ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F24D15/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлостроении, в тепловых электростанциях, работающих по газотурбинному циклу, в газотурбинных двигателях.

Известна установка, реализующая способ теплоснабжения, заключающийся в том, что при помощи компрессора теплового насоса осуществляют в теплообменнике нагрев воды системы теплоснабжения ("Изобретения", ВНИИПИ, Москва, N 20 (II ч.), 1997 г., стр. 329, заявка N 93030908/06, МКИ F 24 D 11/02).

В данном способе обеспечивается сжатие воздуха в компрессоре. В качестве привода компрессора теплового насоса используют гидравлическую турбину, вал турбины соединяют посредством конического и планетарного редукторов с валом теплового насоса.

Основной недостаток применения компрессоров для сжатия воздуха в их большой энергоемкости, наличии дополнительного машинного привода, а также сложности и металлоемкости устройства в целом.

Известен водогрейный котел типа МЗК-4Г (каталог-справочник К8-70, лист N 3, НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Москва, УДК 697.326.62-52 -прототип), содержащий блочную горелку для сжигания топлива, замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя с насосом, подающим и обратным трубопроводами, рекуперативный теплообменник передачи тепла в контур потребителя с отопительными приборами, компенсатор объема, в котором наддув воздушного тракта на участке вентилятор - топка осуществляется с помощью центробежного вентилятора.

Из топочной камеры дымовые газы поступают в поворотный короб, откуда через дымогарные трубы уходят в дымовую коробку. Газовый тракт - топка и все газоходы котлоагрегата (включая тракт отбора тепла продуктов сгорания) находятся под разрежением - результат воздействия тяги, создаваемой вытяжной (дымовой) трубой.

Такие отопительные установки (котлы) имеют следующие основные недостатки:
- дутьевой компрессор не обеспечивает высокий наддув, а значит, высокую расходонапряженность газового тракта, что снижает теплопроизводительность котла;
- в отопительной установке с таким котлом присутствует вытяжная труба (увеличивающая габариты установки), обеспечивающая естественную циркуляцию газовоздушной среды, через которую вынужденно сбрасывается часть тепла в окружающее пространство.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности и экономичности, снижение массогабаритных характеристик отопительных установок.

Поставленная задача достигается тем, что в отопительной установке, содержащей замкнутый контур циркуляции теплоносителя, на участке подающего трубопровода, от насоса до котла, установлены последовательно водовоздушный эжектор и компенсатор, выполненный в виде сепаратора-компенсатора, при этом воздушная полость эжектора соединена с атмосферой, воздушная полость сепаратора - компенсатора соединена через запорную арматуру с блочной горелкой котла, а водяная полость - через запорную арматуру с подающим и обратным трубопроводами.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и другими известными аналогами в данной области показало, что данная совокупность признаков в предложенном сочетании является новой, применена впервые и ранее не использовалась.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показал, что данное техническое решение превосходит известные решения за счет того, что в наддуваемых трактах котла максимально используется теплопередающая способность газового теплоносителя из-за отсутствия традиционного ограничителя - энергоемкого компрессора, не следует явным образом из достигнутого уровня техники, не является очевидным для среднего специалиста в данной области промышленности и превосходит достигнутый уровень техники.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сущность изобретения отражена в принципиальной схеме отопительной установки, представленной на чертеже.

Основными составными частями предлагаемой отопительной установки являются:
1 - котел;
2 - блочная горелка;
3 - запальное устройство;
4 - блок зажигания;
5 - труба выхлопа;
6 - насос циркуляционный;
7 - водовоздушный эжектор;
8 - сепаратор-компенсатор;
9 - теплообменник;
10 - вентиль;
11, 17, 18 - клапаны с электроприводами;
12,19 - дроссели;
13, 20 - дроссельные шайбы;
14, 16 - запорные краны;
15 - регулятор потока воздуха;
21 - поворотный затвор;
22 - водонагревательный элемент;
23, 24 - подающий и обратный трубопроводы;
25 - контур потребителя.

В отопительную установку входит котел 1 с блочной горелкой 2, запальным устройством 3, блоком зажигания 4, трубой выхлопа 5 с поворотным затвором 21, трубопроводы подачи природного газа и воздуха.

Водяной тракт представляет собой замкнутый контур с подающим 23 и обратным 24 трубопроводами, на линии которых расположены циркуляционный насос 6 с электроприводом, водовоздушный эжектор 7, сепаратор-компенсатор 8, водонагревательный элемент 22, теплообменник 9, вентиль 10.

Воздушный тракт подачи отсепарированного воздуха представляет собой трубопровод, от места соединения с полостью сепаратора-компенсатора 8 до входа в блочную горелку 2, а также запальному устройству 3 котла 1. На линиях тракта расположены клапан 11 с электромагнитным приводом, дроссель 12 и дроссельная шайба 13.

Воздухозаборники для водовоздушного эжектора 7 и блочной горелки 2 котла 1 состоят из запорного крана 14 и регулятора потока воздуха 15.

Подача природного газа к блоку горелки 2 и запальному устройству 3 происходит по газопроводу, снабженному запорной и регулирующей арматурой: запорным краном 16, клапанами 17, 18 с электроприводами, дросселем 19 и дроссельной шайбой 20.

Работа отопительной установки, с предварительно заправленным водяным трактом, начинается с запуска электродвигателя насоса 6 и, с промежутком по времени, открытием запорного крана 14. Начинается процесс движения массы теплоносителя (воды), которая смешивается в водовоздушном эжекторе 7 с атмосферным воздухом.

Попадая в сепаратор-компенсатор 8, водо-воздушная смесь, в результате внезапного расширения и глубокого диспергирования, разделяется на фазы. Вода поступает через водонагревательный элемент 22 котла 1 в рекуперативный теплообменник 9 и по обратному трубопроводу 24 - на вход в насос 6. Вентиль 10 используется для регулирования расхода воды в подающем 23 и обратном 24 трубопроводах, а также при заправке тракта из внешней емкости.

Воздушная составляющая водовоздушной смеси, с открытием клапана 11, под заданным давлением устремляется в блочную горелку 2, запальное устройство 3 и далее в топку котла 1, осуществляя режим продувки. Поворотный затвор 21 позволяет регулировать избыточное давление в котле 1, изменяя сопротивление выхлопной трубы 5.

После продувки воздушного тракта открываются последовательно кран 16 и клапан 18. Природный газ попадает в запальное устройство 3, где газовоздушная смесь поджигается с помощью блока зажигания 4. Постоянное соотношение газа и воздуха в смеси обеспечивается дроссельными шайбами 13, 20 и регулятором потока воздуха 15.

Основной расход газа при открытии клапана 18 поступает через блочную горелку 2, в топку котла 1, где он и сгорает.

Регулирование режима работы автономной котельной установки по теплопроизводительности осуществляется в соотношении, при котором обеспечивается полное сгорание топлива.

Продукты сгорания, отдав основную часть своего тепла водонагревательному элементу 22, расположенному в топке котла 1, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу.

Циркулируя по замкнутому водяному контуру, теплоноситель через теплообменник 9 передает тепло в контур потребителя 25 с отопительными приборами и своим циркуляционным насосом.

Использование представленного решения позволит:
- обеспечить в 5-10 раз более высокий наддув и соответственно в 2,2-3,2 раза более высокую расходонапряженность газового тракта котла;
- повысить надежность работы и долговечность отопительной установки (отсутствие дутьевого компрессора);
- повысить эффективность использования тепла продуктов сгорания до 97% (отсутствие вытяжной трубы);
- сократить в 2-3 раза объем газового тракта, габариты и металлоемкость котлоагрегата или при сохранении размерности котлоагрегата увеличить соответственно в 2-3 раза теплопроизводительность отопительной установки.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлостроении, в тепловых электростанциях, работающих по газотурбинному циклу, в газотурбинных двигателях. Отопительная установка содержит замкнутый контур циркуляции теплоносителя, на участке подающего трубопровода от насоса до котла установлены последовательно водовоздушный эжектор и компенсатор, выполненный в виде сепаратора-компенсатора, при этом воздушная полость эжектора соединена с атмосферой, воздушная полость сепаратора-компенсатора соединена через запорную арматуру с блочной горелкой котла, а водяная полость - через запорную арматуру с подающим и обратным трубопроводами, газовоздушный контур через трубу выхлопа соединен с атмосферой. Техническим результатом является повышение надежности и экономичности, снижение массогабаритных характеристик отопительных установок. 1 ил.

Отопительная установка, содержащая котел с блочной горелкой для сжигания топлива, замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя с насосом, подающим и обратным трубопроводами, рекуперативным теплообменником передачи тепла в контур потребителя с отопительными приборами, компенсатором объема, газовоздушный контур, отличающийся тем, что в замкнутый контур циркуляции теплоносителя, на участке подающего трубопровода от насоса до котла установлены последовательно водовоздушный эжектор и компенсатор, выполненный в виде сепаратора-компенсатора, при этом воздушная полость эжектора соединена с атмосферой, воздушная полость сепаратора-компенсатора соединена через запорную арматуру с блочной горелкой котла, а водяная полость - через запорную арматуру с подающим и обратным трубопроводами, а газовоздушный контур через трубу выхлопа соединен с атмосферой.