КОТЕЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ
HOT-WATER HEATING BOILER

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для сжигания топлива, и может быть использовано в системах автономного теплоснабжения зданий коммунально-бытового назначения, оборудованных системами водяного отопления.
Известен «Отопительный водогрейный котел», содержащий топку, установленный над ней секционный водоохлаждаемый теплообменник, выполненный в виде расположенных с зазором, соединенных между собой круглыми отбортованными отверстиями для циркуляции воды секций, причем нижние концы крайних секций теплообменника заведены в топку, при этом нижние концы крайних секций соединены между собой водоохлаждаемыми перемычками, на наружных поверхностях которых, обращенных в топку, выполнены выступы в сторону последней.
Авт. свид-во СССР №1643886, МКИ: F24H 1/08, опубл. 23.04.91 г.
Известен «Водогрейный отопительный котел», содержащий камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания с встроенным в нее трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и нагрева в ней теплоносителя, переднюю загрузочную дверцу, при этом система охлаждения выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной к камере догорания. Кроме того, котел оборудован дополнительным задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором и системой топливоподачи низкосортных органических топлив. Патент РФ №2186302; МКИ: F24H 1/40; д. опубл. 27.07.2002 г.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является «Водогрейный котел», содержащий топку, теплообменник, дымовую трубу, дожигатель, воздуховод, в топке расположена колосниковая решетка, при этом котел снабжен узлом дожигания и узлом подачи топлива, кроме того, в нижней части топки под колосниковой решеткой размещен золоудалитель, а золосборник снабжен дверцей, причем котел снабжен дополнительным воздуховодным каналом, подающим воздух в топку и установленным в нем вентилятором, кроме того, котел снабжен приборами контроля его параметров. Патент РФ №2488037; МКИ: F23B 40/00; д. опубл. 20.07.2013 г.
К техническому результату относится повышение эффективности работы котла за счет усиления теплообмена путем конструктивных изменений, а именно использования в теплообменнике пакета секций, каждая из которых выполнена в виде замкнутого по периметру чугунного прямоугольного профиля, полого внутри, со скругленными углами, и снабжение средних секций, проемами с выполненными по их контуру стыковочными ребрами, кроме последних секций, примыкающих к задней секции, а также выполнение конвективного дымохода со вставками, в виде стальных пластин, снабженных в свою очередь турбулизаторами. Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что «Котел водогрейный отопительный» содержит топку с колосниковой решеткой, зольник, служащий для сбора золы и снабженный выдвижным лотком и размещенный в нижней части топки под колосниковой решеткой. Кроме того, котел содержит переднюю загрузочную дверцу и нижнюю дверцу для чистки колосниковой решетки, конвективный дымоход, а также систему нагрева теплоносителя и охлаждения топки в виде теплообменника. Котел снабжен дополнительным воздуховодным каналом, подающим воздух в топку и установленным в нем вентилятором, а также котел снабжен приборами контроля его параметров, в виде датчиков давления и температуры. При этом теплообменник устройства выполнен в виде пакета секций, вертикально ориентированных и расположенных друг за другом по объему котла. Пакет секций установлен на сварное основание зольника. Каждая секция выполнена в виде замкнутого по периметру чугунного прямоугольного профиля со скругленными углами и полого внутри. Секции соединены между собой конусными втулками. Передняя секция образует переднюю стенку котла и снабжена тремя проемами, в верхней части передней секции, расположен отвод подачи горячей воды в отопительную систему. Задняя секция выполняет функцию задней стенки котла и снабжена в верхней части патрубком дымохода, а в нижней ее части патрубком для подачи в котел обратной воды из отопительной системы. В свою очередь средние секции в количестве, равном 5-11, в зависимости от мощности котла, выполнены с тремя прямоугольными проемами: одним нижним и двумя параллельными между собой верхними. По контуру проемов средних секций, кроме 1-2 последних средних секций, расположенных рядом с задней секцией, выполнены стыковочные ребра. Таким же ребром, расположенном на том же уровне, снабжена внутренняя часть передней секции. При соединении стыковочных ребер между собой нижние проемы секций образуют топочное пространство, а верхние проемы образуют конвективный дымоход. Причем 1-2 последние средние секции состыкованы между собой и задней секцией с образованием между нижним и верхним проемами щели, служащей для выхода дымовых газов из топки, кроме того, колосники, расположенные в нижней части передней и задней секций, направлены в одну сторону во внутрь топочного пространства, а колосники, расположенные в нижней части средних секций, направлены по обе стороны и также внутрь топочного пространства. При соединении секций между собой колосники образуют колосниковую решетку. Конвективный дымоход разделен на два хода вставками в виде расположенных горизонтально двух плоских стальных пластин с приваренными сверху и снизу по центру и под углом 90° турбулизаторами в виде двух отдельных стальных листов волнообразной штамповки. Вставки установлены на приливы средних секций котла, соотношение длины, ширины и высоты вставок в зависимости от количества секций котла, равно соответственно: для 7-ми секций - 4,9: 1: 1,2; для 9-ти секций - 6,6:1:1,2; для 11-ти секций - 8,3:1:1,2; для 13-ти секций - 10,0:1:1,2.
Передняя секция дополнительно снабжена верхней дверцей для чистки конвективного дымохода.
В патрубке дымохода установлен шибер с ручкой, регулирующий количество дымовых газов, отводимых от котла для обеспечения оптимального горения топлива, при этом ручка расположена на поверхности котла с правой стороны в верхней части передней секции.
Загрузочная дверца передней секции также снабжена шибером, служащим для дополнительной подачи вторичного воздуха в топку, улучшающего процесс горения. Котел водогрейный отопительный поясняется чертежами на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7.
Фиг. 1 - Котел водогрейный отопительный - общий вид, (вертикальный разрез);
Фиг. 2 - Котел водогрейный отопительный - общий вид спереди;
Фиг.3 - Котел водогрейный отопительный - вид средних секций;
Фиг.4 - Котел водогрейный отопительный - схема регулирования-положения шибера патрубка дымохода для отвода дымовых газов и обеспечения устойчивого сжигания топлива;
Фиг.5 - Котел водогрейный отопительный - схема конвективного дымохода со стальными вставками (вертикальный разрез);
Фиг.6 - Котел водогрейный отопительный - стальные вставки с турбулизаторами;
Фиг.7 - Котел водогрейный отопительный - схема нижней части топочного пространства с колосниковой решеткой.
Отопительный водогрейный котел согласно фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 содержит пакет секций, каждая секция пакета выполнена в виде замкнутого по периметру чугунного прямоугольного профиля со скругленными углами и полого внутри, секции соединены между собой конусными втулками, при этом передняя секция 1 образует переднюю стенку котла. В верхней части передней секции 1 расположен отвод подачи горячей воды 2 в отопительную систему, задняя секция 3 выполняет функцию задней стенки котла и снабжена в верхней части патрубком дымохода 4, а в нижней ее части патрубком 5 для подачи в котел обратной воды из отопительной системы. Средние секции в количестве, равном 5-11, (6а, 6б, 6в, 6г и т.д.) в зависимости от мощности котла, выполнены с тремя прямоугольными проемами: одним нижним 7 и двумя параллельными между собой верхними 8 и 9, по контуру проемов средних секций, кроме 1-2 последних средних секций (6к и 6л,), расположенных рядом с задней секцией 3, выполнены стыковочные ребра 10, при соединении которых между собой нижние проемы образуют топочное пространство, а верхние проемы образуют конвективный дымоход 11, при этом 1-2 (6к и 6л) последние средние секции (не имеющие стыковочных ребер) соединены между собой и с задней секцией 3 с образованием между нижним и верхним проемами щели 12, служащей для выхода дымовых газов из топки, кроме того, колосники 13, расположенные в нижней части передней 1 и задней 3 секций, направлены в одну сторону во внутрь топочного пространства, а колосники 14, расположенные в нижней части средних секций 6, направлены по обе стороны и также направлены внутрь топочного пространства. При соединении секций между собой колосники образуют колосниковую решетку 15, в свою очередь конвективный дымоход 11 разделен на два хода вставками 16 в виде расположенных горизонтально двух плоских стальных пластин с приваренными сверху и снизу по центру и под углом 90° турбулизаторами 17 в виде двух отдельных стальных листов волнообразной штамповки, при этом вставки установлены на приливы 18 средних секций котла.
Соотношение ширины, длины и высоты вставок в зависимости от количества секций котла, равно соответственно: 7 секций - 4,9:1:1,2; 9 секций - 6,6:1:1,2; 11 секций - 8,3:1:1,2; 13 секций - 10,0:1:1,2.
Передняя секция котла снабжена тремя дверцами: верхней дверцей 19 для чистки конвективного дымохода 11, средней дверцей загрузочной 20 и нижней дверцей 21, предназначенной для чистки колосниковой решетки. Пакет секций установлен на сварное основание зольника 22, служащего для сбора золы и снабженного выдвижным лотком 23. В патрубке 4 установлен шибер 24 с ручкой 25, регулирующий количество дымовых газов, отводимых от котла для обеспечения оптимального горения топлива. Ручка 25 расположена на поверхности котла с правой стороны в верхней части передней секции 1. Загрузочная дверца 20 передней секции 1 также снабжена шибером 26, служащим для дополнительной подачи вторичного воздуха в топку, улучшающего процесс горения. Также котел оборудован вентилятором 27, шибером патрубка вентилятора 28, термометром 29 и манометром 30, служащими для определения температуры и давления подаваемой воды, установленные на выходе из котла на трубопроводе подающей воды и расположенные для безопасности вне зоны тепловыделений при открытой загрузочной дверце 20. Пакет секций котла закрыт с боков и сверху стальными панелями верхней 31 и боковыми 32 - 2 шт., которые снижают потери тепла в окружающую среду. Кроме того, под стальными панелями расположена теплоизоляция в виде минеральной ваты.
2
Предлагаемый в качестве изобретения отопительный водогрейный котел выполнен на базе отопительного водогрейного котла «Универсал-РТ» чугунного секционного типа КВр (0,12…0,24) К с ручной топкой и предназначенного для теплоснабжения зданий коммунально-бытового назначения, оборудованных системами водяного отопления с принудительной циркуляцией воды с абсолютным давлением в системе до 0,7 МПа (7 кгс/см) и температурой воды до 115°C, относится к котлам отопительным водогрейным с теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт и является отопительным водогрейным прибором с открытой камерой горения.
Водогрейный котел работает следующим образом: котел и отопительная система заполняются теплоносителем (водой) через патрубок 5 для подачи в котел обратной воды из отопительной системы, затем удаляется воздух из системы и проверяется наличие циркуляции теплоносителя. Открывается полностью с помощью ручки 25 шибер 24 патрубка 4 дымохода 11, при этом приоткрывается зольник 22 котла и выдвигается лоток 23. Через дверцу загрузочную 20 топка котла заполняется растопочным материалом (бумага, сухие щепки, дрова), укладываемым на колосниковую решетку 15. Через 5-10 мин включается осевой вентилятор 27, закрывается зольник 22 и регулируется положение шибера 28 патрубка вентилятора 27. При достижении нормального горения растопочного материала загружается слой угля толщиной 50-60 мм. Добавлять очередную порцию угля необходимо, когда разгорится первый слой. Перед каждой загрузкой или добавкой угля производится его шуровка (перемешивание) в топке котла, при этом предварительно отключается осевой вентилятор 27 для предотвращения выбивания дыма в помещение через загрузочную дверцу 20, а по завершении процесса, вновь включается вентилятор 27 и регулируется положение шибера 28 для обеспечения устойчивого сжигания топлива. При сжигании топлива тепловая энергия передается через поверхность теплообмена, образованную поверхностью секций в топочном пространстве, ребрами 10 секций и колосниками 13, 14, к теплоносителю (излучением и конвекцией в топке; конвекцией от нагретых дымовых газов в конвективном дымоходе 11). Дымовые газы, образующиеся при сгорании топлива, поднимаются вверх, омывая поверхность секций в топочном пространстве, а затем поступают в конвективный дымоход 11 через щели 12, образованные последними средними секциями 6к и 6л. Дымовые газы по нижней части конвективного дымохода 11 возвращаются к передней стенке котла с помощью турбулизаторов 17, расположенных на вставках 16, завихряются и перемешиваются, затем поступают в верхнюю часть конвективного дымохода 11, последовательно в патрубок 4 и далее в дымовую трубу (см. движение стрелок на фиг.1). Нагреваемая вода через отвод подачи горячей воды 2 направляется в систему отопления, при этом контроль температуры и давления воды осуществляется по термометру 29 и манометру 30. Регулировка температуры воды осуществляется при помощи изменения процесса сжигания угля. Для этого производится уменьшение или увеличение количества подаваемого воздуха на горение с помощью осевого вентилятора 27 под колосниковую решетку 15 котла, шибером вторичного воздуха 26 в загрузочной дверце 20, а также с помощью изменения положения шибера 24 в патрубке 4 дымохода 11.
В процессе сжигания угля периодически освобождается от золы основание выдвижного лотка 23, так как заполненный лоток 23 препятствует правильному распределению воздуха, подаваемого для сжигания угля, и способствует неравномерному нагреву угля на колосниковой решетке 15. Все остатки в топке, прежде всего шлак, необходимо удалять перед каждой новой растопкой и при обновлении работы котла.
Предложенный в качестве изобретения «Котел водогрейный отопительный» в отличие от существующих аналогичных чугунных котлов, обладает конвективным трехходовым дымоходом, который выполнен не поперечными водоохлаждаемыми трубами, а стальными вставками, что позволяет увеличить высоту топки котла без увеличения расстояния между центрами конусных втулок. С целью увеличения КПД котла на вставках установлены турбулизаторы. Конструкция котла, а именно: выполнение части средних секций со стыковочными ребрами, установка 2-х вставок с турбулизаторами позволяет увеличить поверхность нагрева теплоносителя и повысить КПД до 78-80%, а также уменьшить температуру уходящих дымовых газов до 250°C.