ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2001 года по МПК F24H1/00 

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

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 (см. авторское свидетельство СССР 989263, МПК 7 F 24 H 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.

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, при этом 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 теплообменных труб, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел, причем каждое сопло со стороны выхода из него воды выполнено в виде щелевого диффузорного канала, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного и внутреннего блоков сообщены между собой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах выполнена двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней переменной высоты и реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб, при этом теплообменные трубы со стороны коллектора снабжены заглушками с просечками, посредством которых теплообменные трубы сообщены с коллектором.

Как показали проведенные исследования режим течения жидкой среды, 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, что позволило увеличить коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкой среде. Кроме того, закрутка потока жидкой среды, вихреобразный режим течения жидкой среды позволяет турбулизировать поток и за счет этого предотвратить формирование газовых пузырей на поверхности дымогарных и теплообменных труб. В результате практически полностью предотвращается образование накипи, что позволяет значительно повысить надежность работы водогрейного котла. Сообщение теплообменных труб между собой при помощи криволинейных тангенциально по отношению к теплообменным трубам установленных сопел позволяет значительно снизить гидравлические потери при движении жидкой среды от одной теплообменной трубы к другой теплообменной трубе, 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. На это же направлено выполнение заглушек с просечками, выполненными равномерно по периметру заглушек между теплообменными трубами и коллектором. Интенсификации теплообмена между жидкой среды и продуктами сгорания служит также выполнение двухходовой нарезки на внутренней поверхности дымогарных 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. Как показывают расчеты, возможно получение КПД 94%.

Дальнейшему повышению коэффициента использования тепла продуктов сгорания способствует организация трехходовой системы тяги, которая создается путем выполнения системы нагрева в виде двух автономных блоков, соединенных между собой посредством фланцевого соединения. Одновременно это помогает повысить технологичность конструкции в процессе сборки котла и при проведении ремонтных работ. Поскольку сборка котла превращается в достаточно простую технологическую операцию, а возможность разборки позволяет улучшить условия работы при проведении ремонтных и регламентных работ на водогрейном котле.

Таким образом, достигается выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение КПД водогрейного котла и технологичности его изготовления.

На фиг. 1 представлен продольный разрез водогрейного котла; на фиг. 2 представлен продольный разрез внутреннего автономного блока; на фиг. 3 представлен разрез А-А по фиг. 2; на фиг. 4 представлен продольный разрез наружного автономного блока; на фиг. 5 представлена дымогарная труба; на фиг. 6 представлен разрез Б-Б по фиг. 5.

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. Дымогарные трубы 3 и водяная камера объединены в два автономных блока - наружный 4 и внутренний 5, соединенные между собой посредством фланцевого соединения 6, водяная камера выполнена в виде системы теплообменных труб 7, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел 8, причем каждое сопло 8 со стороны выхода из него воды выполнено в виде щелевого диффузорного канала, дымогарные трубы 3 установлены внутри теплообменных труб 7, при этом дымогарные трубы 3 наружного и внутреннего блоков 4, 5 сообщены между собой посредством выполненных в корпусе 1 оборотных камер 9 с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы 3 выполнены с винтовыми направляющими планками 10, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах 3 выполнена двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней 11 переменной высоты и реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб 3, при этом теплообменные трубы 7 со стороны коллектора 12 снабжены заглушками 13 с просечками 14, посредством которых теплообменные трубы 7 сообщены с коллектором 12.

Работа котла осуществляется следующим образом.

Жидкая среда - теплоноситель через подводящую трубу 15 внутреннего блока 5 и по системе сопел 8 переходит из одной теплообменной трубы к другой трубе, частично перетекая через просечки 14 в коллектор 12, совершая при этом тангенциальное движение по внутреннему блоку 5. Затем жидкая среда поступает из последней теплообменной трубы 7 по ходу движения жидкой среды в коллектор 12 и далее в систему потребления теплоносителя.

Скорость движения жидкой среды - теплоносителя, обусловленная сечением сопел 8, их тангенциальным расположением относительно теплообменных труб 7 и выполнением на трубах 3 винтовых направляющих планок 10, позволяет закрутить жидкую среду, и под действием центробежной силы образующиеся пузырьки воздуха на стенках теплообменных труб 7 и дымогарных труб 3, а также взвешенные частицы отрываются от стенок. В результате жидкая среда совершает турбулентное продольно-круговое движение вдоль теплообменных труб 7 и дымогарных труб 3, причем такое движение жидкой среды способствует вытеснению пузырьков воздуха и взвешенных частиц по направлению к просечкам 14 заглушек 13, через которые воздух и частицы удаляются из теплообменных труб 7 в коллектор 12.

Аналогичным образом процесс протекания и нагрева жидкой среды - теплоносителя происходит в наружном блоке 4.

Настоящее изобретение может быть использовано в системах нагрева жидкой среды в системах центрального или автономного горячего водоснабжения.

Котел предназначен для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения и может быть использован в теплоэнергетике. Котел содержит дымогарные трубы и водяную камеру, объединенные в два автономных блока - наружный и внутренний, которые соединены между собой посредством фланцевого соединения. Водяная камера выполнена в виде системы теплообменных труб, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел. Каждое сопло со стороны выхода из него воды выполнено в виде щелевого диффузорного канала. Дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного и внутреннего блоков сообщены между собой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги. Со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах выполнена двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней переменной высоты и реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб. Теплообменные трубы со стороны коллектора снабжены заглушками с просечками, посредством которых теплообменные трубы сообщены с коллектором. Конструкция котла обеспечивает повышение удельной производительности. 6 ил.

Водогрейный котел, содержащий корпус с размещенными в нем топкой, дымогарными трубами, сообщенными со стороны входа в них с топкой, и водяную камеру, отличающийся тем, что дымогарные трубы и водная камера объединены в два автономных блока - наружный и внутренний, соединенные между собой посредством фланцевого соединения, водная камера выполнена в виде системы теплообменных труб, сообщенных между собой посредством системы тангенциально установленных криволинейных сопел, причем каждое сопло со стороны выхода из него воды выполнено в виде щелевого диффузорного канала, дымогарные трубы установлены внутри теплообменных труб, при этом дымогарные трубы наружного и внутреннего блоков сообщены между собой посредством выполненных в корпусе оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги, со стороны наружной поверхности дымогарные трубы выполнены с винтовыми направляющими планками, а со стороны внутренней поверхности в дымогарных трубах выполнена двухходовая винтовая нарезка с формированием гребней переменной высоты и реверсивным направлением закрутки потока продуктов сгорания внутри дымогарных труб, при этом теплообменные трубы со стороны коллектора снабжены заглушками с просечками, посредством которых теплообменные трубы сообщены с коллектором.