Теплообменник котла со сварными соединениями, находящимися исключительно вне топки котла, и с определенным расположением труб
HEAT EXCHANGER OF A BOILER WITH WELDED JOINTS, LOCATED OUTSIDE THE BOILER FURNACE AND WITH A PARTICULAR PIPE LOCATION

Заявленное изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для обогрева, приготовления горячей воды или подачи тепла для технологических нужд в бытовые, производственные и другие помещения различного предназначения, в которых оборудована система центрального отопления.
Из источника информации - патента RU 45499 U1 известна труба бесшовная для теплообменных аппаратов, имеет продольные или винтовые рифления на внутренней поверхности. Рифления выполнены в виде выступов в форме равнобедренных треугольников, впадины выполнены в форме равнобедренных трапеций.
Из патента RU 2111431 С1 известно изобретение, которое может быть использовано в теплообменниках для нагрева теплом газов жидкого теплоносителя, содержащего корпус, сердцевину и патрубки входа в полости и выхода из них, выполнены в виде бесшовных труб с прямоугольными торцами, соседние боковые стороны которых совмещены друг с другом, а полости внутри пакетов и между ними образованы волнообразными углублениями на сплющенных боковых поверхностях пакетов, крайние из которых образуют стенки корпуса.
Из источника информации - патента RU 63027 U1 известен теплообменник, который содержит заполненный нагреваемой жидкостью корпус, в полости которого установлены горизонтальные дымогарные трубы, сообщенные своими входами с топкой печи, а выходами - с выходной дымовой камерой, верхняя поверхность корпуса выполнена в виде наклонной плоской перегородки с патрубками входа и выхода нагреваемой жидкости, в полости корпуса установлены вертикальные перегородки, закрепленные поочередно на наклонной плоской перегородке и дне корпуса с образованием лабиринтного канала для прохода нагреваемой жидкости, при этом все последующие, кроме первой, вертикальные перегородки, закрепленные на наклонной плоской перегородке, установлены с зазором для прохода пара вверху.
Из источника информации RU 121042 U1 известен водогрейный твердотопливный котел, относится к теплоэнергетике и может быть использован для обогрева, приготовления горячей воды или подачи тепла для технологических нужд в бытовые, производственные и другие помещения различного предназначения, в которых оборудована система центрального отопления.
Отличие заявленного изобретения от известных аналогов заключается в том, что известные устройства теплообменников не отвечают условиям с технологической и потребительской точек зрения, так от реализации заявленного изобретения достигается упрощение обслуживания теплообменника, его сварных швов, увеличивается его надежность в связи с отсутствием сварных швов в топке котла, т.е. в наиболее агрессивной среде в сравнении со средой снаружи котла.
Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение надежности и стабильности работоспособности котла, а также упрощение обслуживания теплообменника.
Поставленная задача достигается тем, что твердотопливный котел на естественной тяге (см. фиг. 1-6) содержит корпус, дроссель, патрубок газохода, патрубок выхода теплоносителя, заглушки теплообменника, дверку проема ревизии камеры дожигания и камеры отвода уходящих газов, дверку проема для ревизии, замены труб подачи вторичного воздуха, дверку топки, дверку труб подачи первичного воздуха, проем для поступления вторичного воздуха, дверку проема для подачи первичного воздуха, выемки несгораемых остатков основного топлива, ножки котла, патрубок подачи теплоносителя в теплообменник котла, ходы вторичного воздуха, камеру отвода уходящих газов из котла, верхнюю перегородку топки, камеру дожигания газов, трубы подачи, распределения вторичного воздуха, нижнюю перегородку топки, камеру сжигания основного топлива, колосники, ходы вторичного воздуха, камеру поступления первичного воздуха, зольник, при этом трубный теплообменник не имеет сварных швов в топке котла, а исключительно снаружи котла, с наиболее большей площадью теплообмена, обеспечивающего высокое значение КПД котла, при этом расположение труб имеет определенную конфигурацию.
Теплообменник твердотопливного котла на естественной тяге имеет расположение труб теплообменника со сварными соединениями, находящимися исключительно вне топки котла, при этом перегородка топки верхняя имеет глубину порядка  глубины топки и герметично соединена с боковыми стенками топки и задней стенкой топки и находится от верхней плоскости теплообменника на расстоянии порядка 1/6 от всей высоты теплообменника, при этом перегородка нижняя имеет глубину порядка  глубины топки и герметично соединена с боковыми стенками топки и передней стенкой топки, причем перегородка нижняя находится от нижней плоскости перегородки верхней на расстоянии порядка 1/6 от всей высоты теплообменника.
Так, твердотопливный котел на естественной тяге, содержащий заявленный трубный теплообменник, который не имеет сварных швов в топке котла, а только снаружи котла, с наиболее большей площадью теплообмена, обеспечивающего высокое значение КПД котла, имеет возможность установки стабильной работы на мощности во всем диапазоне от 5 до 100%, с дожиганием уходящих газов, не принудительной подачей рекуперативно нагреваемого вторичного воздуха, обеспечивая высокое значение КПД сжигания основного топлива.
На фиг. 1
1. Дроссель.
2. Патрубок газохода.
3. Патрубок выхода теплоносителя.
4. Заглушки теплообменника.
5. Дверка проема ревизии камеры дожигания и камеры отводы уходящих газов.
6. Дверка проема для ревизии, замены труб подачи вторичного воздуха.
7. Дверка топки.
8. Дверка труб подачи первичного воздуха.
9. Проем для поступления вторичного воздуха.
10. Дверка проема для подачи первичного воздуха, выемки несгораемых остатков основного топлива.
11. Ножки котла.
12. Патрубок подачи теплоносителя в теплообменник котла.
13. Ходы вторичного воздуха.
На фиг. 2
14. Камера отвода уходящих газов из котла.
15. Верхняя перегородка топки.
16. Камера дожигания газов.
17. Трубы подачи, распределения вторичного воздуха.
18. Нижняя перегородка топки.
19. Камера сжигания основного топлива.
20. Колосники.
21. Ходы вторичного воздуха.
22. Камера поступления первичного воздуха, зольник.
На фиг. 3 указано направление движения уходящих газов, образующихся от процесса сжигания основного топлива. Температура уходящих газов от 80 до 180°C, в зависимости от мощности работы котла.
На фиг. 4 стрелками указано направление движения вторичного воздуха.
На фиг. 5 теплообменник (ТТВКТ) для котла определенной мощности, количество рядов, другие размеры теплообменника обуславливаются мощностью котлов и принципами их работы.
На фиг. 5 показан теплообменник (ТТВКТ) для котла определенной мощности, количество рядов, другие размеры теплообменника обуславливаются мощностью котлов и принципами их работы.
На фиг. 6 отражена схема организации движения теплоносителя в теплообменнике.
Принцип работы теплообменника котла со сварными соединениями, находящимися исключительно вне топки котла, и с определенным расположением труб заключается в следующем: чем сильнее нагревается передняя стенка топки от процесса сжигания основного топлива, тем сильнее нагревается вторичный воздух между передней стенки топки и передним внешним металлистом, герметично соединенным с передним листом топки, параллельно ему, на определенном расстоянии.
В нижней части котла находится всегда открытый проем для поступления вторичного воздуха, с ходами, герметично соединенными с проемом между передними листами. В проем, не принудительно, естественно, подтягивается воздух из помещения, в котором установлен котел, в связи с тем, что его температура ниже, чем его температура между передними листами. Расстоянием между передними листами устанавливается объем вторичного воздуха, поступающего в камеру дожигания газов - чем интенсивнее горение основного топлива, выше мощность работы котла, соответственно больше объем уходящих газов, образованных от сжигания основного топлива, тем больше объем вторичного воздуха, поступающего в камеру дожигания газов (фиг. 2, поз. 16), для его смешивания с уходящими газами. Выход и смешивание вторичного воздуха организован по принципу подовых горелок, только в отличие от подовых горелок из труб выходит не газ, а рекуперативно нагретый вторичный воздух, и уже он смешивается с уходящими газами, образованными от горения основного топлива. Выход вторичного воздуха производится из параллельно расположенных труб (фиг. 2, поз. 17), герметично соединенных с проемом между передними листами. Трубы расположены друг от друга на расстоянии 110-170 мм, в зависимости от максимальной мощности котла и диаметра этих труб (от 25 до 76 мм), должны быть расположены как можно ближе к нижней перегородке (фиг. 2, поз. 18). В трубах в определенном порядке (показано на примере чертеж «трубы подачи вторичного») расположены отверстия диаметром 3-5 мм в зависимости от максимальной мощности котла. Торцы труб у задней стенки котла герметично заглушены. Трубы длиной во всю глубину котла. При этом перегородка верхняя (рис. 2, поз. 15) должна иметь глубину порядка  глубины топки и быть герметично соединена с боковыми стенками топки и задней стенкой топки. Перегородка верхняя (рис. 2, поз. 15) должна находиться от верхней плоскости теплообменника на расстоянии порядка 1/6 от всей высоты теплообменника. Перегородка нижняя (рис. 2, поз. 18) должна иметь глубину порядка  глубины топки и быть герметично соединена с боковыми стенками топки и передней стенкой топки. Перегородка нижняя (рис. 2, поз. 18) должна находиться от нижней плоскости перегородки верхней (рис. 2, поз. 2) на расстоянии порядка 1/6 от всей высоты теплообменника.
Вторичный воздух нагревается, расширяется и выходит через отверстия в трубах малого диаметра, под давлением, направлением (пример чертеж «трубы подачи вторичного»), температурой, достаточными для наиболее качественного смешивания с уходящими газами, обеспечивающего его дожигание, как в процессе видимого горения, так и беспламенного горения с термохимическими процессами, что соответственно обеспечивает наиболее высокое значение КПД сжигания топлива, образование большего количества тепловой энергии, передаваемой теплоносителю.
Так же такая организация подачи вторичного воздуха обеспечивает возможность стабильной работы котла на любой мощности от 5 до 100%. Даже при полностью закрытых проемах поступления первичного воздуха к основному топливу, т.е. обеспечении полного прекращения его поступления в топку, вторичного воздуха достаточно для поддержания минимального горения основного топлива. Чем больше открыты проемы входов первичного воздуха и выхода уходящих газов наружу, тем выше значение естественной тяги в топке, выше и значение тяги вторичного воздуха. В котле установлено расчетная взаимосвязь между количеством поступления первичного воздуха, объемом выхода уходящих газов наружу, поступлением вторичного воздуха, температурой его нагревания, объемом его выхода в камеру дожигания в условиях работы котла на естественной тяге, задаваемой определенной геометрией котла, его топки, деталей топки.