Котел холмова

Реферат: Котел містить паливну шахту з вертикальним дзеркалом горіння. До складу котла додатково введено газове вікно, пристрій подачі вторинного повітря, газову шахту і теплообмінник, причому паливна шахта виконана у вигляді ємкості для завантаження і подачі палива в зону горіння під дією сили тяжіння або іншого способу і має прямокутний, квадратний, круглий або іншої форми переріз, причому паливна шахта має газощільний завантажувальний люк для палива, прикріплений на шарнірах будь-якого типу або зверху шахти, або під нахилом до шахти, або на передній або бічній стінці шахти, люк має замочний пристрій будь-якого типу, а внизу шахти розташовані водоохолоджувані або неохолоджувані колосникові решітки будьякого типу, які розділяють шахту на дві частини, а над колосниковими решітками знаходиться власне шахта, причому під колосниковими решітками знаходиться зольник, виконаний з можливістю збору попелу, золи, шлаку, інших незгорілих залишків палива, а також для розподілу повітря для горіння. UA 115465 U (54) КОТЕЛ ХОЛМОВА UA 115465 U UA 115465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технічних пристроїв для спалювання всіх видів твердого палива і може бути використана для отримання теплової енергії у вигляді мережевої води для потреб опалювання, гарячої води для потреб гарячого водопостачання, а також технологічної пари. Можливо також отримання мережевої води для потреб опалювання і гарячої води для потреб гарячого водопостачання одночасно. Відома безліч котлів для отримання теплової енергії. Наприклад класичного типу [https://www.bavun.com/tverdotoplivnye-stalnye-kotlv-ukrtermo-serii-100-d-brovary-ukrainaa465031.html] або шахтного типу [http://fbs.in.ua/product_613.html]. Проте всі вони не забезпечують якісного згорання твердих палив, особливо палив з підвищеною вологістю і з цієї причини не можуть мати високий коефіцієнт корисної дії. Так, в котлах класичного типу відсутня подача вторинного повітря на допалювання (доокислення) продуктів згорання, що викликає хімічний недопалив палива, наслідком якого є низький коефіцієнт корисної дії котла. Крім цього в класичних котлах горіння відбувається нерівномірно. Спочатку інтенсивно горять летючі речовини, що отримуються за рахунок відразу всього закладеного в котел палива, що піддається частковому піролізу, потім горить власне вуглець, що входить до складу палива. Це в результаті викликає нерівномірне виділення тепла підчас циклу горіння одного завантаження палива. Внаслідок цього відбувається додатковий хімічний недопалив і механічний недопалив палива, що додатково знижує коефіцієнт корисної дії котла. Крім цього, унаслідок нерівномірності горіння важко управляти потужністю горіння котла. Поверхні теплообміну котла забруднюються продуктами хімічного і механічного недопалювання - сажею, вуглецем і смолами, що також призводить до зниження теплової ефективності котла і зниження коефіцієнта корисної дії. Крім цього, у зв'язку з відсутністю спеціальних конструктивних рішень для підсушки палива всередині котла, котли класичного типу не в змозі ефективно спалювати вологі сорти палива. Наприклад, свіжозрубані дрова або свіжоотримані відходи сільськогосподарського виробництва. У котлах шахтного типу, що є досконалішим типом котлів в порівнянні з класичними котлами, навіть за наявності системи подачі вторинного повітря, що забезпечує повніше згорання палива, у зв'язку з відсутністю конструктивних рішень для підсушки палива усередині котла спалювання вологих палив також малоефективно, як і в котлах класичного типу. У таких котлах вологі палива горять нестійко, мають знижену температуру факела, що робить неможливим допалювання (доокислення) продуктів згорання киснем вторинного повітря, що приводить до хімічного недожину, і як наслідок, до істотного зниження коефіцієнта корисної дії котла. Крім цього поверхні теплообміну котла забруднюються утворюваними при цьому сажею, вуглецем і смолами, що призводить до зниження теплової ефективності котла і додаткового зниження коефіцієнта корисної дії. До цих пір не існує котла, що дозволяє ефективно спалювати вологі сорти палив (паливо з природною вологістю) з високим коефіцієнтом корисної дії. Якоюсь мірою дану задачу вирішує Топка Кірша [http://fbs.in.ua/product_634.html], яка є найбільш близьким аналогом до корисної моделі, винайдена професором К.В. Кіршем ще в 1918 році, яка містить паливну шахту з вертикальним дзеркалом горіння. Топка Кірша являє собою цегляну конструкцію, що має форму вертикального колодязя з кришкою вгорі. Як паливо у в паливну шахту завантажуються дрова. У нижній частині шахти знаходиться колосник, що розділяє шахту на власне паливну шахту і зольник. На бічній стінці шахти на деякому піднесенні над площиною колосника, іменованим порогом, знаходиться одне або декілька газових вікон, службовців для виходу з шахти продуктів згорання. Повітря для горіння в шахту подається через дверці зольника. Основне повітря (первинне повітря) рівномірно розподіляється за всією площею колосника і здійснює горіння палива з утворенням газового факела. Додаткове повітря (вторинне повітря), не беручи участь в горінні на колоснику, проривається окремим потоком через прорізи колосникових решіток. Далі вторинне повітря змішується з газовим факелом, проводячи його допалювання (доокислення), тим самим забезпечує повне згорання палива. Висота порогу визначає товщину шару вугілля, що знаходиться на колоснику, який забезпечує подачу в шахту певної кількості теплової енергії на просушування палива у міру опускання його вниз в зону горіння і забезпечує горіння твердих палив високої вологості. Недоліком цього є те, що вторинне повітря подається в зону допалювання (доокислення) факела горіння неорганізовано, за рахунок прориву вторинного повітря через прорізи колосника топки в районі газового вікна. Відносний високий аеродинамічний опір колосника і шару палива на колоснику при зниженні тяги в топці може привести до істотного зниження кількості вторинного повітря, що подається на горіння. І, унаслідок цього, в топці може початися горіння з хімічним непалюванням палива, що приведе до зниження коефіцієнта корисної дії. 1 UA 115465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Крім цього такий спосіб організації подачі вторинного повітря при зміні роду палива наприклад при переході з дров на тріску або, наприклад, вугілля не може забезпечити організацію необхідного коефіцієнта надлишку повітря на горіння і всякий раз вимагає спеціального підстроювання співвідношення первинного і вторинного повітря для забезпечення розрахункового коефіцієнта надлишку повітря, що істотно ускладнює експлуатацію топки і вимагає високої кваліфікації обслуговуючого персоналу. Крім цього такий спосіб подачі вторинного повітря створює незручності при управлінні горінням топки, оскільки вимагає від обслуговуючого персоналу періодичного підстроювання кількості первинного і вторинного повітря і невідступної присутності з метою нагляду під час горіння палива. В основу корисної моделі поставлена задача організованої подачі вторинного повітря в зону допалювання (доокислення) факела горіння. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що подача вторинного повітря організовується через спеціальні щілини-канали окремими потоками (гострим дуттям), минувши основний колосник через спеціальний додатковий колосник, розташований поза зоною горіння палива або безпосередньо в переріз газового вікна або в переріз відразу ж за газовим вікном. При такому вирішенні ні товщина шару палива, ні рід палива, ні його вологість, ні щільність палива не викликають негативного впливу на аеродинамічний опір тракту подачі вторинного повітря, що гарантує якісний дожиг (доокислення) продуктів згорання топкі за допомогою вторинного повітря. Крім цього вторинне повітря у разі потреби може подаватися синхронно з основним вторинним повітрям як зверху, так з боків газового вікна, так і за допомогою спеціальних додаткових пристроїв, наприклад, перфорованих труб. Це дозволяє проводити точніше дозування подачі вторинного повітря і якісніше перемішування продуктів згорання з вторинним повітрям, що дозволяє досягати у результаті абсолютно повного згорання палива. При переміщенні зони допалювання безпосередньо в область газового вікна або відразу за нього за допомогою ряду газових щілин, які можуть знаходиться в порозі, над верхньою утворюючою газового вікна або (і) з боків газового вікна, а також за допомогою додаткових пристроїв подачі вторинного повітря, відбувається якісніше сумішоутворювання допалюваних газів з вторинним повітрям, яке неможливе при хаотичному, неорганізованому прориві вторинного повітря через колосники топкі Кірша. При неорганізованій подачі вторинного повітря частину газів можуть "проскочити" і не змішатися з вторинним повітрям. Тобто, недогорати і тим самим понизити коефіцієнт корисної дії. Крім цього при організованій подачі вторинного повітря по моїй схемі у факелі відбувається додаткова турбулізація що гарантовано забезпечує неможливість прориву незгорілих газів. На кресленні показаний загальний вигляд Котла Холмова. Котел Холмова по теплотехнічній класифікації належить до шахтних котлів з вертикальним дзеркалом горіння і є адаптованою топкою Кірша з радіаційними і конвективними поверхнями нагріву. Котел Холмова є сталевою зварною або чавунною збірною, або литою конструкцією, що складається з паливної шахти 6, газового вікна 4, пристроїв подачі вторинного повітря 12, 13, 16, газової шахти 11 і теплообмінника 10. Паливна шахта є ємкістю для завантаження і подачі палива в зону горіння під дією сили тяжіння або іншого способу і має прямокутний, квадратний, круглий або іншої форми переріз. Паливна шахта має газощільний завантажувальний люк для палива 7, прикріплений на шарнірах будь-якого типу або зверху шахти, або під нахилом до шахти, або на передній, або бічній стінці шахти. Люк має замочний пристрій будь-якого типу. Внизу шахти розташовані водоохолоджувані або неохолоджувані колосникові решітки будьякого типу 3. Колосникові решітки розділяють шахту на дві частини. Над колосниковими решітками знаходиться власне шахта 6. Під колосниковими решітками знаходиться зольник 15. Зольник служить для збору попелу, золи, шлаку, інших незгорілих залишків палива, а також для розподілу повітря для горіння. З фронту або збоку котла є газощільний люк 1, на шарнірах будь-якого типу, що має замочний пристрій будь-якого типу і отвір для подачі повітря на горіння 2. Люк служить для евакуації із зольника попелу, золи, шлаку і інших незгорілих залишків палива, а також для організації подачі повітря для горіння в підколосниковий простір. Котел розділяється водоохолоджуваною або неохолоджуваною перегородкою на дві частини - власне шахову 6 і конвективну частину 11. Для проходження продуктів згорання із зони горіння на колосниках паливної шахти в конвективну частину в перегородці знаходиться 2 UA 115465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газове вікно 4. Газове вікно може мати прямокутну або іншу форму в перерізі і мати ширину або в повну ширину шахти, або менше ширини шахти. Нижній зріз газового вікна шляхом установки додаткового колосника 14 конструктивно виконується вище верхнього рівня колосникових решіток, утворюючи поріжок для формування шару вугілля для внутрішньокотельної підсушки палива. Додатковий колосник може також встановлюватися на одному рівні з площиною колосникових решіток без утворення поріжка. Додатковий колосник може бути виконаний з колосниковими решітками як у вигляді роздільних частин, так і у вигляді єдиного нероздільного блока. На рівні нижнього зрізу газового вікна встановлюється додатковий колосник, що конструктивно розділяє газову шахту на дві частини. Власне газову шахту 11 вгорі і підколосникову частину, що вільно з'єднується із зольником 15, утворюючи з ним єдину порожнину. Додатковий колосник має щілини 16 для подачі вторинного повітря в зону горіння. Щілини розташовані рядно або в іншому геометричному порядку в зоні газового вікна або за газовим вікном. Щілини можуть конструктивно виконуватися у вигляді ряду круглих або отворів іншого перерізу, розташованих в один або декілька рядів. Щілини можуть конструктивно виконуватися у вигляді декількох або одній газовій щілині. У районі верхнього зрізу газового вікна і бічних твірних газового вікна можуть встановлюватися додаткові пристрої для подачі вторинного повітря 13 будь-якого типу, зокрема наприклад у вигляді труби з перфораціями 12. У газовій шахті 11 встановлюється теплообмінник 10 будь-якого типу для відведення конвективного тепла, виконаний наприклад у вигляді пластинчастого теплообмінника, теплообмінника з поперечних труб, жаротрубного або газотрубного теплообмінника. Верхня частина шахти має газощільний люк 8, що кріпиться будь-яким відомим способом. Люк призначений для ревізії шахти і очищення поверхонь нагріву від можливих відкладень. У верхній частині шахти на задній поверхні або на бічній поверхні котла є газозбірний патрубок 9 круглого або іншого перерізу для евакуації димових газів. Горіння в котлі може здійснюватися або за допомогою природної тяги димаря, або за допомогою димососа, або за допомогою дуттєвого вентилятора, або за допомогою ежектора. Або будь-якою можливою комбінацією цих способів. Отримання теплової енергії в котлі Холмова здійснюється таким чином. 1. У шахту 6 через верхній люк 7 завантажується паливо. Люк газоплотно закривається. 2. Включається джерело тяги в котлі (відкривається шибер при природно тязі, включається або димосос, або дуттєвий вентилятор, або ежектор. Або тяга організовується комбінацією цих способів.) 3. На колосникових решітках 3 ініціюється горіння палива будь-яким відомим способом. 4. Повітря, проходячи в котел через повітрозабірне вікно (піддувало) 2 на люку зольника 1, одночасно подається під колосникову решетку 3 і додатковий колосник 14, де розділяється на два взаємозв'язаних кількісно потоки. Первинне повітря, що подається крізь прорізи колосникових решіток 3 в зону горіння, і вторинне повітря, що подається в котел через газову щілину 16 і додаткові пристрої подачі вторинного повітря 12, 13, 14. 5. За рахунок формування на колосникових решітках шару розжареного вугілля, що визначається висотою поріжка, в шахті відбувається додаткове просушування палива і додатковий піроліз підсушеного палива з утворенням додаткових продуктів згорання. 6. Продукти згорання із зони основного колосника і продукти піролізного згорання з шахти через газове вікно надходять в конвективну шахту. 7. Вторинне повітря проходить під додатковим колосником і через його газові щілини змішується з продуктами горіння, що надходять з газового вікна. 8. Вторинне повітря за наявності додаткових пристроїв для подачі вторинного повітря також подається зверху і з бокам газового вікна і також змішується з продуктами горіння, що надходять з газового вікна. 9. У зоні зміщення відбувається інтенсивне горіння за рахунок допалювання (доокислення) продуктів горіння, що надходять з газового вікна, і утворюється факел горіння. 10. Факел горіння повертається і рухається вгору по газовій шахті, віддаючи тепло через стінки газової шахти в котел за рахунок переважного випромінювання. Віддавши тепло випромінюванням, факел частково остигає і трансформується в потік розжарених газів. 11. Розжарені гази, досягнувши теплообмінника 10, інтенсивно віддають тепло в котел переважно за рахунок конвекції. 12. Після виходу з теплообмінника гази, що остигнули, евакуювалися з котла через газозбірний патрубок 9. 3 UA 115465 U 13. Теплова енергія, передана теплоносію котла, подається споживачеві. Таким чином, в корисній моделі досягається задача організованої подачі вторинного повітря в зону допалювання (доокислення) факела горіння і абсолютно повного згорання. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Котел, що містить паливну шахту з вертикальним дзеркалом горіння, який відрізняється тим, що до складу котла додатково введено газове вікно, пристрій подачі вторинного повітря, газову шахту і теплообмінник, причому паливна шахта виконана у вигляді ємкості для завантаження і подачі палива в зону горіння під дією сили тяжіння або іншого способу і має прямокутний, квадратний, круглий або іншої форми переріз, причому паливна шахта має газощільний завантажувальний люк для палива, прикріплений на шарнірах будь-якого типу або зверху шахти, або під нахилом до шахти, або на передній або бічній стінці шахти, люк має замочний пристрій будь-якого типу, а внизу шахти розташовані водоохолоджувані або неохолоджувані колосникові решітки будь-якого типу, які розділяють шахту на дві частини, а над колосниковими решітками знаходиться власне шахта, причому під колосниковими решітками знаходиться зольник, виконаний з можливістю збору попелу, золи, шлаку, інших незгорілих залишків палива, а також для розподілу повітря для горіння. 2. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що на фронтальній частині котла або збоку котла виконаний газощільний люк, що розміщений на шарнірах будь-якого типу, має замочний пристрій будь-якого типу і отвір для подачі повітря на горіння з можливістю евакуації із зольника попелу, золи, шлаку і інших незгорілих залишків палива а також організації подачі повітря для горіння в підколосниковий простір. 3. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що котел роздільний водоохолоджуваною або неохолоджуваною перегородкою на дві частини - власне шахові 6 і конвективну частину з можливістю проходження продуктів згорання із зони горіння на колосниках паливної шахти в конвективну частину, а в перегородці знаходиться газове вікно, що має прямокутну або іншу форму в перерізі і мати ширину або в повну ширину шахти, або менше ширини шахти. 4. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що нижній зріз газового вікна шляхом установки додаткового колосника виконаний вище верхнього рівня колосникових решіток, утворюючи поріжок або на одному рівні з площиною колосникових решіток без утворення поріжка, а додатковий колосник може бути виконаний з колосниковими решітками як у вигляді роздільних частин, так і у вигляді єдиного нероздільного блока, причому колосникові грати з можливістю освіти на ній шару розжареного вугілля, визначеного висотою поріжка, і додаткового просушування палива, а також додаткового піролізу підсушеного палива з утворенням додаткових продуктів згорання. 5. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що на рівні нижнього зрізу газового вікна встановлений додатковий колосник, що розділяє газову шахту на дві частини, а саме власне газову шахту вгорі і підколосникову частину, що вільно з'єднана із зольником і створюючу з ним єдину порожнину. 6. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що додатковий колосник має щілини для подачі вторинного повітря в зону горіння, розташовані рядно або в іншому геометричному порядку в зоні газового вікна або за газовим вікном, виконані у вигляді ряду круглих або іншого перерізу отворів, розташованих в один або декілька рядів, або у вигляді декількох або одній газовій щілині, а в районі верхнього зрізу газового вікна і бічних твірних газового вікна можуть встановлюватися додаткові пристрої для подачі вторинного повітря будь-якого типу, наприклад у вигляді труби з перфораціями. 7. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що в газовій шахті встановлений теплообмінник будьякого типу для відведення конвективного тепла у вигляді пластинчастого теплообмінника, теплообмінника з поперечних труб, жаротрубного або газотрубного теплообмінника, а верхня частина шахти має газощільний люк, що кріпиться будь-яким відомим способом, з можливістю ревізії шахти і очищення поверхонь нагріву від можливих відкладень, причому у верхній частині шахти на задній поверхні або на бічній поверхні котла є газозбірний патрубок круглого або іншого перерізу для евакуації димових газів. 4 UA 115465 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5