Водонагревательный котёл

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для нагрева теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения для жилищно-коммунального хозяйства, бытовых и производственных нужд, а именно, к области производства водогрейных котлов наружного и внутреннего размещения, в частности к водогрейным котлам, использующим скрытую теплоту в дымовых газах.
Определение котла и котельной установки дано в ГОСТ 23172-78 «Котлы стационарные. Термины и определения», водогрейного котла - в ГОСТ 25720-83 «Котлы водогрейные. Термины и определения»
Известно устройство утилизации тепла дымовых газов, (RU, №2436011, F22B1/18, 10.12.2011)., содержащее газо-газовый теплообменник, конденсатор, инерционный каплеуловитель, газоходы, воздуховоды, вентиляторы и трубопровод, при этом газо-газовый поверхностный пластинчатый теплообменник выполнен по схеме противотока, в качестве конденсатора установлен поверхностный газовоздушный пластинчатый теплообменник Охлажденные влажные дымовые газы попадают в газовоздушный поверхностный пластинчатый теплообменник-конденсатор, где конденсируются содержащиеся в дымовых газах водяные пары, нагревая воздух. Нагретый воздух используется для отопления помещений и покрытия потребности процесса горения газа.
3
К недостаткам устройства следует отнести достаточно сложную технологию утилизации тепла и использование кондиционного поверхностного пластинчатого теплообменника, который имеет значительно развитую поверхность, составляющую сотни квадратных метров на 1 м объема аппарата.
Анализ уровня техники показал, что существующие водонагревательные котлы имеют большую металлоемкость; при отказе используемых в конструкциях котлов предохранительных клапанов существует вероятность взрыва; в процессе эксплуатации происходит засорение жаропрочных труб сажей и кальценирование их внутренних поверхностей; отходящие газы имеют большую температуру.
Известен также теплоутилизатор для глубокой утилизации тепла дымовых газов (RU, 2555919, F22B1/18, публ.10.07.2015). Согласно изобретению перед дымовой трубой размещен изолированный резервуар с проточной водой, имеющий с торцевых сторон рубашки, разделенные горизонтальными полками на секции. Внутри резервуара расположены горизонтальные параллельные ряды труб и объединяющие объемы рубашек, состоящие из отдельных пучков, в которых дымовые газы перемещаются в одном направлении. Пучки труб чередуются между собой большими объемами секций рубашек, изменяющих направление движения дымовых газов в соседних пучках, образуя таким образом змеевик переменного сечения для перемещения дымовых газов навстречу проточной воде. Горячие дымовые газы перемещаются по змеевику, трубы которого погружены в резервуар с проточной охлаждающей водой.
К недостаткам также необходимо отнести сложную технологию утилизации тепла и сложное оборудование.
За прототип принято устройство для мокрой очистки и утилизации теплоты воздуха и дымовых газов (RU, з.№2020124568 от 23.07.2020), состоящее из трубообразного полого корпуса из легированной стали, частично заполненного водой, входного патрубка для подачи загрязненного газа, выходного патрубка для выпуска чистого газа, трубы для отвода шлама, насоса для подачи воды из нижней части корпуса в верхнюю часть. В верхней части корпуса горизонтально установлена на решетке из неокисляющегося материала перфорированная пластина.
Задачей заявляемой полезной модели является создание малогабаритного, мощного, экономичного и безопасного водонагревательного устройства для нужд народного хозяйства.
Поставленная задача решается следующим образом.  В водонагревательном котле, состоящем из трубообразного полого корпуса из легированной стали, частично заполненного водой, входного патрубка для подачи загрязнённого газа, выходного патрубка для выпуска чистого газа, трубы для отвода шлама, насоса для подачи воды из нижней части корпуса в верхнюю часть, где на решётке из коррозионностойкого металла установлена перфорированная пластина, в нижней части корпуса, заполненной водой, размещён теплообменный аппарат в виде трубчатого змеевика, дополнительно включён второй насос.
Таким образом, описываемое в качестве прототипа устройство при определенной доработке можно переоборудовать в водонагревательный котел. Для этого в нижней части корпуса, заполненной водой, размещают теплообменный аппарат в виде трубчатого змеевика и устанавливают второй насос. В устройстве используют наддувную или циклонную горелки.
Применяются следующие виды топлива: газ, дизель, уголь, щепа.
Преимуществами заявляемого водонагревательного котла по сравнению с существующими являются:
- малый вес - 200-400 кг; большая мощность - 200-1500 кВт;
- безопасность. При повышении давления котел не может взорваться, т.к. вода не нагревается выше 100 градусов, отсутствуют предохранительные клапаны;
- не требуются жаропрочные трубы, в масштабах страны - это большая экономия;
- в связи с тем, что сажа в процессе эксплуатации не образуется, система очистки отсутствует;
- не происходит отложение кальция на стенках труб.
Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг.1 - общий вид водонагревательного котла (вид сбоку);
На фиг.2 - общий вид водонагревательного котла (вид спереди);
На фиг.3 - вид водонагревательного котла в изометрии;
Водонагревательный котел содержит трубообразный корпус 1, частично заполненный в нижней части водой 2, патрубок 3 для ввода запыленного газа и патрубок 4 для выхода очищенного газа, трубу для отвода шлама (на черт. не обозначена), трубопровод для подачи воды 5, насос 6 для подачи воды из нижней части корпуса 1 в его верхнюю часть, где на решетке 7 из коррозионностойкого металла в строго горизонтальном положении установлена перфорированная пластина 8. В нижней части корпуса1, заполненной водой, размещен теплообменный аппарат 9 в виде трубчатого змеевика. Кроме того, в конструкцию дополнительно включен второй насос 10 для охлаждения дымовых газов на выходе из котла. На фиг.3 для лучшего представления обозначены вход в теплоноситель 11 и выход из теплоносителя 12.
Устройство работает следующим образом.
Подача воды из нижней части корпуса в верхнюю часть обеспечивается насосом. После прохождения через перфорированный лист с отверстиями, вода в свободном падении выливается на дно корпуса. При прохождении горячего воздуха через струи воды происходит передача тепла и очистка воздуха частичная. Для более высокой очистки меняется площадь отверстий. Перфорированный лист должен быть установлен строго горизонтально, и обязательно на решетке, во избежание прогиба, в противном случае эффект очистки снижается.
Пламя от горелки поступает через патрубок 3. Проходит через струи воды и выходит через патрубок 4 в атмосферу. Тепло от пламени передается через воду теплообменнику 9 для дальнейшей транспортировки. Для снижения температуры отходящих газов установлен дополнительно насос 10.
Таким образом, реализация полезной модели решает поставленные авторами задачи. Котел имеет малый вес, отличается мощностью, не засоряется сажей, накипью. Не повышается давление.