Котел конденсационный с вертикальным кассетным теплообменником
Изобретение относится к теплоэнергетике, к водогрейным котлам средней тепловой производительности, работающим на газе и жидком топливе, для децентрализованных и индивидуальных систем отопления и горячего водоснабжения. Конденсационный котел состоит из основной секции с нагревательным элементом в виде газогорелочного устройства с автоматическим регулировочным устройством подачи газа и нескольких расположенных вертикально дополнительных секций. Каждая из секций содержит корпус, теплообменник в виде трубчатого змеевика и патрубки. Конструкция содержит газогорелочное устройство полного предварительного смешивания горючей смеси, расположенное в верхней части конденсационного котла, несколько последовательно соединенных вертикально по направлению вниз конвекционных кассет теплообменника, расположенных в зоне горения цилиндрической горелки, несколько последовательно соединенных по направлению вниз конденсационных кассет теплообменника, расположенных вне зоны пламени цилиндрической горелки, дымоход, отводящий продукты сгорания через нижнюю часть вертикально расположенного котла. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к теплоэнергетике, к водогрейным котлам средней тепловой производительности, работающим на газе и жидком топливе, для децентрализованных и индивидуальных систем отопления и горячего водоснабжения.
Задачей изобретения является повышение коэффициента энергетической эффективности работы котла, снижения выбросов парниковых газов, возникающих при сгорании топлива, повышения ремонтопригодности тепловых энергетических установок систем отопления и снабжения горячей водой жилых и коммерческих объектов.
Уровень техники
Известен конденсационный котел с размещенным внутри корпуса газогорелочным устройством, теплообменником с прямой и обратной трубопроводами, дымовой трубой, напорной и обратной линиями системы отопления здания, при этом он дополнительно снабжен теплообменником конденсатной части котла и циркуляционным насосом. Причем теплообменник конденсатной части котла размещен в нижней части дымовой трубы котла и соединен с обратной линией системы отопления здания и обратной линией котла, а циркуляционный насос установлен в обратной линии системы отопления здания с возможностью обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, при этом, параллельно, теплообменник конденсатной части котла соединен с прямой и обратной линиями котла через обратные клапаны с нормально открытым проходом с возможностью обеспечения естественной циркуляции в двух теплообменниках котла при остановке работы циркуляционного насоса (см. патент RU №2440538, МПК F24H 1/00, опубл. 20.01.12 г.).
Недостатком конструкции данного котла является сложность конструкции, большие габариты и большие затраты при проведении ремонтных работ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятым за прототип является котел, выполненный из основной секции с нагревательным элементом в виде газогорелочного устройства с автоматическим регулировочным устройством подачи газа и нескольких, расположенных вертикально, секций, каждая из которых содержит корпус, теплообменник в виде трубчатого змеевика и патрубки. Площадь проходного сечения труб змеевика в каждой верхней секции меньше относительно труб ниже расположенной секции. Выходные патрубки для каждой из секций присоединяются к подающему тепло трубопроводу. Между автоматическим и регулировочным устройством и газогорелочным устройством установлен дополнительный кран (см. патент RU №2334919, МПК F24H 1/00, опубл. 27.09.2008 г.)
Недостатком данной конструкции является сложность проведения ремонтных работ по замене теплообменника и ремонте котла, недостаточная эффективность горелочного устройства, что влияет на показатели энергетической эффективности и качество выбросов продуктов сгорания котла в целом, а также, большие габариты и вес конструкции, исключающие возможность сборки котла на объекте.
Раскрытие сущности изобретения
Указанный технический результат достигается тем, что конденсационный котел предлагается собирать из последовательного вертикального соединения конвекционных и конденсационных кассет теплообменника котла, внутри которых размещены спирально свитые гофрированные трубы из нержавеющей стали, применить газосмесительную горелку полного предварительного смешивания газообразного или жидкого топлива и воздуха, обеспечивающую постоянное соотношение горючей смеси во всем диапазоне регулирования мощности котла.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 представлена схема заявленного изобретения: - котла конденсационного с вертикальным кассетным теплообменником. Конструкция состоит из топливной горелки 1, выполненной в виде цилиндра, топливо-смесительного узла полного предварительного смешивания 2, обеспечивающего оптимальное соотношение горючего топлива и воздуха для повышения эффективности горения и минимизации выбросов парниковых газов, закрепленных на верхнем фланце котла 3, конвекционных кассет теплообменника верхней конвекционной части котла 4, соединенных последовательно в зоне действия пламени топливной горелки 1 посредством фланцевых соединений (на схеме не показаны), каждая из которых, через патрубки 5 соединена с коллектором входных линий конвекционных кассет 6 и коллектором выходных линий котла 7, конденсационных кассет теплообменника нижней конденсационной части котла 8, соединенных последовательно посредством фланцевых соединений (на схеме не показаны), каждая из которых через патрубки 9 соединена с коллектором выходных линий конденсационных кассет 10 и коллектором входных линий котла 11. В нижней части котла находится патрубок выхода дымовых газов 12, подключенный к дымоходу 13 через запорный дымовой клапан 14. В нижней части котла и дымохода расположены патрубки слива конденсата 15.
Конвекционная кассета теплообменника верхней конвекционной части котла 4 выполнена в виде обечайки с фланцами, в которую вставлена цилиндрическая спираль из гофрированной трубы 16, выполненной из жаростойкой нержавеющей стали.
Конденсационная кассета теплообменника нижней конденсационной части котла 8 выполнена в виде обечайки с фланцами, в которую вставлены последовательно соединенные плоские спирали из гофрированной трубы 17, выполненной из кислотостойкой нержавеющей стали.
Осуществление изобретения
Принцип работы конденсационного котла с вертикальным кассетным теплообменником заключается в следующем.
Теплоноситель системы отопления объекта поступает в патрубок коллектора входных линий котла 11, где он распределяется параллельными потоками в плоские спирали из гофрированных трубок 17 конденсационных кассет теплообменника нижней части 8, затем, получив нагрев от сгорания топлива в горелке 1 и скрытую теплоту конденсации водяных паров зоны конденсации котла, соединяется в коллекторе выходных линий конденсационных кассет 10. Далее, теплоноситель, разделившись на параллельные потоки, через патрубки 5 поступает в конвекционные кассеты теплообменника верхней конвекционной части котла 4, где получает энергию горения горелки 1, после чего, соединяется в коллекторе выходных линий котла 7 и в нагретом состоянии поступает в систему отопления объекта.
Конвекционная кассета теплообменника верхней конвекционной части котла 4, конденсационная кассета теплообменника нижней конденсационной части котла 8, патрубки коллектора входных линий конвекционных кассет 6, коллектора выходных линий котла 7, коллектора выходных линий конденсационных кассет 10 и коллектора входных линий котла 11 соединены между собой быстроразъемными соединениями (на схемах не показаны), позволяющими собирать, разбирать котел на объекте и вынимать отдельную кассету из конструкции не демонтируя котел. Вес кассеты позволяет проводить ремонтные работы без применения специальных погрузочно-разгрузочных устройств одним человеком.
Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость»
Поскольку из уровня техники не известно выполнение конструкции конденсационного котла средней тепловой производительности с кассетами конвекционного и конденсационного типа, которые можно ремонтировать и заменять, не разбирая весь котел и не демонтируя его из системы теплоснабжения, что позволяет значительно повысить ремонтопригодность и снизить общую стоимость, в том числе, за счет выпуска большого количества однотипных стандартных кассет, можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Возможность конструкции использовать скрытую теплоту фазового перехода конденсации пара в конденсационных кассетах котла позволяет получить высокие значения коэффициента энергетической эффективности. Полное предварительное оптимальное смешивание горючей смеси в топливо - смесительного узле полного предварительного смешивания 2, позволяют получить низкие значения концентрации парниковых газов, возникающих в процессе горения.
1. Конденсационный котел, состоящий из основной секции с нагревательным элементом в виде газогорелочного устройства с автоматическим регулировочным устройством подачи газа и нескольких, расположенных вертикально, дополнительных секций, каждая из которых содержит корпус, теплообменник в виде трубчатого змеевика и патрубки, отличающийся тем, что конструкция содержит газогорелочное устройство полного предварительного смешивания горючей смеси, расположенное в верхней части конденсационного котла, несколько последовательно соединенных вертикально по направлению вниз конвекционных кассет теплообменника, расположенных в зоне горения цилиндрической горелки, несколько последовательно соединенных по направлению вниз конденсационных кассет теплообменника, расположенных вне зоны пламени цилиндрической горелки, дымоход, отводящий продукты сгорания через нижнюю часть вертикально расположенного котла.
2. Конденсационный котел по п. 1, отличающийся тем, что конвекционные кассеты вертикального теплообменника котла выполнены в виде обечайки с фланцами, в которые вставлены цилиндрические спирали из гофрированной трубы, выполненной из жаростойкой нержавеющей стали.
3. Конденсационный котел по п. 1, отличающийся тем, что конденсационные кассеты выполнены в виде обечайки с фланцами, в которые вставлены последовательно соединенные плоские спирали из гофрированной трубы, выполненной из кислотостойкой нержавеющей стали.
4. Конденсационный котел по п. 1, отличающийся тем, что конвекционные и конденсационные кассеты вертикального теплообменника и патрубки их труб скреплены между собой быстроразъемными соединениями, позволяющими демонтировать отдельную кассету для выполнения ремонтных работ или полностью заменить кассету без полной разборки котла.
