Водогрейный котел
Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Котел содержит установленный на фундаменте обмурованный корпус, в корпусе расположены теплообменные блоки, состоящие из теплообменных секций, теплообменные трубы каждой из которых соединены с коллекторами, а также раздаточный коллектор с входным патрубком и сборный коллектор с выходным патрубком. В корпусе установлены два теплообменных блока, каждый из которых содержит как минимум две теплообменные секции, коллекторы секций блоков параллельны друг другу и плоскости фундамента, причем теплообменные секции каждого теплообменного блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента, а верхние коллекторы блоков сведены друг к другу, один из нижних коллекторов каждого блока соединен с раздаточным коллектором, а один из верхних коллекторов каждого блока - со сборным коллектором. Верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением соединенных с раздаточным и выходным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной трубой. Изобретение обеспечивает высокую тепловую мощность и экономичность котла. 2 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к водогрейным котлам и может быть использовано для отопления жилых и производственных помещений, а также для горячего водоснабжения.
Известен водогрейный котел, содержащий корпус, в котором установлены боковые, потолочный и задний экраны, каждый из экранов выполнен в виде двух разнесенных друг от друга коллекторов, сообщающихся между собой посредством теплообменных труб. Коллекторы экранов расположены в корпусе горизонтально. Экраны посредством коллекторов соединены в единую систему для подвода и отвода теплоносителя (воды) и образуют в корпусе котла топочное пространство, где происходит сжигание топлива.
Корпус котла содержит обмуровку, которая выполнена в виде теплоизоляционных плит. Каждая плита содержит несколько слоев: сталь жаростойкая, асбест, пеноизол, асбест, сталь углеродистая обыкновенная.
В процессе работы котла насос подает воду в экраны, установленные в котле. Вода, последовательно проходя теплообменные трубы экранов, нагревается за счет сгорания в топочном пространстве топлива и подается потребителю.
(См. патент РФ, №2177116, кл. F 24 Н 1/00, 1999 г.).
В результате анализа конструкции данного водогрейного котла необходимо отметить, что расположение экранов (теплообменных секций) горизонтально и вертикально ухудшает условия нагрева циркулирующей по ним воды, а кроме того, наиболее интенсивный нагрев воды осуществляется в горизонтально расположенной теплообменной секции, где возможно образование воздушных пробок, а это может привести к прогару теплообменных труб данной секции.
Известен водогрейный котел, содержащий корпус с топкой и размещенные в корпусе верхний, задний и боковые обрамляющие экраны, подключенные к верхним и нижним коллекторам, конвективную часть, состоящую из промежуточных экранов с верхним и нижним коллекторами. Экраны состоят из теплообменных труб, на входе каждой из которых имеются перегородки с двумя трубчатыми насадками. Насадки установлены тангенциально по отношению к стенке теплообменной трубы, под углом к ее оси и параллельно друг другу. Для увеличения пути и скорости отводящих газов в конвективной части корпуса котла предусмотрены перегородки. Подача воды на подогрев осуществляется через входной патрубок и раздаточный коллектор, а отвод подогретой воды осуществляется через сборный коллектор и выходной патрубок.
В процессе работы водогрейного котла вода через входной патрубок поступает в раздаточный коллектор и распределяется по теплообменным трубам боковых экранов. Поднимаясь вверх, вода проходит через насадки и получает закручивающее движение по отношению к оси теплообменной трубы. По теплообменным трубам вода попадает в верхний коллектор, откуда по теплообменным трубам бокового экрана попадает в нижний коллектор. Из нижнего коллектора вода поступает в теплообменные трубы заднего экрана и далее - в теплообменные трубы верхнего экрана, а затем по сборному коллектору через выходной патрубок - к потребителю. При прохождении по теплообменным трубам вода нагревается до заданной температуры продуктами сгорания, образовавшимися в результате сгорания топлива в топке котла.
(См. патент РФ, №2164324, кл. F 24 Н 1/00, 1999 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции известного водогрейного котла необходимо отметить, что эффект закручивания потока нагреваемой воды при прохождении ее через закручивающее устройство может проявляться только при достаточно высоких скоростях прохождения воды по теплообменным трубам, что значительно сокращает время нахождения нагреваемой воды в котле. Это приводит к необходимости повышения интенсивности сжигания топлива, то есть к снижению экономичности котла, либо к необходимости увеличения пути прохождения воды по котлу путем установки дополнительных секций теплообменных труб, что усложняет конструкцию котла и делает его более громоздким и дорогим. Кроме того, при зашламлении отверстий насадков увеличивается гидравлическое сопротивление системы, что приводит к необходимости увеличения мощности насосов. Зашламление насадков также может привести к тому, что теплообменные трубы, особенно расположенные горизонтально, не будут полностью заполнены водой (появляются воздушные пробки), а это может привести к прогару теплообменных труб.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции водогрейного котла, обеспечивающей высокую тепловую мощность и в то же время, экономичного при минимальных габаритах за счет оптимального расположения теплообменных секций в корпусе котла и их соединения между собой, а также увеличивающей срок эксплуатации котла за счет обеспечения равномерного прогрева теплообменных секций и исключения их прогара в процессе эксплуатации котла.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в водогрейном котле, содержащем установленный на фундаменте обмурованный корпус, в котором расположены теплообменные блоки, состоящие из теплообменных секций, теплообменные трубы каждой из которых соединены с коллекторами, а также раздаточный коллектор с входным патрубком и сборный коллектор с выходным патрубком, новым является то, что в корпусе установлены два теплообменных блока, каждый из которых содержит как минимум две теплообменные секции, коллекторы секций блоков параллельны друг другу и плоскости фундамента, причем теплообменные секции каждого теплообменного блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента, а верхние коллекторы блоков сведены друг к другу, один из нижних коллекторов каждого блока соединен с раздаточным коллектором, а один из верхних коллекторов каждого блока - со сборным коллектором, при этом верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением соединенных с раздаточным и выходным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной трубой.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных технических решений, а следовательно, заявленное решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - водогрейный котел, общий вид;
на фиг.2 - водогрейный котел без обмуровки (без корпуса), вид сзади.
В качестве примера описания конструкции водогрейного котла приведен водогрейный котел с двумя теплообменными блоками, в каждом из которых смонтированы три теплообменные секции.
Водогрейный котел состоит из корпуса 1, установленного на фундаменте 2. Корпус 1 изнутри обмурован теплостойким материалом, например шамотным кирпичом, а снаружи - обыкновенным кирпичом. Между наружным и внутренним слоями кирпича имеются асбестовые прокладки для компенсации температурных деформаций корпуса в процессе работы котла.
Корпус выполнен преимущественно с квадратным или прямоугольным основанием и сужающимися вверх боковыми стенками, то есть в виде шатра.
В корпусе 1 котла симметрично относительно вертикальной плоскости, на фундаменте, установлены два конструктивно одинаковых теплообменных блока (позициями не обозначены).
Каждый блок содержит несколько (как минимум, две) теплообменных секций. На фиг.2 показано три таких секции 3, 4, 5. Каждая из теплообменных секций выполнена в виде нижнего коллектора 6, соединенного посредством теплообменных труб 7 с верхним коллектором 8.
Один из нижних коллекторов секции каждого блока соединен с раздаточным коллектором 9, на котором имеется входной патрубок 10.
Один из верхних коллекторов секции каждого блока соединен со сборным коллектором 11, на котором имеется выходной патрубок 12.
Теплообменные секции 3, 4, 5 каждого блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента 2, а их верхние коллекторы 8 сведены друг к другу.
Коллекторы 6 и 8 каждого блока параллельны друг другу и плоскости фундамента 2.
Верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением секций, соединенных с раздаточным с сборным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной теплообменной трубой. На фиг.2 такие трубы обозначены позициями 13 и 14.
Количество теплообменных секций в блоках, их размеры, количество теплообменных труб может быть различным и зависит от заданной мощности котла. Расчет конструктивных параметров котла в зависимости от его заданной тепловой мощности не представляет сложностей для специалистов.
Водогрейный котел работает следующим образом.
Для работы котла его входной патрубок 10 и выходной патрубок 12 подключаются к системе водоснабжения.
Включают нагрев котла (например, газовую форсунку - позицией не обозначена).
Вода из системы водоснабжения поступает через входной патрубок 10 в раздаточный коллектор 9, откуда она подается в нижний коллектор 6 теплообменной секции 3 каждого блока. Постепенно поднимаясь по теплообменным трубам 7 теплообменной секции 3 каждого блока, вода нагревается за счет контакта теплообменных труб и коллекторов с продуктами сгорания топлива. При поступлении в верхний коллектор 8 секции 3, вода по перепускной трубе 13 подается в нижний коллектор 6 секции 4, оттуда по теплообменным трубам 7 секции, дополнительно подогреваясь, поступает в верхний коллектор 8 секции 4. Из верхнего коллектора 8 секции 4 вода по перепускной трубе 14 подается в нижний коллектор 6 теплообменной секции 5 блоков и по теплообменным трубам 7 секций 5 поднимается в верхний коллектор 8 секций 5, нагреваясь до заданной температуры. Из верхнего коллектора 8 секций 5 теплообменных блоков нагретая вода поступает в сборный коллектор 11 и через выходной патрубок 12 подается потребителям.
Установка коллекторов параллельно друг другу и плоскости фундамента улучшают условия прохождения через них воды.
Монтаж теплообменных секций наклонно позволяет исключить образование в системе воздушных пробок.
В конструкции котла отсутствуют водонагревательные секции, расположенные горизонтально, что позволяет уменьшить габариты котла и практически исключить появление незаполненных полостей в теплообменных трубах и коллекторах, что практически исключает возможность прогара труб и/или коллекторов.
Котел работает на всех видах топлива, применяющихся в водогрейных котлах. Наклонное расположение секций позволяет улучшить условия прогрева циркулирующей по теплообменным секциям воды, а наклонное расположение стенок корпуса также улучшает условия нагрева воды, а кроме того, способствует эффективному удалению продуктов сгорания топлива из полости котла.
Благодаря использованной в конструкции котла схеме движения воды предотвращается образование накипи на теплообменных трубах, а также повышается КПД (примерно в два раза по сравнению с котлами аналогичной мощности) и снижается расход топлива (примерно в 2 раза). Водогрейный котел компактен.
Водогрейный котел, содержащий установленный на фундаменте обмурованный корпус, в корпусе расположены теплообменные блоки, состоящие из теплообменных секций, теплообменные трубы каждой из которых соединены с коллекторами, а также раздаточный коллектор с входным патрубком и сборный коллектор с выходным патрубком, отличающийся тем, что в корпусе установлены два теплообменных блока, каждый из которых содержит как минимум две теплообменные секции, коллекторы секций блоков параллельны друг другу и плоскости фундамента, причем теплообменные секции каждого теплообменного блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента, а верхние коллекторы блоков сведены друг к другу, один из нижних коллекторов каждого блока соединен с раздаточным коллектором, а один из верхних коллекторов каждого блока - со сборным коллектором, при этом верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением соединенных с раздаточным и выходным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной трубой.
