Жаротрубный вертикальный водогрейный жидкотопливный котёл
Владельцы патента RU 2754619:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к водяным системам отопления и горячего водоснабжения. Жаротрубный вертикальный водогрейный жидкотопливный котел, содержащий вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри внешней трубы, патрубки прямой и обратной сетевой воды, топку, с установленными в ней вихревыми паромасляными горелочными устройствами. Котел содержит 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 пара из каждой форсунки. Паромасляное горение обеспечивает бессажное сжигание жидкого топлива. Техническим результатом является создание жаротрубного вертикального жидкотопливного водогрейного котла, не имеющего во время работы отложений сажи и кокса на теплообменных поверхностях. 4 ил.
Изобретение относится к водяным системам отопления и горячего водоснабжения.
Известен жаротрубный вертикальный водогрейный котел (Полезная модель RU 13573, 26.10.1999, F24Н1/32), содержащий топку; горелочное устройство, установленное в нижней части котла; вертикальный пучок жаровых труб, снабженных турбулизаторами, дымоотводящий патрубок, при этом котел снабжен термоизолированной съемной крышкой. Согласно изобретению, горелочное устройство снабжено панелью крепления, причем панель горелочного устройства и крышка котла закреплены на корпусе котла с помощью шпилек. Турбулизаторы и панель крепления горелочного устройства установлены с возможностью сменяемости.
Недостатком такого котла является отложение сажи и кокса на теплообменных поверхностях. Эти отложения происходят из-за неполноты сгорания жидкого топлива горелочным устройством.
Известен отопительный жаротрубный котел (патент RU 2546370, 26.12.2013, F24Н 1/00), 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 проем; средство подачи воздуха. В камере сгорания топлива размещена наклонная испарительная площадка таким образом, что верхний край наклонной испарительной площадки установлен со стороны дверного проема. 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, закрепленного на корпусе котла.
Недостатком такого котла является отложение сажи и кокса на теплообменных поверхностях. Эти отложения происходят из-за неполноты сгорания жидкого топлива горелочным устройством.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является водогрейный жаротрубный котел (патент RU 2032128, 20.03.1990, F24Н1/28, F23D5/04), содержащий устройство для сжигания топлива с установленной над ним, по крайней мере, одной жаровой трубой, окруженной водяным баком, снабженным патрубком подвода и отвода воды. Причем в жаровой трубе установлен удлинитель пути газового потока в виде центрального тела и закрепленной на нем винтовой направляющей с заданным шагом и направлением навивки. Согласно изобретению, устройство для сжигания топлива выполнено в виде испарительной горелки с испарительной камерой и размещенной в последней центральной трубой. Камера выполнена с рядами отверстий на своей боковой стенке, а труба снабжена тангенциальными ребрами, 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 отложение сажи и кокса на теплообменных поверхностях. Эти отложения происходят из-за неполноты сгорания жидкого топлива горелочным устройством.
Известно также жидкотопливное горелочное устройство (Патент RU 2647172, 29.05.2017, F23L7/00, F23D11/20, F23C99/00). Горелочное устройство представляет собой цилиндрический корпус с установленными по торцам крышками: левой и правой. Внутренний объем корпуса является камерой газогенерации. В центр обеих крышек вмонтированы патрубки для подачи воздуха в камеру газогенерации естественным путем. На патрубке левой крышки под углом к оси цилиндрического корпуса, установлена паровая распылительная форсунка, а также топливопровод с иглой на конце для подачи загрязненного жидкого и вязкого топлива на струю перегретого пара из распылительной форсунки. Острие иглы здесь расположено в непосредственной близости от выходного отверстия распылительной форсунки. Кроме того, устройство содержит дополнительные завихрительные форсунки, размещенные на корпусе тангенциально вблизи левой крышки. Так же устройство содержит сопло прямоугольного поперечного сечения, установленное вблизи правой крышки для выхода продуктов горения в виде факела. Решаемая задача - повышение качества распыла загрязненного, вязкого жидкого топливного сырья и увеличение времени химических реакций в камере газогенерации при высокой концентрации паров воды и низкой концентрации воздуха. Такое горелочное устройство имеет очень высокую полноту сгорания горючего вещества.
Заявляемое устройство комплектуют горелочными устройствами, называемыми «вихревые паромасляные горелочные устройства».
Известен электрический парогенератор (Патент RU 2701970, 17.01.2019, F22B27/14, F22B1/28), у которого корпус выполнен в виде основания, имеющего форму трубы, на внешней поверхности которой выполнены кольцевые и винтовые каналы, и насаженной на основание имеющей форму трубы крышки, на противоположных концах которой установлен штуцер для подачи воды под давлением и штуцер для выхода перегретого пара, где кольцевые каналы выполнены как на концах основания, так и в середине на равных расстояниях друг от друга, а винтовой канал соединяет кольцевые каналы, причем направление движения винтового канала после прохождения каждого кольцевого канала меняется на противоположное, а вход и выход винтового канала не совпадают.
Именно такие детали используют в заявленном устройстве, которое называется «парогенератор системы труба в трубе со спиральными и кольцевыми каналами». Электрическое нагревание здесь не нужно, потому что парогенератор нагревается потоками раскаленных газов, как с внешней, так и с внутренней стороны.
В основу изобретения положена задача создания жаротрубного вертикального жидкотопливного водогрейного котла, не имеющего во время работы отложений сажи и кокса на теплообменных поверхностях.
Представленную задачу решают тем, что жаротрубный вертикальный жидкотопливный водогрейный котел содержит вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри внешней трубы, патрубки прямой и обратной воды, топку, с установленными в ней жидкотопливными горелочными устройствами.
Согласно изобретению, жаротрубный вертикальный жидкотопливный водогрейный котел содержит вихревые паромасляные горелочные устройства, установленные в топке,
а также парогенераторы системы труба в трубе с возможностью подачи перегретого пара из одного парогенератора в одинаковое количество паровых форсунок горелочных устройств для сохранения массового расхода истекающего пара из каждой форсунки.
В заявляемом техническом решении водогрейный котел комплектуют вихревыми паромасляными горелочными устройствами.
Паромасляное горение - это горение жидкого топлива в парах перегретого водяного пара. Экспериментально проверено количество выделяемой сажи при таком способе сжигания. Эта величина бесконечно мала, а в практическом плане является несущественной.
Для запитки предлагаемого горелочного устройства необходима подача перегретого водяного пара.
В заявляемом устройстве перегретый водяной пар производится в парогенераторах системы труба в трубе со спиральными и кольцевыми каналами, причем подача перегретого пара здесь осуществляется так, что каждый парогенератор подает пар в одинаковое количество паровых форсунок для создания равного массового расхода истекающего пара, что обеспечивает одинаковую тепловую мощность каждого горелочного устройства, а также одинаковые условия протекания термодинамических процессов в горелочных устройствах и в котле в целом.
Все вышеперечисленные факторы позволяют создать водогрейных котел без отложений сажи и кокса на теплообменных поверхностях.
Сущность технического решения поясняется рисунками.
Фиг. 1 - продольное сечение устройства вид сверху.
Фиг. 2 - поперечное сечение устройства, вид А-А.
Фиг. 3 - жаровые трубы.
Фиг. 4 - парогенератор.
Где: 1 - жаровые трубы; 2 - внешняя труба (корпус); 3 - патрубок прямой воды; 4 - патрубок обратной воды; 5 - топка; 6 - горелочные устройства; 7 - парогенераторы; 8 - коллектор парогенераторов; 9 - патрубок подачи воды от насоса высокого давления; 10 - коллектор сбора топочных газов; 11 - патрубок; 12 - завихрительные форсунки; 13 - кожух; 14 - теплоизоляция; 15 - стенка топки; 16 - отверстия для подачи воздуха в горелочные устройства.
Заявляемое устройство состоит из жаровых труб 1, установленных внутри внешней трубы 2 (корпус), патрубков прямой 3 и обратной 4 воды, топки 5 с установленными горелочными устройствами 6. Для запитки горелочных устройств перегретым паром внутри жаровых труб установлены парогенераторы 7, которые сверху объединены коллектором 8, куда по патрубку 9 подают воду от насоса высокого давления (на рисунке не показано). Топочные газы собираются в коллекторе 10 и удаляются через патрубок 11. Горелочные устройства 6 не содержат пароперегревателей и поэтому пар подается напрямую от парогенераторов 7 к завихрительным форсункам 12. Вся конструкция водогрейного котла помещена в кожух 13 и снабжена хорошей теплоизоляцией 14. В нижней части топка 5 ограничена стенкой 15. Через отверстия 16 в горелочные устройства подают воздух.
Кроме того, котел снабжен переключателем топлива с газового на жидкое, а также для запитки парогенераторов переключателем с воздуха на воду (на рисунке не показано).
Для запуска котла в работу с помощью переключателей подают в топливную трубку газ, а в коллектор парогенераторов воздух. Котел запускают на газообразном топливе и воздухе, а после того как горелочные устройства и парогенераторы прогреются, при помощи переключателей производят подачу воды и жидкого топлива, и котел начинает работу в штатном режиме.
Жаротрубный вертикальный водогрейный жидкотопливный котёл, содержащий вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри внешней трубы, патрубки прямой и обратной воды, топку с установленными в ней жидкотопливными горелочными устройствами, отличающийся тем, что котёл содержит вихревые паромасляные горелочные устройства, установленные в топке, а также парогенераторы системы труба в трубе со спиральными и кольцевыми каналами, установленные 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.
