ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2007 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к отопительной технике, а именно к водонагревателям.

Известен «Отопительный котел» (патент GB №1143652, F24H 1/40, опубл. 26.02.1969 г.), содержащий топочную и поворотные камеры с расположенным по их периметру экраном из горизонтальных труб, подключенных параллельно вертикальным коллекторам, образующих незамкнутый виток, и экранированную конвективную шахту, причем экранирование шахты выполнено продолжением экрана камер.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Горизонтально-водотрубный котел» (патент RU №2057997, F24H 1/40, опубл. Бюл. №10 от 10.04.1996 г.), содержащий топочную и конвективную камеры с горизонтальными поверхностями нагрева, разделенные между собой перегородкой, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, боковыми и задним экранами, соединенными соответственно с верхним, нижним и левым боковым коллекторами, с установленными в них диафрагмами, при этом концы труб боковых экранов заведены в конвективную камеру и выполнены заглушенными, отличающийся тем, что он дополнительно содержит правый боковой коллектор, образующий прямоугольную раму с верхним, нижним и левым боковым коллекторами, при этом боковые коллекторы, трубы боковых экранов и конвективные трубы соединены последовательно.

Недостатками данных устройств являются:

- недостаточное использование объема топочной камеры для нагрева жидкости;

- низкое качество (большая концентрация вредных веществ, например: окислы углерода и азота) продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу;

- неравномерное распределение накипи по всем трубам и коллекторам котла, из-за чего снижается межремонтный период и срок службы котла;

- низкий коэффициент полезного действия (КПД) при работе на природном газе.

Технической задачей предлагаемого котла являются повышение качества продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу, за счет полноты и быстроты сгорания топлива, подаваемого в топочную камеру, наиболее полное и продуктивное использование объема топочной камеры за счет большего ее охвата экранными трубами, полного сгорания топлива и равномерного распределения тепла по всему ее объему, а также увеличение межремонтного периода и срока службы трубных элементов котла за счет более равномерного распределения теплового напряжения по всему внутритрубному объему и расширение функциональных возможностей за счет возможности эффективной работы даже на горючей смеси с сектором горения, смещенным в синюю сторону (например, природный газ), в том числе трудно сгораемой.

Техническая задача решается горизонтальным водотрубным котлом, содержащим горелку, топочную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде экранов и конвективную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде расположенных в ней труб, разделенные между собой перегородкой, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, задним, боковыми левым и правым экранами, соединенными соответственно с образующими раму верхним, нижним, левым и правым боковым коллекторами с установленными в них диафрагмами, делящими коллекторы на отсеки.

Новым является то, что он дополнительно снабжен передним экраном, образованным благодаря сведению к середине расположенных выше горелки верхних частей левого и правого боковых коллекторов, и днищем из огнеупорного материала в топочной камере, установленным в уровень с нижним экраном или над ним, при этом горелка установлена с возможностью направления ядра факела на днище, а трубы, расположенные в конвективной камере, соединены в дополнительные левый и правый коллекторы, которые расположены снаружи левого и правого коллекторов и разделены диафрагмами на отсеки, причем отсеки коллекторов экранов сообщены с отсеками дополнительных коллекторов так, что поток воды распределялся параллельно в верхнем и нижнем экранах и трубах, расположенных в конвективной камере.

Новым является также то, что диафрагмы выполнены в виде заглушек отсеков коллекторов и установлены друг от друга с зазором.

Новым является также то, что днище выполнено из шамотного кирпича.

На Фиг.1 изображена схема распространения тепла, вырабатываемого горелкой.

На Фиг.2 изображен разрез А-А.

На Фиг.3 изображен схематично вид Б.

На Фиг.4 изображено сечение В-В с днищем, установленным в уровень с нижним экраном.

На Фиг.5 изображена схема четырехходового котла.

Горизонтально-водотрубный котел, содержащий горелку 1 (см. Фиг.1), топочную камеру 2 (см. Фиг.2) с горизонтальными поверхностями нагрева в виде экранов 5'-5""' и конвективную камеру 3 (см. Фиг.2) с горизонтальными поверхностями нагрева 4 (см. Фиг.4) в виде расположенных в ней труб, разделенные между собой перегородкой 5 (см Фиг.4). Экранные трубы размещены П-образно, образуя верхний 5', нижний 5", задний 5"', передние левый и правый (на Фиг. не показаны) и боковые левый 5"" и правый 5""' экраны топочной камеры 2. Экранные трубы 5'-5""' соединены соответственно с образующими раму 6 (см. Фиг.3) верхним 6', нижним 6", левым 6"' и правым 6"" боковым коллекторами с установленными в них диафрагмами 7, делящими коллекторы на отсеки 8. Передние левый и правый экраны соответственно образованы боковыми левым 5"" (см. Фиг.4) и правым 5""' экранами, экранные трубы которых охватывают переднюю стенку вверху благодаря сведению к середине расположенных выше горелки 1 (см. Фиг.1) верхних частей 9 (см. Фиг.3) и 9' соответственно левого 6"' и правого 6"" боковых коллекторов. Днище 10 (см. Фиг.4) в топочной камере 2 выполнено из огнеупорного материала и может быть установлено в уровень с нижним экраном 5" или над ним. Горелка 1 (см. Фиг.1) установлена с возможностью направления ядра факела 11 на днище 10. Трубы 12 (см. Фиг.4), расположенные в конвективной камере 3 (конвекционные трубы 12), соединены в дополнительные левый 13' и правый 13" коллекторы. Дополнительные левый 13' (см. Фиг.3) и правый 13" коллекторы соответственно расположены снаружи левого 6"' и правого 6"" коллекторов и разделены диафрагмами 14 на отсеки 15. Отсеки 8 коллекторов 6 экранов 5 сообщены с отсеками 15 дополнительных коллекторов 13 так, чтобы поток воды распределялся параллельно (см. Фиг.5) в верхнем 5' (см. Фиг.4) и нижнем 5" экранах и конвекционных трубах 12. При этом диафрагмы 7 (см. Фиг.3) и 14 могут быть выполнены в виде заглушек отсеков 8 и 15 коллекторов 6 и 13 и установлены друг от друга с зазором 16 (см. Фиг.5). Днище 10 (см. Фиг.1) может быть, в частности, выполнено из шамотного кирпича.

Горизонтальный водотрубный котел работает следующим образом.

Внутрь топочной камеры 2 (см. Фиг.2) горелкой 1 (см. Фиг.1) на днище 10, которое выполнено из каталитически активного огнеупорного материала (например, шамотный кирпич), направляется ядро факела 11 (например, по касательной), которое разогревает днище 10 до высокой температуры (более 100°С), заставляя днище интенсивно излучать тепло (в спектре приближенным к красному или инфракрасному диапазону), нагревая экранные трубы 5'-5""' (см. Фиг.4) топочной камеры 2 (см. Фиг.1), помогая интенсивно и полно сгорать топливу (горючей смеси) в ядре факела и значительно уменьшая количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в продуктах сгорания. При этом через входной отсек 8 (см. Фиг.3) верхней части 9 коллектора 6"' посредством экранных труб 5 (см. Фиг.4) и конвекционных труб 12, которые выполнены оребренными, вода подается во все отсеки 8 (см. Фиг.3) и 15 соответствующих коллекторов 6 и дополнительных коллекторов 13. В результате вода, последовательно проходя по всем экранам 5'-5""' (см. Фиг.4) посредством отсеков 8 (см. Фиг.3) коллекторов 6, нагревается в топочной камере 2 (см. Фиг.4), при этом вода, также проходя параллельно (см. Фиг.5) верхнему 5' (см. Фиг.4) и нижнему 5" экранам по конвекционным трубам 12, нагревается в конвективной камере 3 (см. Фиг.2) посредством отработанных газов, повышая коэффициент полезного действия (КПД), как и использование горизонтальных поверхностей 4 (см. Фиг.4) конвекционных труб 12 и экранов 5'-5""', снижая потери при прохождении воды по котлу.

Для более продуктивного использования для нагрева топочной камеры 2 (см. Фиг.2) котел дополнительно оснащен передним экраном (не показан), образованным боковыми левым 5"" (см. Фиг.4) и правым 5""' экранами благодаря сведению к середине расположенных выше горелки 1 (см. Фиг.1) верхних частей 9 (см. Фиг.3) и 9' соответственно левого 6"' и правого 6"" боковых коллекторов.

Использование предварительного нагрева воды (см. I и II ходы на Фиг.5) в топочной камере 2 (см. Фиг.2) исключает образование конденсата, а параллельного нагрева воды (см. III и IV ходы на Фиг.5) в топочной камере 2 (см. Фиг.2) и конвективной камере 3 при превышении температуры воды 70°С распределяет более равномерно тепловое напряжение. Использование для нагревания днища 10 (см. Фиг.1) из каталитически активного огнеупорного материала позволяет:

- быстро и полно сгорать топливу (горючей смеси);

- снизить температуру ядра факела 11 (см. Фиг.1) и исключить образование окислов азота;

- увеличить теплосъем с экранных труб 5 (см. Фиг.4) за счет дополнительного излучателя;

- сместить спектр излучаемой горения ядра факела 11 горелки 1 в сторону инфракрасного излучения, что увеличивает КПД использования излучаемого тепла при горении горючей смеси с сектором горения, смещенным в синюю сторону (например, природный газ).

Все вышесказанное, в совокупности, позволяет увеличить межремонтный период и срок службы котла.

Использовать днище 10 (см. Фиг.4) в уровень с нижним экраном 5" рекомендуется при применении в горелке 1 (см. Фиг.1) горючих смесей, образованных смешением горючих жидкостей с газом (воздухом), а над (не показано) этим экраном 5" (см. Фиг.4) - горючих смесей на основе горючего газа (в том числе и природного).

Изготовление диафрагм 7 и 14 (см. Фиг.3) в виде заглушек соответствующих отсеков 8 и 15 коллекторов 6, установленных друг от друга с зазором 16 (см. Фиг.3 и 5), позволяет сделать конструкцию более технологичной при изготовлении и размещении отсеков 8 (см. Фиг.3) и 15.

Предлагаемый горизонтальный водотрубный котел позволяет значительно снизить вредные выбросы (в 3-5 раз в зависимости от применяемой горючей смеси) в атмосферу за счет полноты и быстроты сгорания на днище топлива, подаваемого в топочную камеру, наиболее полно и продуктивно использовать объем топочной камеры за счет большего ее охвата экранными трубами, полного сгорания топлива и равномерного распределения тепла по всему ее объему, а также увеличить межремонтный период и срок службы труб котла за счет более равномерного распределения накипи по всему внутритрубному объему, при этом расширить функциональные возможности за счет возможности эффективной работы на горючей смеси с сектором горения, смещенным в синюю сторону (например, природный газ), в том числе и трудно сгораемой.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в отопительной технике. Котел содержит горелку, топочную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде экранов и конвективную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде расположенных в ней труб, разделенных между собой перегородкой, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, задним, боковыми левым и правым экранами, соединенными соответственно с образующими раму верхним, нижним, левым и правым боковым коллекторами с установленными в них диафрагмами, делящими коллекторы на отсеки, передним экраном, образованным благодаря сведению к середине расположенных выше горелки верхних частей левого и правого боковых коллекторов, и днищем из огнеупорного материала в топочной камере, установленным в уровень с нижним экраном или над ним. Горелка установлена с возможностью направления ядра факела на днище, а трубы, расположенные в конвективной камере, соединены в дополнительные левый и правый коллекторы, которые расположены снаружи левого и правого коллекторов и разделены диафрагмами на отсеки. Отсеки коллекторов экранов сообщены с отсеками дополнительных коллекторов так, что поток воды распределялся параллельно в верхнем и нижнем экранах и трубах, расположенных в конвективной камере. Изобретение обеспечивает снижение вредных выбросов, увеличение межремонтного периода и срока службы труб котла, расширение функциональных возможностей. 5 ил.

1. Горизонтальный водотрубный котел, содержащий горелку, топочную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде экранов и конвективную камеру с горизонтальными поверхностями нагрева в виде расположенных в ней труб, разделенных между собой перегородкой, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, задним, боковыми левым и правым экранами соединенными соответственно с образующими раму верхним, нижним, левым и правым боковым коллекторами с установленными в них диафрагмами, делящими коллекторы на отсеки, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен передним экраном, образованным благодаря сведению к середине расположенных выше горелки верхних частей левого и правого боковых коллекторов, и днищем из огнеупорного материала в топочной камере, установленным в уровень с нижним экраном или над ним, при этом горелка установлена с возможностью направления ядра факела на днище, а трубы, расположенные в конвективной камере, соединены в дополнительные левый и правый коллекторы, которые расположены снаружи левого и правого коллекторов и разделены диафрагмами на отсеки, причем отсеки коллекторов экранов сообщены с отсеками дополнительных коллекторов так, что поток воды распределялся параллельно в верхнем и нижнем экранах и трубах, расположенных в конвективной камере.2. Горизонтальный водотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что диафрагмы выполнены в виде заглушек отсеков коллекторов и установлены друг от друга с зазором.3. Горизонтальный водотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что днище выполнено из шамотного кирпича.