа кривошипно-шатунного механізму 38. Кількість циклів або час безперервної роботи і час вистою механізму чищення 27 задається на пульті управління 44.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Котел водогрійний твердопаливний для спалювання переважно антрациту або кам'яного вугілля, що містить паливну (топкову) камеру, в якій утворені топка та канал гравітаційної подачі палива, паливний бункер, теплообмінник встановлений в місці виходу димових газів, що являє собою ємність з водою із встановленими всередині вертикально по двох осях системи координат димогарними трубами, в димогарних трубах встановлені турбулізатори, що являють собою дротяні спіралі для здійснення зворотно-поступального руху вздовж осі, а вихід з теплообмінника виконаний у вигляді газозбірного колектора з вихідним патрубком, який відрізняється тим, що турбулізатори (спіралі) підвішені по двох осях координат, відповідно до координат і кроку розташування димогарних труб теплообмінника, в рівній кількості до двох чи іншої парної кількості рамок, рамки шарнірно з'єднані через серги з двома парами хитних бо важелів, причому кожна рамка з'єднана з однією і другою парою хитних важелів, але з