ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
HOT WATER BOILER

Изобретение относится к области коммунальной теплоэнергетике и может быть использовано в котельных установках малой мощности для обогрева помещений.
Известен водогрейный котел, состоящий из обечаек, водяных рубашек, полости с дымогарными трубками, газополости, подсоединительные патрубки. См. описание изобретения к патенту РФ №2072484, публ. 27.01.1997 г. При горении топлива горячие газы проходят через дымогарные трубы водяной полости через газополость, оборачиваясь в верхней части, через другую газополость отдают свое тепло стенкам обечаек и теплоносителю. Топливо загружается в котел через дверцу и сгорает под дымогарными трубами.
К недостаткам известного водогрейного котла можно отнести возможность скопления и подпора нагретых газов в верхней части водогрейного котла и проход нагретых газов без взаимодействия с дымогарными трубками водяной полости, что существенно снижает эффективность теплоотдачи и коэффициент полезного действия сгораемого топлива.
Известен более совершенный водогрейный котел по патенту РФ №2068158, публ. 20.10.1996 г., который снабжен корпусом с водяной рубашкой и расположенной корпусе топкой с колосниковой решеткой. В полости корпуса смонтированы поперечные экраны и связки. Обмуровка направляющей, шарнирного козырька, теплозащитной крышки и тепловоздушных облицовок обеспечивает сохранение тепла. После розжига растопочного материала на колосниковой решетке и полной загрузки топки начинается длительное горение топлива. Нижний слой топлива свободно горит, пространство между зеркалом горения и подвесными экранами питается кислородом воздуха и идет интенсивное горение. По ходу оседания сгоревшего топлива стенки водяной рубашки корпуса и наклонные стенки поперечных экранов подключаются к нагреву теплоносителя.
К недостаткам известного водогрейного котла можно отнести низкую эффективность передачи тепла от нагретых газов теплоносителю. Большая часть нагретых газов с высокой температурой выходят из водогрейного котла так и не отдав тепло теплоносителю.
Известен водогрейный котел с большей эффективностью теплоотдачи тепла от нагретых газов теплоносителю - прототип, см. описание изобретения к а.с. №1388669 М. кл. F24H 1/24, публ. 15.04.88 г. Известный водогрейный котел содержит топку с колосниковой решеткой, дымоход, образованный окруженными водяными рубашками, обечайками с проемами и торцевыми стенками с люками, причем в дымоходе установлены перегородки для образования лабиринтного канала. Обечайки дымохода выполнены пересекающимися, с образованием трех сопряженных полостей, при этом проемы в обечайках каждой полости дымохода выполнены у противоположных торцевых стенок.
К недостаткам водогрейного котла-прототипа можно отнести наличие перегородок и горизонтальных обечаек в зоне движения нагретых газов, которые снижают их скорость движения и создают очаги застоя газов, особенно при их перемещении вниз, что снижает эффективность теплоотдачи и приводит к дополнительным операциям и средствам по обеспечению возможности перемещения нагретых газов.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение эффективности и надежности работы водогрейного котла.
Поставленная настоящим изобретением техническая задача достигается тем, что водяная рубашка, образованная стенками-полостями выполнена, по крайней мере, с двумя выполненными вовнутрь полости корпуса водогрейного котла чередующимися с разных сторон полостями-рукавами, при этом полости-рукава смонтированы по отношению к вертикально расположенным стенкам рубашки с наклоном под углом от 2-25 градусов.
Каждая полость-рукав рубашки водогрейного котла снабжена наклонным, как и полость-рукав, экраном.
Каждый экран перекрывает на 40-60% просвет (канал) между передней, или задней стенкой-полостью рубашки.
Экраны выполнены регулируемыми с возможностью их перемещения в продольном направлении для обеспечения заданных объемов прохождения разогретых газов.
Полости-рукава водяной рубашки выполнены из гофрированного металла.
Верхняя торцевая стенка-полость водяной рубашки выполнена с наклоном от выходного патрубка под углом до 15 градусов.
На фронтальной поверхности водогрейного котла выполнены по крайней мере, два ревизионных проема, со смонтированными в них дверцами.
Водяная рубашка снабжена ТЭНами для альтернативного нагрева теплоносителя, смонтированными в нижней ее части.
Новизной предложенного водогрейного котла является выполнение водяной рубашки, образованной стенками-полостями, по крайней мере, с двумя выполненными во внутрь полости корпуса водогрейного котла чередующимися с разных сторон полостями - рукавами, при этом полости-рукава смонтированы по отношению к вертикально расположенным стенкам рубашки с наклоном под углом от 2-25 градусов.
Указанные признаки являются новыми, неочевидными, промышленно применимыми, дающими неожиданный дополнительный положительный эффект более полной теплоотдачи выравнивания температуры теплоносителя по мере его продвижения при сжигании топлива при равномерно-последовательном перемещении нагретых газов и теплоносителя снизу вверх и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи повышения эффективности и надежности работы водогрейного котла.
Так, при передаче тепла нагретыми газами теплоносителю последний всегда имеет возможность вследствие наклона полостей-рукавов а также посредством конвективного или принудительного воздействия подниматься вверх, перемешиваясь и максимально при этом воспринимая тепло от нагретых газов.
Выполнение двух и более полостей-рукавов водяной рубашки позволяет полностью с заданной степенью передать тепло нагретых газов теплоносителю.
Признаки наличия у каждой полости-рукава рубашки водогрейного котла наклонного, как и полость-рукав экрана, выполнение экрана, перекрывающего на 40-60% просвет (канал) между передней, и/или задней стенкой-полостью рубашки, выполнение экранов регулируемыми с возможностью их перемещения в продольном направлении для обеспечения заданных объемов прохождения разогретых газов, а также выполнение полости-рукава водяной рубашки из гофрированного металла и выполнение верхней торцевой стенки-полости водяной рубашки с наклоном от выходного патрубка под углом до 15 градусов способствуют повышению эффективности теплоотдачи, продвижению теплоносителя без задержки, без образования застойных зон и зон перегрева теплоносителя.
Выполнение на фронтальной поверхности водогрейного котла, по крайней мере, двух ревизионных проемов со смонтированными в них дверцами позволяет длительное время эксплуатировать котел без разборки, периодически очищая поверхности рукавов и экранов, позволяет регулировать положение экранов и соответственно объемы проходящих под и над экраном нагретых газов.
Обеспечение водяной рубашки ТЭНами для альтернативного нагрева теплоносителя, смонтированными в нижней ее части, позволяют осуществлять бесперебойный обогрев помещения.
На чертеже схематично представлен предлагаемый водогрейный котел.
Водогрейный котел состоит из корпуса 1, представляющего собой водяную рубашку с передней 2 и задней 3, боковыми и верхней торцевой 4 полостями-стенками, в которых циркулирует теплоноситель. Теплоноситель поступает в полость рубашки при помощи входного 5 и выходит из полости рубашки при помощи выходного 6 патрубков. Верхняя торцевая полость 4 рубашки водогрейного котла выполнена со скосом (под наклоном) от выходного патрубка 6. В нижней части водогрейного котла смонтирована колосниковая решетка 7, на которой происходит сгорание топлива 8. Топливо 8 загружается в водогрейный котел через дверцу 9, а шлак удаляется при помощи выдвижного контейнера 10, устанавливаемого под колосниковой решеткой 7. Рукава-полости 11 выполнены последовательно чередующимися на передней 2 и задней 3 полостях-стенках рубашки с наклоном под углом до 25 градусов к горизонтали, а экраны 12 смонтированы параллельно рукавам-полостям 11. При этом экраны 12 смонтированы над рукавами-полостями 11, перекрывая на 40-60% просвет 13 между передней 2 или задней 3 стенкой-полостью рубашки. Ревизия и очистка рукавов-полостей 11 от шлака и пыли осуществляется при помощи ревизионных проемов и смонтированных в них дверок 14. Для обеспечения бесперебойного теплоснабжения в нижней части рубашки смонтированы ТЭНы 15. В верхней части выходного патрубка установлен расширительный бачок 16. Для дополнительного закручивания потока нагретых газов и для обеспечения лучшей теплоотдачи на внутренней поверхности рубашки смонтированы ребра жесткости 17, которые дополнительно воспринимают и передают тепло теплоносителю.
Предлагаемый водогрейный котел работает следующим образом.
Через дверцу 9 на колосниковую решетку 7 подается топливо 8. После возгорания топлива 8 нагретые газы устремляются вверх и в стороны, нагревая теплоноситель в нижней части рубашки. Затем нагретые газы, проходя через проем 13, разделяются на два потока, один из которых, удерживаемый экраном 12, прижимается к верхней поверхности нижнего рукава-полости рубашки, а второй поток поступает на нагрев нижней поверхности второго рукава-полости рубашки, обеспечивая тем самым равномерную теплоотдачу как нижнему рукаву-полости, так и верхнему рукаву-полости рубашки. При прохождении нагретых газов через последующий проем 13 между передней стенкой-полостью рубашки и рукавом-полостью вновь происходит разделение нагретых газов на два потока. Один проходит над верхней поверхностью второго рукава-полости 11, а другой - под нижней поверхностью третьего рукава-полости рубашки.
Металлические ребра жесткости, смонтированные на внутренней поверхности рубашки, способствуют улучшению теплоотдачи, предотвращают коробления и обеспечивают сохранность геометрии внутренней поверхности рубашки и ее герметичность.
Шлак и зола, провалившиеся через колосниковую решетку 7, удаляются при помощи выдвигаемого контейнера 10. Использование электроэнергии и подогрева теплоносителя при помощи ТЭНов позволяет бесперебойно осуществлять теплоснабжение помещений.
В настоящее время на предлагаемый водогрейный котел автором разработаны рабочие чертежи, изготовлен опытный образец котла, который для проверки надежности и эффективности работы переданы на испытания и в эксплуатацию. После получения информации о работе опытного образца котла будет принято решение об организации их производства.