CC BY
55
Чооду Остап Андреевич - кандидат технических наук, доцент, Тувинский государственный университет. E-mail: ostap1981@mail.ru
Евтюков Сергей Аркадъевич - доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
Choodu Ostap - candidate of technical Sciences, associate Professor of the Tuvan state University. ostap1981@mail.ru.
Evtyukov Sergey - Doctor of Technical Sciences, Professor, St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering.
УДК 621.182
ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ «ЦИЛИНДР В ЦИЛИНДРЕ»
Дамдын С.И.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
HOT WATER BOILER «CYLINDER IN CYLINDER"
Damdyn S.I.
Tuvan state university, Kyzyl
В статье рассматриваются вопросы, связанные с эффективным водогрейным котлом высокотемпературного горения, сущность его изобретения, устройство и принцип работы, а также результаты экспериментальных испытаний.
Ключевые слова: водогрейный котел, топочная камера, канал для угля, канал для возврата сажи и газов.
Is considered hot water boiler high-temperature combustion, the inventive device and principle of operation and results of experimental tests and research.
Key words: hot water boiler, a furnace, a conduit for coal, the channel for the return of soot and gases.
В настоящее время создание и применение технологического оборудования тепловых станций в населенных пунктах, отвечающего экологическим требованиям, является одной из актуальных задач.
В данной работе приведены результаты воплощения в реальную конструкцию заявки на выдачу патента изобретению МКИ (МПК) F23B80/00 №2013114525/ 06(021515) от 02. 04. 2013 г. «Способ разделения несгоревших газов и сажи от топочных газов при горении угля в топочной камере и направления несгоревших газов и сажи по отдельному пути от пути топочных газов, а также возвращения несгоревших газов и сажи обратно в топочную камеру для последующего сжигания, и устройство для его осуществления».
Задачей исследования является создание долговечного устройства, обеспечивающего полное сжигание угля в топочной камере без выбросов в атмосферу несгоревших газов и сажи.
Сущность изобретения заключается в том, что внутри топочной камеры, между стенками нижнего перекрытия над колосниковой решеткой установлен вертикальный канал для угля, над которой образовано пространство для накопления несгоревших газов и сажи.
Пространство для накопления несгоревших газов и сажи соединено с поддувалом, посредством канала для возврата несгоревших газов и сажи.
Вертикальный канал для угля сделан из двойных стен, образующих рубашку охлаждения, и подключен к контуру для охлаждения, а внутри вертикального канала для угля установлена труба для выхода несгоревших газов и сажи.
Технический результат от использования изобретения заключается в том,
что:
1. Вертикальный канал для угля, сделанный из двойных стен с контуром водяного охлаждения, долговечен.
2. Вертикальный канал для угля формирует в топочной камере вертикальные слои горения по всему периметру.
3. Под трубой для выхода несгоревших газов и сажи, во внутренней части над слоем горения угля в топочной камере, образовывается пространство для несгоревших газов и сажи.
4. В топочной камере происходит разделение несгоревших газов и сажи от топочных газов, а также несгоревшие газы и сажа перемещаются в пространство для несгоревших газов и сажи, и возникает отдельный путь для несгоревших газов и сажи, от топочных газов.
5. Несгоревшие газы и сажа перемещаются вверх, по отдельному пути от топочных газов, в пространство для несгоревших газов и сажи, в топочную камеру для накопления несгоревших газов и сажи.
6. Несгоревшие газы и сажа из пространства для накопления несгоревших газов и сажи перемещаются вниз, по каналам для возврата несгоревших газов и сажи, и возвращаются обратно в топочную камеру, через поддувало и колосниковую решетку, для последующего сжигания.
7. В топочной камере происходит полное сгорание угля.
8. Происходит утилизация несгоревших газов и сажи в топочной камере, и образуется дополнительное тепло, повышается теплопроизводительность, а также уменьшается расход угля.
9. Повышается теплопередача и температура в водогрейном котле.
10. Повышается комфортабельность условий проживания в домах частного
сектора.
На рисунке показан водогрейный котел, который состоит из корпуса со стальными двойными стенками (1), образующими водяную рубашку по периметру.
На корпусе в нижней части установлена дверь поддувала (2), для регулирования поступления воздуха в топочную камеру (3), через поддувало (4) из окружающей среды, и для удаления золы из поддувала. Выше двери поддувала установлена дверь топочной камеры (5) для доступа в топочную камеру, для шуровки и удаления шлаков или камней. В топочной камере, где происходит процесс горения
угля, расположена колосниковая решетка (6) и нижняя часть вертикального канала для угля (7). Колосниковая решетка разделяет поддувало от топочной камеры, и через колосниковую решетку поступает воздух и несгоревшие газы и сажа из поддувала в топочную камеру, а также из топочной камеры в поддувало поступает зола.
Верхняя часть водогрейного котла закрыта перекрытием (8), имеющим люк (9) для загрузки угля в вертикальный канал для угля.
Вертикальный канал для угля состоит из двойных стен, образующих рубашку охлаждения (10), подключен к корпусу водогрейного котла посредством нижнего (11) и верхнего (12) патрубков, образовывая контур для охлаждения.
<- - не сгоревшие газы и сажа ^........ _ уголь
^-------- топочные газы .— - -воздух
188888881 - спой горения и спой термического распада к\\\\\\Ч -уголь
Вертикальный канал для угля, предназначен для перемещения угля вертикально вниз в топочную камеру, и для формирования вертикальных слоев горения. Труба для выхода несгоревших газов и сажи (13), предназначена для формирования пространства для несгоревших газов и сажи (14), а также для перемещения несгоревших газов и сажи вертикально вверх.
Между вертикальным каналом для угля и корпусом водогрейного котла образованы каналы для топочных газов (15).
Между перекрытием и верхней частью вертикального канала для угля есть пространство для накопления несгоревших газов и сажи (16), которое закрыто от топочных газов перегородкой (17).
В стенке корпуса водогрейного котла установлены каналы для возврата несгоревших газов и сажи (18), соединяющие пространство для накопления
несгоревших газов и сажи с поддувалом, и замыкающие пути возврата несгоревших газов и сажи обратно в топочную камеру.
Для создания установочной поверхности и опоры для теплообменника или для вытяжной трубы установлен поперечник (19).
Для герметичного перехода топочных газов из водогрейного котла в теплообменник или в вытяжную трубу, в задней верхней части водогрейного котла установлен переходник (20) для топочных газов.
Устройство работает следующим образом: чтобы растопить водогрейный котел, через дверь топочной камеры на колосниковую решетку кладут мелкие дрова или другую растопку, на которую ложатся крупные угли и зажигают. Когда растопка загорается, дверь топочной камеры закрывают, а дверь поддувало приоткрывают. Когда угли в топочной камере разгорятся, дверь поддувала закрывают, открывают люк, и сверху загружают уголь в вертикальный канал для угля, и уголь попадает в топочную камеру. Уголь загружают до заполнения углем вертикального канала для угля, и закрывают люк, а дверь поддувало приоткрывают.
При горении угля в топочной камере выделяются топочные газы и несгоревшие газы и сажа, проходя по каналам для топочных газов, выходят через переходник в вытяжную трубу. В начале из вытяжной трубы выходит густой черный дым.
По истечении некоторого времени горение угля в топочной камере происходит с наружной стороны. В приграничных слоях происходит выделение несгоревших газов и сажи. Уголь внутри вертикального канала не горит и в нем не происходит термический распад угля. На выходе из вертикального канала для угля уголь начинает гореть и по периметру образуются вертикальные наружные слои горения.
В топочной камере сгоревшие угли превращаются в золу, падают через колосниковую решетку в поддувало. Вместо сгоревших углей под вертикальным каналом для угля, сверху под собственной тяжестью поступают угли, продавливая золу под колосниковую решетку. При перемещении угля вниз из вертикального канала для угля в топочную камеру уголь начинает гореть, и образует по периметру вертикальный слой горения с наружной стороны, а с внутренней стороны вязкая пластическая масса, и в топочной камере образуется цилиндр из горящих углей, и не рассыпается. В горящих наружных слоях, выделение несгоревших газов и сажи прекращается. Наружные вертикальные слои превращаются в слой горения полукокса и кокса, т.е. бездымного топлива. Это пластическая вязкая масса, в которой происходит термический распад угля на жидкие и газообразные продукты, т.е., происходит выделение несгоревших газов и сажи. Внутренняя часть угля в топочной камере не горит и в нем не происходит термический распад угля.
Наружный слой горения полукокса и кокса и граничащие слои вязкой и пластической массы разделяют несгоревшие газы и сажу от топочных газов. Несгоревшие газы и сажа направляются вверх (по пути несгоревших газов и сажи), вовнутрь вертикального канала для угля заполненного углем, т.е. в пространство для
несгоревших газов и сажи, а топочные газы направляются по пути топочных газов в вытяжную трубу.
При горении угля в топочной камере создается область низкого давления, т.е. разрежение и усиливается тяга, и из окружающей среды воздух затягивается в топочную камеру. Несгоревшие газы и сажа, из пространства для накопления несгоревших газов и сажи, поступающие вместе с воздухом через зазоры в перекрытии и люка, перемешаются через каналы для возврата несгоревших газов и сажи в поддувало, и оттуда вместе с воздухом через колосниковую решетку затягиваются в топочную камеру.
Если какая-то часть несгоревших газов и сажи из пространства для несгоревших газов и сажи попадают в топочную камеру то, проходя через слой горения, сгорают. И чтобы заправить водогрейный котел углем, дверь в поддувало закрывают, открывают люк перекрытия и загружают уголь. Когда вертикальный канал для угля заполняется углем, закрывают люк перекрытия, и приоткрывают дверь поддувало. При открытии люка перекрытия во время загрузки угля в вертикальный канал для угля, несгоревшие газы и сажа в пространстве для накопления несгоревших газов и сажи, не попадают в помещение, а наоборот, затягивается вместе с воздухом через каналы для несгоревших газов и сажи в поддувало и далее в топочную камеру.
Таким образом, использование устройства с охлаждаемым вертикальным каналом для угля, в топочной камере, позволяет:
- увеличить долговечность;
- топить водогрейный котёл углем и в топочной камере сжигать полукокс и
кокс;
- сжигать несгоревшие газы и сажу.
Достигается полное сгорание угля в топочной камере, без выбросов несгоревших газов и сажи в атмосферу, а также обеспечивается высокий КПД, теплопроизводительность и экономия угля, и повышается комфортабельность условий проживания в домах частного сектора.
От предыдущих запатентованных конструкций автора данная конструкция отличается тем, что:
1. Вертикальный канал для угля сделан из двойных стен, образующих рубашку охлаждения и подключен к контуру системы отопления.
2. Внутри вдоль вертикального канала для угля установлена труба;
a) под трубой образуется пространство для несгоревших газов и сажи;
b) несгоревшие газы и сажа перемещаются вверх по отдельному пути от топочных газов, т.е. топочную камеру, в пространство для накопления несгоревших газов и сажи;
^ преодолевается сопротивление слоя угля в вертикальном канале подъему несгоревших газов и сажи из топочной камеры в пространство для накопления несгоревших газов и сажи.
Результаты испытаний и исследований. Цилиндры из двойных стен с рубашками охлаждения, и подключенные к контуру системы отопления, быстро снижают температуру топочных газов и несгоревшие газы и сажа в топке не сгорают.
По результатам проведенных экспериментальных испытаний и исследований разработана конструкция топочной камеры высокотемпературного горения, где топочные газы не контактируют с металлическими поверхностями, т.е. не снижается температура топочных газов в топке, в которой сажа должна сгорать полностью.
На конструкцию оформлена и подана заявка на патент. Также проведены испытания и исследования созданного макетного образца разработанной конструкции и получены положительные результаты.
Если сумеем найти финансирование, создадим опытный образец разработанной конструкции и проведем экспериментальные испытания и исследования.
При получении положительного решения экспертизы на выдачу патента мы опубликуем все результаты экспериментальных испытаний и исследований.
Библиографический список
1. Заявка на изобретение МПК F23B80/00 №2013114525/ 06(021515) от 02 апреля 2013 г. «Способ разделения несгоревших газов и сажи от топочных газов при горении угля в топочной камере и направления несгоревших газов и сажи по отдельному пути от пути топочных газов, а также возвращения несгоревших газов и сажи обратно в топочную камеру для последующего сжигания, и устройство для его осуществления».
Bibliograficheskiy spisok
1. Zayavka na izobretenie MPK F23b80/00 № 2013114525/ 06(021515) ot 02 aprelya 2013 g. "Sposob razdeleniya nesgorevshikh gazov i sazhi ot topochnykh gazov pri gorenii uglya v topochnoj kamere i napravleniya nesgorevshikh gazov i sazhi po otdelnomu puti ot puti topochnykh gazov, a takzhe vozvrascheniya nesgorevshikh gazov i sazhi obratno v topochnuyu kameru dlya posleduyuschego szhiganiya, i ustrojstvo dlya ego osuschestvleniya".
Дамдын Сергей Иванович - к.т.н., доцент кафедры транспортно-технологические средства Тувинского государственного университета, г. Кызыл, ул. Колхозная 125,E-mail:damdyn.sergei@mail.ru
Damdin Sergey - candidate of technical Sciences, Professor of the chair of transport-technological means OftheTuvanStateUniversity, Kyzyl, Kolkhoznayastr 125,E-mail: damdyn.sergei@mail.ru
