ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F24H1/10 F28C3/06 

Газовый контактно-радиационный водонагреватель относится к области теплоэнергетики и может быть использован для отопления и горячего водоснабжения коммунально-бытовых и промышленных потребителей.

Современное состояние отопления и горячего водоснабжения коммунально-бытовых потребителей с учетом экономии энергоресурсов и защиты окружающей среды требует приоритетных решений в данной области теплоэнергетики, т.к. до 30% топлива, потребляемого в стране, расходуется на указанные цели.

Существующие системы теплоснабжения России основаны на широком применении комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), обеспечивающего экономию топлива до 25 млн.т условного топлива (Т.У.Т.). В то же время из-за плохого качества изоляции тепловых сетей и низкого качества их ремонта тепловые потери в сетях суммарной протяженностью около 26000 км, приближаются к 50 млн. Т.У.Т. в год.

Внедрение децентрализованной системы теплоснабжения на основе квартальных или крышных котельных позволяет повысить надежность системы, уменьшить капитальные вложения в объекты теплоснабжения, расход на текущий ремонт и снизить потери в тепловых сетях. Для снижения вредных выбросов и энергосбережения необходимо повысить КПД котлов малой мощности, обеспечивающих децентрализованное теплоснабжение с 75-80% до 95-97% (Материалы 3 семинара "Организация коммерческого учета энергоносителей". г. Санкт-Петербург, 21-24.11.95 г.).

В качестве аналога рассмотрим конструкцию газового контактно-поверхностного водонагревателя ФНКВ-1, разработанного в АКХ им. Памфилова, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения коммунально-бытовых потребителей.

Отличием водонагревателя является замена конвективной поверхности нагрева воды на контактную насадку, что обеспечило повышение КПД на 10-15% благодаря снижению температуры отходящих продуктов сгорания на 70-150^oC и утилизации теплоты конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания.

Недостатком контактно-поверхностных водонагревателей, снижающим надежность их работы, является наличие поверхности радиационного теплообмена, размещенной в топочном объеме, которая из-за отложения на ней накипи прогорает ( А.С. 321666 СССР F 24 Н 1/10; А.С. 1395908 СССР F 24 Н 1/10).

Прототипом предлагаемого изобретения может служить контактно-поверхностный водонагреватель (А. С. 191088 МКИ Н 1/10), принципиальным отличием которого является наличие топочной камеры с радиационной поверхностью нагрева, интенсивно обогреваемая газовыми радиационными беспламенными горелками. Высокое теплонапряжение радиационной поверхности нагрева обеспечивает ее уменьшение в 1,5 раза, соответственно уменьшается топочный объем и повышается взрывоопасность водонагревателя.

Недостатком конструкции является повышенная аварийность радиационной поверхности нагрева, которая из-за высокого теплонапряжения при назначительном отложении накипи прогорает, что приводит к остановке водонагревателя (А.С. 191088 СССР, МКИ F 24 Н 1/10).

Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в изготовлении, надежного в эксплуатации, экологически более чистого (содержание окислов азота в дымовых газах в 2-3 раза ниже) унифицированного модуля, позволяющего компоновать водонагреватели различной производительности до 6-8 Гкал в час, с шагом 1,5-2 Гкал.

В рассмотренных выше контактно-поверхностных водонагревателях, аналоге и прототипе, в контактной камере вода контактирует с высокотемпературными продуктами сгорания, поступающими из топки, и нагревается до температуры 75-80^oC. Дальнейший нагрев до температуры 95-98^oC осуществляется через радиационную поверхность теплообмена, размещенную в топке.

В предлагаемой конструкции отсутствует топочное устройство, т.к. применены беспламенные радиационные горелки, конструкции "Гипронефтемаш", в которых функции топочного устройства выполняет керамическая насадка, состоящая из 196 туннелей, в которых сгорает газовоздушная стехиометрическая смесь. Благодаря эффективному отводу тепла от керамики радиацией, температура ее не превышает 1000^oC. При указанном значении температуры излучения насадки, поглощающая способность поверхности воды близка к поглощающей способности абсолютно черного тела, степень черноты превышает 0,9.

Для обеспечения турбулентного течения поверхностного слоя воды, нагреваемого радиационным тепловым потоком от излучающей панели, под нагреваемой поверхностью воды размещен гофрированный лист, по которому происходит сток воды из контактной камеры к водозаборному устройству.

Интенсивный радиационный нагрев воды в тонком турбулентном слое обеспечивает необходимую глубину деаэрации.

Благодаря незначительной длине туннелей беспламенных горелок - 60 мм, а также температуре, не превышающей 1000^oC (при факельном сжигании газа температура в корне достигает 1800^oC, а его длина превышает 1000-1200 мм), содержание окислов азота в продуктах сгорания снижается в 2,5-3 раза.

Контактно-радиационный водонагреватель представлен на фиг. 1 и 2. Устройство включает контактную камеру 1, с размещенными в ней форсуночными распылителями воды 2; массообменную насадку 3; предохранительные взрывные клапаны 4; сборный водяной бак 5; подпорный водослив воды 6, нагретой в контактной камере; гофрированный лист-турболизатор поверхности воды 7, нагреваемой радиационным тепловым потоком газовых беспламенных горелок; водозаборное устройство 8; излучающую панель, собранную из беспламенных газовых горелок 9; патрубок 10 для отвода дымовых газов; патрубок 11 для отвода нагретой воды; стяжные петли 12 для сборки из унифицированных модулей водонагревателей повышенной мощности.

Контактно-радиационный водонагреватель работает следующим образом: нагреваемая вода подается в контактную камеру 1 через форсуночные распылители 2, что обеспечивает равномерное распределение ее по насадке 3, стекая в виде тонкой пленки, с развитой поверхностью контакта, вода нагревается до температуры 75-80^oC, благодаря контактному теплообмену с продуктами сгорания, поступающими из топки с температурой 900-1000^oC. Догрев воды до расчетного значения 95-98^oC происходит благодаря прямому радиационному нагреву поверхности воды беспламенными горелками; исключается радиационная поверхность теплообмена, на которой отлагаются соли жесткости, накипь. Степень черноты воды и окисленной стали, характеризующие поглощающую способность радиационного тепла материалом, превышает 0,9. Нагретая в контактной камере вода, через водослив 6 сливается на гофрированный лист-турбулизатор 7, по которому вода в режиме турбулентного течения после нагрева радиационным тепловым потоком, сливается в водозаборное устройство 8 и выводится к потребителю. От взрыва газовоздушной смеси водонагреватель защищен взрывными предохранительными клапанами 4, установленными на контактной камере 1 и водосборном баке 5.

При компоновке водонагревателей повышенной мощности из нескольких унифицированных модулей, единичные аппараты сопрягаются по боковой вертикальной стенке корпуса и креплением с помощью стяжных петель собираются в один отопительный агрегат.

Отличается высокой надежностью в эксплуатации, не требует умягчения питательной воды, т. к. отсутствуют традиционные конвективные и радиационные поверхности теплообмена, омываемые с одной стороны нагреваемой водой, а с другой - высокотемпературными продуктами сгорания. Соответствуют уровню современных требований по материалоэнергосбережению и экологии.

Газовый модульный контактно-радиационный водонагреватель предназначен для отопления и горячего водоснабжения коммунально-бытовых и промышленных потребителей. Водонагреватель содержит контактную камеру, водяной бак, газовые беспламенные горелки, собранные в излучающую панель, размещенную над гофрированным листом-турбулизатором, покрытым слоем нагреваемой воды, при этом боковые стенки корпуса выполнены вертикально и являются поверхностями сопряжения модулей. Конструкция котла повышает надежность эксплуатации и обеспечивает интенсивный нагрев воды в тонком турбулентном слое. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газовый модульный контактно-радиационный водонагреватель, содержащий контактную камеру, газовые беспламенные горелки, собранные в излучающую панель и водяной бак, отличающийся тем, что упомянутая излучающая панель размещена над гофрированным листом-турбулизатором, покрытым слоем нагреваемой воды. 2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса выполнены вертикально и являются поверхностями сопряжения модулей.