ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий.
Наиболее близким аналогом является водогрейный котел (патент RU 2184321 C1, опубл. 27.06.2002), содержащий корпус с патрубком выхода продуктов сгорания, с патрубками подвода и отвода воды, топку, дымогарные трубы, размещенные в корпусе с обеспечением возможности свободного прохождения по ним продуктов сгорания от топки до патрубка выхода продуктов сгорания, U-образные трубы, каждая из которых имеет ветвь входа воды и ветвь выхода воды, коллектор подвода воды, соединенный с патрубком подвода воды, коллектор отвода воды, соединенный с патрубком отвода воды, при этом каждая из ветвей входа воды соединена с коллектором подвода воды, а каждая из ветвей выхода воды - с коллектором отвода воды, отличающийся тем, что каждая из дымогарных труб установлена во внутренней полости соответствующей ветви U-образной трубы, при этом ветви входа воды и ветви выхода воды расположены в полости корпуса котла в шахматном порядке так, что ряд ветвей входа воды выполнен в виде ряда внутренних ветвей U-образных труб, ряд ветвей выхода воды - в виде ряда наружных ветвей U-образных труб.
В прототипе описан водогрейный котел, у которого каждая из дымогарных труб установлена во внутренней полости соответствующей ветви U-образной трубы, при этом ветви входа воды и ветви выхода воды расположены в полости корпуса котла в шахматном порядке так, что ряд ветвей входа воды выполнен в виде ряда внутренних ветвей U-образных труб, ряд ветвей выхода воды - в виде ряда наружных ветвей U-образных труб.
Недостатками данного устройства являются относительно малый КПД, реверсивное движение газов в топке, не охлаждаемые стенки корпуса и передней плиты котла.
Связано это с тем, что в прототипе RU 2184321 C1, непосредственно, горячие дымовые газы омывают корпус котла, с более высокой температурой (порядка 600-950°С), чем средняя температура воды. Это приводит к необходимости применения более дорогостоящих, жаростойких материалов и увеличению тепловых потерь.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в увеличении эффективности работы водогрейного котла в сравнении с прототипом.
Указанный технический результат достигается тем, что заявлен водогрейный котел, состоящий из топочной камеры, поворотной камеры, верхнего и нижнего коллекторов, водяных труб, дымогарных труб второго хода, патрубков входа и выхода теплоносителя, дымогарника и тепловой изоляции, отличающийся тем, что водяные трубы выполнены прямолинейными, вварены в верхний и нижний коллектора, где сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом, между водяными трубами вварены стальные пластины, нижний коллектор выполнен в виде омываемой поворотной камеры, а теплообменный элемент котла образован внутренними дымогарными трубами, помещенными соосно внутрь внешних водяных труб, которые также образуют теплообменную поверхность топочной камеры.
Предпочтительно в дымогарных трубках для повышения энергоэффективности котла установлены турбулизаторы.
Предпочтительно топочная камера состоит из расположенных по окружности или по овалу труб.
Предпочтительно нижний коллектор состоит из двух трубных досок для водяных и дымогарных труб, обечаек и двух донышек, образуя поворотную камеру дымовых газов.
Предпочтительно верхний коллектор состоит из двух трубных досок для водяных и дымогарных труб и обечаек.
В коллекторе могут быть установлены перегородки.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 - схема работы котла.
На фиг. 2 - общий вид теплообменника котла.
На фиг. 3 - продольное сечение теплообменника котла.
На фиг. 4 - поперечное сечение теплообменника котла.
На фиг. 5 - теплообменный элемент теплообменника котла.
На фиг. 6 показана схема сравнения эффективности котлов по прототипу (А) и согласно заявленной полезной модели (Б).
На чертежах: 1 - дымогарная (внутренняя) труба; 2 - внешняя труба; 3 - верхний коллектор; 4 - нижний коллектор; 5 - турбулизатор; 6 - патрубок выхода теплоносителя; 7 - патрубок входа теплоносителя; 8 - топочная камера; 9 - поворотная камера дымовых газов; 10 - дымогарник; 11 - газоход; 12 - тепловая изоляция.
Осуществление полезной модели
Заявленный водогрейный котел (см. фиг. 1) состоит из топочной камеры 8, поворотной камеры 9, верхнего 3 и нижнего 4 коллекторов, водяных труб 2, дымогарных труб второго хода 1, патрубков входа 7 и выхода 6 теплоносителя, дымогарника 10 и тепловой изоляции 12.
Теплообменный элемент котлового агрегата, представленный на фиг. 4, образован внутренними дымогарными трубами 1, помещенных соосно внутрь внешних водяных труб 2, которые также образуют теплообменную поверхность топочной камеры 8.
Топочная камера 8 состоит из расположенных по окружности или по овалу труб 2 между которыми варены стальные пластины.
Нижний коллектор 4 состоит из двух трубных досок для водяных 2 и дымогарных 1 труб, обечаек и двух донышек, образуя поворотную камеру дымовых газов 9. В нижнем коллекторе 4, движение воды может быть организованно с любым необходимым количеством ходов, при помощи перегородок, установленных в коллекторе 4, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах.
Верхний коллектор 3 состоит из двух трубных досок для водяных 2 и дымогарных 1 труб и обечаек, а движение воды может быть организованно с любым необходимым количеством ходов, при помощи перегородок, установленных в коллекторе 3, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах.
Работа котла осуществляется следующим образом. Топливовоздушная смесь подается через горелочное устройство в топочную камеру 8, где происходит сгорание топлива с выделением тепла. Продукты горения в топочной камере 8 охлаждаются и, в нижней части топки, попадают в поворотную камеру 9, где разворачиваются на 180° и поступают на дальнейшее охлаждение в дымогарные трубки 1. В дымогарных трубках 1 установлены спиральные проволочные турбулизаторы 5, для интенсификации теплообмена и увеличения энергоэффективности работы котла. Затем дымовые газы собираются в дымогарнике 10 и выводятся в дымовую трубу через газоход 11.
Теплоноситель подается в котел через патрубок 7 расположенный в нижней части водогрейного котла, омывает и охлаждает поворотную камеру 9, затем поступает в нижний коллектор 4. В нижнем 4 и верхнем 3 коллекторах, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах, установлены перегородки для организации ходов теплоносителя. После прохождения по всем ходам трубных экранов, теплоноситель попадает в верхний коллектор 3, и выходит из котла через патрубок 6.
Указанный технический результат достигается тем, что в котле ветви U-образных труб заменены на прямые трубы, вваренные в верхний и нижний коллектора, а сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом. Между водяными трубами вварены стальные пластины, обеспечивающие газоплотность, таким образом, образованный корпус котла омывается водой и охлаждает дымовые газы, уменьшая тепловые потери котла, что повышает эффективность работы. Нижний коллектор образует омываемую поворотную камеру, в которой дымовые газы после топочной камеры разворачиваются и проходят через дымогарные трубки. В дымогарных трубках, для повышения энергоэффективности котла, установлены турбулизаторы.
В отличии от прототипа, где в котле имеются ветви U-образных труб, в заявленном решении они заменены на прямолинейные трубы, вваренные в верхний и нижний коллектора, а сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом.
Указанная замена элементов U-образных труб на верхний и нижний коллектора обеспечивает омываемые водой наружные стенки корпуса котла и уменьшение тепловых потерь, исчезает необходимость в применении жаростойких, дорогостоящих материалов. Все это также повышает эффективность работы котла в сравнении с прототипом.
Уменьшение тепловых потерь заявленного котла обусловлено тем, что стальные пластины небольшой ширины, вваренные между водяными трубами, хорошо охлаждаются водой. Так как в предлагаемой модели котла все наружные поверхности котла омываются водой, то температуру неизолированной поверхности корпуса котла можно принять - 105°С (при температурном графике котла 115/95).
В прототипе по патенту RU 2184321 C1, непосредственно, горячие дымовые газы омывают корпус котла, с более высокой температурой (порядка 600-950°С), чем средняя температура воды. Это приводит к необходимости применения более дорогостоящих, жаростойких материалов и увеличению тепловых потерь в прототипе по сравнению с предлагаемой моделью.
Сравнение двух моделей (см. схему на Фиг. 6) (по прототипу - Фиг. 6(А) и согласно заявленной полезной модели (Фиг. 6(Б))) с одинаковыми геометрическими характеристиками: диаметр котла - 1500 мм; длина котла - 3000 мм, толщина тепловой изоляции (минеральная вата) - 50 мм; дымогарник не теплоизолирован и температура уходящих газов - 180°С, показывает, что тепловые потери предлагаемой модели - 1, 16 кВт, а тепловые потери модели по прототипу согласно патента RU 2184321 C1 - 6,6 кВт.
Следовательно, эффективность заявленной полезной модели выше, чем в прототипе.
Применение спиральных проволочных турбулизаторов в дымогарных трубках по газовой стороне, позволяет повысить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде по сравнению с дымогарными трубками без турбулизаторов. Данный эффект можно использовать для повышения КПД котла, либо для уменьшения площади теплообменной поверхности, т.е. уменьшения массогабаритных характеристик котла.