ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2263852
ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ, РАБОТАЮЩИЙ НА БИОТОПЛИВЕ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ СОЛОМЫ В БРИКЕТАХ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
Имя изобретателя: Сакович Г.В. (RU); Даммер В.Х. (RU); Даммер И.В. (RU); Василишин М.С. (RU); Зайцев Э.Д. (RU); Ворожцов А.Б.
Имя патентообладателя: Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук
Адрес для переписки: 659322, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1, ИПХЭТ СО РАН
Дата начала действия патента: 2004.04.16
Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в
теплоэнергетике. Котел включает систему охлаждения, топку, теплообменный блок,
выполненный двухходовым с нижним и верхним пучками труб с расположенной на его входе
камерой дожигания, оснащенной устройством для регулирования подачи воздуха. С торцов
теплообменного блока расположены передняя и задняя газовые камеры. Топка снабжена
охладителями свода, выполненными в виде двух экранов из труб, расположенных
симметрично по обе стороны теплообменного блока вдоль его продольной оси, и
снабженными средствами подключения к системе отопления. В нижней части топки
установлена с уклоном в сторону ее задней стенки, оснащенной выступами, обращенными
внутрь топки, двухскатная в направлении дна топки колосниковая решетка, под которой
расположена зольная камера с, по меньшей мере, одним накопителем золы, выполненным с
возможностью свободного перемещения за ее пределы, имеющая, по меньшей мере, один люк
для удаления золы. В передней стенке зольной камеры поддувало. Изобретение позволяет
повысить эффективность сжигания топлива при одновременном повышении
эксплуатационных удобств и снижении шлакообразования на низкотемпературных
поверхностях.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к водогрейным котлам,
работающим на возобновляемом биотопливе, преимущественно из соломы в брикетах
цилиндрической формы.
Производство тепловой энергии из возобновляемых источников является
характерной тенденцией развития мировой энергетики. В этой связи биомасса (солома
злаковых культур, отходы деревообработки и т.д.) рассматриваются в качестве широко
доступного, возобновляемого, СО2 - нейтрального топлива.
Традиционно сжигание твердого топлива с целью получения тепловой энергии
осуществляется в котлах с жаровыми или дымогарными трубами (Щеголев М.М. Топливо, топки
и котельные установки. М., Гостоптехиздат, 1953 г., с.543).
Как правило, такие котлы включают в себя стальной цилиндрический корпус, заполненный
нагреваемой водой, расположенную внутри или снаружи корпуса цилиндрическую камеру
сгорания (топку), которая соединяется газовыми панелями с пакетом окружающих камеру
сгорания параллельных дымогарных труб, коллектор отработанных газов, выходной газоход,
а также устройства для ввода топлива в камеру сгорания.
Сжигание биотоплива в таких котлах сопряжено с необходимостью обеспечения
эффективного распределения воздуха по топочному объему и его качественного
перемешивания с дымовыми газами, что не всегда осуществимо. Невыполнение этих условий
снижает общий коэффициент полезного действия котла и ведет к неоправданному расходу
топлива.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
фермерский котел периодической загрузки для сжигания крупных брикетов соломы (Гелетуха
Г.Г., Железная Т.А. Обзор технологий сжигания соломы с целью выработки тепла и
электроэнергии. "Экотехнологии и ресурсосбережение" №6, 1998 г., с.3-11).
Котел содержит горизонтальную цилиндрическую топку, закрываемую с торца дверью.
Непосредственно над топкой расположен теплообменный блок, представляющий собой кожух
с расположенным в нем пучком жаровых труб. Межтрубное пространство кожуха, стенки
котла, а также дверь связаны в единый контур, охлаждаемый водой. Котел снабжен системой
подачи воздуха в зону горения топлива, состоящую из газодувки с регулируемой заслонкой
и коллекторов. Отработанные дымовые газы выводятся из котла через газоход.
Работа котла осуществляется в следующей последовательности. В топку устанавливается
один или несколько (в зависимости от габаритов) брикетов соломы и с помощью внешнего
источника производится их розжиг. Дверь топки закрывается, и в зону горения подается
воздух с определенным расходом. Выделяющиеся в процессе горения дымовые газы
нагревают воду, циркулирующую через теплообменный блок, стенки и дверь котла. По мере
выгорания соломы производится выгрузка золы из топки и закладка следующего брикета
топлива.
Конструкцию известного котла нельзя признать технически совершенной, поскольку при
ее эксплуатации возникают затруднения в обеспечении равномерности выгорания брикета
соломы, связанные главным образом с локальным подводом воздуха в зону горения и
обусловливающие невысокую температуру в топке, длительность самого процесса горения
брикета. При этом на низкотемпературных поверхностях котла возможно появление
шлаковых отложений, что существенно снижает эффективность его работы Громоздкая
система теплообменных поверхностей котла, подверженных коррозии и отложению накипи,
снижает его функциональную надежность и требует наличия сложной системы
водоподготовки (обезгаживание и обессоливание). Кроме того, при эксплуатации котла
возникают неудобства при выгрузке золы, некомпактно накапливающейся на дне топки.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции водогрейного котла,
работающего на биотопливе, преимущественно из соломы в брикетах цилиндрической формы,
позволяющей повысить эффективность сжигания топлива за счет обеспечения равномерного
горения брикета во всем его объеме путем оптимального распределения по топочному
объему воздуха, поступающего в зону горения и эффективного дожигания летучих
компонентов при одновременном повышении эксплуатационных удобств, надежности и
снижении шлакообразования на низкотемпературных поверхностях.
Поставленная задача решается предложенным водогрейным котлом, включающим систему
охлаждения, средства подключения к системе отопления, дымогарный теплообменный блок,
топку с дверью, обмуровкой и средством дозированной подачи воздуха, особенность
заключается в том, что теплообменный блок выполнен двухходовым с нижним и верхним
пучками труб, с расположенной на его входе камерой дожигания, образованной стенами
топки, решеткой нижнего пучка труб и горизонтальной пластиной, размещенной между
пучками труб, и оснащенной устройством для регулирования подачи воздуха, с торцов
теплообменного блока расположены передняя и задняя газовые камеры, каждая из которых
снабжена теплоизолированным люком для чистки пучков труб, а последняя соединена с
выходным газоходом, при этом топка снабжена охладителями свода, выполненными в виде
двух экранов из труб, расположенных симметрично по обе стороны теплообменного блока
вдоль его продольной оси, и снабженными средствами подключения к системе отопления, в
нижней части топки установлена с уклоном в сторону ее задней стенки, оснащенной
выступами, обращенными внутрь топки, двухскатная в направлении дна топки колосниковая
решетка, под которой расположена зольная камера с, по меньшей мере, одним накопителем
золы, выполненным с возможностью свободного перемещения за ее пределы, имеющая, по
меньшей мере, один люк для удаления золы, расположенный на ее задней стенке, а в
передней стенке зольной камеры размещено средство дозированной подачи воздуха,
выполненное в виде поддувала.
При этом уклон колосниковой решетки в сторону задней стенки топки составляет 3-5°.
Кроме того, плоскости двухскатной в направлении дна топки колосниковой решетки имеют
угол наклона 10-20°.
Предпочтительно двери топки выполнять двухстворчатыми.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что
предложенный котел отличается иным конструктивным выполнением системы охлаждения,
включающей межтрубное пространство теплообменного блока и охладители свода,
позволяющие снять избыточную тепловую нагрузку в этой зоне и в итоге увеличить общий
коэффициент полезного действия котла (в прототипе - единый контур из межтрубного
пространства теплообменного блока, стенок котла и двери); наличием камеры дожигания,
позволяющей повысить тепловую эффективность котла путем оптимизации дожига летучих
компонентов кислородом воздуха, подаваемого в камеру; наличием колосниковой решетки,
делящей внутреннее пространство топки с образованием зольной камеры; наличием
накопителей золы; иным выполнением средства дозированной подачи воздуха - в виде
поддувала, создающего естественную тягу (в прототипе - воздух подается под давлением
воздуходувкой, оснащенной заслонкой); иным выполнением теплообменного блока (из двух
пучков труб), позволяющим существенно увеличить площадь тепловоспринимающих
поверхностей при незначительном увеличении габаритов и сопротивления газового тракта,
а следовательно, и повысить эффективность работы котла с оснащением его газовыми
камерами, обеспечивающими возможность чистки труб и одновременно являющимися
элементами газового тракта.
Таким образом, заявляемый котел соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявляемой конструкции с прототипом и другими техническими решениями
показало, что неизвестен котел, в котором бы имело место предложенное сочетание
признаков.
Но именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными
существенными признаками заявляемого решения позволила расширить номенклатуру
выпускаемых водогрейных котлов, работающих на биотопливе в брикетах цилиндрической
формы, создать конструкцию, обладающую повышенными эксплуатационными удобствами и
надежностью, снижающей риск возникновения аварийной ситуации из-за прогорания свода
топки и нарушение нормального режима функционирования системы охлаждения; уменьшение
площади поверхностей охлаждения, их иное конструктивное исполнение позволяет
упростить конструкцию котла при обеспечении высокой тепловой эффективности котла;
предлагаемая совокупность признаков, включающая колосниковую решетку, установленную
определенным образом и создающую сопротивление поступающему в топку воздуху и
обеспечивающую его равномерное распределение по сечению топки, зазор между брикетом
сжигаемого топлива и стенкой котла, обеспеченный наличием упоров на ней, позволяет так
перераспределить воздушные потоки, что брикет горит равномерно по всему своему объему
с более высокой температурой и оптимальным временем, что дает возможность повысить
эффективность работы котла и одновременно снизить шлакообразование на
низкотемпературных поверхностях, что непременно влечет за собой повышение надежности
всей конструкции.
Это дает основание считать предложенный котел обладающим изобретательским уровнем.
При этом наклон колосниковой решетки в направлении задней стенки котла обеспечивает
удобство загрузки брикетов цилиндрической формы в топку. При углах наклона менее 3°
загрузка брикета сопряжена с необходимостью применения значительных усилий по его
перемещению. При углах наклона более 5° в процессе загрузки возможно возникновение
значительных ударных нагрузок на заднюю стенку, что также не желательно.
Кроме того, плоскости двухскатной в направлении дна топки колосниковой решетки
должны иметь угол наклона не менее 10° для обеспечения условий обдува нижней части
брикета и предотвращения зашлаковывания решетки вследствие низкой температуры
плавления золы и не более 20° для предотвращения преждевременного прогара охладителей
свода.
Предпочтительно двери топки выполнять двухстворчатыми из соображений удобства
обслуживания котла.
Заявляемое изобретение представлено на фиг.1, на которой изображен продольный разрез
котла, и на фиг.2, где приведен разрез А-А фиг.1
Предлагаемый котел включает дымогарный теплообменный блок 1, внутри которого
размещены пучки 2 и 2' труб, а с торцов к нему примыкают передняя 3 и задняя 4 газовые
камеры, имеющие теплоизолированные люки 5 и 6, являющиеся одновременно торцовыми
стенками соответствующих камер, задняя камера 4 непосредственно соединена с выходным
газоходом 7. Теплообменный блок 1, межтрубное пространство которого в рабочем состоянии
заполнено водой, имеет патрубки 8 для подсоединения к коллекторам системы отопления.
Топка 9 котла представляет собой стальную конструкцию из проката, являющуюся опорой
для теплообменного блока 1 и охладителей свода 10, а также каркасом для обмуровки 11.
Охладители свода 10 имеют патрубки (не показаны) для подсоединения к соответствующим
коллекторам системы отопления. В передней части топки 9 расположены двухстворчатые
теплоизолированные двери 12 для загрузки топлива. В верхней части топки 9 размещена
камера дожигания газов 13 с пластиной 14, размещенной между верхним 2 и нижним 2 пучками
труб, и с устройством для регулирования подачи воздуха 15 (например, шибер). В нижней
части топки 9 установлена двухскатная колосниковая решетка 16, на которой размещают
брикет 17 биотоплива. Задняя стенка топки 9 оснащена упорами 18, выполненными в виде
выступающих частей обмуровки либо из металлических элементов, вмонтированных в
обмуровку. Непосредственно под колосниковой решеткой 16 расположена зольная камера 19 с
накопителями золы 20. В передней стенке зольной камеры 19 размещено средство
дозированной подачи воздуха, выполненное в виде поддувала 21. На задней стенке зольной
камеры 19 расположены люки 22 для удаления золы, собранной в накопителях 20. Снаружи
водогрейный котел теплоизолирован слоем минеральной ваты и закрыт металлическим
кожухом.
Водогрейный котел работает следующим образом. Водяной контур котла, образованный
дымогарным теплообменным блоком 1 и охладителями овода 10, подключают через
соответствующие патрубки к коллекторам системы отопления. Через двери 12 топки 9,
нагретой предварительно до 400-500°С, на колосниковую решетку 16 вкатывают брикет соломы 17.
Через поддувало 21 в топку 9 поступает необходимый для горения воздух, расход которого
регулируют степенью открытия поддувала 21. Воздух охлаждает колосниковую решетку 16,
двери 12 топки 9 и, нагреваясь далее от обмуровки 11, обеспечивает интенсивное горение
брикета соломы, что позволяет существенно увеличить температуру горения. Продукты
горения поступают из топки 9 в камеру дожигания 13. Поступающий в камеру 13 через
устройство 15 регулируемый поток воздуха обеспечивает дожигание летучих компонентов и
дополнительное тепловыделение. Поток горячих дымовых газов проходит через нижний
пучок 2' дымогарных труб, переднюю газовую камеру 3 и верхний пучок 2 дымогарных труб. При
этом снимается основное количество тепла, содержащегося в дымовых газах. Далее газы
последовательно проходят через заднюю газовую камеру 4 и под действием разрежения,
создаваемого дымовой трубой (не показана), поступают в выходной газоход 7. Часть тепла
от сгорания брикета соломы 17 снимается непосредственно в топке 9 котла с помощью
охладителей свода 10. Зола с колосниковой решетки 16 падает в накопители 20 (например,
выполненные в виде тележек) и удаляется из зольной камеры 19 через люки 22. Сажа и копоть
из дымогарных труб 2 и 2' удаляются через люки 5 и 6. После полного сгорания брикета соломы
двери 12 открывают и производят загрузку очередного брикета соломы.
Таким образом, предлагаемая конструкция водогрейного котла, работающего на
биотопливе, преимущественно из соломы в брикетах цилиндрической формы, практически
реализуема. Изготовлены два образца, прошедшие опытную проверку. Изобретение
позволяет решить давно существующую потребность в надежных и эффективно работающих
котлах, функционирующих на возобновляемом и доступном виде топлива, решить
поставленную задачу. Следовательно, заявляемое техническое решение обладает
промышленной применимостью.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Водогрейный котел, работающий на биотопливе, преимущественно из соломы в брикетах
цилиндрической формы, включающий систему охлаждения, средства подключения к системе
отопления, дымогарный теплообменный блок, топку с дверью, обмуровкой и средством
дозированной подачи воздуха, отличающийся тем, что теплообменный блок выполнен
двухходовым с нижним и верхним пучками труб, с расположенной на его входе камерой
дожигания, образованной стенами топки, решеткой нижнего пучка труб и горизонтальной
пластиной, размещенной между пучками труб и оснащенной устройством для регулирования
подачи воздуха, с торцов теплообменного блока расположены передняя и задняя газовые
камеры, каждая из которых снабжена теплоизолированным люком для чистки пучков труб, а
последняя соединена с выходным газоходом, при этом топка снабжена охладителями свода,
выполненными в виде двух экранов из труб, расположенных симметрично по обе стороны
теплообменного блока вдоль его продольной оси, и снабженными средствами подключения к
системе отопления, в нижней части топки установлена с уклоном в сторону ее задней
стенки, оснащенной выступами, обращенными внутрь топки, двухскатная в направлении дна
топки колосниковая решетка, под которой расположена зольная камера с, по меньшей мере,
одним накопителем золы, выполненным с возможностью свободного перемещения за ее
пределы, имеющая, по меньшей мере, один люк для удаления золы, расположенный на ее
задней стенке, а в передней стенке зольной камеры размещено средство дозированной
подачи воздуха, выполненное в виде поддувала.
2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что уклон колосниковой решетки в сторону
задней стенки топки составляет 3-5°.
3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что плоскости двускатной в направлении
дна топки колосниковой решетки имеют угол наклона 10-20°.
4. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что двери топки выполнены
двухстворчатыми.
Версия для печати
Дата публикации 26.01.2007гг
вверх
|
