УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК F24H1/00 F24H1/08 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных и малоквартирных домов и поселков, преимущественно в сельской местности, с возможностью применения в качестве твердого топлива сырых и низкосортных древесных отходов и торфа.

Известна установка для нагрева воды, содержащая водогрейный котел, включающий корпус, топку и дымогарные трубки, при этом в корпусе установлена емкость, образующая с корпусом кольцевой зазор, а в емкости смонтированы соединяющие верхнюю и нижнюю части теплообменные трубки /авт. св. СССР N 1015200, кл. F 24 H 1/08, 30.04.83/.

Недостатком данной установки являются невысокие экологические характеристики, так как все образующиеся при сгорании топлива окислы серы, азота, угарный газ, твердые частицы и смолистые вещества уходят непосредственно в атмосферу.

Известна также установка для нагрева воды, содержащая вертикальный корпус с соосно установленным газогенератором, полостью для нагреваемой воды и топкой с горелками, подключенными газопроводом к газогенератору, при этом в газопроводе установлен перфорированный поворотный диск, снабженный приводом его поворота в виде сильфона, а в полости для нагреваемый воды -термобаллон, сообщенный с полостью сильфона /авт. св. СССР N 821863, кл. F 24 H 1/28, C 10 J 3/86, F 23 N 5/06, 15.04.81/.

Двухстадийный процесс сжигания топлива /газофикация, а затем горение/ позволяет уменьшить выход вредных веществ в атмосферу угарного газа, смолистых веществ и твердых частиц, однако, окислы азота и серы, также, как и в предыдущей установке, сбрасываются непосредственно в атмосферу.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является установка для нагрева воды, содержащая водогрейный котел с водяной рубашкой и топкой, утилизатор тепла горячих газов, включающий контактный конденсатный теплообменник, контур циркуляции конденсата и водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды, и дымосос на выходе из утилизатора тепла /авт. св. СССР N 1288432, кл. F 22 B 33/18, 07.02.87/.

Известная установка обладает хорошими экологическими характеристиками при работе на газе, так как в контактном конденсатном теплообменнике утилизатора тепла горячих газов имеет место прямое взаимодействие воды и горячих газов. При этом поглощается большинство экологически опасных веществ: окислы азота и серы, угарный газ, растворимые в воде летучие углеводородные соединения, формальдегиды и т.п. Это обусловило широкое применение подобных установок в промышленности и коммунальном хозяйстве. Однако, способность контактного конденсатного теплообменника поглотить окислы азота и серы и другие вещества в существенной степени зависит от их количества в поступающих горячих газах и при резком увеличении в горячих газах вредных веществ возможен проскок их в атмосферу. Особенно резко увеличивается содержание экологически опасных компонентов в продуктах сгорания при сжигании увлажненных топлив, бытового мусора, опавших листьев и т.п. так как зона горения и примыкающая к ней зона с повышенной температурой начинают функционировать как своеобразный химический реактор, генерирующий самые разнообразные химические вещества в достаточно больших количествах. Кроме того, при сжигании бытового мусора, увлажненного торфа, древесных отходов образуется большое количество несгоревших твердых частиц и смолистых компонентов. Попадая в утилизатор тепла горячих газов, они осаждаются в нем, ухудшая его эксплуатационные характеристики. Возникает необходимость в частотной очистке утилизатора тепла горячих газов, что увеличивает затраты труда на обслуживание установки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание установки для нагрева воды, устойчиво работающей на любом твердом топливе, в том числе на топливе с повышенным влагосодержанием /увлажненный торф, бытовой мусор, опавшие листья и т.п./ и обеспечивающей экологическую безопасность сжигания указанного топлива за счет многократного пропускания горячих газов через топку.

Другой задачей изобретения является разработка установки для нагрева воды с повышенными эксплуатационными характеристиками и поддержание их стабильными в течение длительного периода эксплуатации.

Еще одной задачей изобретения является создание установки для нагрева воды с меньшими затратами труда на ее обслуживание.

Поставленная техническая задача решается тем, что известная установка для нагрева воды, содержащая водогрейный котел с водяной рубашкой и топкой, утилизатор тепла горячих газов, включающий конденсатный теплообменник, контур циркуляции конденсата и водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды, и дымосос на выходе из утилизатора тепла, согласно изобретению, снабжена контуром циркуляции горячих газов с установленными в нем центробежным очистителем горячих газов, дымососом и заслонкой, при этом центробежный очиститель горячих газов имеет охлаждаемый цилиндрический корпус с водяной рубашкой, тангенциальный патрубок подвода горячих газов в верхней части корпуса, рециркуляционный патрубок возврата горячих газов в нижней части корпуса и осевой патрубок отвода очищенных горячих газов. Тангенциальный патрубок соединен с верхней частью топки, вход дымососа подключен к рециркуляционному патрубку возврата горячих газов, выход из дымососа подсоединен к нижней части топки, заслонка установлена на выходе дымососа. Утилизатор тепла горячих газов подсоединен к осевому патрубку. Водяная рубашка цилиндрического корпуса центробежного очистителя горячих газов, водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды и водяная рубашка водогрейного котла последовательно соединены друг с другом.

Кроме этого, центробежный очиститель горячих газов может быть снабжен сборником жидкой фазы, подсоединенным к нижней части цилиндрического корпуса.

Контур циркуляции горячих газов может быть снабжен окнами подачи воздуха к возвращаемым горячим газам, при этом указанные окна выполнены в корпусе дымососа контура циркуляции горячих газов, охватывая его вал.

Сущность изобретения заключается в том, что при введении в установку для нагрева воды контура циркуляции горячих газов, с установленными в нем центробежным очистителем горячих газов, дымососом и заслонкой, появляется возможность активно воздействовать на процесс сжигания топлива в топке водогрейного котла и снизить поступление экологически грязных продуктов горения в утилизатор тепла горячих газов, что повышает экологическую безопасность установки. Горячие газы из верхней части топки подаются в центробежный очиститель через тангенциальный патрубок подвода горячих газов и формируют в нем закрученный газовый поток. Несгоревшие частицы топлива и смолистые компоненты продуктов сгорания, поступающие в закрученный поток, отбрасываются к стенке цилиндрического корпуса, перемещаются вдоль нее к рециркуляционному патрубку возврата горячих газов в нижней части цилиндрического корпуса и далее дымососом возвращаются в нижнюю часть топки, где и догорают. Смолистые компоненты продуктов сгорания частично осаждаются на стенке цилиндрического корпуса. Наличие водяной рубашки увеличивает количество смолистых веществ, осаждающихся на стенке, в связи с интенсивным охлаждением пристеночного слоя. Очищенные от пыли и жидкой фазы газы через осевой патрубок удаляются в утилизатор тепла горячих газов, где происходит их охлаждение до температуры 40-70^oC. При охлаждении летучие компоненты и большая часть водяных паров конденсируются. Несконденсировавшиеся окислы азота, серы и окись углерода /угарный газ/ поглощаются конденсатом, что повышает экологическую безопасность установки. Отсутствие смолистых веществ и несгоревших частиц топлива /сажи/ в горячих газах, поступающих в утилизатор тепла, гарантирует чистоту тракта утилизатора, что обеспечивает стабильность эксплуатационных характеристик установки в течение длительного периода эксплуатации. Уменьшение загрязнения утилизатора тепла при эксплуатации снижает затраты труда на обслуживание установки, так как не требуется его периодическая очистка. Возврат горячих газов из центробежного очистителя в нижнюю часть топки обеспечивает быстрый прогрев всей массы топлива и удаление из него излишнего количества воды, что обеспечивает быстрый выход на стационарный режим работы при любом топливе. Наличие дымососа и заслонки в контуре циркуляции, а также дымососа на выходе из утилизатора тепла дает возможность регулировать соотношение расходов через контур циркуляции горячих газов и утилизатор тепла горячих газов, многократно пропускать горячие газы через топку и сжигать топливо при пониженной концентрации кислорода, что обеспечивает уменьшение образования окислов азота при сжигании топлива и повышает экологическую безопасность установки. Последовательное соединение водяной рубашки цилиндрического корпуса очистителя горячих газов, водоводяного теплообменника и водяной рубашки водогрейного котла обеспечивает наиболее рациональную схему нагрева воды и увеличенное осаждение смолистых компонентов горячих газов в центробежном очистителе.

Наличие сборника жидкой фазы дает возможность увеличить период непрерывной эксплуатации центробежного очистителя горячих газов и ускоренно удалять влагу при работе установки на увлажненном топливе.

Наличие окон подачи воздуха, выполненных в корпусе дымососа контура циркуляции, охватывая его вал, позволяет одновременно оптимизировать процесс горения предварительным подогревом воздуха и уменьшить передачу тепла к подшипникам привода в дымососе, а также охлаждать их.

Заявителю неизвестны устройства для нагрева воды с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники.

На чертеже приведена предлагаемая установка для нагрева воды.

Установка содержит водогрейный котел 1, контур 2 циркуляции горячих газов и утилизатор 3 тепла горячих газов. Водогрейный котел 1 включает в себя топку 4, снабженную водяной рубашкой 5 с входным 6 и выходным 7 патрубками. Топка 4 выполнена в виде шахтной топочной камеры с колосниковой решеткой 8, зольником 9 и дверцами 10 и 11 для загрузки камеры топливом и удаления золы. В контуре 2 установлены центробежный очиститель 12 горячих газов, дымосос 13 и заслонка 14 на выходе дымососа. Очиститель 12 имеет охлаждаемый цилиндрический корпус 15 с водяной рубашкой 16, сборник 17 жидкой фазы, подключенный к нижней части корпуса 15, тангенциальный патрубок 18 подвода горячих газов в верхней части корпуса 15, соединенный с верхней частью топки 4, рециркуляционный патрубок 19 возврата горячих газов в топку 4 в нижней части корпуса 15 и осевой патрубок 20, подключенный ко входу утилизатора 3 тепла горячих газов. Дымосос 13 включает в себя корпус 21, крыльчатку 22 и вал 23, соединяющий крыльчатку 22 с приводом 24, расположенным за пределами корпуса 21. В корпусе 21 выполнены окна 25 и 26 для подачи воздуха к возвращаемым горячим газам. Окна 25 и 26 охватывают вал 23, обеспечивая одновременно с подачей воздуха в контур циркуляции охлаждение вала 23 и подшипников 27. Вход дымососа 13 соединен с рециркуляционным патрубком 19 возврата горячих газов, а выход с нижней частью топки над колосниковой решеткой 8. Утилизатор 3 тепла горячих газов включает в себя контактный конденсатный теплообменник 28 со слоями 29 орошаемой насадки, водоводяной теплообменник 30 и контур 31 циркуляции конденсата с насосом 32 и оросительными форсунками 33. Утилизатор 3 снабжен переливной трубкой 34. На выходе утилизатора установлены дымосос 35 и заслонка 36. Водяная рубашка 16 очистителя 15, водоводяной теплообменник 30 и водяная рубашка 5 водогрейного котла 1 последовательно соединены между собой. Подвод сетевой воды в водяную рубашку 16 центробежного очистителя 12 газов осуществляется по трубопроводу 37. Подпитка водой системы осуществляется по трубопроводу 38, подключенному к входному трубопроводу 37.

Установка работает следующим образом. Водяную рубашку 5 водогрейного котла 1, водяную рубашку очистителя 12 горячих газов, водоводяной теплообменник 30 и контур 31 циркуляции конденсата заполняют водой. Порцию твердого топлива загружают в топку 4 через дверцу 10 и разжигают топку. Одновременно включают дымососы 13 и 35. Образующиеся при горении топлива горячие газы через тангенциальный патрубок 18 поступают в цилиндрический корпус 15 центробежного очистителя 12 и формируют в нем закрученный поток газа. Освобождение от твердых частиц и смолистых компонентов продуктов сгорания горячие газы по осевому патрубку 20 подаются на вход утилизатора 3 тепла горячих газов. В утилизаторе 3 горячие газы проходят через контактный конденсатный теплообменник 28, где вступают во взаимодействие с водой, распыляемой оросительными форсунками 33. Температура газов понижается до 40-70^oC. Содержащиеся в них водяные пары конденсируются на кольцах орошаемой насадки, стекают вниз в водоводяной теплообменник и возвращаются к оросительным форсункам 33 с помощью насоса 32. При наличии в горячих газах окислов азота и серы и угарного газа они поглощаются водой в контактном конденсатном теплообменнике 28. Очищенные газы с низкой температурой удаляются в атмосферу дымососом 35. Избыточный конденсат с растворимыми в нем окислами удаляется по переливной трубке 34 за пределы установки. Горячие газы с несгоревшими частицами топлива удаляются из цилиндрического корпуса центробежного очистителя 12 горячих газов через рециркуляционный патрубок 19 и направляются дымососом 13 в нижнюю часть топки 4, образуя контур 2 циркуляции горячих газов. Возвращенные в топку 4 горячие газы повторно поступают в зону горения, где происходит догорание несгоревших твердых частиц и смолистых компонентов. При подаче в топку 4 новой порции топлива с увеличенным содержанием влаги вся масса топлива обдувается горячим газом, что способствует ускоренной его сушке. Водяные пары удаляются в центробежный очиститель 12 и утилизатор 3 тепла горячих газов. При большом количестве водяных паров и недостаточном прогреве топки 4 водяные пары будут конденсироваться в центробежном очистителе 12 горячих газов и стекать в сборник 17 жидкой фазы, откуда могут быть легко удалены без отключения установки. Для регулирования расхода горячих газов в контуре 2 используют дымосос 13 и заслонку 14. Воздух для поддержания горения в топке 4 поступает через дверцу 11 и колосникову решетку 8, а также через окна 25 и 26 в корпусе 21 дымососа 13. Воздух, поступающий через окна 25 и 26, обдувает подшипники 27 и вал 23 дымососа 13 и охлаждает их, не допуская перегрева. Вода из сети поступает в трубопровод 37 и из него в водяную рубашку 16 центробежного очистителя 12. Далее вода проходит через водоводяной теплообменник 30, водяную рубашку 5 водогрейного котла 1 и поступает в выходной патрубок 7. при необходимости подпитки сети горячей воды холодная вода подается по трубопроводу 38.

Агрегаты и элементы конструкции предлагаемой установки для нагрева воды являются широко используемыми в теплообменной технике и освоенными промышленностью. Поэтому заявляемое изобретение может быть осуществлено на машиностроительных заводах с использованием известных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость.

Использование: в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных домов и поселков, преимущественно в сельской местности. Сущность изобретения: установка содержит водогрейный котел с водяной рубашкой и топкой, снабженный контуром циркуляции горячих газов с установленными в нем центробежным очистителем горячих газов, дымососом и заслонкой, и утилизатор тепла горячих газов, включающий контактный конденсатный теплообменник, контур циркуляции конденсата и водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды. Центробежный очиститель имеет охлаждаемый цилиндрический корпус с водяной рубашкой, тангенциальный патрубок подвода горячих газов в верхней части корпуса, соединенный с верхней частью топки, рециркуляционный патрубок возврата горячих газов в топку в нижней части корпуса и осевой патрубок отвода очищенных горячих газов, подключенный ко входу утилизатора. Сетевая вода поступает в водяную рубашку центробежного очистителя, а затем через водоводяной нагреватель -в водяную рубашку водогрейного котла. Центробежный очиститель может быть снабжен сборником жидкой фазы, подсоединенным к нижней части цилиндрического корпуса. Контур циркуляции горячих газов может быть снабжен окнами подачи воздуха к возвращаемым горячим газам, выполненным в корпусе дымососа, охватывая его вал. Изобретение позволяет снизить количество экологически вредных веществ на выходе установки при сжигании увлажненных топлив: бытового мусора, торфа и древесных отходов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для нагрева воды, содержащая водогрейный котел с водяной рубашкой и топкой, утилизатор тепла горячих газов, включающий контактный конденсатный теплообменник, контур циркуляции конденсата и водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды и дымосос на выходе из утилизатора тепла, отличающаяся тем, что она снабжена контуром циркуляции горячих газов с установленными в нем центробежным очистителем горячих газов, дымососом и заслонкой, при этом центробежный очиститель горячих газов имеет охлаждаемый цилиндрический корпус с водяной рубашкой, тангенциальный патрубок подвода горячих газов в верхней части корпуса, рециркуляционный патрубок возврата горячих газов в нижней части корпуса и осевой патрубок отвода очищенных горячих газов, тангенциальный патрубок соединен с верхней частью топки, вход дымососа подключен к рециркуляционному патрубку возврата горячих газов, выход из дымососа подсоединен к нижней части топки, заслонка установлена на выходе дымососа, утилизатор тепла горячих газов подсоединен к осевому патрубку, а водяная рубашка цилиндрического корпуса центробежного очистителя горячих газов водоводяной теплообменник нагрева сетевой воды и водяная рубашка водогрейного котла последовательно соединены друг с другом. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что центробежный очиститель горячих газов снабжен сборником жидкой фазы, подсоединенным к нижней части цилиндрического корпуса. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что контур циркуляции горячих газов снабжен окнами подачи воздуха к возвращаемым горячим газам, при этом указанные окна выполнены в корпусе дымососа контура циркуляции горячих газов, охватывая его вал.