ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплотехнике, преимущественно к отопительным котлам, работающим на твердом, жидком и газообразном топливе.

Водогрейный котел, содержащий экранированную топочную камеру, конвективную поверхность нагрева и газоплотную стенку, известен (см. авт св. SU 305312 (1368150/24-6), F 22 В 21/02, F 24 Н 1/00, 1969). В указанном котле камера отделена от шахты по всему поперечному сечению газоплотной стенкой, у которой часть труб на участке между потолком и началом конвективной поверхности выгнута в сторону камеры, образуя окна для прохода газов в плоскости, параллельной экранам.

Недостатком известного котла является то, что выход топочных газов из камеры предусмотрен вверху последней, что приводит к неполному сгоранию топлива в топочном объеме за счет малой циркуляции топочных газов и наличию застойных зон, которые почти не участвуют в топочном теплообмене. Кроме того в топочной камере скапливаются продукты сгорания, удаление которых в период эксплуатации котла не предусмотрено, что приводит к забиванию камеры и невозможности дальнейшей эксплуатации котла без его остановки.

Известен водогрейный котел, содержащий экранированную топочную камеру и конвективную поверхность нагрева, разделенных газонепроницаемой экранированной перегородкой (см. Отраслевой каталог, НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, "Котлы малой и средней мощности и топочные устройства", М., 1987, с. 90, рис. 70-71). Отогнутые участки труб перегородки в нижней части заведены в конвективный газоход для размещения в последнем фестона для прохода топочных газов. Кроме этого топочная камера разделена промежуточной экранированной стенкой, не доходящей до потолка, с образованием камеры горения и камеры охлаждения.

Недостатком известного котла также является слабая циркуляция топочных газов, наличие застойных зон, малая интенсификация теплообмена и, как следствие, неполнота сгорания топлива, снижающие КПД котла. Кроме того конвективная поверхность расположена в газоходе шахтного типа, требующая большие габариты по высоте и необходимость отдельного блочного исполнения топочной камеры и конвективной части котла.

Известен также водогрейный котел, содержащий экранированную топочную камеру, отделенную от конвективной части газонепроницаемой экранной стенкой с фестоном в нижней части для прохода топочных газов в конвективную часть (см. авт. св. SU 208921 (1079141/24-6), F 24 Н 1/00, 1966). На расчетном расстоянии от газонепроницаемой стенки установлена оградительная экранированная перегородка, не доходящая до потолка камеры, при этом фестон выполнен с уклоном в сторону задней стенки котла.

Недостатком указанного изобретения также является малое использование тепла сгоревшего топлива, в связи с отсутствием завихрения и наличием застойных зон, а также увеличением габаритов по высоте, в связи с вертикальным расположением конвективных поверхностей нагрева, требующих компоновку в отдельном от топки блоке.

В связи с тем, что данное изобретение наиболее близко по технологической сущности и решаемой задачи, то примем его за прототип.

Основная задача предлагаемого изобретения: предложить водогрейный котел с максимально возможным, по сравнению с известными аналогами такого типа котлов, КПД при одновременном снижении затрат на строительство, содержание и ремонт котельной.

Для решения указанной задачи ставим следующие цели: повышение экономичности, путем более эффективного использования тепла сгоревшего топлива за счет турбулизации потока в топочном пространстве и устранения застойных зон, способствующих повышению КПД котла, а также исполнение котла в горизонтальной транспортабельной компоновке, ведущей к уменьшению затрат на строительство, содержание и ремонт котельной.

Сущность изобретения заключается в том, что котел содержит выполненный в одном блоке экранированную топочную камеру и конвективную часть, разделенных между собой вертикальной экранированной перегородкой с отогнутыми нижними участками труб для образования фестона, выполненного с уклоном в сторону задней стенки котла и заведенного в конвективный газоход для прохода топочных газов в конвективную часть. На уровне пода топочной камеры нижние участки труб фестона разведены для образования окон для размещения сопел острого дутья, направленных в сторону фронта котла под углом 15-30^o к горизонту. Конвективная часть составлена по меньшей мере из одного подъемного и одного опускного газоходов с проемами в разделяющих их экранированных перегородках. В газоходах размещаются конвективные поверхности нагрева, с вертикальным разворотом газов. Топочная камера и конвективная часть имеют горизонтальную компоновку и расположены последовательно одна за другой в одном блоке. Сопла вторичного дутья, сообщенные с топочной камерой и бункером-накопителем несгоревших частей топлива, не только создают завихрения при горении топлива в топочной камере, но и выполняют функцию возврата уноса.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решения соответствует критерию изобретения "новизна".

Исходя их технической сущности предлагаемого изобретения, приходим к выводу, что использование данного изобретения позволит получить следующий технический результат: повышение экономичности путем интенсификации теплообмена за счет предлагаемых конструктивных особенностей газохода, способствующих возникновению завихрения и циркуляции топочных газов, устранению застойных зон и повышению, в конечном счете, КПД котла. Кроме этого горизонтальная компоновка узлов котла представляет возможность снизить вертикальный габарит, уменьшить металло- и материалоемкость при строительстве котельной, способствующих уменьшению затрат на строительство, содержание и ремонт последней.

Признаки, изложенные в отличительной части формулы.. "на уровне пода топочной камеры нижние участки труб фестона разведены для образования окон". . . , известны (см. например, авт. св. SU 781492 (2704656/24-06), F 22 В 35/00, 1978), где указано. . . "что в соединительном газоходе под ширмами установлена газоплотная перегородка, образующая с подом канал рециркуляции)). . . или еще, например, патент RU 2124678 (97119265/06), F 24 H l/00, 1/18, 1/32, 1997), где аналогичный признак предложен в следующей редакции: . .. "конвективные газоходы отделены от топки перегородками и подключены к ней окнами"...

Признаки. .. "выполнены окна для размещения сопел"... известны (см. авт. св. SU 1343183 (4038983/24-06), F 23 С 11/02, 1986), где предложено, что "выходной конец соединительного газохода снабжен воздушными соплами, оси которых направлены в сторону его оси".

Признаки... "Конвективная часть включает в себя по меньшей мере один подъемный и один опускной газоходы с проемами в разделяющих их экранированных перегородках, причем в газоходах размещены конвективные поверхности нагрева"..., известны (см. Отраслевой каталог, НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, Котлы малой и средней мощности и топочные устройства, М., 1987, с. 102-105, рис. 82). Текст на с 102 повествует:... "Котел имеет низкую П-образную компоновку поверхностей нагрева".

Реализация порознь известных и ранее известных признаков в совокупности с признаками, изложенными в ограничительной части формулы изобретения, способствует получению новых потребительских свойств объекта изобретения, что подтверждается достижением указанного технического результата, а это дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен продольный разрез котла; на фиг.2 - разрез А-А и разрез Б-Б на фиг.1.

Водогрейный котел включает топочную камеру 1, разделенную газонепроницаемой экранированной перегородкой 2 с конвективной частью, состоящий из подъемного 3 и опускного 4 газоходов, отделенных друг от друга перегородкой 5, с образованием проема 6. Топочная камера 1 и конвективная часть экранированы передним, задним, боковыми и потолочным экранами, каждый из которых сообщен с раздающим коллектором. Передний экран снабжен амбразурой 7, к которой снаружи примыкает механизм топливоподачи 8. Оголовок амбразуры 7 обрамлен круглым коллектором 9, соединенным с трубами переднего экрана. Под топочной камеры 1 ограничен колосниковой решеткой 10. Отогнутые нижние участки труб перегородки 2 заведены в конвективный газоход 3 для размещения в нем фестона 11, нижние участки труб которого разведены для образования на уровне пода окон 12, где установлены воздушные сопла 13, направленные в сторону фронта котла под углом 15-30^o к горизонту. Сопла 13 подключены к вентилятору 14 и связаны с бункером-накопителем 15 не сгоревших частиц топлива. В газоходах 3 и 4 установлены конвективные поверхности нагрева 16. Опускной газоход 4 соединен с патрубком 17 отвода дымовых газов, подключенным к дымовой трубе.

Котел выполнен в одном транспортабельном блоке, вписывающемся в железнодорожный габарит.

Котел работает следующим образом.

Механизм топливоподачи 8 забрасывает топливо в топочную камеру 1, куда одновременно сквозь колосниковую решетку 10 вдувают воздух. В это же время посредством сопел 13 острого дутья в топочное пространство под углом 15-30^o к горизонту в направлении к фронту котла, поступает воздух, смешанный с частицами несгоревшего топлива. Восходящие струи воздуха, поступающие через колосниковую решетку 10, смешиваясь с воздухом из сопел 13 острого дутья, создают завихрение в топочном пространстве камеры 1, устраняют застойные зоны, тем самым обеспечивают полноту сгорания топлива и способствуют повышению КПД котла. Затем топочные газы проходят сквозь просветы между трубами фестона 11 и устремляются в газоход 3, из которого, сделав разворот на 180^o, через проем 6 направляются в опускной газоход 4. В газоходах 3 и 4 топочные газы омывают конвективные поверхности нагрева 16 и далее, минуя бункер-накопитель 15, поступают в патрубок 17 и далее отводятся в дымовую трубу.

Топливо, сгорая в топочной камере 1, радиационно нагревает экранированные поверхности топки, а топочные газы, проходя через газоходы отдают тепло экранированным поверхностям конвективной части котла.

Котел может работать как на жидком, так и на газообразном топливе, для перевода на которые достаточно заменить колосниковую решетку 10 подом, а вместо механизма топливоподачи 8 установить соответствующую горелку.

Поперечное сечение котла таково, что котел вписывается ж.д. габариты, а это позволяет изготовлять его в одном блоке. Топочная и конвективная часть выполнены в горизонтальной компоновке в одном блоке, требующем небольшую высоту котельной, строительство, содержание и ремонт которой обходится намного дешевле, по сравнению с котлами, у которых конвективная часть расположена в одной вертикальной шахте, нуждающихся в более высоком помещении котельной.

Из приведенного описания котла и его работы приходим к выводу, что технический результат, выражающийся в повышении КПД котла и удешевлении строительства, содержания и ремонта котельной, при одновременной ее транспортабельности, достигнут, следовательно, в сравнении с известными котлами, используемыми для осуществления аналогичных целей, предлагаемый котел имеет большие потребительские свойства и становится незаменим при использовании, например, в малых котельных, а также отдаленных и труднодоступных местах Великой России.

Котел предназначен для нагрева воды и может быть использован для отопления. Водогрейный котел содержит экранированную топочную камеру и конвективную часть, имеющие горизонтальную компоновку, расположенные последовательно одна за другой в одном блоке и разделенные между собой экранированной вертикальной перегородкой с фестоном в нижней части, выполненным с уклоном в сторону задней стенки котла. На уровне пода топочной камеры нижние участки труб фестона разведены для образования окон для размещения сопел острого дутья, направленных в сторону фронта котла под углом 15-30^o к горизонту. Конвективная часть включает в себя по меньшей мере один подъемный и один опускной газоходы с проемами в разделяющих их экранированных перегородках, при этом в газоходах размещены конвективные поверхности нагрева. Конструкция котла позволяет увеличить его кпд. 2 ил.

Водогрейный котел, содержащий экранированную топочную камеру и конвективную часть, разделенные между собой экранированной вертикальной перегородкой с фестоном в нижней части, выполненным с уклоном в сторону задней стенки котла, для прохода топочных газов в конвективную часть, отличающийся тем, что на уровне пода топочной камеры нижние участки труб фестона разведены для образования окон для размещения сопел острого дутья, направленных в сторону фронта котла под углом 15-30^o к горизонту, а конвективная часть включает в себя по меньшей мере один подъемный и один опускной газоходы с проемами в разделяющих их экранированных перегородках, при этом в газоходах размещены конвективные поверхности нагрева, причем топочная камера и конвективная часть имеют горизонтальную компоновку и расположены последовательно одна за другой в одном блоке.