КОТЕЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к теплоэнергетике, в частности к конструкции водогрейных водотрубных котлов с использованием природного газообразного топлива и может быть использована для теплоснабжения жилых помещений, зданий коммунально-бытового и производственного назначения, оборудованных системой отопления с принудительной циркуляцией.
Известны проточные водонагреватели, содержащие кожух, водяной и газовые трубопроводы, блок-кран, газовую горелку, топочную камеру, теплообменник и систему отвода продуктов сгорания (Рогозин А.С. Бытовая газовая аппаратура, эксплуатация и ремонт. Л.: Недра, 1971, с.99).
Недостатком данного устройства является низкая экономичность и недостаточная надежность работы. Это связано с наличием ручной настройки водонагревателя на тепловую нагрузку, соответствующую количеству расходуемой воды. При отсутствии настройки воды в теплонагревателе нагревается ниже требуемой температуры или перегревается с закипанием и выходом из строя теплообменника и водонагревателя в целом.
Для обеспечения экономичности и надежности работы водонагревателя необходимо его оснащение автоматической системой регулирования уровня нагрева теплоносителя.
Известен водогрейный котел на газообразном или жидком топливе (см. Патент США №3282256, МПК F24H 1/08, опубл. 01.11.1966). Водогрейный котел имеет корпус с камерой сгорания прямоугольного сечения. Все стенки камеры выполнены плоскими, причем в одной из торцевых стенок имеется отверстие для выхода топочных газов, другая стенка снабжена каналом для подачи топочных газов в ряд водогрейных труб, расположенных под сводом камеры параллельно последнему и омываемых водой. Камера сгорания котла разделена решеткой из водогрейных труб на большую верхнюю часть и меньшую нижнюю часть. Трубы решетки расположены вдоль длинной стороны камеры почти по всей ее ширине. В верхней части камеры сгорания находится горелка, через которую поступает топливовоздушная смесь. В результате в данной конструкции осуществляется нагрев воды с одной стороны с помощью дымогарных труб под сводом камеры сгорания, из другой - непосредственным омыванием водогрейных труб факелом в нижней части камеры сгорания. КПД котла, относительно высок, но конструкция сложна и ненадежна из-за частого выхода из строя многочисленных водогрейных труб.
Наиболее близким к заявляемой группе полезных моделей по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату является газовый водогрейный аппарат содержащий крышку, снабженную вытяжным отверстием, кожух, образованный боковыми стенками, внутри которого размещены водяная емкость, основная и запальная горелки с устройством розжига газа, расположенные под емкостью, водяные и газотрубопроводы с запорно-регулировочной арматурой и автоматической системой управления (“Большая Советская энциклопедия”, издание второе, М.: Большая советская энциклопедия, 1952, т.10, стр.50-51).
При работе водонагревателя газ из горелок и атмосферный воздух через открытый торец кожуха поступают в камеру сгорания, где перемешиваются. Образовавшаяся смесь поджигается и сгорает. Выделившаяся теплота нагревает воду в емкости. Неиспользованная теплота вместе с отработавшими газами через боковой зазор и вытяжное отверстие удаляется из кожуха. Неучаствующий в сгорании воздух, перемещаясь по боковому зазору, экранирует стенки кожуха от горячих отработавших газов. Недостаток известного аппарата состоит в ограниченных теплозащитных возможностях экранирующего воздуха.
Технической задачей, для решения которой служит предлагаемая группа полезных моделей, является создание компактной и автономной теплогенерирующей установки, не требующей больших помещений для ее размещения, присутствия обслуживающего персонала вблизи указанной установки при ее работе и обеспечивающей при этом возможность ее размещения вблизи потребителей тепла и/или горячей воды.
Использование предлагаемой группы полезных моделей обеспечивает следующий технический результат:
- упрощение конструкции;
- облегчение монтажа, удобство эксплуатации и обслуживания;
- повышение надежности работы устройства.
Задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что в котле отопительном водогрейном по первому варианту выполнения, включающем вертикальный корпус, в котором размещена теплообменная камера с запальной и рабочей газовыми горелками, теплообменник, дымоотводящий патрубок, и автоматическую систему управления, последняя обеспечивает автоматический розжиг, поддержание заданной температуры воды на выходе из котла и защиту котла при аварийных ситуациях по заданной программе и включает микропроцессорный модуль управления, модуль розжига, кросс-плату, датчик-реле максимального давления газа, датчик-реле минимального давления газа, датчик-реле максимального давления воды, датчик температуры воды на выходе из котла, датчик температуры топочных газов котла, комбинированный газовый клапан с сервоприводом и высоковольтный трансформатор.
Поставленная техническая задача решается также тем, что в котле отопительном водогрейном по второму варианту выполнения, включающем вертикальный корпус, в котором размещена теплообменная камера с запальной и рабочей газовыми горелками, теплообменник, дымоотводящий патрубок и система автоматики и безопасности, отличающийся тем, что последняя обеспечивает автоматический розжиг, поддержание заданной температуры воды на выходе из котла и защиту котла при аварийных ситуациях по заданной программе и включает микропроцессорный модуль управления, модуль розжига, кросс-плату, датчик-реле максимального давления газа, датчик-реле минимального давления газа, датчик-реле максимального давления воды, датчик температуры воды на выходе из котла, датчик температуры топочных газов котла, два параллельно соединенных комбинированных газовых клапана с сервоприводом и высоковольтный трансформатор.
Дополнительные существенные отличия предложенной группы полезных моделей по двум вариантам исполнения состоят в том, что рабочая газовая горелка выполнена в виде двухступенчатой микрофакельной горелки, а автоматическая система управления расположена в кожухе в верхней части на лицевой стороне корпус.
Предпочтительные варианты исполнения группы полезных моделей описываются далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого котла отопительного водогрейного;
- на фиг.2 - тоже вид сбоку;
- на фиг.3 представлен второй вариант выполнения предлагаемого котла отопительного водогрейного;
- на фиг.4 представлена структурная схема автоматической системы управления.
Котел отопительный водогрейный включает вертикальный корпус 1, в котором размещена теплообменная камера 2 с запальной 3 и рабочей 4 газовыми горелками, причем последняя выполнена в виде двухступенчатой микрофакельной горелки (например, «Polidoro-Multigas»), теплообменник 5, подводящий воду патрубок 6, отводящий патрубок 7, газоподводящий патрубок 8 и автоматическую систему управления 9. Теплообменная камера 2 образована стенками 10 и крышей 11, в которой закреплен патрубок 12 выхода продуктов сгорания и предохранительный клапан 13.
Автоматическая система управления 9 расположена в верхней части на лицевой стороне котла, закрыта передним кожухом 14 и нижним съемным кожухом 15 и обеспечивает автоматический розжиг, поддержание заданной температуры воды на выходе из котла и защиту котла при аварийных ситуациях по заданной программе. Автоматическая система управления 9 включает микропроцессорный модуль управления 16, модуль розжига 17, кросс-плату 18, датчик-реле 19 максимального давления газа, датчик-реле 20 минимального давления газа, датчик-реле 21 максимального давления воды, датчик 22 температуры воды на выходе из котла, датчик 23 температуры топочных газов котла, запальную горелку 3 с электродами зажигания и контроля пламени, комбинированный газовый клапан 24 с сервоприводом и высоковольтный трансформатор 25. Агрегаты и элементы автоматической системы управления 9 являются широко используемыми в теплообменной технике и освоенными промышленностью.
Микропроцессорный модуль управления 16 (например, марки ACS 134-02, изготовитель ООО «Актив-Термокуб») предназначен для контроля и управления работой газовых горелок в комплекте с модулем розжига 17 в автоматическом режиме в составе устройства с атмосферной горелкой, осуществляет прием электрических сигналов с датчиков, выработку команд управления, подачу команд на исполнительные органы (клапаны, запальный электрод) и индикацию состояния работы всей системы вместе с котлом. При этом модуль 16 управляет работой модуля розжига, комбинированного газового клапана рабочей горелки и запальной горелки. Кроме того, модуль управления 16:
- отображает измеренную температуру нагреваемой воды;
- отображает измеренную температуру топочных газов (тяги) котла;
- отображает и контролирует входное давление газа (max, min);
- отображает и контролирует давление воды на выходе (max);
- отображает наличие пламени запальной горелки.
Алгоритм работы модуля 16 определяется параметрами, которые могут быть изменены сервисной службой. Значение параметров сохраняются в энергонезависимой памяти прибора. При этом модуль 16 поддерживает три режима работы:
- режим индикации измеряемых параметров;
- режим установки температуры;
- сервисный режим.
В процессе работы модуль управления выполняет общую диагностику работы комплекта. При возникновении неисправностей модуль 16 переходит в режим блокировки, при этом все газовые клапана закрываются. Горелки выключаются. На индикаторе отображается код ошибки в виде <Err XX-YY>. Число XX отображает код ошибки или сумму кодов ошибок, если ошибок больше одной.
Модуль розжига 17 предназначен для управления электромагнитными клапанами горелок и снятия информации с датчиков котла. При этом модуль розжига 17 (например, марки ACS 133-01, изготовитель ООО «Актив-Термокуб»), включающий блок питания, АЦП, ЦАП дешифратор и силовые ключи, управляет работой запальной горелки 4 (например, марки ZAI R) и комбинированного газового клапана 24 с сервоприводом (например, серии VR400), а также измеряет температуру нагреваемой воды, измеряет температуру топочных газов (тяги) котла, измеряет входное давление газа (max, min), измеряет давление воды на выходе (max) и контролирует наличие пламени рабочей горелки 3.
Комплект модуля управления и модуля розжига через кросс-плату (например, марки «Классик») имеет выходы сигнала аварийной остановки котла
Кросс-плата 18 предназначена для коммутации внешних сигналов, подачи напряжения питания на комплект автоматики горелки, передачи сигнала ошибки.
Высоковольтный трансформатор 25 (например, марки ZT870 Satronic) предназначен для выработки высокого напряжения (искры), необходимого для воспламенения газовоздушной смеси.
Система автоматики котла обеспечивает автоматический розжиг, поддержание заданной температуры воды на выходе из котла и защиту котла при следующих аварийных ситуациях:
- понижение давления газа перед комбинированным газовым клапаном с сервоприводом ниже минимально допустимого значения (Pmin=11,0 mbar=110 мм. вод. ст.);
- повышение давления газа перед комбинированным газовым клапаном с сервоприводом на 15% выше максимального установленного значения давления;
- повышение температуры воды в котле выше максимально допустимого значения (105°С);
- повышение давления воды в котле выше максимально допустимого значения (3 кг/см2);
- отсутствие тяги;
- погашение пламени горелки;
- исчезновение напряжения питания в цепях автоматики.
Работа котла отопительного водогрейного осуществляется следующим образом. Открывают газовый кран на опуске в котел и включают напряжение питания выключателем 26 - <Сеть>. На индикаторе по истечении 5-20 сек. должна установиться реально измеренная температура воды на выходе из котла. Если эта температура ниже установленной, то автоматически начинается цикл розжига горелки. При первом розжиге допускается несколько неудачных попыток розжига, которые связаны с задержкой в заполнении газом системы питания горелок. При неудачных попытках розжига на модуле управления высвечивается код ошибки. Если розжиг произошел, то на дисплее отображается значок горящей горелки, в течение 5 сек. по истечении этого времени клапан запальной горелки 3 закрывается и на дисплей выводится сообщение Err01-02, что сигнализирует об удачном розжиге на запальной горелке 3. По истечении некоторого времени розжига запальной горелки 3 воспламеняется рабочая горелка 4. При пробном пуске котла проводят не менее 2-х полных циклов работы котла по регулировке температуры воды в пределах 40-60°.
К числу преимуществ предлагаемой группы полезных моделей относятся:
- возможность работы котла на оптимальном тепловом режиме с одинаково высокими КПД при любых изменениях нагрузки как индивидуально, так и в сочетании с другими аналогичными блоками;
- малая инерционность по тепловому режиму с широким диапазоном регулирования мощности;
- эффективное удаление продуктов сгорания без использования дымососа;
- оптимизация условий работы теплообменника за счет равномерности распределения тепловых напряжений и температуры по всей поверхности теплообменника укороченной длины.
Компактное расположение всех элементов автоматической системы управления на панелях лицевой части котла облегчает монтаж.
Предлагаемая группа полезных моделей обеспечивает создание компактного, простого по конструкции и надежного в эксплуатации, мобильного, экономичного и безопасного автономного отопительного водогрейного котла на основе отечественных материалов и современных комплектующих.
Заявленный котел отопительный водогрейный выпускается в виде двух типоразмеров: теплопроизводительностью 100 кВт и 200 кВт, с рабочим давлением до 0,4 МПа и максимальной температурой воды на выходе из котла 95°С.