ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
HOT-WATER BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных и паровых котлах.
Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенную топку, горелку, установленную в топке, выпускное отверстие, подводящий и отводящий трубопроводы и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам и включающие экранную и конвективную части, расположенные в топке (патент РФ №2183792, МПК F22B 27/06, 2001).
Однако известный котел характеризуется недостаточными КПД, надежностью, прочностью, компактностью и технологичностью, а также сложен в изготовлении.
Задачей изобретения является повышение КПД котла, его надежности, прочности, компактности и технологичности, а также упрощение в его изготовлении.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение эффективности теплопередачи поверхностей нагрева при оптимальных скоростях и турбулизации потока продуктов сгорания.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем вертикально расположенную топку, горелку, установленную в топке, выпускное отверстие, подводящий и отводящий трубопроводы и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам и включающие экранную и конвективную части, расположенные в топке, согласно изобретению экранная часть образована пучком спиральных трубок, навитых снизу вверх, а конвективная часть образована пучком спиральных трубок, сообщенных вверху при помощи соединительного патрубка с трубками экранной части и навитых на них сверху вниз, трубки экранной и конвективной частей через одну снабжены спиральным оребрением и по всей длине конвективной части установлен спиральный направляющий треугольный профиль, прилегающий к ее трубкам.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что оребрение трубок экранной части может быть выполнено с высотой и шагом, превышающими высоту и шаг оребрения трубок конвективной части.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что сторона треугольного профиля, прилегающая к оребренной спиральной трубке конвективной части, может быть выполнена гладкой, а сторона, прилегающая к гладкой трубке, может быть выполнена с ребрами для прохода продуктов сгорания.
На фиг.1 представлен предлагаемый водогрейный котел.
На фиг.2 - вариант предлагаемого водогрейного котла.
На фиг.3 - трубки экранной и конвективной частей, через одну снабженные спиральным оребрением.
На фиг.4 - трубки экранной и конвективной частей со спиральным направляющим треугольным профилем.
На фиг.5 - трубки конвективной части со спиральным направляющим треугольным профилем.
На фиг.6 - направляющий треугольный профиль с приварными ребрами.
На фиг.7 - вид А фиг.6.
На фиг.8 - направляющий треугольный профиль со штампованными Г-образными ребрами.
На фиг.9 - вид Б фиг.8.
На фиг.10 - направляющий треугольный профиль со штампованными С-образными ребрами.
На фиг.11 - вид В фиг.10.
Предлагаемый водогрейный котел (фиг.1, 2) содержит вертикально расположенную топку 1, горелку 2, установленную в топке 1 снизу или сверху котла, выпускное отверстие (не показано), подводящий и отводящий трубопроводы 3, 4 и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему трубопроводам 3, 4 и включающие экранную и конвективную части, расположенные в топке 1. Экранная часть образована пучком спиральных трубок 5, навитых снизу вверх. Конвективная часть образована пучком спиральных трубок 6, сообщенных вверху при помощи соединительного патрубка 7 с трубками 5 экранной части и навитых на них сверху вниз. Диаметр патрубка 7 выбран таким, чтобы пропускался весь поток воды, проходящий через котел. В каждом пучке может быть от двух и более трубок, на фиг.1-4 показано по четыре трубки в каждом пучке. Для лучшего прохождения продуктов сгорания трубки 5, 6 (фиг.3) экранной и конвективной частей через одну снабжены спиральным оребрением 8, которое может быть выполнено в виде проволоки круглого, прямоугольного, квадратного или другого сечения. С учетом высокой температуры и объема продуктов сгорания оребрение 8 трубок 5 экранной части может быть выполнено с высотой и шагом, превышающими высоту и шаг оребрения 8 трубок 6 конвективной части, где температура и объем продуктов сгорания значительно ниже. Это позволяет уменьшить живое сечение и увеличить скорость прохождения продуктов сгорания между трубками 5,6 и повысить коэффициент теплопередачи. По всей длине конвективной части установлен спиральный направляющий треугольный профиль 9, прилегающий к ее трубкам 6. Сторона 10 треугольного профиля 9 (фиг.5), прилегающая к оребренной спиральной трубке 6 конвективной части, может быть выполнена гладкой, а сторона 11, прилегающая к гладкой трубке 6, может быть выполнена с ребрами 12 для прохода продуктов сгорания 13. Ребра 12 могут быть прямоугольного, треугольного, круглого или другого сечения.
Водогрейный котел работает следующим образом.
Из горелки 2 топливная смесь поступает в топку 1, где происходит горение топлива с выделением тепла. При сгорании топливной смеси в топке 1 спиральные трубки 5, 6 экранной и конвективной частей равномерно по всей окружности воспринимают тепловое излучение из камеры горения и конвективное излучение от тепла продуктов сгорания 13. Вода в котел подается через подводящий трубопровод 3 по спиральным трубкам 6 конвективной части, вверху при помощи соединительного патрубка 7 вода перепускается в спиральные трубки 5 экранной части и через отводящий трубопровод 4 выводится из котла. Данный вариант может быть использован для приготовления перегретой воды с температурой до 115°C (фиг.1). При работе котла, вырабатывающего перегретую воду с более высокой температурой или пар (фиг.2), вода через подводящий трубопровод 3 подается одновременно к спиральным трубкам 5, 6 экранной и конвективной частей. Вверху при помощи соединительного патрубка 7 вода собирается и через отводящий трубопровод 4 выводится из котла. Такое движение перегретой воды позволяет исключить завоздушивание котла в период его работы при высоких температурах. Вместе с водой по трубкам 5 экранной части снизу вверх из котла выносятся образовавшиеся пузырьки воздуха. При остывании плотность продуктов сгорания 13 увеличивается, а объем уменьшается. Эта закономерность использована при разработке конструкции котла. Благодаря спиральному оребрению 8 через одну трубок 5, 6 экранной и конвективной частей, а также тому, что оребрение 8 трубок 5 экранной части выполнено с высотой и шагом, превышающими высоту и шаг оребрения 8 трубок 6 конвективной части, достигается уменьшение живого сечения в местах прохода остывающих продуктов сгорания 13, тем самым увеличивается скорость их прохождения и повышается коэффициент теплопередачи. Направляющий треугольный профиль 9 не только прижимает поток продуктов сгорания 13 к поверхностям теплоотдачи, но и сам воспринимает тепло от продуктов сгорания 13 и передает его на трубки 6 конвективной части в местах контакта. Кроме того, в предлагаемом котле сведены к минимуму местные сопротивления, что позволяет избежать отложения в застойных зонах котла шлама и солевых отложений.