ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2009 года по МПК F24H1/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Известны водогрейные котлы, содержащие экранированный корпус, разделенный вертикальной перегородкой на топку с колосниковой решеткой и конвективный газоход, сообщенные между собой отверстием в верхней части перегородки (а.с. 1059368, М. кл. С24Н 1/30, 1982), а также перемещаемую перегородку с регулируемым нижним проемом (а.с. 1128065, М. кл. С24Н 1/30, 1983 г.).

Недостатком данных конструкций является неудачная общая компоновка поверхностей нагрева топки и газохода, расположенных в одной горизонтальной плоскости, что не обеспечивает устойчивости процессов горения при сжигании нескольких видов низкосортных органических топлив и при переходах на другие виды топлива, и поэтому характеризуется низкой экологической эффективностью.

Известен водогрейный котел (RU 2039913, кл. F24Н 1/00, опубл. 20.07.1995), в котором топочная камера водогрейного котла обрамлена водяной рубашкой, к которой присоединены водогрейные трубы, соединяющие ее противоположные стороны в верхней и нижней частях, образуя два перекрещивающихся пучка. В водяной рубашке установлены термодатчики и электронагреватели, соединенные между собой через термореле и пускатель. В верхней части котел снабжен водонагревателем с водосмешивающими перегородками и дымовой трубой, выполненной в виде колена с шибером и дверцей. В нижней части топочной камеры установлена колосниковая решетка, под которой в зольной камере установлен съемный короб.

Недостатком данного устройства является недостаточно высокий КПД.

Известен жаротрубно-дымогарный котел (RU 2187040, кл. F22В 7/12, опубл. 20.07.1995) с тремя ходами по направлению движения газов, включающий корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода, вторую газовую камеру, размещенную на противоположных концах труб и соединенную с третьим ходом, штуцер для отвода газов корпуса котла расположен в зоне второй газовой камеры, третий ход газов выполнен в виде вынесенного за пределы корпуса прямоугольного газохода со штуцером для подвода газов, соединенным со штуцером для отвода газов корпуса котла, две противоположные стенки газохода выполнены в виде трубных решеток с закрепленными в них перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными, кольцевыми или спиральными ребрами и снабжены крышками со штуцерами для подвода и отвода воды.

В этом котле достигается полезное действие котла за счет достижения более оптимального теплосъема, но конструкция его отличается сложностью.

Наиболее близким техническим решением является водогрейный котел (RU 2296920, кл. F24Н 1/08, опубл. 10.04.2007), который содержит корпус, выполненный из двух соосных обечаек в кольцевом пространстве, между которыми расположены дымогарные трубы конвективного пучка и контур нагрева теплоносителя, топочную камеру, образованную полостью внутренней обечайки, рабочий термостат, топливный бункер и горелку, размещенную в топочной камере и связанную автоматической системой подачи топлива с топливным бункером и автоматической подачей воздуха для горения с вентилятором наддува. Система автоматической подачи топлива выполнена в виде транспортера, приводимого в движение посредством мотора-редуктора, а рабочий термостат через программируемый контроллер управляет подачей электрического тока на вентилятор и мотор-редуктор.

Недостатком данного изобретения является невысокий коэффициент полезного действия из-за неэффективного съема тепла теплоносителем, невозможность работать на жидких и газообразных видах топлива. Автоматическая система управления не учитывает запросы потребителя, в частности нет возможности поддержания микроклимата в помещениях с необходимой точностью.

Задачей предлагаемого изобретения является создание удобного, экономичного и универсального водогрейного котла, приспособленного для работы на различных видах твердого, жидкого и газообразного топлива и имеющего высокий коэффициент полезного действия.

Поставленная задача решается с помощью водогрейного котла, включающего корпус, выполненный из двух соосных обечаек, в кольцевом пространстве между которыми расположены дымогарные трубы конвективного пучка, контур нагрева теплоносителя, топочную камеру, образованную полостью внутренней обечайки, горелку, установленную в топочной камере, узел подачи топлива и автоматическую систему управления. Отношение площади сечения кольцевого пространства между обечайками к площади суммарного сечения труб дымогарных составляет 5-7, отношение площади поперечного сечения топочной камеры к площади суммарного сечения дымогарных труб составляет 4-6.

Предпочтительно дымогарные трубы снабжены оребрением и перемычками.

Предпочтительно топочная камера конструктивно выполнена с возможностью установки горелок для разных видов топлив.

Топка котла имеет технологические отверстия и крепежные элементы для быстрого монтажа различных видов горелок для разных видов топлива. В зависимости от вида горелки она комплектуется соответствующим автоматическим узлом подачи топлива.

Предпочтительно узел подачи твердого топлива мелкой фракции включает емкость с топливом, расположенную выше или ниже уровня установки котла с горизонтальным шнеком в нижней части, сопряженным с наклонным шнеком, который в свою очередь соединен с механизмом подачи топлива в горелку.

Водогрейный котел предпочтительно имеет одношнековый механизм подачи топлива и оснащен резервуаром с водой, который соединен с полостью шнека трубопроводом, конец которого закрыт составом, плавящимся при повышенной температуре свыше 120°С, для обеспечения безопасной работы котла.

Водогрейный котел предпочтительно изготовлен из антикоррозионных материалов или конструкция котла защищена антикоррозионным покрытием.

Предпочтительно в топочную камеру введена перфорированная обечайка для более полного сгорания топлива.

Предпочтительно в кольцевом пространстве водогрейного котла установлены ТЭНы для нагрева теплоносителя и (или) более быстрого достижения необходимой температуры теплоносителя при выходе на рабочий режим.

Предпочтительно водогрейный котел оснащен источником бесперебойного электропитания, что обеспечивает надежную работу котла при отключении электроэнергии.

Предпочтительно в коробе дымовых газов установлена шиберная заслонка для регулирования тяги.

Водогрейный котел предпочтительно оснащен следующим электрооборудованием: программируемый контроллер с карточкой режима работы, аварийный блок питания, двухканальный терморегулятор с датчиками температуры, мотор-редуктор, датчик уровня, переключатель режимов работы, и имеет автоматическую систему регулирования температуры, получающую управляющие сигналы от датчика температуры, расположенного в помещении потребителя тепла, а также контролирующую и регулирующую температуру теплоносителя в котле в зависимости от полученного управляющего сигнала.

В предлагаемом решении для повышения эффективности работы водогрейного котла и увеличения теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде водогрейный котел имеет отношение площади сечения кольцевого пространства между обечайками к площади суммарного сечения труб дымогарных 5-7, отношение площади поперечного сечения топочной камеры к площади суммарного сечения дымогарных труб 4-6.

Узел подачи жидкого и газообразного топлива имеет стандартную компоновку для данных видов топлива.

В случае использования твердого топлива крупной фракции в топку устанавливается колосниковая решетка.

Наличие шиберной заслонки в коробе дымовых газов позволяет регулировать тягу, а это ведет к более экономичному расходу тепла, отдаваемого топливом при использовании разных видов топлива, что в свою очередь позволяет оптимизировать КПД котла при работе на разных видах топлива.

В кольцевом пространстве между обечайками установлены ТЭНы для использования электрической энергии в качестве топлива. Также ТЭНы используются для быстрого достижения необходимой температуры теплоносителя в период выхода котла на рабочий режим.

На Фиг.1 представлено схематическое изображение продольного разреза котла,

на Фиг.2 - поперечный разрез котла,

на Фиг.3 - схема автоматической системы регулирования.

Водогрейный котел содержит корпус, выполненный из двух соосных обечаек: наружной 1 и внутренней 2. Отношение площади сечения кольцевого пространства между обечайками к площади суммарного сечения труб дымогарных равняется шести. С верхней и нижней стороны каждая обечайка закрыта приварным листом 3 с отверстиями 4 для труб. В кольцевом пространстве между обечайками 1, 2 расположены оребренные дымогарные трубы 5 конвективного пучка, контур нагрева теплоносителя 6 с патрубками подачи холодного теплоносителя (воды) в нижней части для нагрева и выхода горячего теплоносителями в верхней части (на Фиг.1 патрубки не показаны), ТЭНы 7. Полость внутренней обечайки 2 образует топочную камеру 9 с атмосферным клапаном 10. Отношение площади поперечного сечения топочной камеры 9 к площади суммарного сечения дымогарных труб 5 равняется пяти. В топочной камере 9 расположена перфорированная обечайка 11 для более полного сгорания топлива. В верхней части котла расположен короб дымовых газов 12 с шиберной заслонкой 13.

Узел подачи топлива может быть выполнен в различных вариантах в зависимости от вида используемого топлива.

На Фиг.1 показан водогрейный котел, работающий на твердом топливе, в котором узел подачи топлива (на Фиг.1 не показан), включает емкость с топливом, расположенную ниже уровня установления котла, горизонтальный шнек, сопряженный с наклонным шнеком и механизмом подачи топлива в горелку. Узел подачи топлива состоит из известных элементов, которые соединены в перечисленной последовательности друг с другом. По конструктивному расположению элементов узел подачи твердого топлива может быть выполнен в удобном для потребителя виде.

Водогрейный котел оснащен следующим электрооборудованием для автоматического регулирования рабочих процессов (Фиг.3): программируемый контроллер 14 с карточкой режима работы, аварийный блок питания 15, двухканальный терморегулятор 16 с датчиками температуры 17, датчики уровня 18, переключатель режимов работы 19, датчик температуры в помещении 20, мотор-редуктор 21.

Водогрейный котел оснащен источником бесперебойного питания, позволяющим поддерживать работу системы автоматики и работу исполнительных механизмов при отключении электроэнергии (на Фиг.1 патрубки не показаны).

Для заполнения обратной водой водогрейный котел снабжен патрубком в нижней части котла, а для выхода горячей воды - патрубком в верхней части котла (на Фиг.1 не показаны).

Поверхность водогрейного котла для увеличения срока его службы выполнена с антикоррозионным покрытием.

Водогрейный котел работает следующим образом:

В топочной камере 9 воспламеняют топливо в горелке. Топочный газ, поднимаясь по дымогарным трубам 5, нагревает воду в контуре теплоносителя 6. Наличие оребрения на трубах 5 позволяет увеличить теплоотдающую поверхность и ускорить процесс нагревания воды. Движение воды в пространстве контура нагрева теплоносителя 6 между обечайками 1, 2 и дымогарными трубами 5 организовано так, что не образуется застойных зон, что в свою очередь исключает местный перегрев конструкций котла и обеспечивает равномерность прогрева котла. Обратная вода из системы отопления поступает по патрубку в нижнюю часть котла, а нагретая вода через патрубок в верхней части котла - в систему отопления. Для быстрого выхода котла на рабочий режим дополнительно включаются ТЭНы 7.

В случае отсутствия основных видов топлива (жидкого, твердого, газообразного) в качестве аварийного источника теплоснабжения выступают ТЭНы 7 котла, позволяющие обеспечить необходимую жизнестойкость системы.

Шиберной заслонкой 13 регулируют тягу, что в свою очередь позволяет оптимизировать процесс расходования тепла и снизить температуру отходящих газов до минимально возможной величины (около 130°С).

Поддержание заданной температуры теплоносителя происходит в зависимости от необходимой температуры воздуха у потребителя. Это осуществляется с помощью двухканального терморегулятора 16 с датчиком температуры 17, датчика температуры воздуха в помещении 20, программируемого контроллера 14 и мотор-редуктора 21.

Предлагаемый водогрейный котел позволяет воде максимально забрать тепло дымогарных газов, минимизировать потери тепла, и как следствие максимизировать КПД котла в целом, что является техническим результатом предлагаемого решения.

Кроме увеличения КПД водогрейного котла, анализ состава отходящих газов на разных видах топлива показал минимальное количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, что подтверждает создание оптимальных условий в водогрейном котле предлагаемой конструкции для сгорания топлива.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Изобретение заключается в том, что в водогрейном котле, включающем корпус, выполненный из двух соосных обечаек, в кольцевом пространстве между которыми расположены дымогарные трубы конвективного пучка, контур нагрева теплоносителя, топочную камеру, образованную полостью внутренней обечайки, горелку, установленную в топочной камере, узел подачи топлива и автоматическую систему управления, отношение площади сечения кольцевого пространства между обечайками к площади суммарного сечения труб дымогарных составляет 5-7, отношение площади поперечного сечения топочной камеры к площади суммарного сечения дымогарных труб составляет 4-6, причем водогрейный котел предпочтительно оснащен программируемым контроллером с карточкой режима работы, аварийным блоком питания, двухканальным терморегулятором с датчиками температуры, мотор-редуктором, датчиком уровня, переключателем режимов работы и имеет автоматическую систему регулирования температуры, получающую управляющие сигналы от датчика температуры, расположенного в помещении потребителя тепла, а также контролирующую и регулирующую температуру теплоносителя в котле в зависимости от полученного управляющего сигнала. Техническим результатом изобретения является создание удобного, экономичного и универсального водогрейного котла, приспособленного для работы на различных видах твердого, жидкого и газообразного топлива и имеющего высокий коэффициент полезного действия. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Водогрейный котел, включающий корпус, выполненный из двух соосных обечаек, в кольцевом пространстве между которыми расположены дымогарные трубы конвективного пучка, контур нагрева теплоносителя, топочную камеру, образованную полостью внутренней обечайки, горелку, установленную в топочной камере, узел подачи топлива и автоматическую систему управления, отличающийся тем, что отношение площади сечения кольцевого пространства между обечайками к площади суммарного сечения труб дымогарных составляет 5-7, отношение площади поперечного сечения топочной камеры к площади суммарного сечения дымогарных труб составляет 4-6.

2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы снабжены оребрением и перемычками.

3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что топочная камера выполнена с возможностью установки горелок для разных видов топлив.

4. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что узел подачи твердого топлива мелкой фракции включает емкость с топливом, расположенную выше или ниже уровня установки котла с горизонтальным шнеком в нижней части, сопряженным с наклонным шнеком, который, в свою очередь, соединен с механизмом подачи топлива в горелку.

5. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что имеет одношнековый механизм подачи топлива, оснащен резервуаром с водой, который соединен с полостью шнека трубопроводом, конец которого закрыт составом, плавящимся при повышенной температуре свыше 120°С.

6. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что изготовлен из антикоррозионных материалов или конструкция котла защищена антикоррозионным покрытием.

7. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в топочную камеру введена перфорированная обечайка для более полного сгорания топлива.

8. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в кольцевом пространстве установлены ТЭНы для нагрева теплоносителя и (или) более быстрого достижения необходимой температуры теплоносителя при выходе на рабочий режим.

9. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что оснащен источником бесперебойного электропитания.

10. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что в коробе дымовых газов установлена шиберная заслонка.

11. Водогрейный котел по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в качестве электрооборудования включает программируемый контроллер с карточкой режима работы, аварийный блок питания, двухканальный терморегулятор с датчиками температуры, мотор-редуктор, датчик уровня, переключатель режимов работы и имеет автоматическую систему регулирования температуры, получающую управляющие сигналы от датчика температуры, расположенного в помещении потребителя тепла, а также контролирующую и регулирующую температуру теплоносителя в котле в зависимости от полученного управляющего сигнала.