Котел конденсационный

Полезная модель относится к теплоэнергетике, к водогрейным котлам малой и средней тепловой производительности, работающим на газе, для систем отопления.
Известен конденсационный водогрейный котел с размещением внутри корпуса газогорелочного устройства, теплообменника прямой и обратной линии, с системой наружного конденсатоотвода, дымовой трубой и циркуляционным насосом. Теплообменник конденсационной части расположен в нижней части котла. Поверхность теплообменника состоит из гофрированной нержавеющей стали. Газогорелочное устройство, установленное внутри котла, вырабатывает тепло, которое улавливается теплообменником котла, при этом отработанные газы удаляются за счет естественной тяги дымовой трубы в атмосферу, а дымовые газы омывают теплообменник конденсатной части, равномерно распределяясь с помощью обтекателя, при этом теплоноситель из теплообменника котла поступает по прямой линии котла в вертикальный стояк. На поверхности образуется конденсат, который стекает по внутренней поверхности дымовой трубы, минуя теплообменник котла, попадает в основание дымовой трубы и через конденсатоотводящую трубку удаляется из котла наружного размещения (см. патент RU 2440538, МПК F24H 1/00, опубл. 20.01.2012).
Недостатком конструкции данного котла является сложность и объемность конструкции, большие финансовые затраты на установку системы нейтрализации конденсата в корпусе котла и промывку теплообменной системы аппарата, а также на проведение ремонтных работ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является конденсационный котел (прототип), состоящий из основной секции с нагревательным элементом в виде газогорелочного устройства полного предварительного смешивания горючей смеси, расположенного в верхней части конденсационного котла, теплообменника, дымохода. Дополнительно конденсационный котел состоит из последовательного вертикального соединения конвекционных и конденсационных кассет теплообменника котла, внутри которых размещены спирально свитые гофрированные трубы из нержавеющей стали, с применением газосмесительной горелки предварительного смешивания газообразного или жидкого топлива и воздуха. Конструкция представляет собой две кассеты: в верхней - конвекционная, в нижней - конденсационная. Конденсационные кассеты выполнены в виде обечайки с фланцами, в которые вставлены последовательно соединенные плоские спирали из гофрированной трубы, выполненной из кислотостойкой нержавеющей стали (см. патент RU 2725739, МПК F24H 1/00, опубл. 03.07.2020, бюл. №19).
Недостатком данного котла является сложность конструкции, отсутствие в системе нейтрализатора кислой среды конденсата, встроенного в корпус котла, и необходимость демонтажа теплообменного аппарата для проведения прочистки системы отопления.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении технико-экономических показателей работы котла за счет раскисления конденсата, возникающего при сгорании топлива.
Технический результат достигается тем, что котел конденсационный, состоящий из основной секции с нагревательным элементом в виде газогорелочного устройства полного предварительного смешивания горючей смеси, расположенного в верхней части конденсационного котла, теплообменника, дымохода, в отличие от прототипа, дополнительно содержит встроенный нейтрализатор конденсата дымовых газов в нижней части котла, заполненный гранулами нейтрализатора.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлена конструктивная схема заявленной полезной модели; фиг.2 - конструктивная модель теплообменника в разрезе; фиг.3 - разрез трубы теплообменника; фиг.4 - 3D-вид упрощенной модели котла в разрезе; фиг.5 - упрощенная разборная модель котла (для наглядности представления внутреннего размещения); фиг.6 - нейтрализатор конденсата.
Котел конденсационный (фиг.1, фиг.2) состоит из автоматической газосмесительной горелки 1, теплообменника 2, трубок теплообменника 3, обратной трубы в теплообменник 4, подающей трубы из теплообменника 5, конденсатосборника 6, нейтрализатора конденсата 7, дымохода 8, отвода конденсата котла 9, отвода технической воды 10, трубы загрузки гранул нейтрализатора 11, кожуха корпуса котла 12.
Конструкция состоит из автоматической газосмесительной горелки 1 (фиг.1, фиг.2), размещенной в верхней внутренней части теплообменника 2. Газосмесительная горелка 1 обеспечивает оптимальный режим равномерного горения пламени, за счет чего достигается возможность поддерживать постоянные параметры скорости и температуры потока теплоносителя через теплообменник 2. Внутреннее сечение трубок теплообменника 3 (фиг.3) представляет собой объемные спиралевидные нарезки по всей длине трубок, что обеспечивает постоянное смешение потоков теплоносителя и обеспечивает поток теплоносителя без образования газовых пустот и мест закипания теплоносителя. В корпусе котла размещен блок управления для регулировки и выбора оптимальных параметров скорости и температурного режима течения теплоносителя через водяную рубашку теплообменника закрытой системы отопления. В процессе подачи и прохождения теплоносителя через обратную трубу в теплообменник 4, в водяной рубашке теплообменника 2 происходит подогрев теплоносителя дымовыми газами. Подогретый теплоноситель выходит в систему отопления через подающую трубу из теплообменника 5. В результате отдачи теплоты дымовыми газами на подогрев теплоносителя через обратную трубу в теплообменник 4 в нижней части теплообменника 2 из-за достижения температуры «точки росы» образуется жидкий конденсат, имеющий кислую среду, выбросы которого загрязняют окружающую среду. Образующийся конденсат нельзя напрямую отводить в систему канализации, его следует нейтрализовать с помощью нейтрализатора конденсата. Концентрация конденсата в конденсатосборнике 6 позволяет разместить нейтрализатор конденсата 7 в нижней части котла. При этом часть конденсата образуется в нижней части дымохода 8. За счет конструктивных особенностей угла присоединения дымохода 8 к конденсатосборнику 6 (фиг.4, фиг.5), конденсат не скапливается на стенках дымохода 8. Через отвод конденсата котла 9 осуществляется его подача в нейтрализатор 7. При прохождении конденсата через нейтрализатор конденсата 7 за счет химической реакции с гранулами нейтрализатора на выходе образуется техническая вода, отвод которой из корпуса котла выполняется через отвод технической воды 10 (фиг.6). Возможность пополнения емкости нейтрализатора 7 гранулами осуществляется через трубу загрузки гранул нейтрализатора 11, доступ к которой возможен без демонтажа кожуха корпуса котла 12. Выполнение работ обеспечивается одним человеком без специализированного оборудования и подготовки.
Принцип работы конденсационного котла заключается в следующем.
Теплоноситель замкнутой системы отопления поступает через обратную трубу в теплообменник 4, где он распределяется неламинарными потоками за счет объемного спиралевидного сечения трубок теплообменника 3 (фиг.3), которые являются внутренней конструкцией теплообменника, и за счет работы циркуляционного насоса поднимается вверх по водяной рубашке теплообменника 2. В нижней части теплообменника 2 происходит подогрев теплоносителя, проходящего через обратную трубу в теплообменник 4 системы отопления, теплотой дымовых газов, образованных в процессе сгорания газовоздушной смеси в верхней части теплообменника. В результате затрат теплоты на подогрев теплоносителя на внутренних стенках теплообменника 2 образуется конденсат, который имеет среду кислотного характера. Далее конденсат стекает в конденсатосборник 6. Для обеспечения возможности дальнейшей утилизации продуктов реакции в процессе подогрева теплоносителя, проходящего через обратную трубу в теплообменнике 4, после конденсатосборника 6 устанавливается нейтрализатор конденсата 7. Через отвод конденсата котла 9 конденсат направляется в нейтрализатор конденсата 7. Нейтрализатор конденсата 7 заполнен гранулами, которые вступая в химическую реакцию с конденсатом, образуют на выходе из нейтрализатора 7 техническую воду, которую возможно отводить в канализационную систему через отвод технической воды 10. Повторное заполнение нейтрализатора конденсата 7 гранулами осуществляется периодически по мере растворения гранул при химических реакциях с конденсатом через трубу загрузки гранул нейтрализатора 11. Расположение и вес нейтрализатора конденсата 7 позволяет выполнить обслуживание одним человеком без специализированного оборудования и подготовки, без вскрытия кожуха корпуса котла 12, посредством открытия герметизирующей заглушки, что значительно сокращает расходы на обслуживание и ремонт. Отвод дымовых газов осуществляется через дымоход 8.
Заявленная полезная модель является экологичным решением за счет размещения в корпусе конденсационного котла, нейтрализатора конденсата с внутренним наполнением гранулами нейтрализатора. Взаимодействие конденсата с гранулами нейтрализатора позволяет на выходе получать техническую воду, отвод которой можно осуществлять как в окружающую среду, так и в канализационную систему.