ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
WATER-HEATING BOILER

Изобретение относится к области промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности.
Известен водогрейный котел, содержащий топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, а также зоны радиационного и конвективного теплообмена. Водогрейный котел предназначен для выработки тепловой энергии для систем теплоснабжения зданий и сооружений, при сжигании каменного угля и работает с принудительной циркуляцией воды при рабочем давлении до 0,6 МПа и температурой нагрева воды до 95°C. Радиационная поверхность топочной камеры и ступень конвективных поверхностей обеспечивают передачу тепла сгорающего топлива воде принудительно циркулирующей по трубам, образующим эти поверхности. Котел имеет малое аэродинамическое сопротивление газо-воздушного тракта и способен работать на естественной тяге дымовой трубы без использования тягодутьевых агрегатов на газовом тракте за котлом. Наружная обмуровка котла предотвращает утечку тепла.
См. справочник по котельным установкам малой производительности под редакцией К.Ф. Роддатиса. М.: Энергоатомиздат, 1989 год., стр.266-267.
К недостаткам известной конструкции котлов можно отнести низкий КПД в связи со слабо развитой конвективной поверхностью нагрева и высокой температурой уходящих газов.
Известны более совершенные водогрейные котлы КВр-0,15КБ - КВр-0,7К, КВм-0,7КБ - КВм-1,28КБ, выпускаемые ООО «Котельный завод РосЭнергоПром» - прототип (см. каталог «Котлы и котельно-вспомогательное оборудование ООО «Котельный завод РосЭнергоПром», Барнаул, 2009 год), содержащие топку с ручной либо механизированной топкой, предназначенной для сжигания каменных и бурых углей, топочную камеру с системой принудительной подачи воздуха в топку, системы шлакоудаления и золоулавливания. Тепловой воздушно-газовый поток из зоны радиационного теплообмена последовательно переходит к пучкам труб конвективного теплообмена. Известные котлы имеют возможность модернизации под другие, в том числе нетрадиционные, виды топлива.
К недостаткам водогрейного котла-прототипа - можно отнести то, что котел имеет достаточно сложную развитую конвективную поверхность нагрева, что приводит к недопустимо низкому снижению температуры при работе котла на естественной тяге и, как следствие, снижению тяги. Такое положение связано с работой котла на пониженных нагрузках в переходные периоды отопительного сезона с температурами окружающего воздуха не ниже -10°C и при растопке котла. При этом при снижении тяги происходит выпадение конденсата на конвективных поверхностях нагрева.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является устранение недостатков прототипа, в частности повышение стабильности тяги на котле независимо от тепловой нагрузки и работы котла в целом на естественной тяге.
Технический результат достигается в водогрейном котле, содержащем топочную камеру, конвективный и отводной газоходы с элементами управления, причем котел снабжен дополнительным внешним обводным газоходом с контрольно регулирующими органами, соединяющим топочную камеру котла с основным газоходом за выходным окном котла.
Газоход выполнен по площади сечения равной 1/3-1/2 площади основного выходного газового окна выполненного на задней стенке котла.
Начало обводного газохода выполнено перед конвективным газоходом в потолочной или в боковой частях котла.
Новизной предложенного технического решения является наличие внешнего обводного газохода с контрольно-регулирующими органами, соединяющими топочную камеру котла с основным газоходом за выходным окном котла.
Так, наличие дополнительного газохода позволяет при растопке и при работе котла на малой мощности обеспечить температуру уходящих газов в пределах от 200°C до 280°C, достаточную для работы котла на естественной тяге.
Признаки предложенного технического решения обладают новизной, являются неочевидными, промышленно выполнимыми и имеют изобретательский уровень. При сочетании известных и новых признаков создается неожиданный дополнительный положительный эффект стабильной работы в различные периоды работы котла с различными нагрузками.
Предложенные признаки направлены на достижение поставленной изобретением задачи повышения стабильности тяги на котле независимо от тепловой нагрузки.
На фиг.1 схематично представлен предлагаемый водогрейный котел.
Предлагаемый в качестве изобретения водогрейный котел состоит из топочной камеры 1, конвективного газохода 2, окна 3, связанного с отводным газоходом 4, обводного дополнительного внешнего газохода 5, соединяющего топочную камеру 1 и отводной газоход 4 котла. В обводном дополнительном газоходе 5 смонтированы два контрольно регулирующих органа: поворотный регулировочный шибер 6, поворачивающийся между положениями «закрыто» - «открыто» и контрольно-отсечной шибер 7 производящий либо полное открытие - запуск в работу обводного дополнительного внешнего газохода 5, либо полное закрытие - отключение обводного дополнительного внешнего газохода 5. За поворотным регулирующим шибером 6 по ходу газов установлен контрольно-измерительный прибор 8 для контроля температуры газов и автоматического или ручного управления поворотным регулировочным шибером 6. Воздух подается в котел вентилятором 9 при помощи воздухораспределительного короба 10. Для управления котлом комплексно на отводном газоходе 4 за котлом после точки врезки дополнительного внешнего обводного газохода 5 смонтирован поворотный регулирующий шибер 11 общей тяги.
Предлагаемый водогрейный котел работает следующим образом.
В топочную камеру котла 1 через загрузочное окно подается топливо. Через воздухораспределительный короб 10 посредством вентилятора 9 подается воздух на горение топлива. Образовавшиеся в топочной камере 1 газы выходят по основному ходу через конвективный газоход 2. Для обеспечения естественной тяги, достаточной для работы котла нагретые в топочной камере газы в начальный период работы при растопке котла направляются по обводному дополнительному внешнему газоходу 5. Для этого контрольно-отсечной шибер 7 переводится в положение «открыто». Поворотный регулирующий шибер 6 устанавливается в положение «открыто». По ходу растопки котла при прогреве топочной камеры, газоходов, дымовой трубы, при достижении нагретыми газами, идущими по обводному дополнительному внешнему газоходу 5, температуры в пределах 200°C-350° автоматически производится уменьшение проходного сечения дополнительного обводного газохода 5 путем постепенного закрытия регулирующего шибера 6 с переводом в конечное положение «закрыто». По мере закрытия шибера 6 будет восстанавливаться рабочий ход газов через конвективный газоход 2 с постепенным прогревом его поверхности с сохранением стабильной естественной тяги. Для управления котлом комплексно на отводном газоходе 4 за котлом после точки врезки дополнительного обводного внешнего газохода 5 установлен поворотный регулирующий шибер 11 общей тяги, управляемый в зависимости от показаний прибора 12, измеряющего разряжение связанного с топочной камерой 1 котла (20-40 Па).
При дальнейшей работе котла при установлении устойчивой естественной тяги при помощи контрольно-регулирующих органов обводной внешний дополнительный газоход 5 перекрывается и нагретые дымовые газы проходят по конвективному газоходу 2 котла, обеспечивая наиболее эффективное использования его конвективных поверхностей нагрева.
В настоящее время на предлагаемый водогрейный котел разработаны рабочие чертежи, отработана технология изготовления и изготовлено несколько опытных образцов, которые для проверки надежности и эффективности работы переданы на ряд предприятий для испытания и эксплуатации. После получения информации о работе опытных образцов котлов будет принято решение об организации их производства.