Водогрейный котел

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения. Водогрейный котел содержит корпус с топкой, водяной камерой, выполненной в виде системы сообщенных между собой теплообменных труб, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, установленными внутри теплообменных труб и объединенными с водяной камерой в два автономных блока - наружный и внутренний. Дымогарные трубы наружного блока сообщены с топкой посредством оборотных камер. Дымогарные трубы выполнены, со стороны наружной поверхности, с винтовыми направляющими планками. Наружный и внутренний автономные блоки снабжены каждый двумя питающими коллекторами и оборотным коллектором, сообщенными с теплообменными трубами. Внутри теплообменных труб внутреннего автономного блока размещены водоподающие трубы, подключенные к питающим коллекторам внутреннего блока и выполненные с расположенными по винтовой направляющей щелевыми соплами в стенке водоподающих труб, причем щелевидные сопла расположены по отношению друг другу по окружности трубы под углом 120^o, в дымогарных трубах установлены рассекатели потока дымовых газов, выполненные в виде конической пружины, размещенной вдоль оси дымогарных труб с предварительным ее натяжением и вершиной, направленной в сторону выходного конца дымогарной трубы. Изобретение обеспечивает повышение удельной теплопроизводительности. 2 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, преимущественно к котлам для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру (см. авторское свидетельство СССР 989263. МПК 7 F 24 Н 1/36, опубл. 15.01.1983).

Основной недостаток котлов данного типа заключается в том. что скорость движения жидкости вдоль внутренней стенки трубы как в продольном, так и в поперечном сечениях постоянна. В результате величина коэффициента теплоотдачи сравнительно невелика, что снижает общий КПД водогрейного котла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру, причем дымогарные трубы и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водяная камера выполнена в виде системы сообщенных между собой теплообменных труб, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного блока сообщены с топкой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками (см., патент RU 2173433, F 24 Н 1/00, 10.09.2001).

Однако данный водогрейный котел имеет ряд недостатков, которые не позволяют в полной мере использовать его возможности. Это связано в первую очередь с тем, что выполнение просечек в заглушках ведет к падению давления в теплообменных трубах, падению скорости теплоносителя в трубах и, как следствие, к перегреву труб. Имеет место неравномерное распределение теплоносителя при подаче его от одной трубы к другой с формированием застойных зон. Выполнение профилированных сопел достаточно трудоемко, что ведет к повышению стоимости изготовления водогрейного котла.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение удельной теплопроизводительности водогрейного котла и, как следствие, повышение КПД котла, а также повышение технологичности конструкции котла при сборочно-сварочных и ремонтных работах.

Указанная задача решается за счет того, что водогрейный котел содержит корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру, причем дымогарные трубы и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водяная камера выполнена в виде системы сообщенных между собой теплообменных труб, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного блока сообщены с топкой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, и отличается тем, что наружный и внутренний автономные блоки снабжены каждый двумя питающими коллекторами и оборотным коллектором, сообщенными с теплообменными трубами, внутри теплообменных труб внутреннего автономного блока размещены водоподающие трубы, подключенные к питающим коллекторам внутреннего блока и выполненные с расположенными по винтовой направляющей щелевидными соплами в стенке водоподающих труб, причем щелевидные сопла расположены по отношению друг другу по окружности трубы под углом 120^o, в дымогарных трубах установлены рассекатели потока дымовых газов, выполненные в виде конической пружины, размещенной вдоль оси дымогарных труб с предварительным ее натяжением и вершиной, направленной в сторону выходного конца дымогарной трубы.

При этом целесообразно, чтобы ширина щелевидных сопел составляла не менее 5 мм, а ось щелевидного сопла составляла с радиусом трубы, проходящим через щелевидное сопло, угол, равный 56±5^o.

Как показали проведенные исследования режим течения теплоносителя, как правило воды, в теплообменных трубах и режим течения продуктов сгорания по дымогарным трубам оказывает значительное влияние на организацию процесса теплообмена между продуктами сгорания и нагреваемой жидкой средой.

Выполнение водяной камеры в виде системы теплообменных труб, размещение дымогарных труб внутри теплообменных труб, выполнение на поверхности дымогарных труб винтовых направляющих планок позволило значительно увеличить скорость движения жидкой среды и дымовых газов, что позволило увеличить коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому теплоносителю. Кроме того, закрутка потока теплоносителя, вихреобразный режим его течения, в частности, при подаче теплоносителя из водоподающих труб позволяет турбулизировать поток и за счет этого предотвратить формирование газовых пузырей в теплообменных трубах. Для выравнивания закрутки теплоносителя, подаваемого в теплообменные трубы внутреннего блока для нагрева, в водоподающих трубах выполнены щелевидные сопла, расположенные вдоль винтовой направляющей с углом между щелевидными соплами по окружности трубы, составляющим 120^o. В результате практически полностью предотвращается образование накипи, что позволяет значительно повысить надежность работы водогрейного котла. Сообщение теплообменных труб между собой при помощи оборотного коллектора и выполнение двух питающих коллекторов позволяет значительно снизить гидравлические потери при движении теплоносителя, при этом предотвращается образование воздушных пробок и пленок в теплообменных трубах и организуется винтообразное перемещение жидкой среды вдоль дымогарных труб, способствующее вытеснению воздуха из теплообменных труб. Турбулизация потока продуктов сгорания в дымогарных трубах позволяет в большей степени использовать энергию тепла продуктов сгорания на нагрев жидкой среды. Кроме того, принудительное завихрение потока продуктов сгорания в дымогарных трубах позволяет достигнуть максимального сжигания топлива при высоком содержании углекислого газа и без образования сажи, что позволяет достигнуть максимально возможного КПД котла. Именно на это направлено выполнение дымогарных труб с рассекателями потока дымовых газов в виде конической пружины, натянутой вдоль оси каждой дымогарной трубы с вершиной со стороны ее выходного конца по ходу движения потока дымовых газов. Выполнение двух симметрично расположенных питающих коллекторов позволило сделать полный оборот теплоносителя внутри водяных камер, что позволяет увеличить теплопроизводительность водогрейного котла и исключает образование застойных зон, воздушных пробок и пленок. Как показывают расчеты, возможно получение КПД до 90%.

Одновременно выполнение внутреннего и наружного блоков водогрейного котла с двумя питающими коллекторами и оборотным коллектором помогает повысить технологичность конструкции в процессе сборки котла и при проведении ремонтных работ. Поскольку сборка котла превращается в достаточно простую технологическую операцию, то возможность разборки позволяет улучшить условия работы при проведении ремонтных и регламентных работ на водогрейном котле.

Таким образом, достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение удельной теплопроизводительности водогрейного котла и как следствие повышение КПД котла, а также повышение технологичности конструкции котла при сборочно-сварочных и ремонтных работах, а также в процессе изготовления котла.

На фиг. 1 представлен продольный разрез водогрейного котла, на фиг.2 - вид спереди водогрейного котла, на фиг.3 - продольный разрез внутреннего блока водогрейного котла, на фиг.4 - продольный разрез наружного блока водогрейного котла, на фиг.5 - продольный разрез сборки теплообменной и дымогарной труб наружного блока, на фиг.6 - разрез А-А по фиг.5, на фиг, 7 - продольный разрез водоподающей трубы внутреннего блока, на фиг.8 - разрез А-А по фиг.7, на фиг.9 - вид В на фиг.7.

Водогрейный котел содержит корпус 1 с размещенными в нем топкой 2, дымогарными трубами 3, сообщенными со стороны входа в них с топкой 2, и водяную камеру, причем дымогарные трубы 3 и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный 4 и внутренний 5, соединенные между собой посредством фланцевого соединения. Водяная камера выполнена в виде системы сообщенных между собой теплообменных труб 6, причем с наружной стороны теплообменные трубы 6 соединены друг с другом посредством плавников (продольно расположенных между трубами 6 и скрепленных с ними пластин). Дымогарные трубы 3 установлены внутри теплообменных труб 6 наружного блока 4, при этом дымогарные трубы 3 наружного блока 4 сообщены с топкой 2 посредством выполненных в корпусе 1 оборотных камер 7 с формированием трехходовой системы тяги. Со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками 8.

Наружный и внутренний автономные блоки 4, 5 снабжены каждый двумя питающими коллекторами 9 и оборотным коллектором 10, сообщенными с теплообменными трубами 6. Таким образом, питающие коллекторы 9 и теплообменные трубы 6 с плавниками образуют герметичный корпус с размещенной в нем топкой 2. Питающие коллекторы 9 представляют собой две симметричные камеры, снабженные каждая входным 11 и выходным 19 патрубками и патрубком дренажа 12.

Для снижения потерь энергии и снятия тепловой нагрузки коллекторы 9 футерованы огнеупором, причем со стороны питающих коллекторов 9 наружного блока 4 в стенке топки 2 котла выполнен взрывной клапан 13. Эта же стенка котла выполнена с дымосборной камерой 14, снабженной патрубком 15 отвода дымовых газов.

Внутри теплообменных труб 6 внутреннего автономного блока 5 размещены водоподающие трубы 16, подключенные к питающим коллекторам 9 внутреннего блока 5 и выполненные с расположенными по винтовой направляющей щелевидными соплами 17 в стенке водоподающих труб 16, причем щелевидные сопла 17 расположены по отношению друг другу по окружности трубы 16 под углом 120^o. В дымогарных трубах 3 установлены рассекатели 18 потока дымовых газов, выполненные в виде конической пружины, размещенной вдоль оси дымогарных труб 3 с предварительным ее натяжением и вершиной, направленной в сторону выходного конца дымогарной трубы 3.

Концы теплообменных труб 6 внутреннего блока 5 соединены между собой патрубками с образованием оборотного кольцевого коллектора 10 внутреннего блока 5.

Ширина щелевидных сопел 17 предпочтительно составляет не менее 5 мм, а ось щелевидного сопла 17 составляет с радиусом трубы 16, проходящим через щелевидное сопло 17, угол, равный 56±5^o.

При сгорании в топке 2 водогрейного котла газообразного или жидкого топлива выделяется тепловая энергия продуктов и образуются горячие дымовые газы. Большая часть тепловой энергии поглощается со стороны внутренней поверхности котла теплообменными трубами 6, что приводит к нагреву протекающего через них жидкого теплоносителя, например воды. Газообразные продукты сгорания, в частности дымовые газы, обтекают теплообменные трубы 6 внутреннего блока 5, через оборотную камеру 7 поступают в дымогарные трубы 3 наружного блока 4 и производят дополнительный нагрев теплоносителя в теплообменных трубах 6 наружного блока 4. Далее из дымогарных труб 3 продукты сгорания с дымовыми газами поступают в дымосборную камеру 14 и из нее - в патрубок 15 отвода дымовых газов. Теплоноситель через входные патрубки 11 внутреннего и наружного блоков 5 и 4 поступает в питающие коллектора 9, проходит через теплообменные трубы 6, нагревается в них продуктами сгорания и дымовыми газами, поступает в оборотные коллекторы 10 и из них - в теплообменные трубы 6, подключенные к другому симметрично расположенному питающему коллектору 9, и далее из последнего через выходные патрубки 19 соответствующего блока 4, 5 подается потребителю горячего теплоносителя.

Настоящее изобретение может быть использовано в системах нагрева теплоносителя центрального и автономного горячего водоснабжения и отопления.

Формула изобретения

1. Водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру, причем дымогарные трубы и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водяная камера выполнена в виде системы сообщенных между собой теплообменных труб, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного блока сообщены с топкой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, отличающийся тем, что наружный и внутренний автономные блоки снабжены каждый двумя питающими коллекторами и оборотным коллектором, сообщенными с теплообменными трубами, внутри теплообменных труб внутреннего автономного блока размещены водоподающие трубы, подключенные к питающим коллекторам внутреннего блока и выполненные с расположенными по винтовой направляющей щелевидными соплами в стенке водоподающих труб, причем щелевидные сопла расположены по отношению друг другу по окружности трубы под углом 120^o, в дымогарных трубах установлены рассекатели потока дымовых газов, выполненные в виде конической пружины, размещенной вдоль оси дымогарных труб с предварительным ее натяжением и вершиной, направленной в сторону выходного конца дымогарной трубы.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что ширина щелевидных сопел составляет не менее 5 мм.

3. Котел по п.1, отличающийся тем, что ось щелевидного сопла составляет с радиусом трубы, проходящим через щелевидное сопло, угол, равный 56±5^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9