ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2005 года по МПК F24H1/00 

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

Известен 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 Н 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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является водогрейный котел, содержащий корпус с выполненной в нем топкой и системой водогрейных труб, образованной двумя боковыми, задней и верхней секциями, причем боковые секции образованы наружными и внутренними панелями с формированием между ними боковых газоходных каналов (см. авторское свидетельство СССР, 1760257, F 24 Н 1/16, 07.09.1992).

Однако конструкция данного водогрейного котла достаточно сложна, что связано с необходимостью формирования контура циркуляции нагреваемой воды из спирально свернутых с образованием внутренней герметичной секции с фистонами для прохода дымовых газов. Достаточно сложно организовать ремонт такого котла, поскольку все трубы сварены между собой, образуя одну длинную свернутую заданным образом водогрейную трубу. Поверхность нагрева воды ограничена наружной поверхностью водогрейных труб, что снижает эффективность использования дымовых газов.

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 выполненной в нем топкой и системой водогрейных труб, образованной двумя боковыми, задней и верхней секциями, причем боковые секции образованы наружными и внутренними панелями с формированием между ними боковых газоходных каналов, при этом задняя секция образована внутренней и наружной панелями, а верхняя секция выполнена в виде панели, образованной наружными и расположенными в последних внутренними водогрейными трубами, при этом наружные водогрейные трубы параллельно подключены одной стороной к выходному коллектору, сообщенному с патрубком отвода нагретой воды, и заглушены с противоположной стороны, внутренние водогрейные трубы одной стороной параллельно подключены к входному коллектору со стороны заглушенного конца наружных водогрейных труб, заглушены с противоположной стороны и сообщены с наружными трубами посредством отверстий в их стенке, внутренние и наружные панели боковых и задней секций образованы водогрейными трубами, параллельно подключенными к верхнему и нижнему коллекторам, причем через эти водогрейные трубы и верхний и нижний коллекторы пропущены дымогарные трубы, в пространстве между наружной поверхностью дымогарных труб и внутренней поверхностью водогрейных труб боковых и задней секций размещена спиральная цилиндрическая пружина, образованная прутками прямоугольного поперечного сечения, с шагом между витками от 80 до 100 мм, между водогрейными трубами внутренних панелей боковых и задней секций вварены плавники с образованием герметичной перегородки внутренней панелью задней секции и герметичной перегородки с перепускными отверстиями в верхней части внутренними панелями боковых секций, в верхней части корпуса котла выполнены перегородки, образующие два верхних продольных и задний поперечный газоходные каналы, при этом пространство топки посредством перепускных отверстий сообщено с боковыми газоходными каналами, последние через дымогарные трубы боковых секций сообщены с верхними продольными газоходными каналами и далее с задним поперечным газоходным каналом, который посредством дымогарных труб в задней секции сообщен с расположенным за топкой отверстием для отвода дымовых газов, в свою очередь задняя, боковые и верхняя секции водогрейных труб последовательно сообщены между собой посредством перепускных патрубков, при этом верхний коллектор наружной панели задней секции подключен к патрубку подвода нагреваемой воды, нижний коллектор наружной панели задней секции подключен к нижнему коллектору внутренней панели задней секции, верхний коллектор внутренней панели задней секции подключен к верхним коллекторам наружных панелей боковых секций, нижние коллекторы наружных панелей боковых секций подключены к нижним коллекторам внутренних панелей боковых секций и верхние коллекторы внутренних панелей боковых секций подключены к входному коллектору верхней секции.

При этом целесообразно, чтобы с наружной стороны внутренних водогрейных труб верхней секции над отверстиями были приварены по касательной к стенке трубы направляющие планки, а отверстия были выполнены щелевидными и в поперечном сечении сдвинуты относительно друг друга на 120°, а топка котла при работе на твердом топливе была бы выполнена с камерой догорания твердого топлива и снабжена расположенной выше камеры догорания наклонной беспровальной колосниковой решеткой.

Как показали проведенные исследования, режим течения теплоносителя, как правило воды, в водогрейных трубах и режим течения продуктов сгорания по дымогарным трубам оказывает значительное влияние на организацию процесса теплообмена между продуктами сгорания и нагреваемой жидкой средой.

Выполнение системы водогрейных труб в виде отдельных секций соединенных между собой посредством перепускных патрубков, расположенных с внешней стороны котла, размещение дымогарных труб внутри водогрейных труб, выполнение на поверхности дымогарных труб винтовых направляющих из спирально свернутых прутков позволило значительно увеличить скорость движения жидкой среды и дымовых газов и позволило увеличить коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому теплоносителю. Кроме того, закрутка потока теплоносителя, вихреобразный режим его течения позволяет турбулизировать поток и за счет этого предотвратить формирование газовых пузырей в водогрейных трубах боковых, задней и верхней секций. Для выравнивания закрутки теплоносителя, подаваемого в водогрейные трубы верхней секции, во внутренних водогрейных трубах выполнены щелевидные отверстия, расположенные вдоль винтовой направляющей с углом между щелевидными отверстиями по окружности трубы, составляющим 120°. В результате практически полностью предотвращается образование накипи, что позволяет значительно повысить надежность работы водогрейного котла. Сообщение теплообменных труб между собой при помощи коллекторов и соединение коллекторов между собой посредством перепускных патрубков позволяет организовать наиболее рациональный маршрут течения нагреваемой воды при минимально возможных гидравлических потерях, при этом предотвращается образование воздушных пробок и пленок в водогрейных трубах и организуется винтообразное перемещение жидкой среды вдоль дымогарных труб, способствующее вытеснению воздуха из водогрейных труб.

Одновременно выполнение системы водогрейных труб в виде отдельных секций, соединенных между собой в помощью перепускных патрубков, расположенных с внешней стороны котла, позволило повысить надежность работы котла в аварийной ситуации, поскольку в случае выхода из строя одной из водогрейных труб и невозможности длительной остановки котла на ремонт можно с помощью перепускных патрубков отключить секцию с поврежденной трубой и продолжить работу котла. Кроме того, выполнение системы водогрейных труб в виде однотипных секций позволяет повысить технологичность конструкции в процессе изготовления и сборки котла и при проведении ремонтных работ. Поскольку сборка котла превращается в достаточно простую технологическую операцию, а возможность достаточно легкой сборки и разборки позволяет улучшить условия работы при проведении ремонтных и регламентных работ на водогрейном котле.

Таким образом достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение удельной теплопроизводительности водогрейного котла и как следствие повышение КПД котла, а также повышение технологичности конструкции котла при сборочно-сварочных и ремонтных работах, а также в процессе изготовления котла. На фиг.1 представлен продольный разрез А-А водогрейного котла, на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1, на фиг.4 - вид боковой секции системы водогрейных труб, на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4, на фиг.6 - вид сверху на верхнюю секцию водогрейных труб, на фиг.7 - разрез А-А на фиг.6, на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг.6

Водогрейный котел содержит корпус 1 с выполненной в нем топкой 2 и системой водогрейных труб, образованной двумя боковыми 3, задней 4 и верхней 5 секциями, причем боковые секции 3 образованы наружными 6 и внутренними 7 панелями с формированием между ними боковых газоходных каналов 8. Задняя секция 4 образована внутренней 9 и наружной 10 панелями, а верхняя секция 5 выполнена в виде панели, образованной наружными 11 и расположенными в последних внутренними 12 водогрейными трубами, при этом наружные водогрейные трубы 11 параллельно подключены одной стороной к выходному коллектору 13, сообщенному с патрубком 14 отвода нагретой воды, и заглушены с противоположной стороны. Внутренние водогрейные трубы 12 одной стороной параллельно подключены к входному коллектору 15 со стороны заглушенного конца наружных водогрейных труб 11, заглушены с противоположной стороны и сообщены с наружными трубами 11 посредством отверстий 16 в их стенке. Внутренние 7, 9 и наружные 6, 10 панели боковых 3 и задней 4 секций образованы водогрейными трубами 17, параллельно подключенными к верхнему 18 и нижнему 19 коллекторам, причем через эти водогрейные трубы 17 и верхний 18 и нижний 19 коллекторы пропущены дымогарные трубы 20, в пространстве между наружной поверхностью дымогарных труб 20 и внутренней поверхностью водогрейных труб 17 боковых 3 и задней 4 секций размещена спиральная цилиндрическая пружина 21, образованная прутками прямоугольного поперечного сечения, с шагом между витками от 80 до 100 мм, между водогрейными трубами 17 внутренних панелей 7, 9 боковых 3 и задней 4 секций вварены плавники 22 с образованием герметичной перегородки внутренней панелью 9 задней секции 4 и герметичной перегородки с перепускными отверстиями 23 в верхней части внутренними панелями 7 боковых секций 3. В верхней части корпуса 1 котла выполнены перегородки 24, образующие два верхних продольных 25 и задний поперечный 26 газоходные каналы, при этом пространство топки 2 посредством перепускных отверстий 23 сообщено с боковыми газоходными каналами 8, последние через дымогарные трубы 20 боковых секций 3 сообщены и верхними продольными газоходными каналами 25 и далее с задним поперечным газоходным каналом 26, который посредством дымогарных труб 20 в задней секции 4 сообщен с расположенным за топкой отверстием 27 для отвода дымовых газов нижнего газоходного поперечного канала 28, в свою очередь задняя 4, боковые 3 и верхняя 5 секции водогрейных труб последовательно сообщены между собой посредством перепускных патрубков 29, при этом верхний коллектор 18 наружной панели 10 задней секции 4 подключен к патрубку подвода нагреваемой воды 30, нижний коллектор 19 наружной панели 10 задней секции 4 подключен к нижнему коллектору 19 внутренней панели 9 задней секции 4, верхний коллектор 18 внутренней панели 9 задней секции 4 подключен к верхним коллекторам 18 наружных панелей 6 боковых секций 3, нижние коллекторы 19 наружных панелей 6 боковых секций 3 подключены к нижним коллекторам 19 внутренних панелей 7 боковых секций 3 и верхние коллектора 18 внутренних панелей 7 боковых секций 3 подключены к входному коллектору 15 верхней секции 5.

При этом целесообразно, чтобы с наружной стороны внутренних водогрейных труб 12 верхней секции 5 над отверстиями 16 были приварены по касательной к стенке трубы направляющие планки 31, а отверстия 16 были выполнены щелевидными и в поперечном сечении сдвинуты относительно друг друга на 120°, а топка 2 котла при работе на твердом топлива была бы выполнена с камерой догорания 32 твердого топлива и снабжена расположенной выше камеры догорания наклонной беспровальной колосниковой решеткой 33 установленной, а над камерой догорания установлена.

При сгорании в топке 2 водогрейного котла топлива выделяется тепловая энергия продуктов и образуются горячие дымовые газы. Большая часть тепловой энергии поглощается со стороны внутренней поверхности котла водогрейными трубами 17 внутренних панелей 7 и 9 боковых 3 и задней 4 секций, а также верхней секций 5, что приводит к нагреву протекающего через них жидкого теплоносителя, например воды. Далее продукты сгорания поднимаются в верхнюю часть котла и через перепускные отверстия 23 внутренних панелей 7 боковых секций 3 двумя потоками поступают в боковые газоходные каналы 8, обтекая снаружи водогрейные трубы 17 внутренней 7 и наружной 6 панелей боковых секций 3 и спускаясь вниз по газоходным каналам 8, после чего через дымогарные трубы 20 боковых секций 3 поступают в верхние продольные газоходные каналы 25. Из последних продукты сгорания топлива поступают в задний поперечный газоходный канал 26 и по дымогарным трубам задней секции 4 опускаются в нижний газоходный поперечный канал 28 и далее через отверстие 27 за топкой 2 отводятся из котла в систему удаления дымовых газов. Таким образом, продукты сгорания многократно оборачиваются по газоходным каналам 8, 26, 26, 28 и дымогарным трубам 20 водогрейного котла, эффективно отдавая тепловую энергию теплоносителю.

При работе на твердом топливе горячий шлак и часть несгоревшего топлива через поворотные колосники загружаются в камеру догорания 32 твердого топлива. Воздух для сжижения топлива может подаваться вентилятором (не показан) в камеру догорания 32 твердого топлива и, проходя через горячую зону, нагревается, а затем поступает в зону под колосниковой решеткой 33 и через ее торцевые отверстия в зону горения топлива.

Остывшая в камере догорания зола и шлак удаляются вручную через зольниковую дверцу или при механизации специальным транспортером (не показан).

Оснащенная камерой догорания 32 твердого топлива и наклонной беспровальной колосниковой решеткой 33 с поворотными колосниками топка 2 позволила повысить КПД котельной установки на твердом топливе до 85%.

Циркуляция нагреваемой воды (теплоноситель) в котле осуществляется циркуляционным насосом. Нагреваемая вода по патрубку 30 подвода нагреваемой воды подается в заднюю секцию 4, затем по перепускньм патрубкам 29 поступает в боковые секции 3 и после этого в верхнюю секцию 5, после чего по патрубку 14 нагретая вода выводится из котла, например в теплосеть.

Нагреваемая вода в секциях 3 и 4 движется между внутренних стенок водогрейных труб 17 и наружных стенок дымогарных труб 20 навстречу газовому потоку, с высокой скоростью, совершая при этом винтовое вращательное движение.

Под действием центробежного эффекта вращающейся жидкости по оси вращения динамический напор равен нулю, а у стенок водогрейных труб, воспринимающих тепло, динамический напор имеет максимальное значение, соответственно и плотность нагреваемой воды на внутренней поверхности водогрейных труб 17 возрастает. В результате взвешенные частицы пара и газа от стенок движутся к центру. В силу этого на стенках водогрейных труб 17 накипи не образуется, что позволяет обеспечить максимальный отбор тепловой энергии и увеличить КПД водогрейного котла до 94%, а также увеличить его срок службы.

Настоящее изобретение может быть использовано в системах нагрева теплоносителя центрального и автономного горячего водоснабжения и отопления.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Водогрейный котел содержит корпус с выполненной в нем топкой и системой водогрейных труб, образованной двумя боковыми, задней и верхней секциями. Боковые секции образованы наружными и внутренними панелями с формированием между ними боковых газоходных каналов. Задняя секция образована внутренней и наружной панелями, а верхняя секция выполнена в виде панели, образованной наружными и расположенными в последних внутренними водогрейными трубами. Наружные водогрейные трубы параллельно подключены одной стороной к выходному коллектору, сообщенному с патрубком отвода нагретой воды, и заглушены с противоположной стороны, внутренние водогрейные трубы одной стороной параллельно подключены к входному коллектору со стороны заглушенного конца наружных водогрейных труб, заглушены с противоположной стороны и сообщены с наружными трубами посредством отверстий в их стенке. Внутренние и наружные панели боковых и задней секций образованы трубами, параллельно подключенными к верхнему и нижнему коллекторам, причем через эти трубы и верхний и нижний коллекторы пропущены дымогарные трубы, в пространстве между наружной поверхностью дымогарных труб и внутренней поверхностью водогрейных труб боковых и задней секций размещена спиральная цилиндрическая пружина, образованная прутками прямоугольного поперечного сечения, с шагом между витками от 80 до 100 мм. Между водогрейными трубами внутренних панелей боковых и задней секций вварены плавники с образованием герметичной перегородки внутренней панелью задней секции и герметичной перегородки с перепускными отверстиями в верхней части внутренними панелями боковых секций. В верхней части корпуса котла выполнены перегородки, образующие два верхних продольных и задний поперечный газоходные каналы, при этом пространство топки посредством перепускных отверстий сообщено с боковыми газоходными каналами, последние через дымогарные трубы боковых секций сообщены с верхними продольными газоходными каналами и далее с задним поперечным газоходным каналом, который посредством дымогарных труб в задней секции сообщен с расположенным за топкой отверстием для отвода дымовых газов. Задняя, боковые и верхняя секции последовательно сообщены между собой посредством перепускных патрубков. Верхний коллектор наружной панели задней секции подключен к патрубку подвода нагреваемой воды, нижний коллектор наружной панели задней секции подключен к нижнему коллектору внутренней панели задней секции, верхний коллектор внутренней панели задней секции подключен к верхним коллекторам наружных панелей боковых секций, нижние коллекторы наружных панелей боковых секций подключены к нижним коллекторам внутренних панелей боковых секций и верхние коллекторы внутренних панелей боковых секций подключены к входному коллектору верхней секции. Изобретение обеспечивает повышение удельной теплопроизводительности водогрейного котла. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий корпус с выполненной в нем топкой и системой водогрейных труб, образованной двумя боковыми, задней и верхней секциями, причем боковые секции образованы наружными и внутренними панелями с формированием между ними боковых газоходных каналов, отличающийся тем, что задняя секция образована внутренней и наружной панелями, а верхняя секция выполнена в виде панели, образованной наружными и расположенными в последних внутренними водогрейными трубами, при этом наружные водогрейные трубы параллельно подключены одной стороной к выходному коллектору, сообщенному с патрубком отвода нагретой воды, и заглушены с противоположной стороны, внутренние водогрейные трубы одной стороной параллельно подключены к входному коллектору со стороны заглушенного конца наружных водогрейных труб, заглушены с противоположной стороны и сообщены с наружными трубами посредством отверстий в их стенке, внутренние и наружные панели боковых и задней секций образованы водогрейными трубами, параллельно подключенными к верхнему и нижнему коллекторам, причем через эти водогрейные трубы и верхний и нижний коллекторы пропущены дымогарные трубы, в пространстве между наружной поверхностью дымогарных труб и внутренней поверхностью водогрейных труб боковых и задней секций размещена спиральная цилиндрическая пружина, образованная прутками прямоугольного поперечного сечения, с шагом между витками 80 - 100 мм, между водогрейными трубами внутренних панелей боковых и задней секций вварены плавники с образованием герметичной перегородки внутренней панелью задней секции и герметичной перегородки с перепускными отверстиями в верхней части внутренними панелями боковых секций, в верхней части корпуса котла выполнены перегородки, образующие два верхних продольных и задний поперечный газоходные каналы, при этом пространство топки посредством перепускных отверстий сообщено с боковыми газоходными каналами, последние через дымогарные трубы боковых секций сообщены с верхними продольными газоходными каналами и далее с задним поперечным газоходным каналом, который посредством дымогарных труб в задней секции сообщен с расположенным за топкой отверстием для отвода дымовых газов, в свою очередь задняя, боковые и верхняя секции водогрейных труб последовательно сообщены между собой посредством перепускных патрубков, при этом верхний коллектор наружной панели задней секции подключен к патрубку подвода нагреваемой воды, нижний коллектор наружной панели задней секции подключен к нижнему коллектору внутренней панели задней секции, верхний коллектор внутренней панели задней секции подключен к верхним коллекторам наружных панелей боковых секций, нижние коллекторы наружных панелей боковых секций подключены к нижним коллекторам внутренних панелей боковых секций и верхние коллекторы внутренних панелей боковых секций подключены к входному коллектору верхней секции.2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что с наружной стороны внутренних водогрейных труб верхней секции над отверстиями приварены по касательной к стенке трубы направляющие планки, а отверстия выполнены щелевидными и в поперечном сечении сдвинуты относительно друг друга на 120°.3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что топка котла при работе на твердом топливе выполнена с камерой догорания твердого топлива и снабжена расположенной выше камеры догорания наклонной беспровальной колосниковой решеткой.