КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР ТЕПЛА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Предлагаемая полезная модель относится к теплотехнике, предназначено для утилизации-съема тепла отходящих газов дизельных и газопоршневых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано как нагревательный элемент водяного контура горячего водоснабжения и/или отопления.
Известен котел-утилизатор тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с впускными и выпускными патрубками, внутри которого размещен пучок из теплообменных труб, концы которых размещены в трубных решетках (см. патент на полезную модель RU 52108, опубликован 2006 г. - ближайший аналог).
Недостатками ближайшего аналога являются громоздкая конструкция и большой вес. В виду сложной геометрии корпуса изготовление термоизоляционного кожуха представляется весьма трудоемкой задачей. Из-за пространственной трубной конструкции возникают неудобства при монтаже. Ввиду того, что конструкция предназначена для вертикального монтажа внутри помещений, возникают большие сложности размещения данного котла на крышах контейнерных модулей дизельных и газопоршневых агрегатов.
Задачей настоящей полезной модели является создание котла-утилизатора компактных размеров, технологичной в изготовлении и обслуживании конструкции, в том числе, адаптируемой под монтаж на крышах контейнерных модулей газопоршневых и дизельных энергоблоков электростанций.
Поставленная задача решается тем, что котел-утилизатор тепла выхлопных газов содержит теплообменник, в корпусе которого расположен пучок теплообменных труб для прохода по ним выхлопных газов с образованием между указанными трубами межтрубного пространства для прохода теплоносителя, входные и выходные патрубки для подвода и отвода выхлопных газов и теплоносителя, причем корпус теплообменника в продольном направлении разделен перегородкой на две части, межтрубные пространства частей корпуса соединены между собой с одной стороны посредством, по меньшей мере, одной обводной трубы для прохода теплоносителя, а трубы частей теплообменника с одной стороны сообщены с камерой для прохода выхлопных газов, а с другой стороны - с камерой распределения газовых потоков, имеющей с противоположных сторон входные и выходные патрубки для подвода и отвода выхлопных газов, между которыми установлена заслонка с возможностью поворота вокруг своей оси и перераспределения потоков выхлопных газов.
В связи с расположением входных и выходных патрубков в камере распределения газовых потоков при входе в теплообменник отпадает необходимость в громоздкой байпасной линии длиной в весь теплообменник чем дополнительно повышается компактность изделия и удобство при его монтаже.
В каждой из частей теплообменника установлены с образованием зигзагообразного канала для прохода теплоносителя поперечные перегородки, в которых выполнены отверстия для размещения упомянутых теплообменных труб.
Корпус теплообменника преимущественно выполнен с прямоугольным поперечным сечением, преимущественно, квадратным.
Технический результат от реализации полезной модели выражается в снижении металлоемкости конструкции, большей компактности, упрощении изготовления и транспортировки.
Предлагаемая полезная модель поясняется с помощью графических материалов, на которых изображен частный вариант выполнения котла-утилизатора.
На фиг.1 показан общий вид котла-утилизатора в изометрии, на фиг.2 показано поперечное сечение котла-утилизатора, на фиг.3 показан вид на котел-утилизатор сбоку и схема движения потоков выхлопных газов и теплоносителя при рабочем (а) и не рабочем (б) положении заслонки, на фиг.4 показан вид на котел-утилизатор сверху.
Котел-утилизатор выхлопных газов целиком выполнен из легированных термо-коррозионно стойких сталей. Корпус котла выполнен с прямоугольным поперечным сечением, преимущественно, квадратным и имеет герметичную термоизоляцию из минеральной ваты, обернутой оцинкованным железом, что допускает эксплуатацию в суровых климатических условиях при температурах окружающей среды от -50С до +50С и защищает изделие от атмосферных осадков.
Котел содержит корпус 1 теплообменника, в котором расположен пучок теплообменных труб 2 для прохода по ним выхлопных газов с образованием между данными трубами межтрубного пространства для прохода теплоносителя. Корпус 1 в продольном направлении разделен горизонтальной перегородкой 3 на две части - верхнюю 4 и нижнюю 5.
Межтрубные пространства частей 4 и 5 теплообменника с одной стороны соединены между собой посредством обводных труб 6 для прохода теплоносителя, а полупучки труб 2 с той же стороны сообщены с камерой 7 для прохода выхлопных газов в виде полуцилиндра. С другой стороны полупучки труб 2 сообщены с камерой 8 для распределения газовых потоков, имеющей на противоположных своих сторонах входные 9 и выходные 10 патрубки с присоединительными фланцами для подвода и отвода выхлопных газов, между которыми установлена заслонка 11 с возможностью поворота, например, с помощью электромеханического привода, вокруг своей оси и перераспределения потоков выхлопных газов. Наличие камеры 8 с заслонкой 11 позволяет исключить из конструкции громоздкую байпасную линию. Электромеханический привод заслонки 11 находится за пределами теплоизоляции корпуса котла, что защищает его от теплового излучения. Электромеханический привод имеет свой легкосъемный, металлический корпус защищающий от атмосферных осадков.
Корпус 1 также снабжен входными 12 и выходными 13 патрубками для подвода и отвода теплоносителя, размещенными со стороны камеры 8. Патрубки 12 и 13 снабжены фланцами для подключения к системе утилизации тепла.
В межтрубном пространстве частей 4 и 5 теплообменника установлены с образованием зигзагообразного канала для прохода теплоносителя поперечные перегородки 14, в которых выполнены отверстия для размещения теплообменных труб 2.
Одна из стенок камеры 8 распределения газовых потоков может быть выполнена в виде съемной крышки 15, прикрепляемой к корпусу камеры 8 с помощью болтового соединения. Камера 7 в виде полуцилиндра также может быть выполнена съемной и присоединена к корпусу 1 аналогичным образом. Внутри камеры 7 расположен потоконаправляющий дефлектор.
Корпус 1 теплообменника имеет несущую раму 16 для крепления всей конструкции.
Работа предлагаемого котла-утилизатора осуществляется следующим образом.
Входной 9 и выходной 10 патрубки для подвода и отвода выхлопных газов с помощью фланцев подсоединяют к системе утилизации тепла, например, к выпускному коллектору двигателя внутреннего сгорания и к трубе для отвода выхлопных газов. Входные 12 и выходные 13 патрубки подключают к замкнутому контуру теплоносителя (вода). При работе двигателя внутреннего сгорания тепло выхлопных газов, проходящих по теплообменным трубам 2, передается теплоносителю, поступающему в межтрубное пространство. Горячие выхлопные газы сначала движутся по трубам 2 в части 4 теплообменника в одном направлении, затем разворачиваются в отсеке 7 на 180 градусов и движутся по трубам 2 в части 5 теплообменника в противоположном направлении. Следуя принципу встречных потоков теплоносителя и газа, вход теплоносителя в часть 4 теплообменника находится в нижней точке конца пути газов. Затем, обходя перегородки 14, поддерживающие трубы 2 от внешних механических воздействий, теплоноситель сливается в верхней точке части камеры 4 теплообменника и, проходя по трубам 6, перетекает в нижнюю точку части 5, затем окончательно нагревшись, выходит в верхней точке противоположного направления. При этом посредством обводных труб 6 обеспечивается противоположное направление потоков газа и жидкости в обеих частях 4,5 теплообменника.
Предложенная конструкция при тех же площадях теплопередачи и условных сечениях прохода воды/газов имеет габарит по длине значительно меньше (в два раза), чем у известной конструкции, и соответственно меньший вес, что весьма существенно при размещения данного котла на крышах контейнерных модулей дизельных и газопоршневых агрегатов.
Предложенная конструкция котла-утилизатора обладает следующими дополнительными преимуществами перед известной ближайшей конструкцией.
В новой конструкции котла-утилизатора входные/выходные газовые патрубки 9, 10 входят непосредственно в камеру 8 для распределения газовых потоков. В связи с этим отпадает необходимость в громоздкой байпасной линии длиной в весь теплообменник, чем достигается компактность устройства и удобство при монтаже.
Техническое обслуживание котла-утилизатора (чистка труб) осуществляется через съемную крышку камеры 8, а также посредством демонтажа задней камеры 7.
В предложенной конструкции котла-утилизатора габаритные и присоединительные размеры привалочных плоскостей вспомогательных камер 7 и 8 остаются неизменными (в рамках внутреннего стандарта производителя) когда трубный пучок в корпусе 1 (теплообменник) может варьироваться по длине в зависимости от мощности ДВС.
В частном варианте исполнения котла-утилизатора остаются открытыми возможности исполнения как горизонтального (вход снизу - выход сверху / вход справа - выход слева) так и вертикального, что в свою очередь ведет к значительной экономии площади размещения системы утилизации тепла, в отличие от известных конструкций.
Котел-утилизатор предложенной конструкции будет в два-три раза дешевле известных аналогов.