Котёл спиральный

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к конструкциям нагревателей теплоносителя, и может быть использована в спиральных котлах, предназначенных для сжигания газообразного и жидкого топлива.
Известен котел, содержащий цилиндрический корпус с камерой сгорания, в корпусе имеется воздуховыпускное отверстие для отвода дымовых газов. Камера сгорания снабжена входом и выходом для теплоносителя, сообщающимися с многослойным спиральным трубопроводом (CN 202709431).
Недостатком данной конструкции является то, что спираль котла изготовлена из нескольких параллельных труб разного диаметра, где очень сложно обеспечить одинаковую скорость в каждой, что приводит к локальному перегреву и прогоранию стенки одной из труб, в которой скорость протекания теплоносителя ниже. Кроме того, задняя стенка топки выполнена в виде огнеупорной заглушки, которая не участвует в теплообменном процессе и только отражает тепло факела с частичной потерей энергии рассеиванием.
В результате патентных исследований также были выявлены следующие технические решения, которые были учтены заявителем при анализе: FR 2301795, FR 2242408, CN 107655200, CN 109974290, CN 108278774, CN106196582, DE 000004342392, WO 02015002810.
Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности признаков, является котел, содержащий цилиндрический корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в передней стенке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы теплоносителя, размещенные соответственно вблизи передней стенки котла и вблизи задней стенки котла, и поверхности нагрева, выполненные из труб в виде винтовых спиралей, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, снабженный перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор между перегородкой и передней стенкой котла, выпускное отверстие выполнено у задней стенки котла в зоне внешней конвективной камеры, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде усеченного параболоида вращения, меньший диаметр которого расположен со стороны перехода газов из топки через кольцевой зазор в конвективную часть у передней стенки котла со стороны горелки и топка является реверсивной, а больший диаметр перегородки находится у задней стенки котла вблизи выпускного отверстия для газов, винтовые спирали экранной части выполнены соответственно профилю перегородки в виде усеченного параболоида вращения, винтовые спирали внутренней секции конвективной части снаружи перегородки выполнены соответственно профилю перегородки, винтовые спирали внешней секции конвективной части выполнены в виде цилиндрических винтовых спиралей (патент на изобретение РФ № 2760544, опубл. 26.11.2021г.).
Недостатком данной конструкции является невысокая надежность.
Следует отметить, что в результате эксплуатации спиральных котлов выявлен существенный недостаток, а именно наличие компенсационной трубки, которая соединяет две спирали, которая, как правило, находится в задней части топки и позволяет компенсировать линейное расширение соединенных между собой спиралей при нагреве. При этом компенсационная трубка находится в зоне максимальной температуры котла, порядка 1500°С, и при выходе её из строя производится трудоемкий ремонт котла, при котором необходима полная его разборка, что занимает значительное время.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности котла.
Техническая задача достигается тем, что котел спиральный, содержит цилиндрический корпус с камерой сгорания, в которой расположены спиральные теплообменники, дымоходный патрубок, установленный в задней части котла, подводящий и отводящий патрубки, установленные в передней части котла, причем спиральные теплообменники, выполнены из труб в виде внутреннего и наружного змеевиков, расположенные с кольцевым зазором между собой и с патрубками, подсоединенные к подводящему и отводящему патрубкам котла, причем внутренний и наружный змеевики соединены между собой по потоку теплоносителя последовательно, отличающийся тем, что внутренний и наружный змеевики выполнены двухзаходными, а последовательное соединение внутреннего и наружного змеевиков по потоку теплоносителя обеспечено отводом, соединяющим патрубок наружного и патрубок внутреннего змеевиков, причем отвод установлен снаружи корпуса котла, при этом в задней части котла наружный змеевик оканчивается петлевой платформой в виде возвратной спирали, а внутренний змеевик оканчивается трубной перемычкой.
Дополнительно в заявляемом котле спиральном внутренний и наружный змеевики с одной стороны имеют соответствующие обечайки, которые посредством разъемных соединений жестко соединены между собой, причем обечайка наружного змеевика прикреплена к передней части корпуса котла.
Дополнительно заявляемый спиральный котел может быть снабжен откидной дверцей с фланцевым патрубком, которая навешена снаружи обечайки внутреннего змеевика.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
внутренний и наружный змеевики выполнены двухзаходными;
последовательное соединение внутреннего и наружного змеевиков по потоку теплоносителя обеспечено отводом;
отвод соединяет патрубок наружного и патрубок внутреннего змеевиков;
отвод установлен снаружи корпуса котла;
в задней части котла наружный змеевик оканчивается петлевой платформой в виде возвратной спирали;
внутренний змеевик оканчивается трубной перемычкой.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На фиг. 1 показан котел в разрезе, на фиг. 2 показан корпус котла без теплоизоляции, фиг. 3 показано расположение отвода, входного и выходного патрубков котла, на фиг. 4 показана возвратная спираль с заднего торца наружной спирали, на фиг. 5 показано с направление движения дымовых газов в котле.
Котел спиральный, содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с передней торцовой стойкой 2 (фиг. 2) и задней торцовой стойкой 3. В корпусе 1 (фиг. 1) расположена камера сгорания, ограниченная внутренним змеевиком 4, наружным змеевиком 5, спереди - откидной дверцей 6, а сзади петлевой платформой 7 наружного змеевика 5 (фиг. 4). Петлевая платформа 7 выполнена в виде плоской возвратной спирали. Змеевики 4,5 выполнены из труб в виде двухзаходных спиралей и расположены в топке с кольцевым зазором 8 между собой. С передней стороны котла внутренний змеевик 4 имеет обечайку 9 (фиг. 1, 2), а наружный змеевик 5 обечайку 10, которые жестко соединены между собой. Следует отметить, что корпус 1 котла, обечайки 9,10 змеевиков 4,5 соединены между собой посредством фланцев на болтовые соединения 11, 12 как показано на фиг. 1, 2, что устраняет необходимость проведения сварочных работ при сборке - разборке котла. Таким образом, наружный 5 и внутренний 4 змеевики собраны в котле по принципу «матрешки». Наружный змеевик 5 и внутренний змеевик 4 соединены между собой по потоку теплоносителя последовательно, для этого патрубок 13 (фиг. 3) наружного змеевика 5 соединен с патрубком 14 в передней части корпуса 1 котла, снаружи обечаек 9 и 10, отводом 15 (фиг. 3). Обечайки 9,10 обеспечивают возможность монтажа отвода 15 за границы зоны факела котла. В задней части корпуса 1 котла наружный змеевик 5 оканчивается петлевой платформой 7 (фиг. 4), а внутренний змеевик 4 оканчивается трубной перемычкой 22 (фиг. 1). С противоположной стороны от отвода 15 (фиг. 3) имеется патрубок 16 внутреннего змеевика 4, который является выходным патрубком котла, и патрубок 17 наружного змеевика 5, который является входным патрубком котла. Спереди котла, к обечайке 9 (фиг. 2) внутреннего змеевика 4 шарнирно крепится откидная дверца 6 с фланцевым патрубком 18 для установки горелки. Откидная дверца 6 футерована плитой KaowooBoards 1400, и имеет возможность за счет конструкции петель открываться как в правую, так и в левую стороны. В задней части корпуса 1 котла имеется патрубок 19 (фиг. 1) для установки дымохода и патрубок 20 для установки взрывного клапана, который предусмотрен по СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем» ч.1 п.6.32. В зависимости от типа горелки ориентация корпуса котла может быть выполнена как горизонтальной, так и вертикальной. Изоляция 21 корпуса 1 котла выполнена из цилиндров минераловатных типа «ЭКОРОЛ».
Устройство работает следующим образом. В камере сгорания происходит сжигание жидкого или газообразного топлива при помощи горелки (на рисунке фиг. 5 показана схематично с факелом), при этом поверхности внутреннего змеевика 4, наружного змеевика 5, петлевой платформы 7 в виде возвратной спирали, дверцы 6, обращённые к пламени, получают тепловую энергию от факела горелки посредством теплопередачи лучистой (радиационной) энергии и конвекции. Горячие дымовые газы, получаемые при сжигании топлива, уходят по кольцевому зазору 8, между внутренним 4 и наружным 5 змеевиками в сторону передней дверцы 6, где разворачиваются и направляются по кольцевому дымоходу, образованному наружным змеевиком 5 и корпусом 1 котла (на фиг. 5 показано стрелками). В задней части котла, дымовые газы выводятся из котла через патрубок 19 (фиг. 1) и далее в дымоход. Теплоноситель подаётся насосом в патрубок 17 (фиг. 3) наружного змеевика 5. Вследствие того, что оба захода наружного змеевика 5, с задней стороны котла, замкнуты петлевой платформой 7 (плоской возвратной спиралью), то теплоноситель, пройдя по первому заходу, и развернувшись в петлевой платформе 7, возвращается по второму заходу к передней части котла, где внутренний 4 и наружный 5 змеевики соединены между собой по потоку теплоносителя снаружи котла отводом 15 (фиг. 3). Далее теплоноситель, по первому заходу внутреннего змеевика 4, движется к задней части котла, где по трубной перемычке разворачивается и по второму заходу внутренней возвращается к передней части котла. Нагретый теплоноситель выводится из котла через выходной патрубок 16 (фиг. 3).
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность котла за счет того, что внутренний и наружный змеевики котла сообщены друг с другом не в топке котла, а снаружи, т.е. за границами зоны факела, характеризующийся невысокими температурами. Дополнительно следует отметить, что вышеописанная конструкция котла позволяет упростить демонтаж змеевиков котла для их ревизии и очистки от нагара.