ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ ЖИДКОТОПЛИВНЫЙ КОТЁЛ Российский патент 2023 года по МПК F22B7/00 

Изобретение относится к водяным системам отопления и горячего водоснабжения.

Известен отопительный жаротрубный котёл (патент РФ № 2546370, F24H 1/00; 26.12.2013), содержащий цилиндрический корпус, кожух котла, установленный с зазором на корпусе котла, цилиндрический теплообменник, установленный в верхней части корпуса котла с зазором, камеру сгорания, установленную в нижней части корпуса котла, в которой выполнено отверстие для подачи жидкого топлива, дверной проём, средство подачи воздуха. В камере сгорания топлива размещена наклонная испарительная площадка таким образом, что верхний край наклонной испарительной площадки установлен со стороны дверного проёма. Отверстие для подачи топлива выполнено со стороны дверцы котла, в которое установлена трубка подачи топлива. Трубка установлена непосредственно на верхний край наклонной испарительной площадки, а средство подачи воздуха выполнено в виде вентилятора, закреплённого на корпусе котла.

Недостатком такого котла является малая поверхность теплообмена между горячими газами и сетевой водой. Для увеличения поверхности теплообмена в таком котле необходимо увеличить габариты устройства.

Известен также водогрейный жаротрубный котёл (патент РФ № 2032128, F24H 1/28, F23D 5/04; 20.03.1990), содержащий устройство для сжигания топлива с установленной над ним, по крайней мере, одной жаровой трубой, окружённой водяным баком, снабжённым патрубком подвода и отвода воды. Причём в жаровой трубе установлен удлинитель пути газового потока в виде центрального тела и закреплённой на нём винтовой направляющей с заданным шагом и направлением навивки. Согласно изобретению, устройство для сжигания топлива выполнено в виде испарительной горелки с испарительной камерой и размещённой в последней центральной трубе. Камера выполнена с рядами отверстий на своей боковой стенке, а труба снабжена тангенциальными рёбрами, расположенными под углом к оси трубы между рядами отверстий для равномерного распределения топливной смеси по периметру боковой стенки испарительной камеры. При этом удлинитель пути газового потока установлен в жаровой трубе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а его центральное тело и винтовая направляющая выполнены соответственно в виде стержня и оребрения последнего.

Недостатком такого котла является малая поверхность теплообмена между горячими газами и сетевой водой. Для увеличения поверхности теплообмена в таком котле необходимо увеличивать его габариты.

Известно паромасляное горелочное устройство (патент РФ № 2684300, F23L 7/00, F23D 5/04; 05.04.2019), содержащее цилиндрический корпус в виде стакана, установленного так, что его ось перпендикулярна горизонту, паровую форсунку для подачи перегретого водяного пара вертикально вверх вдоль оси корпуса, вмонтированную в дно корпуса, паропровод и топливоподающую трубку, конец которой расположен в непосредственной близости от выходного отверстия паровой форсунки для создания паромасляной струи, топливоподающая трубка установлена под острым углом к горизонту и не касается стенки корпуса, на верхнем торце корпуса установлено сопло в виде крышки с отверстием по центру, диаметр которого меньше диаметра паромасляной струи в плоскости сечения.

Горелочное устройство характеризуется кратковременным запуском и стабилизированным воспламенением паромасляной струи.

Такое горелочное устройство является прямоточным и в дальнейшем будет именоваться как прямоточное паромасляное горелочное устройство. Таким устройством будет комплектоваться заявленный котёл.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является водогрейный жаротрубный котёл (Патент РФ № 2754619, F24H 1/28, F22B 7/00, F22B 7/02; 02.12.2020), содержащий вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри внешней трубы, патрубки прямой и обратной воды, топку с установленными в ней жидкотопливными горелочными устройствами, согласно изобретению, котёл содержит вихревые паромасляные горелочные устройства, установленные в топке, а также парогенераторы системы труба в трубе со спиральными и кольцевыми каналами, установленными внутри жаровых труб с возможностью подачи перегретого водяного пара из одного парогенератора в одинаковое количество паровых форсунок горелочных устройств для сохранения равного массового расхода истекающего из каждой форсунки пара.

Недостатком такого котла является малая поверхность теплообмена между горячими газами и сетевой водой. Для увеличения поверхности теплообмена в таком котле необходимо увеличивать его габариты.

В основу изобретения положена задача создания жидкотопливного водогрейного котла, имеющего большую поверхность теплообмена без увеличения габаритов котла, то есть задача создания компактного (м²/м³) водогрейного котла.

Представленную задачу решают тем, что жидкотопливный водогрейный котёл содержит корпус, теплообменник сетевой воды, парогенераторы перегретого водяного пара системы труба в трубе с кольцевыми и спиральными каналами, паромасляные горелочные устройства с распылительными блоками и воздухоподающими трубами, размещенными в корпусе.

Согласно изобретению, теплообменник сетевой воды представляет собой верхний и нижний коллекторы и центральную трубу, установленную по оси теплообменника вертикально и прикрепленную к нижнему коллектору, а также трубу, спирально накрученную по периферии теплообменника без зазоров по цилиндрической траектории, где вход сетевой воды располагается в верхнем витке, а нижний виток соединён с нижним коллектором, а также теплообменник содержит плоский пучок труб, закрученный по спирали с шагом, достаточным для прохода продуктов горения, который своими концами соединён с нижним и верхним коллекторами, кроме того в устройстве установлены вихревое и прямоточное паромасляные горелочные устройства, где вихревое паромасляное горелочное устройство представляет собой цилиндрический корпус с вертикальной осью из толстостенного огнеупорного материала с верхней и нижней крышками из такого же материала, причём в верхней крышке выполнено отверстие для выхода продуктов горения, а в нижней крышке выполнены отверстия для размещения прямоточного паромасляного горелочного устройства и отверстия для размещения воздухоподающих труб, а на середине образующей цилиндрического корпуса установлены завихрительные распылительные блоки, а парогенераторы размещены внутри центральной трубы и соединены паропроводами с горелочными устройствами.

Ограничивающим фактором увеличения поверхности теплообмена является возможность очистки всех теплообменных поверхностей от нагара и коксовых отложений при работе котла на жидком топливе. Однако использование паромасляных горелочных устройств в заявленном котле снимает такое ограничение. Эти горелочные устройства обеспечивают бессажное горение. Теплообменник, способный отработать свой ресурс без отчистки и, не снижая свои показатели, может быть довольно сложной конструкции. Другими словами, заявленный теплообменник может иметь большую поверхность теплообмена без увеличения габаритов (м²/м³), а вместе с ним и весь водонагревательный котёл будет компактным.

Сущность технического решения поясняется рисунками.

Фиг. 1 - продольное сечение устройства, общий вид.

Фиг. 2 - поперечное сечение устройства, вид А-А.

Фиг. 3 - поперечное сечение распылительного блока, установленного в водоохлаждаемую втулку.

Фиг. 4 - торец распылительного блока, вид Г.

Фиг. 5 - плоский пучок труб 11.

Фиг. 6 - поперечное сечение теплообменника, вид Б-Б, выход воды из плоского пучка 11 в коллектор.

Фиг. 7 - поперечное сечение теплообменника, вход воды в плоский пучок 11, вид В-В, из коллектора 5.

Где 1 - корпус; 2 - теплообменник сетевой воды; 3, 4 - парогенераторы перегретого водяного пара; 5 и 6 - верхний и нижний коллекторы; 7 - центральная труба; 8 - спиральная закрученная труба; 9, 10 - верхний и нижний виток трубы; 11 - плоский пучок труб; 12 - вихревое паромасляное горелочное устройство; 13 - прямоточное паромасляное горелочное устройство; 14 - цилиндрический корпус вихревого горелочного устройства; 15 - верхняя крышка; 16 - нижняя крышка; 17 - воздухоподающие трубы; 18 - завихрительные распылительные блоки; 19 - паровая форсунка; 20 - топливопровод; 21 - острый конец топливоподающей трубки; 22 - паропровод; 23 - водоохлаждаемая втулка; 24 и 24а - топливоприемник; 25 - паропровод; 26 - воздушный коллектор; 27 - вентилятор; 28 - кронштейн; 29 - патрубок подачи воды; 30 - коллектор водяной; 31 - переходник; 32 - коллектор отработанных газов; 33 - выхлопная труба; 34 - патрубок подачи нагретой воды; 35, 36 - теплоизоляция.

Заявляемое устройство состоит из корпуса 1, установленного в нем теплообменника сетевой воды 2, парогенераторов перегретого водяного пара 3 и 4, двух горелочных устройств, прямоточного паромасляного 13 и вихревого паромасляного 12.

Теплообменник сетевой воды 2 состоит из верхнего коллектора 5 и нижнего коллектора 6 и центральной трубы 7, соединенной с нижним коллектором 6. А также теплообменник 2 содержит спиральную, накрученную по периферии без зазоров, трубу 8, где вход сетевой воды располагается в верхнем витке 9, а нижний виток 10 соединён с нижним коллектором 6. Кроме того теплообменник 2 содержит плоский пучок труб 11, закрученный по спирали с шагом, достаточным для прохода продуктов горения, который своими концами соединён с нижним 6 и верхним 5 коллекторами, где вход воды располагается в коллекторе 6, а выход в коллекторе 5.

Вихревое горелочное устройство 12 состоит из цилиндрического корпуса 14, изготовленного из толстостенного огнеупорного материала, с верхней 15 и нижней 16 крышками из такого же материала. В верхней крышке 15 выполнено отверстие для выхода продуктов горения, а в нижней крышке 16 выполнены отверстия для размещения прямоточного паромасляного горелочного устройства 13 и воздухоподающих труб 17, а на середине образующей цилиндрического корпуса 14 установлены тангенциально завихрительные распылительные блоки 18.

Завихрительные распылительные блоки 18, фиг. 3, представляют собой цилиндрический корпус с установленной в нём паровой форсункой 19 и топливоподающей трубкой 20, острый конец 21 которой расположен в непосредственной близости от выходного отверстия паровой форсунки 19, а паровая форсунка соединена с парогенератором 3 паропроводом 22. Топливоподающая трубка помещена в паз, выполненный в теле корпуса завихрительного распылительного блока 18, а сам корпус помещён в водоохлаждаемую втулку 23, предохраняющую топливоподающую трубку от закоксовки топлива во время работы устройства.

Топливо в завихрительные распылительные блоки 18 подают по топливопроводу 20 через верхний топливоприемник 24, а в прямоточное паромасляное горелочное устройство 13 через нижний топливоприёмник 24а.

Перегретый водяной пар от парогенератора 4 подают к прямоточному паромасляному горелочному устройству 13 по паропроводу 25.

В камеру газогенерации вихревого паромасляного горелочного устройства 12 подают воздух через трубы 17, объединённые коллектором 26, куда воздух задувают вентилятором 27. Коллектор 26 установлен на кронштейны 28, которые установлены на корпусе 1.

Вода для горелочных устройств, подаваемая через патрубок 29, попадает в коллектор 30, откуда попадает в парогенераторы. Теплообменник 2 соединён с паромасляным горелочным устройством 12 посредством переходника 31. Отработанные газы собирают в коллекторе 32 и удаляют через выхлопную трубу 33. Нагретую до нужной температуры сетевую воду подают потребителю через патрубок 34.

Теплообменник теплоизолирован теплостойким материалом 35, а горелочное устройство - материалом 36.

Кроме того, заявленный котёл снабжён переключателем с воды на воздух (на фигурах не показано) для запитки парогенераторов во время пуска. Для запуска котла в работу с помощью переключателя в парогенераторы подают воздух, а в прямоточное горелочное устройство подают дизельное топливо и любым способом поджигают. После того как прямоточное горелочное устройство прогреет парогенераторы и теплообменник сетевой воды, подают сетевую воду и воду для горелочных устройств, включив воздух и подав топливо в завихрительные блоки, а также запустив вентилятор 27. Котёл начинает работу в штатном режиме. Сетевая вода входит по трубе 9 в теплообменник, спускается по спиральной трубе 8 в нижний коллектор 6, а из него по плоскому пучку труб 11 попадает в верхний коллектор 5 и из него выходит по патрубку 34 наружу к потребителю.

Прямоточное горелочное устройство 13 служит для запуска котла в работу, а после запуска выполняет функцию «подсветки» пламени в завихрительном горелочном устройстве 12. Прямоточное горелочное устройство работает на более качественном топливе, таком как дизельное или любое испаряющееся топливо. Вихревое горелочное устройство может работать на отходах нефтепереработки, загрязненных твёрдыми частицами и водой. Прямоточное горелочное устройство обеспечивает бесперебойную работу завихрительного горелочного устройства.

Изобретение относится к водяным системам отопления и горячего водоснабжения. Вертикальный водогрейный жидкотопливный котел, содержащий корпус, теплообменник сетевой воды, парогенераторы перегретого водяного пара, паромасляные горелочные устройства, где теплообменник сетевой воды представляет из себя верхний и нижний коллекторы, соединенные между собой плоским пучком труб, закрученным по спирали с шагом, достаточным для прохода горячих газов. А по периферии теплообменника расположена труба, навитая по цилиндрической траектории и выполняющая функцию внешней стенки, где сетевая вода поступает в верхний виток, а нижний виток входит в нижний коллектор, далее вода проходит по плоскому пучку спиральных труб вверх, оказывается в верхнем коллекторе, и из него по патрубку выходит наружу к потребителю. Кроме того, котел содержит вихревое горелочное устройство с вертикальной осью, верхнюю и нижнюю крышку, где в верхней крышке выполнено отверстие для выхода продуктов горения, а в нижней выполнено отверстие для прямоточного паромасляного устройства, выполняющего пусковую функцию и функцию «подсветки», а также в нижней крышке выполнены отверстия для воздухоподводящих труб. Решаемая задача – создание компактного водогрейного котла. 7 ил.

Вертикальный водогрейный жидкотопливный котёл, содержащий корпус, теплообменник сетевой воды, парогенераторы перегретого водяного пара системы труба в трубе с кольцевыми и спиральными каналами, паромасляные горелочные устройства с распылительными блоками и воздухоподающими трубами, размещенными в корпусе, отличающийся тем, что теплообменник сетевой воды представляет собой верхний и нижний коллекторы и центральную трубу, установленную по оси теплообменника вертикально и прикрепленную к нижнему коллектору, а также трубу, спирально накрученную по периферии теплообменника без зазоров по цилиндрической траектории, где вход сетевой воды в верхнем витке, а нижний виток соединён с нижним коллектором, а также теплообменник содержит плоский пучок труб, закрученный по спирали с шагом, достаточным для прохода продуктов горения, который своими концами соединен с нижним и верхним коллекторами, кроме того в устройстве установлены вихревое и прямоточное паромасляные горелочные устройства, где вихревое паромасляное горелочное устройство представляет собой цилиндрический корпус с вертикальной осью из толстостенного огнеупорного материала с верхней и нижней крышками из такого же материала, причём в верхней крышке выполнено отверстие для выхода продуктов горения, а в нижней крышке выполнены отверстия для размещения прямоточного паромасляного горелочного устройства и отверстия для размещения воздухоподающих труб, а на середине образующей цилиндрического корпуса установлены завихрительные распылительные блоки, а парогенераторы размещены внутри центральной трубы и соединены паропроводами с горелочными устройствами.