-

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6388
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
F 24H 1/00
F 23C 10/00
(54) КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ
(21) Номер заявки: u 20090983
(22) 2009.11.25
(71) Заявители: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси"; Открытое акционерное об-
щество "Головное специализиро-
ванное конструкторское бюро по
комплексу оборудования для мик-
роклимата" (BY)
(72) Авторы: Добкин Семен Михайлович;
Бородуля Валентин Алексеевич (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Белару-
си"; Открытое акционерное общество
"Головное специализированное кон-
структорское бюро по комплексу обо-
рудования для микроклимата" (BY)
(57)
1. Котел водогрейный, содержащий обечайку с заключенным в ней корпусом топки
кипящего слоя с газораспределительной решеткой и отводами подачи вторичного воздуха,
устройство подачи топлива, теплообменник, системы подачи ожижающего агента, отвода
дымовых газов и золы, отличающийся тем, что в верхней части топки установлена
крышка с тремя дымоходами, а между обечайкой и корпусом топки кипящего слоя вы-
полнен спиральный канал охлаждения топки с патрубком для ввода ожижающего агента с
возможностью его предварительного подогрева и последующей подачей под распредели-
тельную решетку, причем спиральный канал воздуховодом соединен с блоком водяных
калориферов с возможностью регулировки температуры ожижающего агента перед пода-
чей его под распределительную решетку на горение посредством блока последовательно
установленных вентиляторов, в нижней части топки выполнен патрубок ввода инертного
теплоносителя, который трубой спирального шнека соединен с выпускным патрубком
зольника системы отвода золы, причем зольник пневмопроводом соединен с сепаратором
Фиг. 1
BY6388U2010.08.30

2. BY 6388 U 2010.08.30
2
золы; бункер зольника кинематически связан со шнеком транспортера системы отвода зо-
лы из топки и рецеркуляции отработанного инертного теплоносителя; теплообменник вы-
полнен в виде отдельно размещенного блока, включающего вертикальный теплоизо-
лированный корпус, в верхнюю и нижнюю части которого вварены патрубки подачи и
отвода воды, при этом с торцов корпус теплообменника закрыт решетками с вмонтиро-
ванными в них дымогарными трубами, которые в верхней части соединены с системой
отвода дымовых газов из топки, а в нижней части содержит выходную камеру для удале-
ния дымовых газов, связанную патрубком с бункером сбора пылеуноса и дымососом си-
стемы отвода дымовых газов, к которому воздуховодом подсоединена верхняя часть
зольника; дымосос через блок циклонов соединен с дымовой тубой и линией рециркуля-
ции дымовых газов, которая подключена к системе подачи ожижающего агента в топку
кипящего слоя.
2. Котел водогрейный по п. 1, отличающийся тем, что корпус топки кипящего слоя
выполнен из жаростойкой стали в форме трубы.
3. Котел водогрейный по п. 1, отличающийся тем, что дымогарные трубы теплооб-
менника выполнены с кольцевой накаткой.
4. Котел водогрейный по п. 1, отличающийся тем, что спиральный канал для охла-
ждения топки выполнен одно или многозаходным.
5. Котел водогрейный по п. 1, отличающийся тем, что блок водяных калориферов
трубопроводом связан с теплообменником и выполнен с возможностью утилизации избы-
точного тепла, отбираемого от нагретого воздуха при охлаждении топки, для подогрева
воды, подаваемой в теплообменник.
(56)
1. SU 1478765 А1, (22) 03.08.1987.
2. SU 1663306 Al, (46) 15.07.1991.
3. RU 2168678 С2, (46) 10.06.2001.
4. SU 1280971 A, (22) 12.03.1982.
5. GB 2132110 A, 04.07.1984.
6. RU 2300051 C1, 27.05.2007 (прототип).
Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована в коммуналь-
ной и промышленной энергетике для нужд отопления и горячего водоснабжения, в част-
ности, для нагрева воды в системах отопления и в качестве промежуточного
теплоносителя для горячего водоснабжения жилых, производственных и административ-
ных зданий.
Из уровня техники известен ряд устройств с топкой кипящего слоя для подогрева во-
ды и генерации пара, работающих на твердом топливе [1, 2, 3, 4, 5]. Так предложена топка
[1] для сжигания топлива в кипящем слое инертного материала, содержащая камеру сго-
рания с золоотводящим устройством, горизонтальную распределительную решетку, вы-
ходной газовый патрубок и забрасыватель топлива, размещенный между верхним и
нижним теплообменниками.
В патентном источнике [2] описан жаротрубный котел с топкой, содержащей водяную
рубашку охлаждения. На распределительной решетке размещен кипящий слой, в который
погружен пучок перекрещивающихся наклонных труб, подключенных к водяной рубашке.
Котел снабжен коническим распределителем топлива, защитным колпачком и вертикаль-
ными перегородками. Распределитель топлива выполнен в виде конического рассекателя с
радиальными вырезами.

3. BY 6388 U 2010.08.30
3
Известен котел для сжигания топлива в псевдоожиженном слое, содержащий горизон-
тальную цилиндрическую камеру с водоохлаждаемыми стенками [3]. В нижней части ка-
меры размещена воздухораспределительная решетка, а камера снабжена двумя продоль-
продольными рядами водоохлаждаемых вертикальных труб. Воздухораспределительная
решетка расположена между рядами упомянутых труб и выполнена из нескольких парал-
лельных друг другу и продольной оси камеры с псевдоожиженным слоем перфорирован-
ных профилей. Водоохлаждаемые трубы установлены наклонно к вертикальной оси и
центру котла. Профили воздухораспределительной решетки имеют перфорацию только с
одной и той же для всех профилей стороны по ходу или против хода часовой стрелки.
Известен также котел с двумя топками кипящего слоя и двумя распределительными
решетками [4]. Котел выполнен водоохлаждаемым, топки - расположенными одна над
другой, а распределительные решетки погружены в слой теплообменными поверхностя-
ми. Распределительная решетка верхней топки выполнена в виде двух смещенных по вы-
соте рядов труб. Трубы скомпонованы в каждом ряду в группы с образованием между
последними и трубами зазоров. Группы труб соседних рядов расположены со взаимным
смещением и перекрытием в свету зазоров между группами каждого соседнего ряда, при-
чем зазор между трубами в каждой группе меньше размера частиц неожижаемой фракции
топлива. Устройство подачи топлива снабжено питателем с бункером, установлено над
кипящим слоем верхней топки. Питатель выполнен в виде наклонной течки, имеющей на
нижней стенке выходного участка выступы, расположенные в шахматном порядке, и
снабжен приводом возвратно-поступательного перемещения над поверхностью слоя.
Недостатком известных конструкций котлов является размещение элементов тепло-
обменных устройств непосредственно в топке кипящего слоя, что ужесточает требования
к жаростойкости материалов теплообменников и снижает межремонтный срок эксплуата-
ции котлов в целом.
Наиболее близка к предлагаемому техническому решению топка кипящего слоя для
сжигания твердых дробленых топлив [6] (прототип).
Топка содержит ограждающий корпус (обечайку) с размещенными в нем топочными
экранами (корпус топки), устройства ввода горючего материала и вывода шлака. Воздухо-
распределительная решетка для сжигания в кипящем слое и дожигания шлака с попереч-
ным коллектором, установленным над этой решеткой, подключен к топочному экрану и
разделяющий поверхность решетки на зоны кипящего слоя и выжигания шлака, сопла для
ввода вторичного воздуха, связанные с ограждающими стенами. Топка снабжена шурую-
щей планкой, имеющей возможность возвратно-поступательного движения по поверхно-
сти неподвижной воздухораспределительной решетки для сжигания твердых дробленых
топлив и горючих отходов в кипящем слое и дожигания шлака, и опрокидывающимся ко-
лосником, прикрепленным к концу указанной решетки со стороны зоны выжигания шла-
ка. Сопла для ввода вторичного воздуха встроены в ограждающие стены над кипящим
слоем. Газообразные продукты сгорания и унос из кипящего слоя, а также из зоны выжи-
гания шлака и с опрокидывающегося колосника, попадающие в надслоевое пространство
через окна в заднем экране, дожигаются при участии вторичного воздуха, подаваемого
через сопла для ввода вторичного воздуха. Шурующая планка соединена со штангами для
подвода и отвода охлаждающей воды. Воздухораспределительная решетка снабжена па-
трубками для подвода и отвода охлаждающей воды.
Недостатком прототипа является низкая эффективность использования энергии сгора-
ния топлива вследствие отсутствия системы рекуперации тепла отходящими дымовыми
газами и с твердыми продуктами сгорания топлива - золой. Недостатком также является
отсутствие системы аккумуляции тепла инертным теплоносителем (инертом).
Задачей полезной модели является устранение отмеченных недостатков и повышение
энергоэффективности котла.

4. BY 6388 U 2010.08.30
4
Техническим результатом является повышение коэффициента использования энергии
низкокалорийных местных топливных ресурсов (торфа, отходов древесины и пр.), обеспе-
чивающее полноценную замену угольному или газовому топливу.
Технический результат достигается тем, что котел водогрейный, содержащий обечай-
ку с заключенным в ней корпусом топки кипящего слоя с газораспределительной решет-
кой и отводами подачи вторичного воздуха, устройство подачи топлива, теплообменник,
системы подачи ожижающего агента, отвода дымовых газов и золы, согласно полезной
модели, в верхней части топки установлена крышка с тремя дымоходами, а между обе-
чайкой и корпусом топки кипящего слоя выполнен спиральный канал охлаждения топки с
патрубком для ввода ожижающего агента с возможностью его предварительного подогре-
ва и последующей подачей под распределительную решетку, причем спиральный канал
воздуховодом соединен с блоком водяных калориферов с возможностью регулировки
температуры ожижающего агента перед подачей его под распределительную решетку на
горение посредством блока последовательно установленных вентиляторов, в нижней ча-
сти топки выполнен патрубок ввода инертного теплоносителя, который трубой спираль-
ного шнека соединен с выпускным патрубком зольника системы отвода золы, причем
зольник пневмопроводом соединен с сепаратором золы; бункер зольника кинематически
связан со шнеком транспортера системы отвода золы из топки и рециркуляции отработан-
ного инертного теплоносителя; теплообменник выполнен в виде отдельно размещенного
блока, включающего вертикальный теплоизолированный корпус, в верхнюю и нижнюю
части которого вварены патрубки подачи и отвода воды, при этом с торцов корпус тепло-
обменника закрыт решетками с вмонтированными в них дымогарными трубами, которые
в верхней части соединены с системой отвода дымовых газов из топки, а в нижней части
содержит выходную камеру для удаления дымовых газов, связанную патрубком с бунке-
ром сбора пылеуноса и дымососом системы отвода дымовых газов, к которому воздухо-
водом подсоединена верхняя часть зольника; дымосос системы отвода дымовых газов
через блок циклонов соединен с дымовой тубой и линией рециркуляции дымовых газов,
которая подключена в системе подачи ожижающего агента в топку кипящего слоя.
Корпус топки кипящего слоя выполнен из жаростойкой стали в форме трубы.
Дымогарные трубы теплообменника выполнены с кольцевой накаткой.
Спиральный канал для охлаждения топки выполнен одно или многозаходным.
Блок водяных калориферов трубопроводом связан с теплообменником и выполнен с
возможностью утилизации избыточного тепла, отбираемого от нагретого воздуха при
охлаждении топки, для подогрева воды, подаваемой в теплообменник.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1, 2, где представлены
функциональная схема котла водогрейного (фиг. 1) и топка кипящего слоя (фиг. 2).
Котел 1 содержит обечайку 2, корпус топки 3 кипящего слоя 4, газораспределитель-
ную решетку 5 с отводами 6 подачи вторичного воздуха, устройство 7 для подачи топли-
ва, теплообменник 8, систему подачи ожижающего агента 9, систему отвода дымовых
газов 10, систему 11 отвода золы, установленную в верхней части корпуса топки 3 крыш-
ку 12 с тремя дымоходами 13, одно или трехзаходный спиральный канал 14 для охлажде-
ния корпуса топки 3 с патрубком 15 для ввода ожижающего агента (воздуха) под
газораспределительную решетку 5, блок водяных калориферов 16, соединенный с одно-
или трехзаходным спиральным каналом 14 воздуховодом 17 с блоком вентиляторов 18. В
нижней части корпуса топки 3 котел водогрейный 1 содержит патрубок ввода 19 инертно-
го теплоносителя 20, трубу 21 спирального шнека 22 с выпускным патрубком 23, зольник
24 системы 11 отвода золы, сепаратор золы 25, бункер 26 зольника 24, шнек транспортера
27 системы отвода золы 11 из корпуса топки 3, систему 28 отвода отработанного инертно-
го теплоносителя (инерта) 20. Теплообменник 8 котла 1 включает вертикальный тепло-
изолированный корпус 30, патрубки подачи 31 и отвода 32 воды, трубные решетки 33, 34,
дымогарные трубы 35, выходная камера 36 теплообменника 8 для выхода дымовых газов,

5. BY 6388 U 2010.08.30
5
бункер 37 сбора пылеуноса 38 с патрубком 39, дымосос 40 системы отвода дымовых газов
10, линию 41 рециркуляции дымовых газов, включенную в систему 9 подачи ожижающе-
го агента (воздуха) в корпус топки 3, блок циклонов 42, бункер блока циклонов 43, дымо-
ход 44, дымовую тубу 45; жидкотопливную горелку 46 для поджига топлива в корпусе
топки 3, заслонку воздушную 47 для регулировки температуры ожижающего агента перед
подачей под газораспределительную решетку 5, поддон 48 сбора отходов после сепарации
золы и инертного теплоносителя 20, электродвигатель 50 сепаратора золы 25, заслонку
рециркуляционную 51 линии 41 для рециркуляции дымовых газов, мотор-ректор 49 сепа-
ратора золы 25, вход 52 и выход 53 воды в устройство подачи топлива; вход 54 воды и
выход 55 воды в блок водяных калориферов, при этом выход 55 трубопроводом связан
трубопроводом (на чертеже не показано) с теплообменником 8.
Котел водогрейный работает следующим образом. На газораспределительную решет-
ку 5 в корпус топки 3 через патрубок ввода 19 подают инертный теплоноситель 20, по
трубе 21 спиральным шнеком 22, затем включают дымосос 40, блок вентиляторов 18 и по
системе подачи ожижающего агента 9 через воздуховод 17 под газораспределительную
решетку 5 подают воздух (ожижающий агент), и слой инертного теплоносителя (инерта)
20 приходит в псевдоожиженное состояние ("кипит"). Включают жидкотопливную горел-
ку 46 и при достижении инертом 20 температуры 760-860 °С шнековым транспортером из
бункера устройства 7 подают твердое топливо, например фрезерный торф или древесные
отходы, на газораспределительную решетку 5. Забор воздуха на горение производят через
отверстия 15 в обечайке 2 корпуса топки 3 крышки 12. Далее воздух проходит по системе
подачи ожижающего агента 9 между наружной обечайкой 2 и корпусом топки 3 по возду-
ховоду 17 и одно- или трехзаходному спиральному каналу 14, попадает в зону под газо-
распределительной решеткой 5 и далее в "кипящий" слой 4 с инертом 20. В корпусе топки
3 поддерживают разряжение за счет тяги, создаваемой дымососом 40. При превышении
заданной температуры часть воздуха направляют заслонкой 47 в блок водяных калорифе-
ров 16, где он отдает избыточное тепло воде. В верхнюю часть корпуса топки 3 через от-
воды 6 в крышке 12 подают вторичный воздух для догорания летучих компонентов в
продуктах сгорания топлива, что частично препятствует уносу легких частиц в составе
дымовых газов. Дымовые газы по системе отвода 10 через входной коллектор теплооб-
менника 29 поступают в корпус 30 теплообменника 8, проходят по дымогарным трубам 35
и отдают тепло воде, которая подается по патрубку подачи 31 и отводится по патрубку
отвода 32 нагретой воды. При этом часть твердых частиц-золоунос 38 в уходящих дымо-
вых газов в выходной камере 36 теплообменника 8 через патрубок 39 осаждается в бунке-
ре 37, а окончательная очистка дымовых газов от твердых частиц производится в блоке
циклонов 42 и осаждается в бункере блока циклонов 43. Очищенные дымовые газы по
дымоходу 44 выбрасывают в дымовую трубу 45. В процессе работы котла 1 через систему
11 отвода золы производят периодический ее слив золы из "кипящего" слоя 4, при этом ее
просеивают на сепараторе 25, крупные частицы отделяют и сбрасывают в поддон 48, а
мелкие частицы инерта 20 по системе 28 отвода инертного теплоносителя подают в бун-
кер 26 зольника 24 системы отвода золы, откуда через выпускной патрубок 20 по трубе 21
спиральным шнеком 22 направляют на повторное использование в корпус топки 3. Нагре-
тая в теплообменнике 8 вода по патрубку 32 отвода поступает потребителю (на чертеже не
показано). Обратная сетевая вода подается на повторное использование в корпус 30 теплооб-
менника 8 по патрубку 31 подачи воды, а также по патрубку 54 входа воды на блок калори-
феров 16, также на охлаждение патрубков подачи топлива (на чертеже не показано).
Комплект аппаратуры (КА) (на чертеже не показано) обеспечивает работу котла 1 как
в автоматическом режиме, так и в ручном, при этом по заданной программе осуществля-
ется управление:
подачей топлива в корпус топки 3;
поддержанием уровня топлива в бункере устройства 7 подачи топлива;

6. BY 6388 U 2010.08.30
6
поддержанием заданной температуры "кипящего" слоя 4 инерта 20;
поддержанием заданной температуры ожижаемого агента (воздуха), подаваемого на
горение;
регулированием тепловой мощности котла 1;
поддержанием фракционного состава "кипящего" слоя 4.
Осуществляется защита:
при превышении температуры воды из котла 1 относительно предельного значения;
при понижении и повышении давления воды на выходе из котла 1 относительно пре-
дельных значений;
при снижении расхода воды через котел 1 ниже допустимого;
электрических двигателей от токов перегрузки;
силовых электрических цепей и цепей управления от токов короткого замыкания.
Технические характеристики котла водогрейного, согласно полезной модели, приве-
дены в таблице.
Наименование Единица изм. Значение
Номинальная производительность МВт 3,0
Расчетная температура воды: °С
на входе 70
на выходе 95
Рабочее давление воды МПа 0,6
Вид топлива
Торф фрезерный
Для розжига:
топливо печное бытовое
ТУ 38.101656-99, дизель-
ное ГОСТ 305-82
Расход топлива (Qp
н = 1940 ккалкг), не более Кг/ч 1622
Расчетный расход воды м3
/ч 103,2
Поверхность нагрева м2
122
Водяной объем м3
2,8
Номинальное гидравлическое сопротивление
при расчетном перепаде температур
МПа 0,02
Время розжига, не более ч 0,5
Коэффициент полезного действия % 82
Габаритные размеры котла мм
длина 6800
ширина 4000
высота 5300
Масса, не более кг 12000
Установленная мощность электрооборудова-
ния, в т.ч. розжиговая горелка
кВт
23
4,5
Средний срок службы лет 10
Общая жесткость сетевой и питательной воды мкг-экв/кг 100
Содержание загрязняющих веществ в сухих
отходящих газах при нормальных условиях и
коэффициенте избытка воздуха α = 1,4, не более
твердых частиц
углерода оксида (СО)
азота оксидов (NO2)
серы оксидов (SO2)
мг/м3
150
1000
500
1500

7. BY 6388 U 2010.08.30
7
Водогрейный котел прошел испытания в промышленных условиях и по сравнению с
аналогичным котлом на газовом топливе показал высокую экономическую эффектив-
ность, так снижение потребления газа в перерасчете на условное топливо составило
1690 тут/год. Коэффициент полезного действия котла составляет 82 %, что выше, чем у
прототипа, и он эффективно работает на фрезерном топливе с низшей теплотой сгорания
Qрн = 2590 ккал/кг, влажностью рабочего топлива Wр.т. до 65 % и зольностью Ас до 30 %.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.