ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
HOT-WATER BOILER

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике.
Одной из проблем, стоящих в настоящее время в данной области техники, является проблема эффективности котлов, повышение их КПД и надежности работы.
Известен водогрейный котел, содержащий теплообменник с водяной емкостью, топочную камеру, соединенную с газоходом для отвода продуктов сгорания, устройства розжига и контроля пламени и установленную в топочной камере при помощи узла крепления газовую радиационную горелку с распределительной камерой, снабженную газопроницаемой вставкой, закрепленной между стенками распределительной камеры, отличающийся тем, что топочная камера образована внутренней стенкой теплообменника и газопроницаемой вставкой горелки, а узел крепления горелки в топочной камере выполнен теплопроводным с возможностью соединения по периметру внешней стенки теплообменника со стенками распределительной камеры горелки в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки (патент РФ №2379593, МПК: F24H 1/00, 26.12.2008 - прототип).
Указанный водогрейный котел работает следующим образом.
При розжиге котла происходит подача газообразного топлива и воздуха в газовую радиационную горелку, где образуется газовоздушная смесь, близкая к стехиометрическому составу. Образовавшаяся газовоздушная смесь заполняет распределительную камеру горелки и через керамическую газопроницаемую вставку поступает в топочную камеру, где осуществляется ее воспламенение устройствами розжига и контроля пламени и горение с выделением тепла. Выделившееся тепло поглощается через внутреннюю стенку теплообменника водой, протекающей в его водяной емкости. Охлажденные продукты сгорания отводятся из топочной камеры через газоход. Нагретая вода поступает потребителю. По мере выхода на заданный режим работы водогрейного котла возрастают температуры его узлов и элементов, особенно стенок распределительной камеры горелки в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки. Узел крепления горелки в топочной камере передает теплоту со стенок распределительной камеры горелки на внешнюю стенку теплообменника. При этом температура стенок распределительной камеры снижается до безопасного по вероятности проскока пламени уровня. Охлаждение стенок распределительной камеры в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки приводит к снижению термических напряжений и деформаций, что повышает надежность работы горелки по проскоку пламени по стенке распределительной камеры и крепления в ней газопроницаемой вставки.
Основными недостатками данного водогрейного котла являются низкая эффективность, связанная с недостаточностью развитости поверхности нагрева, а также значительные габариты и вес.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей водогрейного котла.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный водогрейный котел, согласно изобретению, содержит корпус с трубчатыми теплообменными элементами, расположенными внутри корпуса параллельно его продольной оси и пропущенными через трубные доски и поперечные перегородки с сегментными вырезами, отличается тем, что на одном конце корпуса установлена камера сгорания, содержащая инжекционную горелку снабженную выходным насадком, представляющим собой глухой патрубок, соединенный с двумя кольцевыми коллекторами, в которых выполнены отверстия для выхода газовоздушной смеси, запальное устройство, расположенное перпендикулярно оси камеры сгорания, а на другом конце упомянутого корпуса установлена дымовая труба.
В варианте исполнения во входной части камеры сгорания расположен узел регулирования «вторичного» воздуха.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид водогрейного котла в продольном разрезе, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез камеры сгорания, на фиг. 3 - поперечный разрез кольцевых коллекторов насадка инжекционной горелки, на фиг. 4 - продольный разрез водогрейного котла в варианте исполнения.
Предложенный водогрейный котел содержит корпус 1 с трубчатыми теплообменными элементами 2, расположенными внутри корпуса 1 параллельно его продольной оси и пропущенными через трубные доски 3 и поперечные перегородки с сегментными вырезами 4. На одном конце корпуса 1 установлена камера сгорания 5, содержащая инжекционную горелку 6 и запальное устройство 7, расположенное перпендикулярно оси камеры сгорания 5. Инжекционная горелка 6 снабжена выходным насадком 8, представляющим собой глухой патрубок 9, соединенный с кольцевым коллектором 10 и кольцевым коллектором 11, в которых выполнены отверстия 12 для выхода газовоздушной смеси. На входе в инжекционную горелку 6 установлен патрубок 13, снабженный шайбой 14, имеющей возможность осевого перемещения, и сменными соплами 15. На другом конце упомянутого корпуса 1 установлена дымовая труба 16.
В варианте исполнения во входной части камеры сгорания 5 расположен узел регулирования «вторичного» воздуха 17.
Предложенный водогрейный котел работает следующим образом.
Во внутреннюю полость корпуса 1 подаются вода. Вода равномерно распределяется в полости и движется в межтрубном пространстве в направлении камеры сгорания 5. Поперечные перегородки с сегментными вырезами 4, соединяющие трубчатые теплообменные элементы 2, создают поперечные потоки в межтрубном пространстве, что позволяет интенсифицировать процесс теплопередачи за счет ликвидации застойных зон.
На запальное устройство 7 подается газ. Из системы управления подается команда на розжиг запального устройства 7.
После розжига запального устройства 7 в инжекционную горелку 6 через патрубок 13 и сменное сопло 15 поступает газ. Через шайбу 14, расположенную на патрубке 13, «первичный» воздух поступает в инжекционную горелку 6, а «вторичный» - через входную часть камеры сгорания 5. Количество «первичного» воздуха, поступающего в инжекционную горелку 6, регулируется перемещением шайбы 14. Образовавшаяся в инжекционной горелке 6 газовоздушная смесь через глухой патрубок 9 насадка 8, кольцевой коллектор 10, кольцевой коллектор 11 и отверстия 12 поступает в камеру сгорания 5, где она смешивается с «вторичным» воздухом. Полученная горючая смесь воспламеняется от факела запального устройства 7 и сгорает.
Выделившееся тепло от продуктов сгорания передается через стенки трубчатых теплообменных элементов 2 воде, движущейся в межтрубном пространстве в противоположном направлении. Охлажденные продукты сгорания через дымовую трубу 16 поступают в атмосферу. Нагретая вода поступает потребителю.
В варианте исполнения количество «вторичного» воздуха, поступающего в камеру сгорания 5, регулируется с помощью узла регулирования «вторичного» воздуха 17, расположенного в ее входной части.
Использование предлагаемого изобретения позволит улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности водогрейного котла.