ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно, к водогрейным котлам, предназначенным для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения.
Известен водогрейный котел, включающий топочную камеру, экранированную трубами, и конвективный трубный пучок, снабженный устройствами для закручивания воды в трубах. См. п. №2173433, МПК F 24 H 1/00, RU.
В известном котле газовый канал выполнен в виде дымогарных труб, размещенных внутри водогрейных труб и снабженных двухходовой нарезкой для закручивания потока дымовых газов. Водяные трубы сообщены между собой перепускными патрубками, установленными тангенциально. В известном котле осуществлено закручивание водяного потока, для отжатия пузырьков воздуха в кипящей воде к центру водяной трубы, что повышает коэффициент теплопередачи, а, следовательно, и удельную теплопроизводительность и, соответственно, КПД котла. Однако данный котел очень сложен по конструкции, имеет большую металлоемкость. Кроме того, значительным недостатком известного водогрейного котла является повышенная трудоемкость изготовления и сборки, обусловленная расположением дымогарных труб внутри водогрейных и сложность конструкции самих дымогарных труб, снабженных гребнями различной высоты, наличием оборотных камер с формированием трехходовой системы тяги.
Следует отметить также, что закручивание водяного потока в известном водогрейном котле осуществлено независимо от направления вращения дымовых газов, что снижает коэффициент теплопередачи.
Известен также водогрейный котел, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности (прототип). См. п. №2059937, МПК F 24 H 1/00, RU.
Известный водогрейный котел включает топочную камеру, экранированную трубами и конвективный трубный пучок, снабженные устройствами для закручивания воды в трубах, выполненными в виде перепускных труб, соединяющих между собой смежные трубы экранов и расположенных тангенциально их осям и трубопровод для подачи в топочную камеру вторичного воздуха.
Известный котел очень прост по конструкции, так как экраны конвективного пучка и топки состоят из прямых труб, а дымовые газы проходят между экранами конвективного пучка, изменяя после каждого экрана направление движения. Котел прост в изготовлении и сборке. Вращение воды в трубах экранов осуществляется с целью перемещения
пузырьков газа в центр трубы для непосредственного контакта воды с металлом труб, что повышает коэффициент теплопередачи без усложнения конструкции котла, так как устройства для закручивания воды выполнены в виде перепускных труб, соединяющих между собой смежные трубы экранов конвективного пучка и топки и расположенных тангенциально их осям.
В известном водогрейном котле в трубах всех экранов конвективного пучка вода закручивается в направлении, независящем от направления движения дымовых газов, поэтому в трубах части экранов указанного конвективного пучка вращение воды осуществлено в одном направлении с направлением движения дымовых газов, что снижает коэффициент теплопередачи и увеличивает размеры котла.
Задачей полезной модели является повышение коэффициента теплопередачи и уменьшение тем самым размеров котла при заданной производительности.
Указанная задача решается тем, что в известном водогрейном котле, включающем топочную камеру, экранированную трубами и конвективный трубный пучок, снабженный устройствами для закручивания воды в трубах, выполненными в виде перепускных труб, соединяющих между собой смежные трубы экранов конвективного пучка и расположенных тангенциально их осям и трубопровод для подачи в топочную камеру вторичного воздуха, согласно полезной модели, устройства для закручивания воды в трубах экранов конвективного пучка размещены со стороны, обращенной к топочной камере, а трубопровод для подачи в топочную камеру вторичного воздуха снабжен по меньшей мере двумя отводными патрубками, входящими в топочную камеру с диаметрально противоположных сторон под углом к смежной стороне.
При этом:
- угол между осью каждого из отводных патрубков и смежной стороной топочной камеры составляет 42-48°;
- суммарное проходное сечение отводных патрубков составляет 10-30% от проходного сечения трубопровода для подачи вторичного воздуха;
- отводные патрубки в топочную камеру входят между третьей-пятой трубой выше уровня зеркала горения топочного устройства.
В дальнейшем полезная модель поясняется кратким описанием примера ее конкретного выполнения и чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид водогрейного котла (вертикальный разрез), на фиг.2 тоже, вид по А-А.
Водогрейный котел включает топочную камеру 1, экранированную трубами 2 заднего, фронтального и боковых экранов и конвективный трубный пучок, состоящий из экранов 3, размещенных с образованием между ними канала для перемещения дымовых газов.
Трубы экранов 3 конвективного пучка сообщены между собой перепускными трубами 4, представляющими собой устройства для закручивания воды в трубах экранов 3, и расположенные тангенциально их осям. В характеризуемом варианте выполнения водогрейного котла конвективный трубный пучок состоит из нечетного числа, а именно, из трех экранов 3, поэтому дымовые газы выходят из газового канала с нижней (по ходу дымовых газов) стороны котла, а вода из коллектора 5 подается в нижнюю трубу (навстречу дымовым газам) заднего экрана 3 конвективного пучка, при этом перепускные трубы 4 на всех экранах 3 размещены со стороны, обращенной к топочной камере 1.
В другом варианте (не показано) при четном числе экранов 3 конвективного пучка, например при четырех, шести и т.д. экранах, последний участок газового канала будет восходящим, а из водяного коллектора 5 вода поступает в верхнюю трубу (навстречу дымовым газам) заднего экрана 3 конвективного пучка, при этом перепускные трубы установлены также с обращенной к топочной камере 1 стороны каждого экрана 3 и закручивание водяного потока во всех экранах будет осуществляться в противотоке дымовым газам. Топочная камера 1 сообщена с трубопроводом 6 для подачи вторичного воздуха, использующегося для дожигания топлива. Указанный трубопровод 6 снабжен, по меньшей мере, двумя отводными патрубками 7, входящими в топочную камеру 1 с противоположных ее сторон с наклоном к смежной стороне. Угол а между осями отводных патрубков 9 и смежной стороной составляет 42-48°.
В наилучшем варианте выполнения полезной модели отводные патрубки 7 входят в топочную камеру с четырех ее углов. При этом суммарное проходное сечение отводных патрубков 9 составляет 10-30% проходного сечения трубопровода 8 для подачи вторичного воздуха. Отводные патрубки 9 входят в топочную камеру 1 между третьей-пятой трубой выше уровня зеркала горения топочного устройства.
Водогрейный котел работает следующим образом: вода из коллектора 5 поступает в нижнюю трубу (при нечетном количестве экранов) заднего экрана 3 конвективного пучка и через перепускные трубы 4 последовательно проходит по всем экранам 3 конвективного пучка и топочной камеры 1 и поднимается к верхнему коллектору (не показано) на выход из котла. Дымовые газы движутся из топочной камеры навстречу закрученному движению воды и, проходя между экранами 3, соответственно изменяют направление движения после поворота вокруг верхней или нижней трубы каждого экрана 3. Так как перепускные трубы на каждом экране 3 размещены с одной и той же стороны, а именно, со стороны, обращенной к топочной камере 1, а вода и дымовые газы меняют направление движения, то закручивание воды в трубах осуществляется в каждом экране 3 навстречу потоку
дымовых газов, что позволяет значительно увеличить (до 30%) коэффициент теплопередачи, а, следовательно, при той же мощности, значительно снизить размеры котла.
Аналогичный эффект достигается в варианте с четным числом экранов конвективного пучка и подачей воды в верхнюю трубу его заднего экрана 3.
Дополнительно усиливает достигаемый эффект закручивание дымовых газов в топочной камере 1, осуществляют которое подавая через отводные патрубки 4 часть вторичного воздуха, использующегося в котлах для дожигания топлива, в зону между третьей-пятой (относительно зеркала горения топочного устройства) трубами экранов.
Если отводные патрубки ввести ниже, то нарушится регламентируемый процесс горения.
Если отводящие патрубки ввести выше 5 трубы экранов, то снизится эффективность закручивания газового потока и увеличится механический недожог.
Отводные патрубки 4 имеют суммарное проходное сечение, составляющее 10-30% от проходного сечения трубопровода 6 для подачи вторичного воздуха, поэтому 10-30% последнего и используют для закручивания дымовых газов. При использовании менее чем 10% вторичного воздуха не удается закрутить поток в должной мере. Использование более 30% вторичного воздуха для закручивания дымовых газов нецелесообразно и нарушает работу топочного устройства. Отводных патрубков 4 должно быть не менее 2. В характеризуемом варианте выполнения водогрейного котла отводных патрубков 4 - четыре. Может быть и больше, это зависит от конкретной задачи. Если отводной патрубок 4 - один, то закрутить дымовые газы не удается. Для создания вращающегося по всему объему потока дымовых газов, отводные патрубки 4 входят в топочную камеру 1 под углом α=42-48° к смежной стенке. При угле α менее 42° происходит «прилипание» поступающего через отводные патрубки 4 вторичного воздуха к стенкам топочной камеры 1 и закрутить дымовые газы не удается. При угле α большем, чем 48° дымовые газы будут отжиматься к центру топочной камеры 1, снижая тем самым теплопередачу к воде, движущейся в экранах 2 топочной камеры.
Закручивание дымовых газов в топочной камере 1 наряду с закручиванием вода в ее экранах 2 вызывает наряду с радиационным теплообменом появлением конвективного теплообмена от газов к водяным трубам, что дополнительно увеличивает коэффициент теплопередачи и позволяет несколько уменьшить размеры топочной камеры при той же заданной мощности (снизив тем самым металлоемкость и, соответственно, стоимость котла).