ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
HOT-WATER BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных и паровых котлах.
Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенную топку, горелку, установленную в топке, выпускное отверстие, подводящий и отводящий трубопроводы и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам и включающие экранную и конвективную части, расположенные в топке (патент РФ №2183792, МПК F22B 27/06, 2001).
Однако известный котел характеризуется недостаточными КПД, надежностью, прочностью, компактностью и технологичностью, а также сложен в изготовлении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, цилиндрическую перегородку между топкой и внешней конвективной камерой, горелку, установленную в торце топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий трубопроводы и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам и состоящие из экранной части, образованной пучком гладких спиральных трубок, и двух, внутренней и наружной, концентрично расположенной вокруг внутренней с зазором, ступеней конвективной части, причем каждая из ступеней конвективной части образована пучком спиральных трубок (патент РФ №2327084, МПК F24H 1/16, 2007).
Однако указанный котел имеет местные гидравлические сопротивления из-за наличия кольцевых коллекторов на входе и выходе теплоносителя, и в результате увеличенное общее гидравлическое сопротивление, а поверхности нагрева внешней конвективной камеры хотя и имеют оребрение, но омываются горячими продуктами сгорания по виткам последовательно, по принципу «коридорного пучка» с недостаточно высоким коэффициентом теплоотдачи, что снижает его КПД и усложняет изготовление.
Задачей изобретения является повышение КПД котла, а также упрощение его изготовления.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является исключение местных гидравлических сопротивлений.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем цилиндрическую топку, горелку, установленную в торце топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий трубопроводы и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам и состоящие из экранной части, образованной пучком гладких спиральных трубок, и двух, внутренней и наружной, концентрично расположенной вокруг внутренней с зазором, ступеней конвективной части, причем каждая из ступеней конвективной части образована пучком спиральных трубок, согласно изобретению пучок трубок экранной части выполнен газоплотным или снабжен наружным газоплотным направляющим цилиндром, ступени конвективной части примыкают к противоположному горелке торцу топки и снабжены спиральными направляющими накладками, размещенными с наружной стороны каждого пучка трубок конвективной части, пучок трубок внутренней ступени конвективной части навит по радиусу, равному радиусу навивки пучка трубок экранной части, и одним концом сообщен с последним, а другим концом - с пучком трубок ее наружной ступени, трубки обеих ступеней конвективной части выполнены с оребрением, и выпускное отверстие расположено со стороны наружной ступени конвективной части.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что подводящий трубопровод может быть подсоединен к наружной ступени конвективной части, а отводящий трубопровод - к экранной части.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что трубки внутренней ступени конвективной части могут быть выполнены с диаметром, меньше диаметров трубок ее наружной ступени и трубок экранной части.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что спиральные направляющие накладки могут иметь в сечении профиль двух соединенных дуг.
На фиг.1 представлен предлагаемый водогрейный котел.
На фиг.2 - вид А-А фиг.1.
На фиг.3 - узел Б фиг.1 - спиральные направляющие накладки, имеющие в сечении профиль двух соединенных дуг.
Предлагаемый водогрейный котел содержит цилиндрическую топку 1, горелку 2, установленную в торце 3 топки 1, выпускное отверстие 4, подводящий и отводящий трубопроводы 5, 6 и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам 5, 6 и состоящие из экранной части 7, образованной пучком гладких спиральных трубок, и двух, внутренней и наружной, концентрично расположенной вокруг внутренней с зазором, ступеней 8, 9 конвективной части. Каждая из ступеней 8, 9 конвективной части образована пучком спиральных трубок. Пучок трубок экранной части 7 выполнен газоплотным или снабжен наружным газоплотным направляющим цилиндром 10. Ступени 8, 9 конвективной части примыкают к противоположному горелке 2 торцу 11 топки 1 и снабжены спиральными направляющими накладками 12, размещенными с наружной стороны каждого пучка трубок конвективной части. Пучок трубок внутренней ступени 8 конвективной части навит по радиусу, равному радиусу навивки пучка трубок экранной части 7, и одним концом сообщен с последним, а другим концом при помощи плавного отвода 13 - с пучком трубок ее наружной ступени 9. Трубки обеих ступеней 8, 9 конвективной части выполнены с оребрением 14. Выпускное отверстие 4 расположено со стороны наружной ступени 9 конвективной части. Подводящий трубопровод 5 может быть подсоединен к наружной ступени 9 конвективной части, а отводящий трубопровод 6 - к экранной части 7. Трубки внутренней ступени 8 конвективной части могут быть выполнены с диаметром, меньше диаметров трубок ее наружной ступени 9 и трубок экранной части 7. Спиральные направляющие накладки 12 могут иметь в сечении профиль двух соединенных дуг.
Водогрейный котел работает следующим образом. Из горелки 2 топливная смесь поступает в топку 1, где происходит горение топлива с выделением тепла. Часть выделившегося тепла за счет излучения от факела поглощается водоохлаждаемыми поверхностями спиральных трубок экранной части 7 благодаря газоплотной навивке или наличию наружного газоплотного направляющего цилиндра 10. Горячие продукты горения проходят сверху вниз и отдают тепло водоохлаждаемым поверхностям спиральных трубок внутренней ступени 8 конвективной части. Затем продукты горения, обтекая спиральные трубки внутренней ступени 8, проходят между их оребрением 14, при помощи накладок 12 прижимаются к трубкам внутренней ступени 8 и затем попадают в зазор между внутренней и наружной ступенями 8, 9 конвективной части. При передаче теплоты от горячих продуктов горения к нагреваемой воде трубки внутренней ступени 8 конвективной части находятся под двойным тепловым напряжением. Эти трубки воспринимают тепло, передаваемое радиацией (излучением) и конвекцией (соприкосновением). Для уменьшения теплового воздействия на трубки внутренней ступени 8 и исключения образования накипи в этих трубках поддерживаются высокие скорости, что обеспечивается их выполнением с диаметром, меньше диаметров трубок наружной ступени 9 и трубок экранной части 7. Далее продукты горения, обтекая спиральные трубки наружной ступени 9, проходят между их оребрением 14, при помощи накладок 12 прижимаются к трубкам наружной ступени 9 и затем отводятся через выпускное отверстие 4. Нагреваемая вода через подводящий коллектор 5 подается в наружную ступень 9 конвективной части, проходит по ее спиральным трубкам, затем по плавному отводу 13 поступает во внутреннюю ступень 8 конвективной части, проходит по ее спиральным трубкам, далее подается в экранную часть 7 и затем поступает в отводящий трубопровод 6.