Котел водогрейный

2
3
Полезная модель относится к области малой теплоэнергетики, в частности к конструкциям водогрейных котлов, предназначенных для обогрева жилых помещений и зданий площадью до 120 м и объемом 360 м, а также для получения горячей воды для бытовых нужд.
Известен отопительный аппарат, содержащий цилиндрический корпус в виде водяной рубашки, обрамляющей цилиндрическую топку, которая соединена с газоотводом при помощи дымогарных труб, выполняющих роль конвективного газохода, при этом, дымогарные трубы снабжены лепестковыми турбулизаторами, причем, в водяном объеме между стенками топки и корпуса помещен змеевик для получения горячей воды (см. АКГВ - 17,4 -1; ТУ-929-31-91 черт. 4462СБ). Облицовка аппарата выполнена в форме параллелепипеда. Топливо - природный газ.
Недостатками являются недостаточная тепловая производительность котла, его металлоемкость, интенсивный занос дымогарных труб продуктами сгорания, что приводит к ослаблению теплообмена и снижению экономичности работы аппарата.
Известен также котел водогрейный, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, в полости которого размещены конвективная часть, дымоотводящий патрубок и топка, выполненная в виде ориентированной вертикально спиральной трубы, соосной с корпусом, витки которой плотно сомкнуты, при этом котел снабжен патрубками подвода и отвода воды (см. RU № 2419040, МПК F24H1/43, 2010).
Недостатки этого решения - недостаточная теплопроизводительность котла, недостаточная полнота использования теплоты сгоревшего топлива, его конструктивная сложность.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в снижении материалоемкости котла, повышении его теплопроизводительности и полноты использования теплоты сгоревшего топлива.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении материалоемкости котла (габариты котла на 15 кВт составляют 570 мм по высоте и диаметр 285 мм - по фланцу); повышении его теплопроизводительности (за счет использования беспламенной газовой горелки) и полноты использования теплоты сгоревшего топлива (за счет эффективной утилизации тепла отходящих газов).
Для решения поставленной задачи котел водогрейный, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, в полости которого размещены конвективная часть, дымоотводящий патрубок и топка, выполненная в виде ориентированной вертикально спиральной трубы, соосной с корпусом, витки которой плотно сомкнуты, при этом котел снабжен патрубками подвода и отвода воды, отличается тем, что конвективная часть выполнена в виде соосных с топкой спиральных решеток, внешняя из которых охватывает внутреннюю, при этом внешняя спиральная решетка имеет зазор и с корпусом и с внутренней спиральной решеткой, которая, в свою очередь, имеет зазор с топкой, причем витки спиральных решеток составляют зазор друг с другом, соответствующий диаметру труб, использованных для формирования спиральных решеток, кроме того, верхний торец топки перекрыт крышкой, а в ее полости, соосно с ней и с зазором, размещена беспламенная газовая горелка, кроме того, отводящий патрубок котла сообщен с верхним витком спиральной трубы, образующей топку, нижний виток которой сообщен с нижним витком внутренней спиральной решетки, верхний виток которой сообщен с верхним витком внешней спиральной решетки, нижний виток которой сообщен с патрубком подвода воды, кроме того, корпус снабжен съемной конической крышкой, верхняя кромка которой снабжена дымоотводящим патрубком, кроме того, нижняя часть корпуса снабжена опорным поперечным каркасом, выполненным с возможностью опирания на него топки и спиральных решеток, ниже которого выполнена опорная площадка для беспламенной газовой горелки. Кроме того, вертикальный цилиндрический корпус котла снабжен вертикальными опорами. Кроме того, беспламенная газовая горелка содержит трубчатый перфорированный корпус, выполненный с возможностью сообщения с источником газа, средство подачи воздуха, при этом трубчатый перфорированный корпус размещен соосно в полости пористого насадка, выполненного в виде цилиндрического стакана из пористого термостойкого материала. Кроме того, пористый насадок выполнен из пористого керамического материала.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной технической задачи, а именно снижение материалоемкости котла, повышение его теплопроизводительности и полноты использования теплоты сгоревшего топлива.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вертикальный продольный разрез котла (горелка не показана); на фиг.2 показан вертикальный продольный разрез котла с горелкой; на фиг.3 показан вид сверху котла, на фиг.4 показан внешний вид котла в объеме.
На чертежах показаны цилиндрический корпус 1 котла, его полость 2, топка 3, патрубки подвода 4 и отвода 5 воды, внешняя 6 и внутренняя 7 спиральные решетки, зазоры 8 спиральных решеток, друг с другом, корпусом 1 и топкой 3, зазоры 9 между витками спиральных решеток 6 и 7, верхний торец 10 топки 3, крышка 11, полость 12 топки 3, беспламенная газовая горелка 13, съемная коническая крышка 14, дымоотводящий патрубок 15, опорный поперечный каркас 16, опорная площадка 17 для беспламенной газовой горелки 13, вертикальные опоры 18, продольная ось 19 корпуса 1 котла. Кроме того, показаны элементы беспламенной газовой горелки 13 – трубчатый перфорированный корпус 20, источник газа 21, средство подачи воздуха 22, пористый насадок 23.
Котел водогрейный содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в полости 2 которого размещены конвективная часть и топка 3. Топка 3 выполнена в виде ориентированной вертикально спиральной трубы, соосной с корпусом 1, витки которой плотно сомкнуты, образуя газонепроницаемую стенку. Котел снабжен патрубками подвода 4 и отвода 5 воды.
Конвективная часть котла содержит соосные с топкой 3 спиральные решетки, внешняя 6 из которых охватывает внутреннюю 7, при этом внешняя спиральная решетка 6 имеет зазоры 8 и с корпусом 1 и с внутренней спиральной решеткой 7, которая, в свою очередь, имеет зазор 8 с топкой 3, причем витки спиральных решеток 6 и 7 составляют зазор 9 друг с другом, соответствующий диаметру труб, использованных для формирования спиральных решеток 6 и 7. Для крепления спиральных решеток 6 и 7 можно в полости 2 корпуса 1 вварить «ушки» с хомутами (на чертежах не показаны).
Верхний торец 10 топки 3 герметично перекрыт крышкой 11, а в ее полости 12, соосно с ней и с зазором, размещена беспламенная газовая горелка 13. Отводящий патрубок 5 котла сообщен с верхним витком спиральной трубы, образующей топку 3, нижний виток которой сообщен с нижним витком внутренней спиральной решетки 7, верхний виток которой сообщен с верхним витком внешней спиральной решетки 6, нижний виток которой сообщен с патрубком подвода 4 воды.
Корпус 1 снабжен съемной конической крышкой 14, верхняя кромка которой снабжена дымоотводящим патрубком 15, кроме того, нижняя часть корпуса 1 снабжена опорным поперечным каркасом 16, выполненным с возможностью опирания на него топки 3 и спиральных решеток 6 и 7. Ниже каркаса 16 выполнена опорная площадка 17 для беспламенной газовой горелки 13. Кроме того, вертикальный цилиндрический корпус котла снабжен вертикальными опорами 18.
Беспламенная газовая горелка 13 содержит трубчатый перфорированный корпус 20, выполненный с возможностью сообщения с источником газа 21, средство подачи воздуха 22, при этом трубчатый перфорированный корпус 20 размещен соосно в полости пористого насадка 23, выполненного в виде цилиндрического стакана из пористого термостойкого материала, например из пористого керамического материала.
Предпочтительно использовать беспламенную газовую горелку по типу, разработанному Томским научным центром СО РАН, с пористым насадком 23 из пористой керамики на основе оксидов металлов, с открытой пористостью, равной 60-70% (см. RU № 2310129, F23D14/12, 2007 г.). Испытания на однотипных газовых водогрейных котлах показали, что при одинаковой производительности котлов экономия топлива в котле с горелкой, на которую установлен керамический насадок, составляет 10-30% в зависимости от нагрузки.
Заявленный котел работает следующим образом.
Как теплоноситель используется вода с температурой 40-800°С. Ее подводят через стенку корпуса 1 в нижний виток внешней спиральной решетки 6, поднимаясь по которой вода попадает в верхний виток внутренней спиральной решетки 7 и далее опускается по ней и попадает в нижний виток топки 3, поднимается по виткам топки и уходит через патрубок отвода 5 воды, проведенный через крышку 14 корпуса 1.
В горелке происходит смешивание горючего газа (подводимого от источника газа 21 по трубчатому перфорированному корпусу 20) с воздухом (подаваемым средством подачи воздуха 22), и газовоздушная смесь поступает внутрь пористого керамического насадка 23. Газовая смесь фильтруется через пористые стенки насадка, выходит на поверхность и воспламеняется запальником (на чертежах не показан). Поверхность топки 3 нагревается приповерхностным пламенем до 1000-1100°С. Тепловое излучение с поверхности насадка нагревает воду, находящуюся в спиральной трубе топки.
От разогретой поверхности насадка его стенка прогревается внутрь. Во избежание зажигания газа внутри насадка температура должна быть не выше температуры воспламенения (не более 500°С). Фильтрация обеспечивает огнепреграждение и подогрев горючей смеси
Поскольку верхний торец топки герметично перекрыт крышкой 11, продукты сгорания опускаются в зазоре между топкой 3 и керамическим насадком 23, омывая трубы, составляющие топку, отдавая им и воде их заполняющей тепло. Далее продукты сгорания поднимаются вверх в зазоре между стенкой корпуса 1 и внешней стенкой топки 3 (в конвективной части котла), где отдают оставшееся тепло спиральным решеткам 6 и 7, прогревая воду, находящуюся в них, тем самым осуществляя ее предварительный подогрев, перед попаданием в спиральную трубу топки 3.
Крышка 14 корпуса 1 обеспечивает сбор дымовых газов и отвод их в дымоотводящий патрубок 15.