ГАЗОВЫЙ КОТЕЛ
GAS BOILER

Изобретение относится к нагревателям текучей среды, а именно к водонагревателям с непрерывным потоком воды, в которых вода отделена от нагревающей среды, и может применяться для отопления и горячего водоснабжения технических и бытовых зданий на производственных площадках, в том числе опасных производственных объектах нефтяной и газовой промышленности.
Из уровня техники известен котел для работы на газовом топливе (RU 2148217 C1, МПК F24H 1/46, F22B 33/18, опубл. 27.04.2000). Котел состоит из вспомогательной секции, включающей сжигающее устройство и секцию каталитического сжигания топлива и, по крайней мере, две секции каталитического сжигания топлива, при этом вспомогательная секция снабжена смесителем воздуха и дымовых газов и теплообменником. Секции каталитического сжигания топлива, начиная со второй, снабжены пусковым подогревателем, необходимым для разогрева катализатора во время запуска котла.
Недостатком известного котла является его низкая технологичность, связанная со сложностью конструкции устройства. Кроме того, в конструкции котла не предусмотрены элементы автоматики, повышающие безопасность его эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан газовый водогрейный аппарат (RU 2142603 C1, МПК F24H 1/12, F24H 1/24, опубл. 10.12.199). Аппарат включает в себя крышку, снабженную вытяжным отверстием, кожух, образованный боковыми стенками, внутри которого размещены водяная емкость, основная и запальная горелки с устройством розжига газа, расположенные под емкостью, водяные и газотрубопроводы с запорно-регулировочной арматурой и автоматической системой управления, при этом в боковом зазоре между кожухом и емкостью, вокруг емкости установлены тепловые экраны, прикрепленные к кожуху.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность нагрева воды, вследствие того, что водяная емкость нагревается посредством факелов горелок, при этом нагретый горелками воздух при нагревании емкости используется лишь частично.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности нагрева текучей среды с помощью газового котла.
Указная задача решена тем, что газовый котел содержит топочную, теплообменную и дымовую части. Топочная часть представляет собой короб с внутренней теплоизоляцией, с установленной в нем основной горелкой, снабженной узлом розжига, при этом к горелке подключена линия входа топочного газа, снабженная газовым манометром и краном, а над горелкой установлен датчик контроля пламени. В центре короба топочной части установлена теплообменная часть, представляющая собой герметичную емкость с проходящими через нее вертикальными дымовыми трубами, при этом внутри короба установлена горизонтальная перегородка для перемешивания текучей среды. Теплообменная часть снабжена входным и выходным патрубками для подачи воды, дополнительно внутри теплообменной части установлен термометр для визуального контроля ее температуры. Дымовая часть представляет собой перевернутый короб, снабженный наружной теплоизоляцией и съемной дымовой трубой.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выще совокупностью признаков устройства, является повышение эксплуатационных характеристик газового котла, за счет применения в его конструкции основной и дежурной горелок, обеспечивающих стабильное горение топлива, как в штатном режиме работы котла, так и в режиме горения на малых расходах топлива, а также за счет выполнения теплообменной части в виде герметичной емкости с проходящими через нее вертикальными дымовыми трубами и установленной горизонтальной перегородкой, что обеспечивает повышенную эффективность теплоотдачи котла при нагреве текучей среды, проходящей через герметичную емкость. Дополнительно, энергоэффективность котла повышается за счет использования во всех его частях теплоизолирующих элементов, а выполнение дымовой трубы съемной обеспечивает повышение компактности котла и обеспечивает возможность его транспортировки.
Конструкция газового котла поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен его внешний вид в изометрической проекции; на фиг. 2 представлен вид котла сбоку в разрезе.
Газовый котел устроен следующим образом.
Его основой является топочная часть 1, представляющая собой короб, изготовленный из черной стали толщиной от 3 до 15 мм, снабженный внутренней теплоизоляцией 2 и внешней облицовкой из тонколистового металла, покрытого защитным лакокрасочным покрытием, для обеспечения защиты теплоизоляции от внешних повреждений и предотвращения опасности соприкосновения обслуживающего персонала с горячими поверхностями короба. В топочной части установлена основная горелка 3, снабженная узлом розжига (на фигурах условно не показан), и совмещенная с ней дежурная горелка, которая обеспечивает гарантированное горение на малых расходах топлива и розжиг основной горелки 3 после предусмотренного отключения котла. При этом топливо к горелке 3 и совмещенной с ней дежурной горелке подводится с помощью линии 4 входа топочного газа, снабженной газовым манометром 5 и краном 6, а над горелками установлен ионизационный или оптический датчик контроля пламени (на фигурах условно не показан). В центре короба топочной части 1 установлена теплообменная часть, представляющая собой герметичную емкость с проходящими через нее вертикальными дымовыми трубами 7. Герметичная емкость состоит из корпуса 8, снабженного наружной теплоизоляцией 9 толщиной от 20 до 100 мм, верхней 10 и нижней 11 крышек из черной стали толщиной от 3 до 15 мм, дымовые трубы 7 имеют сечение Ду-25, а для улучшения теплоотдачи внутри теплообменной части установлена горизонтальная перегородка 12. Теплообменная часть снабжена входным 13 и выходным 14 патрубками для подачи воды, соединенными с корпусом 8 теплообменной части муфтовыми соединениями. Дополнительно внутри теплообменной части установлен термометр 15 для визуального контроля температуры воды.
Входной патрубок 13 может быть снабжен последовательно установленными счетчиком воды, ручным краном, термометром, датчиком температуры и манометром. Выходной патрубок 14 может быть снабжен последовательно установленными предохранительным сбросным клапаном, манометром электроконтактным для измерения давления нагретой воды, датчиком температуры нагретой воды, термометром и ручным краном.
Дымовая часть представляет собой перевернутый короб 16 из черной стали толщиной от 3 до 15 мм, снабженный наружной теплоизоляцией 17 толщиной от 20 до 100 мм и съемной дымовой трубой (на фигурах условно не показана), изготовленной по технологии сэндвич. В дымовой трубе могут быть установлены заслонка для регулирования тяги с ручным приводом и датчик тяги, выполненный, например, в виде электроконтактного манометра (на фигурах условно не показаны).
При необходимости газовый котел может быть снабжен блоком управления, выполненным на основе промышленного контроллера, снабженного измерительными входами и силовыми выходами. При этом упомянутые выше датчик контроля пламени, датчики температуры воды, манометры и термометр 15, установленный в теплообменной части, могут представлять собой электронные измерительные приборы, выходы которых подключены к измерительным входам контроллера, а силовые выходы последнего могут быть подключены, соответственно, к узлу розжига и крану 6, при этом в качестве последнего может быть применен управляемый электромеханический клапан. Использование упомянутых элементов автоматики позволит обеспечить возможность работы котла в автоматическом режиме, кроме того в этом случае повышается безопасность его использования.
Газовый котел работает следующим образом.
Первоначально газовый котел устанавливают на промышленной площадке с помощью опор 18, подключают к нему с помощью муфтовых соединений входной 13 и выходной 14 патрубки для подачи воды, подключают к газовым горелкам линию 4 входа топочного газа. Далее в отверстии 19 короба 16 дымовой части закрепляют съемную дымовую трубу. После выполнения указанных операций газовый котел готов к работе.
При запуске газового котла обеспечивают бесперебойную подачу текучей среды (воды) в теплообменную часть котла посредством патрубков 13 и 14. В случае если патрубки снабжены кранами и манометрами, оператор открывает краны вручную, ориентируясь на показания манометров, обеспечивая требуемое давление текучей среды в герметичной емкости теплообменной части. Далее производится розжиг котла. Для этого оператор переводит шиберную заслонку (в случае ее наличия в дымовой трубе) в положение розжига (открытие на 15 … 20%) и открывает кран 6 на линии 4 входа топочного газа. После этого оператор производит визуальный осмотр манометра 5 газовой линии, убеждается, что давление в линии соответствует рабочему.
Запуск газового котла осуществляется с помощью поджига воздушно-газовой смеси поступающей из основной горелки 3 и дежурной горелки с помощью узла розжига, который может представлять собой электроискровую систему с удаленным управлением, после чего оператором осуществляется прогрев котла на малом горении в течение 5 мин, затем оператор полностью открывает шибер на дымовой трубе и горелка 3 переводится в режим большого горения. В стационарном режиме работы котла контроль горения осуществляется с помощью ионизационного датчика контроля пламени, а температура в теплообменной части котла контролируется оператором с помощью термометра 15.
Нагревание текучей среды в диапазоне от 40°С до 75°С обеспечивается поступлением холодного теплоносителя через входной патрубок 13 в герметичную емкость тепловой части и его нагрев вертикальными дымовыми трубами 7. При этом для лучшего нагрева текучая среда перемешивается за счет горизонтальной перегородки 12, в результате чего улучшается перенос теплоты от тепловых труб 7 к текучей среде. Нагретый таким образом теплоноситель выводится из герметичной емкости через выходной патрубок 14.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке газовый котел, является устройством для нагрева текучей среды на производственных площадках, обладающим высокой технологичностью за счет простоты его конструкции, характеризующимся повышенной эффективностью теплоотдачи при нагреве текучей среды, проходящей через герметичную емкость теплообменной части котла, с возможностью контроля интенсивности горения основной горелки и температуры теплоносителя внутри упомянутой герметичной емкости.