КОТЕЛ ВОДОТРУБНЫЙ

Полезная модель относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам, и может быть использована в системах теплоснабжения зданий различного назначения. [F24H 1/00, F28F 1/00, F22B 21/00].
Из уровня техники известен ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ [RU2570914 (C1), опубл. 20.12.2015г.], содержащий топку, пространство которой ограничено топочной решеткой, передним и задним фронтами, потолочным и боковыми топочными экранами, последние из которых выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними и нижними продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним, а также конвективный блок, включающий два конвективных газохода, снабженных теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, отличающийся тем, что он снабжен системой подогрева дутьевого воздуха, содержащей дутьевой вентилятор, установленный на обшивке потолочного экрана, выходной воздуховод которого сообщен с рабочим входом эжектора, выход которого сообщен с горизонтальным воздухогазопроводом, дутьевые фурмы которого открыты в подрешеточное пространство топочной решетки, при этом на входе в конвективный газоход размещено приемное отверстие заборной камеры, обращенное к зазорам между вертикальными трубными стояками конвективного блока котла, при этом выходное отверстие заборной камеры газопроводом сообщено с подмешивающим отверстием эжектора.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности и недостаточные эксплуатационные характеристики из-за отсутствия несущего трубного   каркаса, системы удаления воздуха и дренажа трубной части котла, средств регулирования циркуляции теплоносителя.
Также из уровня техники известен ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ [RU122157 (U1), опубл. 20.11.2012г.], содержащий топочную часть, выполненную в виде топочного шатра, и конвективный блок, внешние поверхности которых образованы прямоугольными экранами из труб, промежутки между которыми перекрыты металлическими перегородками, отличающийся тем, что топочный шатер и конвективный блок водогрейного котла заключены в металлический каркас из профильного листа, к их прямоугольным экранам прикреплены теплоизоляционные блоки, а между теплоизоляционными блоками и профильным листом металлического каркаса выполнен воздушный зазор.
Недостатком аналога являются низкие функциональные возможности, эксплуатационные характеристики из-за сложности удаления воздуха из системы циркуляции котла, дренажа, средств регулирования циркуляции теплоносителя, а также повышенная материалоемкость из-з отсутствия несущего трубного каркаса.
Наиболее близким по технической сущности является КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ [RU2463526 (C1), опубл. 10.10.2012г.], содержащий прямоугольную топочную камеру, имеющую зоны горения и конвективного нагрева, разделенные передней вертикальной перегородкой с окном сверху для прохода продуктов сгорания, передний, боковые, потолочный и нижний трубчатые экраны, а также прямой и обратный трубопроводы теплосети, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом, зона горения имеет расположенную снизу колосниковую решетку, а зона конвективного нагрева - поперечно расположенные переднюю и заднюю секции, состоящие из горизонтальных труб, и, по меньшей мере, одну заднюю вертикальную перегородку, расположенную между секциями и имеющую возможность поворота потока продуктов сгорания, отличающийся тем, что в качестве нижнего экрана используется колосниковая решетка, выполненная из продольных труб, длина потолочного экрана, также выполненного из продольных труб, равна длине топочной камеры, боковые и передний экраны выполнены из вертикальных труб, вертикальные трубы каждого бокового экрана соединены между собой параллельно с помощью верхнего и нижнего продольных коллекторов, а между трубами боковых экранов имеются металлические мембраны, каждая секция зоны конвективного нагрева снабжена, по меньшей мере, одной парой дополнительных секций с образованием соответственно переднего и заднего конвективных блоков, секции в которых соединены между собой последовательно, горизонтальные трубы секций также соединены между собой последовательно, при этом колосниковая решетка экрана с другой стороны последовательно соединена с передним экраном, который последовательно соединен с потолочным экраном, а последний на выходе снабжен поперечным потолочным коллектором, разделяющим систему циркуляции теплоносителя на две параллельные ветви, для чего потолочный коллектор соединен с одной стороны с входом переднего конвективного блока, а с другой - заднего, выход каждого конвективного блока последовательно соединен с нижним продольным коллектором бокового экрана, а каждый боковой экран через верхний продольный коллектор соединен с прямым трубопроводом теплосети, кроме того, секции противоположных конвективных блоков расположены в шахматном порядке, упомянутой передней вертикальной перегородкой является передняя секция переднего блока, а упомянутой задней вертикальной перегородкой - расположенная сзади секция, для чего трубы этих секций соединены металлическими мембранами.
Основной технической проблемой прототипа является сложность удаления воздуха и пара из системы циркуляции теплоносителя котла, слива теплоносителя, очистки трубной системы от отложений, а также невысокие показатели циркуляции теплоносителя, что сужает функциональные возможности, снижает коэффициент технического использования и другие эксплуатационные характеристики, приводит к потерям энергии, снижению КПД и безопасности, в особенности при переходных процессах и высокой нагрузке котла.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик – коэффициента использование и КПД, а также расширение функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что  котел водотрубный, содержащий корпус прямоугольной формы, разделенный на топочный и конвективный блоки передней вертикальной перегородкой с окном газохода, а также патрубки подающего и обратного трубопроводов, топочный блок сформирован передним, потолочным, нижним и боковыми трубными экранами, нижний и потолочный экраны выполнены, каждый, из продольных труб и двух поперечных коллекторов, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом и является охлаждаемой колосниковой решеткой, боковые экраны выполнены из вертикальных труб, соединенных, в каждом экране с соответствующей стороны, с верхним и нижним продольными коллекторами, передний экран выполнен из вертикальных труб, соединенных внизу и вверху с коллекторами экрана, конвективный же блок содержит набор теплообменных секций, заканчивающихся задней вертикальной перегородкой в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном для выхода дымовых газов, и, по меньшей мере, одну газоповоротную перегородку в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном газохода, теплообменные секции расположены поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляют собой теплообменники из горизонтально расположенных труб, соединенных вертикальными коллекторами, одним из которых они связаны механически и гидравлически с верхним и нижним продольными коллекторами котла посекционно то с левой то с правой стороны, отличающийся тем, что между трубами переднего, потолочного и боковых трубных экранов, задней вертикальной перегородки, между вертикальными коллекторами теплообменных секций конвективного блока, с внешней стороны котла выполнены вставки из металлических полос, стороны корпуса котла имеют между собой газоплотное соединение и жесткую связь через верхние и нижние коллекторы, тем самым образуя единый трубный каркас, трубная система котла изготовлена с возможностью последовательного движения потока теплоносителя от подачи через патрубок обратного трубопровода в коллектор охлаждаемой колосниковой решетки, прохождения ее полостей и дальнейшего направления потока двумя параллельными путями по боковым сторонам котла через теплообменные секции конвективного блока, начиная с задних, боковые, передний и потолочный экраны до выхода теплоносителя из заднего коллектора потолочного экрана в патрубок подающего трубопровода, на коллекторах экранов в верхней части котла установлены патрубки спускников воздушных, а на нижних коллекторах - патрубки спускников дренажных, а в трубах экранов и теплообменных секций установлены регулирующие перемычки.
В частности, газоповоротная перегородка служит передней вертикальной перегородкой.
В частности, в продольном сечении конвективного блока горизонтальные трубы соседних теплообменных секций, по ходу движения дымовых газов, расположены в шахматном порядке.
В частности, конструкция корпуса котла имеет негазоплотное исполнение под тяжелую обмуровку.
В частности, конструкция корпуса выполнена без нижнего экрана, с возможностью установки чугунных колосников, при этом теплоноситель подается в котел через задние теплообменные секции конвективного блока.
В частности, конструкция топочного блока котла выполнена с возможностью использования механической топки.
В частности, корпус котла заключен в теплоизоляционную оболочку и покрыт обшивкой из металлических листов.
В частности, в обшивке из металлических листов выполнен лючок прочистки газоходов.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид снизу сбоку котла водотрубного.
На фиг.2 показан вид спереди котла водотрубного.
На фиг.3 показан вид сбоку котла водотрубного в обшивке.
На фиг.4 показан вид сверху нижнего экрана котла водотрубного.
На фигурах обозначено: 1 – корпус, 2 – топочный блок, 3 – конвективный блок, 4 – передняя вертикальная перегородка, 5 – передний экран, 6 – потолочный экран, 7 – нижний экран, 8 – боковые экраны, 9 – патрубок обратного трубопровода, 10 – патрубок подающего трубопровода, 11 – верхние продольные коллекторы, 12 - нижние продольные коллекторы, 13 – амбразура топки, 14 – теплообменные секции, 15 - задняя вертикальная перегородка, 16 - газоповоротная перегородка, 17 - вертикальные коллекторы, 18 - вставки из металлических полос, 19 - патрубки спускников воздушных, 20 -  патрубки спускников дренажных, 21 - регулирующие перемычки, 22 – лючок прочистки газоходов, 23 – обшивка котла.
Осуществление полезной модели.
Заявленный котел водотрубный состоит из корпуса 1 прямоугольной формы, разделенного на топочный 2 и конвективный 3 блоки передней вертикальной перегородкой 4 с окном газохода. Топочный блок 2 ограничен передним 5, потолочным 6, нижним 7 и боковыми 8 трубными экранами, с нижним экраном 7 соединен патрубок обратного трубопровода 9, а с потолочным 6 - патрубок подающего трубопровода 10, вертикальные трубы боковых экранов 8 соединены, в каждом экране с соответствующей стороны, с верхними 11 и нижними 12 продольными коллекторами, передний экран 5 представляет собой соединение из вертикальных труб с поперечными коллекторами экрана, нижний из которых является контуром амбразуры топки 13. Конвективный блок 3 состоит из набора теплообменных секций 14, ограничен задней вертикальной перегородкой 15 в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном для выхода дымовых газов, и содержит, по меньшей мере, одну газоповоротную перегородку 16 в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном газохода, теплообменные секции 14 расположены поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляют собой теплообменники из горизонтально расположенных труб, соединенных вертикальными коллекторами 17, одним из которых они связаны механически и гидравлически с верхним и нижним продольными коллекторами котла посекционно то с левой то с правой стороны, между трубами переднего 5, потолочного 6 и боковых 8 трубных экранов, задней вертикальной перегородки 15, между вертикальными коллекторами 17 теплообменных секций 14 конвективного блока 3, с внешней стороны котла выполнены вставки из металлических полос 18, стороны корпуса котла находятся в соединении между собой сварными швами через верхние и нижние продольные и поперечные коллекторы, на коллекторах экранов в верхней части котла установлены патрубки спускников воздушных 19, а на нижних коллекторах - патрубки спускников дренажных 20, а в трубах экранов и теплообменных секций выполнены регулирующие перемычки 21.
Котел используется следующим образом.
При сгорании топлива в топочном блоке 2 корпуса 1 выделяется тепло, которое воспринимается посредством лучистого, лучисто-конвективного теплообмена поверхностями нагрева переднего 5, потолочного 6, нижнего 7, боковых 8 трубных экранов и вставок из металлических полос 18, которые обеспечивают газоплотность корпуса котла, увеличивая при этом площадь поверхности нагрева, что повышает эффективность использования тепла. Образующиеся при сгорании дымовые газы поступают из топочного блока 2 через окно газохода передней вертикальной перегородки 4 в конвективный блок 3 и, проходя газоходы, сформированные газоповоротными перегородками 16, за счет разницы давлений уходят через окно для выхода дымовых газов задней вертикальной перегородки 15 в атмосферу, при этом газы передают тепло, посредством конвективного теплообмена, поверхностям нагрева теплообменных секций 14. Воспринятое тепло поверхности нагрева передают теплоносителю, который поступает через патрубок обратного трубопровода 9 в коллектор нижнего экрана 7, проходит его полости и, постепенно нагреваясь, за счет разницы плотности и регулирующих перемычек 21, последовательно движется двумя параллельными путями, проходя через трубы теплообменных секций 14, начиная с задних, поднимаясь и опускаясь в вертикальных коллекторах 17 проходит через верхние 11 и нижние 12 продольные коллектора в боковые 8, передний 5 и потолочный 6 экраны, далее через патрубок подающего трубопровода 10 поступает в сеть.
Теплоноситель заливается в трубную систему котла через патрубки спускников дренажных 20, расположенных в коллекторах нижней части котла, за счет чего воздух выдавливается в верхние точки системы. Через эти же патрубки при обслуживании удобно и быстро удаляется накипь и отложения, засоряющие трубы циркуляционного контура, что существенно повышает коэффициент технического использования котла. Воздух и пар, образующиеся или попадающие в систему циркуляции в процессе работы котла и снижающие показатели теплоемкости теплоносителя, удаляются через патрубки спускников воздушных 19, установленные в верхних коллекторах котла.
Для упрощения конструкции котла, снижения ее стоимости и повышения функциональности, стороны корпуса имеют между собой сварные соединения через верхние и нижние коллекторы, тем самым образуя единый трубный несущий каркас, не требующий дополнительных несущих элементов, кроме опорных, для установки.
Для удобства обслуживания конвективного блока 3 в обшивке котла 23 устанавливается лючок прочистки газоходов 22.
Результаты эксплуатации котла водотрубного показали повышение коэффициента использования котла на 7% и увеличение КПД на 3% за счет улучшения функциональных возможностей, повышения эффективности работы циркуляционного контура котла, снижения потерь тепла через неплотности и поры в обмуровке за счет вваривания металлических полос между трубами по всем внешним сторонам корпуса, сокращения времени простоев за счет повышения удобства обслуживания.
Таким образом, совокупный эффект использования связи сторон корпуса в трубный несущий каркас, газоплотного соединения труб на внешних сторонах котла ввариванием металлических полос 18, регулирующих перемычек 21 в трубной системе котла, патрубков спускников воздушных 19 и патрубков спускников дренажных 20, позволил существенно повысить эксплуатационные характеристики котла и расширить его функциональные возможности.