КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
CONDENSATION HOT WATER BOILER

Изобретение относится к отопительной технике и горячему водоснабжению, а именно к области водогрейных котлов малой и средней теплопроизводительности, и может быть использовано для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.
Известны контактно-поверхностные водогрейные котлы. В частности, водогрейный котел, включающий корпус с каналом выхода топочных газов и патрубки отвода конденсата, при этом в нижней части корпуса размещена радиационная зона, состоящая из внутреннего цилиндра с горелкой, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, и внешнего цилиндра с патрубками подачи и отвода нагреваемой воды. Цилиндры установлены концентрично и образуют межстеночный кольцевой зазор для протекания нагреваемой воды прямотоком по отношению к потоку топочных газов. В верхней части корпуса установлены трубчатый теплообменник, выполненный в виде трубного пучка для прохождения нагреваемой воды сверху вниз противотоком по отношению к двухфазному газожидкостному восходящему потоку и отвода ее из нижней части трубного пучка для догревания в радиационной зоне, опорно-распределительная решетка с патрубками подачи конденсата к форсункам, каплеуловитель, гидрозатворы для возврата конденсата, установленные на одной высоте с трубным пучком, а также бак конденсата с каплеотбойным конусом и обечайкой (см. патент РФ №2176766, МПК F24H 1/00, 1/10, 2001 г.) - аналог.
Недостатками известного решения являются низкий КПД при подаче в котел обратной сетевой воды с температурой 50-70°С, узкая область его применения, а также большие габариты и масса поверхностей нагрева радиационной части.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является котел, содержащий радиационную часть, состоящую из внутреннего цилиндра, горелки, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, и внешнего цилиндра, установленного концентрично внутреннему с образованием межстеночного кольцевого зазора, а также расположенные друг под другом и заключенные в отдельный корпус патрубок отвода топочных газов, каплеуловитель, трубчатый теплообменник, опорно-распределительную решетку и коллектор с форсунками, составляющие контактно-рекуперативную часть. Радиационная часть и контактно-рекуперативная часть размещены параллельно, внутренний цилиндр выполнен с внутренним днищем и снабжен кольцевой верхней трубной решеткой. Отверстия кольцевой верхней трубной решетки, расположенные по ее периферии, выполнены по концентрическим окружностям. К наружной боковой поверхности кольцевой верхней трубной решетки сверху жестко прикреплена внутренняя крышка с осевым отверстием, к краям которого сверху жестко прикреплен патрубок с горелкой. К нижнему основанию внешнего цилиндра прикреплена кольцевая нижняя трубная решетка. К краям центрального отверстия кольцевой нижней трубной решетки снизу прикреплено внешнее днище, от которого отходит патрубок подвода отопительной воды. К верхнему основанию внешнего цилиндра прикреплена внешняя крышка с осевым отверстием, к краям которого сверху жестко прикреплена цилиндрическая обечайка, герметично связанная с патрубком горелки. На поверхности обечайки закреплен патрубок отвода отопительной воды, причем внешняя и внутренняя крышки, а также цилиндрическая обечайка и патрубок горелки образуют межстеночное пространство. В межстеночном кольцевом зазоре, образованном внешним и внутренним цилиндрами, установлен пучок дымогарных труб, прикрепленных к краям соосных отверстий в верхней и нижней трубных решетках. На трубчатом теплообменнике закреплен патрубок для подвода холодной воды и патрубок для отвода нагретой воды на горячее водоснабжение. Радиационная и контактно-рекуперативная части сообщены между собой посредством разъемно прикрепленного к нижней кольцевой трубной решетке и к нижней части корпуса контактно-рекуперативной части закрытого сборника жидкости, снабженного патрубком, соединенным с линией подачи жидкости, связанной с коллектором (см. патент РФ №2270405, МПК F24Н 1/00, 1/10, 2006 г.) - прототип.
Недостатком известного решения является необходимость применения специальных горелок, т.к. большинство выпускаемых горелок не допускает рабочего положения «горелка над факелом».
Задачей изобретения является расширение области применения котла за счет возможности применения любых горелочных устройств, соответствующих мощности котла.
Это достигается тем, что конденсационный водогрейный котел содержит радиационную, адиабатную и контактно-рекуперативную части, при этом радиационная часть, представляющая собой водогрейный жаротрубный котел, состоит из внутреннего и внешнего цилиндров, установленных коаксиально с образованием межстеночного кольцевого зазора, с расположенными в нем дымогарными трубами, донышки внешнего и внутреннего цилиндров с одной стороны имеют коаксиальные отверстия, в которые установлен патрубок с фланцем для присоединения горелки, контактно-рекуперативная часть имеет расположенные друг под другом в одном корпусе патрубок отвода топочных газов, каплеуловитель, трубчатый теплообменник с патрубками для подвода холодной воды и отвода нагретой воды на горячее водоснабжение, а также опорно-распределительную решетку, при этом радиационная часть расположена горизонтально, а адиабатная часть, соединяющая радиационную и контактно-рекуперативную части, имеет коллектор с форсунками, буферную емкость для регулирования уровня конденсата и перегородку, разделяющую адиабатную часть на «сухую» и «мокрую» зоны.
Отличие заявляемого устройства от прототипа:
1. Горизонтальное расположение радиационной части.
2. Наличие перегородки, «сухой» и «мокрой» зон адиабатной части.
3. Наличие буферной емкости.
Приведенные отличия обеспечивают преимущества заявляемого устройства перед прототипом:
1. Наличие «сухой» зоны допускает произвольную ориентацию радиационной части.
2. Горизонтальное расположение радиационной части позволяет применять с конденсационным котлом любые горелочные устройства, применяемые с традиционными котлами.
3. Наличие буферной емкости позволяет поддерживать уровень конденсата при резком отключении котла.
Предлагаемый конденсационный водогрейный котел показан на чертежах.
На Фиг.1 показан осевой продольный разрез котла, на Фиг.2 - вид А Фиг.1, на Фиг.3 - разрез Б-Б Фиг.1.
Аппарат имеет следующие основные детали и узлы.
Радиационная часть (РЧ) содержит: 1 - внутренний цилиндр, 2 - внешний цилиндр, 3 - днище внутреннего цилиндра, 4 - днище внешнего цилиндра, 5 - патрубок с фланцем, 6 - горелку, 7 - трубную решетку-фланец с парными отверстиями для установки дымогарных труб и отверстиями для циркуляции отопительной воды, 8 - дымогарные трубы, 9 - внутреннее днище, 10 - внешнее днище, 11 - подающий патрубок, 12 - выходной патрубок;
Адиабатная часть (АЧ) содержит: 13 - корпус, 14 - перегородку, разделяющую АЧ на «сухую» и «мокрую» зоны, 15 - буферную емкость, 16 - сливной патрубок, 17 - форсунки, 18, 19 - опорно-распределительные решетки, 20 - насос циркуляции конденсата.
Контактно-рекуперативная часть (КРЧ) содержит: 21 - корпус, 22 - трубчатый теплообменник, 23 - подводящий патрубок, 24 - отводящий патрубок, 25 - каплеуловитель, 26 - патрубок отвода топочных газов, 27 - коллектор, 28 - трубопровод, соединяющий коллектор 27 с полостью «мокрой» зоны адиабатной части.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Емкость для сбора конденсата адиабатной части (АЧ) предварительно заполняется технической водой из любого источника, которая в процессе работы агрегата замещается непрерывно вырабатываемым в контактно-рекуперативной части (КРЧ) конденсатом водяных паров, а в радиационную часть (РЧ) через подающий патрубок 11 подается обратная сетевая вода. Одновременно с этим в трубный пучок трубчатого теплообменника 22 через подводящий патрубок 23 подается холодная вода. Далее на горелку 6 подается топливо, например природный газ, и, одновременно с этим, включается насос 20 циркуляции конденсата, который подает техническую воду (конденсат) в форсунки 17. Продукты сгорания топлива, проходя сначала по внутреннему цилиндру 1, посредством радиационного теплообмена, а затем по дымогарным трубам 8, жестко закрепленным на кольцевой трубной решетке-фланце 7, посредством конвективного теплообмена нагревают отопительную сетевую воду, подаваемую через патрубок 11 в межстеночное пространство, образованное внешним и внутренним днищами, соответственно 10 и 9 и далее проходящую в межстеночном кольцевом зазоре противотоком к потоку газов в дымогарных трубах 8, до требуемой температуры прямой отопительной воды. Горячая вода, проходя в межстеночном пространстве, образованном внутренним 1 и внешним 2 цилиндрами, а также их днищами, соответственно 3 и 4, охлаждает стенки внутреннего цилиндра 1 днища 3 и патрубка горелки 5 и через выходной патрубок 12 направляется теплопотребителю. Топочные газы через дымогарные трубы 8 выходят сбоку радиационной части, проходят «сухую» зону адиабатной части, и, проходя через «мокрую» зону, они вначале контактируют с каплями конденсата водяных паров в факелах форсунок 17 и, увлекая часть конденсата, переносят его на опорно-распределительные решетки 18 и 19. Где происходит инверсия фаз: газ из сплошной фазы (под решетками) превращается в дисперсную (над решетками), а конденсат наоборот: из дисперсной (под решетками) становится сплошной (над решетками).
Таким образом, над решеткой 18 формируется эмульсионный двухфазный восходящий поток газ-конденсат, который омывает внешнюю поверхность труб трубчатого теплообменника 22, передавая физическую теплоту газов и теплоту конденсации водяных паров нагреваемой воде для горячего водоснабжения, подаваемой через патрубок 23 в трубчатый теплообменник 22 и проходящей последний противотоком по отношению к потоку топочных газов.
Далее, в каплеуловителе 25 происходит сепарация конденсата из газового потока: конденсат через коллектор 27 по трубе возврата конденсата 28 возвращается в «мокрую» зону адиабатной части (АЧ), а газы, освободившись в каплеуловителе 25 от капель конденсата, удаляются из аппарата через патрубок отвода топочных газов 26.
Из емкости для сбора конденсата адиабатной части (АЧ) конденсат, отводясь через патрубок 16, насосом 20 вновь подается к форсункам 17, а излишек конденсата удаляется из аппарата через буферную емкость 15. Горячая вода для горячего водоснабжения, нагретая в трубчатом теплообменнике 22 контактно-рекуперативной части (КРЧ), через патрубок 24 подается потребителю.
Предлагаемый водогрейный котел по сравнению с прототипом имеет более широкую область применения, т.к. не требует специальных горелок, кроме того, конструктивное исполнение радиационной части позволяет уменьшить габариты и массу поверхностей нагрева радиационной части.