ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
WATER-HEATING BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для отопления бытовых и промышленных объектов.
Известен водогрейный котел, содержащий дымовую трубу, снабженную водяной рубашкой с патрубком отвода воды в верхней части рубашки, трубу подвода холодной воды, топку с расположенными в ней водоохлаждаемыми верхней, задней и двумя боковыми секциями, между которыми размещены верхняя группа теплообменных элементов и нижняя группа теплообменных элементов с колосником, причем верхняя водоохлаждаемая секция выполнена с подъемом под углом 3-5° к горизонтали, а верхняя группа теплообменных элементов установлена под углом 8-10° к противоположным стенкам боковых секций, отличающийся тем, что он содержит нижнюю водоохлаждаемую секцию, а верхняя группа теплообменных элементов состоит из двух теплообменных элементов, каждый из которых выполнен из труб, соединенных между собой пластинами, и расположенных один над другим, причем нижний теплообменный элемент установлен с зазором относительно задней водоохлаждаемой секции, а верхний теплообменный элемент установлен с зазором по отношению к передней стенке /Патент РФ №2409793, опубл. 10.02.2009 в оф. патентном бюллетене/. Этот котел примем за прототип.
Недостаток данного котла заключается в невысоком КПД и экономичности, т.к. требуется большее количество топлива для разогрева и достижения максимальной температуры.
Задачей предлагаемого изобретения является создание удобного, экономичного и универсального водогрейного котла, приспособленного для работы на различных видах твердого низкосортного топлива и имеющего высокий коэффициент полезного действия.
Сущность изобретения заключается в том, что в водогрейном котле, содержащем корпус с дымоходом, водяную рубашку, патрубок отвода воды в верхней части рубашки и патрубок подвода воды в нижней части рубашки, конвективный пучок из труб, топку с загрузочной дверцей, колосниковую решетку и зольник, корпус состоит из верхней части, водяная рубашка которой образована наружной и внутренней обечайками с ребрами жесткости между ними, расположенными на задней стенке параллельно основанию, с подъемом в 3-5° к горизонтали по боковым стенкам, перпендикулярно основанию посередине передней стенки над и под загрузочной дверкой и на задней стенке от ребра жесткости до конвективного пучка из труб, и нижней части, футерованной огнеупорным кирпичом, расположенным над зольником с регулятором горения, а конвективный пучок из труб установлен в дымоходе между задней и передней стенками с подъемом под углом 3-5° к горизонтали с расположенным над ним коробом с крышкой и квадратным отводом с шиберной заслонкой.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид водогрейного котла, на фиг.2 - продольный боковой разрез, на фиг.3 - продольный разрез спереди, на фиг.4 - развертка схемы циркуляции воды в котле.
Водогрейный котел содержит корпус, состоящий из верхней и нижней части. Верхняя часть выполнена из двух обечаек - наружной 1 и внутренней 2 и заужена вверху, образуя дымоход. В дымоходе расположен конвективный пучок из труб 3, который вваривается или впаивается во внутреннюю обечайку 2 между задней и передней стенками с подъемом под углом 3-5° к горизонтали. Между обечайками на расстоянии 250-300 мм от их низа расположены (например, приварены) ребра жесткости 4, служащие одновременно диафрагмами, разделяющими кольцевое пространство между обечайками для изменения потока теплоносителя (многоходовая циркуляция теплоносителя). Контур нагрева теплоносителя 5, образованный наружной и внутренней обечайками, имеет патрубок подвода 11 в нижней части и патрубок вывода 17 теплоносителя в верхней части. Топочная камера 6 образована полостью внутренней обечайки. Над конвективным пучком расположен короб 7 с крышкой вверху на болтах 8 для чистки конвективного пучка и квадратным отводом с шиберной заслонкой 9 сзади короба для врезки газохода в дымовую трубу. Спереди котла установлена загрузочная дверка 10 для ручной подачи твердого топлива. Нижняя часть котла футерована огнеупорным кирпичом 12, имеет чугунный колосник 13 в виде решетки, под которым расположен зольник, состоящий из короба 14 для сбора и удаления золы. Над колосниковой решеткой имеется лючок 15 с крышкой для чистки топки. В зольник вмонтирован регулятор горения 16.
Водогрейный котел работает следующим образом. Система заполняется водой. В топочную камеру 6 загружают твердое топливо, начинается растопка котла. Вода нагревается в контуре нагрева теплоносителя 5. Кроме того, дымовые газы, поднимаясь и проходя через конвективный пучок из труб 3, отдают свое тепло трубам, дополнительно нагревая теплоноситель. Возникает циркуляция воды в котле и системе отопления. Движение воды в пространстве контура, расположенного между обечайками, организовано за счет перегородок (диафрагм) в контуре, расположенных по задней стенке параллельно основанию на расстоянии 250-300 мм от низа обечаек (зависит от марки котла), по боковым стенкам с подъемом на 3-5° к горизонтали, а так же посередине задней стенки перпендикулярно уже имеющейся на ней перегородке до конвективного пучка, и перпендикулярно основанию посередине передней стенки над и под загрузочной дверкой (см. фиг.4). Это позволяет избежать образования застойных зон, а значит исключается местный перегрев конструкции котла и вскипание теплоносителя. Обеспечивается равномерный прогрев котла. Скорость движения воды (теплоносителя) по контуру котла составляет 0,5-0,8 м/с, что не приводит к образованию накипи в контуре, поэтому химводоподготовка для этих котлов не нужна. Обратная вода из системы отопления поступает в нижний патрубок верхней части котла, а нагретая вода через верхний патрубок верха котла - в систему отопления.
Шиберная заслонка вместе с регулятором горения регулируют тягу (открыть/закрыть заслонку), что в свою очередь приводит к оптимальному процессу расходования тепла и снижению температуры уходящих дымовых газов до минимально возможной величины (около 100-110°С).
Техническим результатом использования предлагаемой конструкции водогрейного котла является то, что вода максимально забирает тепло при сжигании твердого топлива, максимально уменьшаются потери тепла и как следствие - максимально увеличивается КПД котла и его экономичность в целом. Кроме того, анализ состава уходящих дымовых газов от разных видов топлива показал минимальное количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, что подтверждает создание оптимальных условий в водогрейном котле предлагаемой конструкции для сжигания топлива.
Устройство просто в изготовлении и может быть изготовлено в условиях промышленного производства.