КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ

Котел водогрейный
Устройство относится к теплоэнергетике и может найти применение при проектировании водотрубных котлов.
Известен отопительный котел (по патенту №2059940,МПК 6 F24H 1/00 от 18.05.1993г,опубл.10.05.1996г.),содержащим конвективный пучок из труб и топочную камеру с передним, задним, боковыми и двухъярусным потолочным экранами, нижний ярус которого переходит в задний экран, а верхний ярус образует две симметричные секции из труб, переходящие в боковые экраны. Все экраны объединены коллекторами и вода подается в нижний коллектор конвективного пучка, а отводится потребителю через коллектора в центральной части нижнего яруса потолочного экрана.
Такой котел характеризуется сложной конструкцией, большим количеством труб и перемычек, т.е. имеет большую металлоемкость, а также обладает низкой эффективностью из-за недостаточной циркуляции дымовых газов, не обеспечивающей подогрев воды в конвективном пучке труб. Данная конструкция котла имеет небольшой КПД.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому котлу является котел водогрейный (по патенту №2119131, МПК F 24 Н 1/12/ F22 В 21/34 от 25.09.96, опубл.20.09.1998г.), содержащий выполненные из труб топочную и конвективную части последняя из которых выполнена в виде пакета из труб с нижними раздающими и верхними собирающими коллекторами, первые из которых подключены к общему подводящему, а вторые - к общему отводящему коллекторам. В конвективной части в нижних раздающих и верхних собирающих коллекторах установлены заглушки, в местах установки которых размещены разделительные перегород ки из жаропрочного материала, предназначенные для изменения направления движения дымовых газов, поступающих из топочной части. Топочная часть имеет потолочный экран, который переходит в потолочный экран конвективной части, а также изогнутый и боковые экраны, подключенные к общему отводящему коллектору.
МПКР 24 HI/12,1/00 F 22 В 21/34
Недостатком данного устройства является громоздкость всей конструкции котла, т.к. топочная и конвективная части представляют собой единое целое, что создает трудности при монтаже и эксплуатации котла. Установка перегородок в конвективной части предусматривает продвижение дымовых газов от топочной части сверху вниз через перегородки между пакетами труб и забивает продуктами шламообразований нижние просветы перегородок меж ду пакетами труб, а прохождение дымовых газов под нижними раздающими коллекторами снижает температуру дымовых газов. Поступление подогретой воды из конвективной части в топочную сверху вниз требует дополнительных устройств, повышения их мощности для создания определенного давления горячей воды для принудительного движения в таком направлении. При этом часто происходит опрокидывание горячей воды и скопление воздуха в трубах. Конструкция топочной части имеет небольшую теплоотдачу и низкий удельный съем тепла с единицы поверхности экранов.
В основу изобретения положена задача создания конструкции водогрейного котла, обладающего высокой эффективностью за счет интенсификации теплообмена, улучшения циркуляции воды и дымовых газов, а также надежности и удобства при монтаже, ремонте и эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что котел водогрейный содержит выполненную из труб топочную и конвективную части, последняя из которых образована в виде пакетов из труб, разделенных перегородками из жаропрочного материала, с нижними раздаю щими и верхними собирающими коллекторами, первые из которых подключены к общему подводящему, а вторые - к общему отводящему коллектору, предназначенныму для направления воды в боковые и изогнутый экраны, причем трубы изогнутого экрана выполнены взаимноперпендикулярными и образуют потолочный экран, переходящий в задний. Топочная часть содержит дополнительный экран из гнутых труб, подключенный сверху через сборный коллектор, являющийся его осью симметрии, к общему отводящему коллектору, расположенному в верхней части, на расстоянии 20 см, а внизу - к общему отводящему коллектору, расположенному в нижней части котла. Боковые экраны топочной части выполнены из 1-2 рядов вертикальных труб и расположены в шахматном порядке по отношению к трубам дополнительного экра
на. Топочная и конвективная части соединяются между собой при помощи отвода, который подключен к одному из верхних собирающих коллекторов конвективной части и к общему отводящему коллектору, расположенному в низу топочной части, причем конвективная часть имеет угол наклона относительно горизонтали до 15 градусов, а разделительные перегородки из жаропрочного материала установлены с возможностью перемещения дымовых газов в горизонтальной плоскости.
Благодаря выполнению данной конструкции котла улучшается циркуляция воды в топочной и конвективной части. Подача воды снизу вверх уменьшает сопротивление движению воды по трубам, исключает возникновение воздушных включений. Конвективная и топочная части соединены между собой при помощи отвода, соединяющего один из верхних собирающих коллекторов конвективной части с общим отводящим коллектором, расположенным в низу топочной части. Разделяя конвективную и топочную части и соединяя их при помощи одного элемента, делает конструкцию котла более удобной при монтаже, ремонте и эксплуатации, позволяет пространственно расположит пакеты труб конвективной части по-разному, как удобно, и варьировать различным их количеством в зависимости от необходимой мощности котла или требуемого КПД. Разделительные перегородки их жаропрочного материала в конвективной части установлены таким образом, что создают перемещение дымовых газов в горизонтальной плоскости от одной боковой стенке котла к другой, и, опускаясь сверху вниз, собираются в дымоходе внизу на выходе конвективной части, что позволяет увеличить теплоотдачу от дымовых газов пакетам труб. При этом происходит равномерная передача тепла от пакета к пакету, что повышает эффективность предварительного подогрева воды в конвективной части при отсутствии выброса шламообразований в атмосферу, которые беспрепятственно оседают в низу конвективной части. Пакеты труб конвективной части могут быть выполнены с наклоном к горизонтали до 15 градусов ,что практически исключает возникновение воздушных включений в трубах.
Введение в топочную часть дополнительного экрана из гнутых труб и выполнение изогнутого экрана в виде взаимноперпендикулярных труб, образующих потолочный экран и переходящих в задний экран, подключенных соответственно к верхнему и нижнему общим отводящим коллекторам, позволяет увеличить поверхность нагрева, а значит повысить удельный съем тепла с единицы нагреваемой поверхности, не увеличивая размеры котла. Интенсификации теплообмена способствует расположение труб боковых экранов и дополнительного экрана из гнутых труб в шахматном порядке. Эти экраны выполнены с равными диаметрами труб и расстояниями между ними, что способствует равномерному нагреву воды в трубах, обеспечивает заданную скорость протекания горячей воды. Для улучшения теплоотдачи и исключения перегрева экранов, трубы дополнительного экрана из гнутых труб расположены на расстоянии 20 см от поверхности общего отводящего коллектора и симметричны относительно сборного коллектора топочного пакета из гнутых труб, к которому подсоединены верхней частью.
Данная конструкция котла позволяет увеличить удельный съем тепла с единицы площади, снижает перегрев экранов, способствует равномерному нагреву воды, улучшает ее циркуляцию, снижая сопротивление движению воды, а также повышает эффективность предварительного подогрева воды, что интенсифифицирует процессы теплообмена, при этом способствует охране окружающей среды, так как нет выбросов продуктов шламообразований. Конструкция водогрейного котла проста, небольших размеров, обладает высоким КПД при малом расходе топлива. Данное решение обладает высокой эффективностью, надежностью и удобством при монтаже и эксплуатации.
На фиг.1 изображен котел, вид сбоку; на фиг.2 тоже, вид сверху; на фиг.З тоже, вид спереди. Котел содержит топочную 1 и конвективную 2 части фиг.1.Экранированная топочная часть состоит из двух боковых экранов 3 фиг.З, выполненных в виде 2-х рядного пакета труб, потолочного экрана 4 фиг.1, выполненного в виде пакетов из горизонтальных труб, которые изгибаясь под прямым углом переходят в вертикальные трубы заднего экрана 5 фиг.1. Пакеты труб дополнительного экрана выполнены из гнутых труб 6 фиг.З симметрично сборному коллектору 7 фиг.1, при помощи которого подключены к общему коллектору 8 фиг.1 отводящему и раздающему.
Конвективная часть котла также образована в виде пакетов труб 9 фиг. 1,2, соединенных с нижними раздающими коллекторами 10 фиг Л и верхними собирающими коллекторами 11 фиг. 1.Нижние раздающие коллектора 10 подключены к общему подводящему коллектору 12 фиг Л, а верхние собирающие коллектора 11- к общему раздающему коллектору 8 фиг.1. Пакеты труб 9 разделены между собой вертикальными перегородками из жаропрочного материала 13 фиг.2,предназначенные для направления движения дымовых газов, поступающих из топочной части, в горизонтальной плоскости. Топочная и конвективная части, соединены при помощи отвода 14 фиг. 1,2 и подключение происходит от одного верхнего собирающего коллектора 11 к общему коллектору, расположенному в низу топочной части и раздающего воду по экранам топочной части.
Котел работает следующим образом. Вода, предназначенная для нагрева поступает из отопительной системы по патрубку в нижний общий подводящий коллектор 12 и равномерно распределяется по нижним раздающим коллекторам 10,а затем по вертикаль ным и горизонтальным трубам пакетов конвективной части, собираясь в верхних собирающих коллекторах 11. Один из верхних собирающих коллекторов соединен через отвод 14с общим коллектором 8 расположенным в низу топочной части и раздающим воду по экранам топочной части. Подогретая вода из конвективной части в топочную поступает снизу и распределяется аналогично распределению воды в конвективной части снизу вверх. Вода из общего раздающего коллектора 8 поступает в трубы заднего 5, а затем потолочного экранов 4,а также в вертикальные трубы двухрядного бокового экрана 3 и гнутые трубы дополнительного экрана 6. Вода из труб дополнительного экрана 6 собирается в сборном коллекторе 7, из которого поступает в общий отводящий коллектор 8, куда поступает также вода из заднего 5 и потолочного 4 экранов,а также из боковых экранов 3. Вода из общего отводящего коллектора 8, расположенного в верху топочной части через патрубок отводится потребителю.
При этом отходящие дымовые газы движутся из топочной части в конвективную и распределяются между пакетами труб 9 в горизонтальной плоскости, играющими одновременно роль газоот5
ходов и попадают в дымоходы вытяжной трубы, находящейся внизу конвективной части. Движение газов осуществляется в горизонтальной плоскости от одной боковой стенки к другой и сверху вниз, что улучшает теплоотдачу дымовых газов пакетам труб. Дымовые газы не опускаются ниже раздающих коллекторов конвективной части, как у прототипа, и не происходит снижение их температуры. При этом температура воды, поступившей к экранам топочной части, оказывается выше температуры воды, находящейся в обратной системе отопления за счет отводящих газов и подогрева в конвективной части. При этом не происходит выброс в атмосферу продуктов от сгорания топлива. Они оседают внизу конвективной части и при их накоплении, в отличие от прототипа, движение дымовых газов сохраняется в горизонтальной плоскости и сверху вниз. Это повышает эффективность подогрева воды в конвективной части и надежность работы котла. Пакеты труб конвективной части могут быть наклонены под углом до 15 градусов к горизонтали, что исключает возникновение воздушных включений. Котел может работать с конвективной частью, так и без нее. В зависимости от конкретных условий и задач конвективная часть может иметь различное количество пакетов труб, что позволяет менять параметры котла в целом. Введение дополнительного экрана из гнутых труб позволяет повысить съем тепла с единицы поверхности, не изменяя размеров котла, а расположение труб бокового и дополнительного экранов в шахматном порядке при равных диаметрах труб и расстояний между ними позволяет улучшить теплоотдачу, способствует равномерному нагреву воды в трубах. Трубы боковых, дополнительного, потолочного и заднего экранов, а также вертикальных труб конвективной части имеют равные диаметры, что позволяет упростить процесс изготовления котла. Расположение и выполнение всех экранов, а особенно, пото лочного и заднего в виде целого и загнутого под углом 90 градусов, дополнительного экрана в виде гнутых труб симметрично сборному коллектору и расположенных на расстоянии 20 см от поверхности общего отводящего экрана повышает равномерность нагрева воды, способствует интенсификации процесса теплообмена.
Конструктивное решение топочной и конвективной части котла позволяет значительно увеличить производительность котла
по сравнению с прототипом при минимальном расходе топлива и выбросе в атмосферу продуктов шламообразований, иметь небольшие габариты, а также обладать высокой надежностью и эффективностью, удобством при изготовлении, монтаже и эксплуатации. Котел можеть работать как на твердом, так и на газовом топливе. Котлы такой модификации успешно работают уже в течение 2 лет.