ДВУХКОНТУРНЫЙ НАСТЕННЫЙ ГАЗОВЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к области конструкции устройств для сжигания топливного природного газа с целью получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления и воды для горячего водоснабжения. Устройство может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для отопления и горячего водоснабжения, в автономных передвижных и стационарных объектах при выработке тепловой энергии за счет сжигания топливного природного газа.
Известен котел, содержащий вентилятор, главный теплообменник, контрольный датчик температуры, газовую горелку, электрозапальник, датчик наличия факела, блок электронного регулирования, датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения, газовый вентиль, датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения, запорные электромагнитные клапаны, датчик давления отопительной воды, датчик работы вентилятора, автоматический выпускной клапан, предохранительный клапан, вторичный теплообменник, водяной насос, напорную трубу контура отопительной воды, обратную трубу контура отопительной воды, подающую трубу контура нагреваемой воды для горячего водоснабжения, обратную трубу контура для горячего водоснабжения, трубу подпитки, обратный клапан, подпиточный насос, бак с подпиточной водой, механизм перемещения электрозапальника (см. описание патента на полезную модель «Двухконтурный настенный газовый котел» №160237 от 15 февраля 2016 г.).
Недостатки известного устройства:
1. При повышении теплоты сгорания топливного газа, подаваемого на горение, происходит увеличение выбросов в атмосферу вредных окислов азота с продуктами сгорания.
2. При повышении температуры воздуха, подаваемого на горение, происходит увеличение выбросов в атмосферу вредных окислов азота с продуктами сгорания.
Указанные недостатки устранены в заявляемой конструкции, которая направлена на решение задачи снижения вредных выбросов окислов азота при повышении теплоты сгорания топливного газа и при повышении температуры воздуха, подаваемого на горение.
Указанная задача решается путем применения газоанализатора окислов азота, вырабатывающего электрический сигнал на снижение температуры горящего факела путем уменьшения расхода топливного газа при повышении концентрации окислов азота в составе газообразных продуктов сгорания по сигналам с газоанализатора состава топливного газа и датчика температуры наружного воздуха.
На фиг. 1 показан чертеж заявляемой конструкции. Позициями обозначены следующие элементы и узлы: 1 - вентилятор, 2 - главный теплообменник, 3 - контрольный датчик температуры, 4 - газовая горелка, 5 - блок электронного регулирования, 6 - датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения, 7 - газовый вентиль, 8 - датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения, 9 - запорный электромагнитный клапан, 10 - датчик давления отопительной воды, 11 - датчик работы вентилятора, 12 - автоматический выпускной клапан, 13 - предохранительный клапан, 14 - вторичный теплообменник, 15 - водяной насос, 16 - напорная труба контура отопительной воды, 17 - обратная труба контура отопительной воды, 18 - подающая труба контура нагреваемой воды для горячего водоснабжения, 19 - обратная труба контура для горячего водоснабжения, 20 - труба подпитки, 21 - обратный клапан, 22 - подпиточный насос, 23 - бак с подпиточной водой, 24 - электрозапальник, 25 - датчик наличия факела, 26 - механизм перемещения электрозапальника, 27 - газоанализатор окислов азота, 28 - газоанализатор топливного газа, 29 - датчик температуры наружного воздуха на горение.
На фиг. 1 пунктирными линиями обозначена электрическая связь между управляющим блоком электронного регулирования и контрольно-измерительными и исполнительными элементами. Котел располагается внутри отапливаемого здания вертикально на стене.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее
Вентилятор 1 служит для подачи воздуха снаружи помещения в зону горения и удаления из зоны горения продуктов сгорания. Воздух засасывается через наружную трубу коаксиального дымохода (на фиг. дымоход не показан). Удаление продуктов горения происходит через внутреннюю трубу коаксиального дымохода.
Главный теплообменник 2 служит для передачи теплоты от сгорания газа к отопительной воде, циркулирующей с помощью насоса 15. Главный теплообменник 2 выполнен герметичным и состоит непосредственно из теплообменника и камеры сгорания, в которой располагаются горелка 4, электрозапальник 24, датчик наличия факела 25, механизм 26 для перемещения электрозапальника и газоанализатор окислов азота 27. Контрольный датчик 3 служит для определения температуры нагрева циркулирующей воды и передачи сигнала на блок электронного регулирования 5.
Газовая горелка 4 с электрозапальником 24 служат для подачи топливного газа в зону горения и воспламенения смеси топливного газа с воздухом при пуске.
Блок электронного регулирования 5 служит для программного управления режимами работы котла на основе сигналов с датчиков температуры и давления, с датчика наличия факела 25, с датчика работы вентилятора 11 и газоанализатора окислов азота 27. Датчик 6 протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения служит для контроля наличия необходимого давления воды для открытия клапана 9 и подачи отопительной воды во вторичный теплообменник 14.
Датчик температуры 8 служит для контроля температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения. При достижении необходимой температуры по сигналу с датчика 8, передаваемому на блок 5, происходит закрытие вентиля 9 перед вторичным теплообменником 14.
Запорные электромагнитные клапаны 9 служат для закрытия или открытия циркуляционных контуров вторичного теплообменника и отопления в соответствии с сигналом от блока электронного регулирования 5.
Датчик давления отопительной воды 10 служит для измерения давления в системе отопления, развиваемого циркуляционным водяным насосом 15.
Датчик работы вентилятора 11 предназначен для контроля давления в камере сгорания. Автоматический выпускной клапан 12 предназначен для удаления воздуха из отопительной воды. Предохранительный клапан 13 служит для отключения водяного насоса 15 при превышении давления циркуляционной отопительной воды в системе отопления.
Вторичный теплообменник 14 служит для подогрева воды для горячего водоснабжения. Водяной насос 15 обеспечивает циркуляцию воды в системе отопления. Напорная, подающая и обратные трубы контура отопительной воды и горячего водоснабжения 16, 17, 18, 19 обеспечивают отвод подогретой воды и подвод холодной воды к котлу для целей отопления и горячего водоснабжения.
Труба подпитки 20 служит для восполнения потерь воды в системе отопления. Обратный клапан 21, подпиточный насос 22, бак с подпиточной водой 23 обеспечивают функционирование подпитки в системе отопления.
Механизм перемещения 26 электрозапальника служит для подвода электроконтактов запальника 24 в зону воспламенения газовоздушной смеси смеси. Датчик 25 наличия факела служит для выработки электрического сигнала о наличии факела и передачи его в блок 5 электронного регулирования.
Газоанализатор окислов азота 27 служит для измерения концентрации окислов азота в составе газообразных продуктов сгорания топливного газа и выработки электрического сигнала, передаваемого в блок электронного регулирования 5.
Газоанализатор топливного газа 28 служит для определения состава топливного газа, подаваемого на горение, выработки и передачи электрического сигнала о составе топливного газа в блок 5 электронного регулирования. По составу топливного газа по компьютерной программе в блоке 5 определяется теплота сгорания топливного газа, температура в факеле и количество образующихся при данной температуре вредных выбросов окислов азота. Датчик 29 температуры наружного воздуха на горение служит для измерения температуры наружного воздуха, подаваемого на горение, выработки и передачи электрического сигнала о температуре воздуха в блок 5 электронного регулирования. Повышение температуры воздуха, подаваемого на горение, также увеличивает температуру факела и количество вредных выбросов окислов азота.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При включении котла при подсоединенных к отопительным приборам трубам 16 и 17 для подачи и возврата отопительной воды по сигналу с блока электронного регулирования 5 включается вентилятор 1 и водяной насос 15, открывается один из электромагнитных клапанов 9 на линии отопительной воды или на линии горячего водоснабжения в зависимости от вида теплопотребления.
На основе электрического сигнала с датчика 25 блоком электронного регулирования 5 с помощью исполнительного узла механизма 26 производится подвод электроконтактов запальника 24 в зону соплового отверстия выхода газа от горелки 4 (на фиг. сопловое отверстие не показано). После подвода электрозапальника в зону воспламенения блоком 5 подается электрический сигнал на электрозапальник 24 для получения электрического разряда. При этом с незначительной задержкой по времени подается электрический сигнал на исполнительный механизм для открытия газового вентиля 7. По величинам электрических сигналов с датчика 29 температуры наружного воздуха и газоанализатора 28 топливного газа блок электронного регулирования по компьютерной программе вырабатывает сигнал в первоначальной величине расхода топливного газа.
При выходе из соплового отверстия горелки 4 самого минимального количества топливного газа в присутствии воздуха получается горючая смесь, которая тут же воспламеняется, так как электроконтакты запальника и непосредственно электроискровой разряд располагаются в центре газовоздушной смеси.
Газоанализатор 27 окислов азота измеряет концентрацию окислов азота в составе газообразных продуктов сгорания и вырабатывает электрический сигнал для передачи в блок 5 электронного регулирования, который корректирует первоначальный расход топливного газа через электроуправляемый от блока 5 газовый вентиль 7.
В известном устройстве расход топливного газа через газовый вентиль 7 по содержанию окислов азота не регулируется, что при увеличении теплоты сгорания топливного газа при номинальной температуре наружного воздуха приводит к повышению температуры факела и, как следствие, к увеличению интенсивности образования окислов азота при горении топливного газа. При номинальной теплоте сгорания топливного газа повышение температуры наружного воздуха в известном устройстве приводит также к повышению температуры факела и, как следствие, к увеличению вредных выбросов окислов азота в атмосферу.
Таким образом, в предлагаемом устройстве положительный эффект снижения вредных выбросов окислов азота достигается за счет трех электрических сигналов: от датчика температуры 29 наружного воздуха, от газоанализатора 28 состава топливного газа, от газоанализатора 27 окислов азота в продуктах сгорания. Эти сигналы обрабатываются блоком 5 электронного регулирования с последующим электрическим управлением газовым вентилем 7, корректирующим расход топливного газа при заданной тепловой нагрузке по отоплению или горячему водоснабжению.
Отопительная вода нагревается в главном теплообменнике 2. Продукты сгорания выбрасываются вентилятором 1 через внутреннюю трубу коаксиального дымохода (на фиг. дымоход не показан) в наружу отапливаемого здания. Измерение концентрации окислов азота газоанализатором 27 происходит перед выбросом продуктов сгорания во внутреннюю коаксиальную трубу. Одновременно вентилятором 1 через наружную коаксиальную трубу дымохода (на фиг. не показана) засасывается свежий воздух, подаваемый на горение, температура которого измеряется датчиком 29. Нагретая отопительная вода под давлением водяного насоса 15 подается к отопительным приборам, после которых возвращается обратно в котел.
При открытом водоразборном кране горячей воды в соответствии с сигналом от датчика протока 6 закрываются запорные электромагнитные клапаны 9 на трубах 16 и 17 и открывается клапан 9 перед вторичным теплообменником 14. Происходит подогрев воды для горячего водоснабжения.
При прекращении расхода горячей воды датчиком 6 вырабатывается электрический сигнал, передаваемый в блок 5, от которого поступает электрический сигнал на закрытие клапана 9 перед вторичным теплообменником 14. Регулирование температуры - количественное, то есть изменение расхода отопительной воды через теплообменник 14.
При достижении необходимой температуры для отопления датчик температуры 3 выдает сигнал в блок 5 для закрытия электроприводного газового вентиля 7. При потухании факела или при его отрыве датчик 25 также выдает сигнал в блок 5 для закрытия вентиля 7. При отсутствии разрежения в зоне горения срабатывает датчик 11, который выдает сигнал в блок 5 для закрытия электроприводного газового вентиля 7.