Патент на изобретение №2311595

Область техники

Изобретение относится к области теплоснабжения и может быть использовано в стальных водогрейных котлах малой и средней мощности.

Уровень техники

Известны водогрейные газотрубные котлы, содержащие топку в виде жаровой трубы или жарового пространства, одноходовую или двухходовую конвективную поверхность нагрева, причем эти поверхности находятся совместно с жаровой трубой внутри основного корпуса котла либо находятся внутри отдельных цилиндрических камер, выходящих за пределы основного корпуса котла, содержащего жаровую трубу (см. FR 2479425, МПК F24H 1/22, опубл. 27.03.80 г. DE 7305328, МПК F24H 1/36, опубл. 28.06.73 г. G 8106325.3, МПК F24H 1/36, опубл. 06.03.81 г. DE 29719719 U1, МПК F24H 1/28, опубл. 12.05.99 г., DE 19726474 A1, МПК F24H 1/22, опубл. 24.12.98 г. DE 19519963 A1, МПК F23C 9/08, опубл. 05.12.96 г. DE 19854910 A1, МПК F24H 1/22, опубл. 08.06.2000 г.). Недостатком таких конструкций котлов является то, что эти котлы являются либо низкотемпературными, либо котлами без механических напряжений, но одновременно этими свойствами не обладают.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является низкотемпературный водогрейный вертикальный котел, включающий корпус, между верхним и нижним днищем которого размещены топка, выполненная в виде жаровой трубы, а также конвективный газотрубный пучок, соединенные по ходу газов в своей нижней части через поворотную камеру, причем это сочленение жаровой трубы является «плавающим» в водяном объеме котла, что и обеспечивает отсутствие существенных механических напряжений.

Данное сочленение жаровой трубы с пучком заключено в вертикальную рубашку, прикрепленную к верхнему днищу котла, что вместе с оригинальной системой подачи, смешения и выхода воды в котле делает его низкотемпературным. Котел-прототип является разборным (см. патент DE 19957000 A1, МПК F24H 1/22, опубл. 31.05.2001 г).

Недостатками прототипа являются:

– сложность конструкции и системы циркуляции в котле;

– невозможность применения данной конструкции в котлах большой мощности;

– возможность возникновения сажевых отложений в поворотной камере, в особенности при работе на мазуте;

– при достаточно низких температурах подающей и обратной воды в трубах котла возможна конденсация.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка котла простой конструкции с более широким диапазоном мощностей, более удобного в эксплуатации и с лучшими техническими характеристиками.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается частично с помощью признаков, общих с прототипом, указанных в формуле изобретения, таких как водогрейный котел, включающий основной корпус, между нижним и верхним днищами которого размещены топка, выполненная в виде жаровой трубы, а также конвективный газотрубный пучок второго хода, причем топка соединена по ходу газов в нижней своей части с газотрубным пучком второго хода через внутреннюю поворотную камеру, при этом такое сочленение является «плавающим» в водяном объеме котла.

Кроме того, поставленная задача решается с помощью следующих отличительных признаков: котел снабжен водной цилиндрической камерой с заключенным в ней газотрубным пучком третьего хода, которая расположена выше основного корпуса вертикально и соединена по ходу газов с основным корпусом котла через выходную и промежуточную камеры, а по воде соединена участком трубопровода с основным корпусом, при этом в основном корпусе котла выполнены разделительная вертикальная перегородка, отделяющая околотопочный водный объем от водного объема конвективного газотрубного пучка второго хода, с зазорами в нижней части для выхода воды из околотопочного объема, а также съемная газовая распределительная камера, прикрепленная к поворотной камере и трубной доске конвективного газотрубного пучка второго хода, при этом нижняя часть съемной газовой распределительной камеры, а также нижняя часть поворотной камеры имеют уклон в сторону, противоположную движению газов. Котел снабжен датчиком температуры, установленным внутри участка упомянутого трубопровода.

Перечисленные выше признаки позволяют получить следующий технический результат:

– котел имеет более широкий диапазон мощностей и более простую конструкцию;

– улучшение характеристик работы котла, в частности отсутствие нижнего предела температуры обратной магистрали при работе на любых нагрузках;

– улучшение условий эксплуатации котла за счет более удобной очистки и возможности замены труб конвективных поверхностей нагрева котла, нет необходимости в подмешивающем насосе;

– возможность более рационального использования объема помещения котельной за счет расположения конвективного пучка третьего хода.

Указанные выше отличительные признаки направлены на решение поставленной задачи – разработка удобного в эксплуатации, имеющего улучшенные характеристики котла с широким диапазоном мощностей, – и являются существенными.

Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, «новизна».

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется описанием конкретного котла и прилагаемыми чертежами, где:

на фиг.1 представлен продольный разрез по его оси через середину жаровой трубы и конвективных пучков (по А-А);

на фиг.2 – поперечный разрез основного корпуса котла на середине его высоты по Б-Б;

на фиг.3 – вид котла сверху.

Осуществление изобретения

Низкотемпературный водогрейный котел включает (фиг.1) основной корпус 1, между нижним 2 и верхним 3 днищами которого размещены топка 4, выполненная в виде жаровой трубы 5, а также конвективный газотрубный пучок 6. Топка 4 соединена по ходу газов в нижней своей части с газотрубным пучком 6 второго хода через внутреннюю поворотную камеру 7. Такое сочленение является «плавающим» в водяном объеме котла. Котел снабжен водной цилиндрической камерой 8 с заключенным в ней газотрубным пучком третьего хода 9, которая расположена выше основного корпуса 1 вертикально и соединена по ходу газов с основным корпусом котла через выходную 10 и промежуточную камеры 11, а по воде – участком трубопровода, внутри которого установлен датчик температуры 12.

В основном корпусе 1 котла выполнены разделительная вертикальная перегородка 13, отделяющая околотопочный водный объем от водного объема конвективного пучка второго хода 6, с зазорами 14 в нижней части для выхода воды из околотопочного объема, а также отдельная съемная газовая распределительная камера 15, нижняя часть которой, а также нижняя часть поворотной камеры 7 имеют уклон в сторону, противоположную движению газов.

Топка 4, кроме жаровой трубы 5, имеет нижнее днище 16 и крышку лаза топки 17 с отверстием для горелки 18.

Жаровая труба 5 имеет в своей нижней части отверстие 19 для поворотной камеры 7.

Конвективный газотрубный пучок второго хода 6 состоит из нижней трубной доски 20 и газовых трубок 21.

Распределительная камера 15 является съемным элементом и крепится к поворотной камере 7 и нижней трубной доске 20 пучка второго хода с помощью специальных уплотнительных соединений 22.

Разделительная перегородка 13 имеет в своей нижней части П-образную форму, то есть в центральной части котла имеет меньшую длину для пропуска поворотной камеры, с зазором 14 для пропуска воды, а по краям – большую длину для образования зазора, равному зазору 23 для пропуска воды в нижней части основного корпуса 1 котла.

Водяная цилиндрическая камера 8, а также выходная камера 10 и промежуточная камера 11 соединяются между собой фланцевыми соединениями 24.

Конвективный газотрубный пучок третьего хода 9 состоит из нижней трубной доски 25, верхней трубной доски 26 и газовых трубок 27.

Вход воды в котел (фиг.3) через патрубок 28, выход воды из котла через патрубок 29, основной корпус котла 1 соединяется по ходу воды с цилиндрической водяной камерой 8 участком трубопровода 30.

В основном корпусе 1 котла (фиг.2) околотопочное водное пространство 31 отделено от водного пространства 32 конвективного пучка второго хода 6 разделительной перегородкой 13.

Топка котла 4 вместе с поворотной камерой 7, конвективный пучок второго хода 6, а также разделительная перегородка 13 крепятся к нижней части верхнего днища 3 основного корпуса 1 котла и при разъеме фланцевого соединения 33 могут как единое целое доставаться кверху из основного корпуса 1 котла.

Котел работает следующим образом (фиг.1). Образующиеся при сжигании топлива в топке 4 дымовые газы поступают из нижней части жаровой трубы 5 в поворотную камеру 7, проходят через распределительную камеру 15, откуда расходятся по вертикальным газовым трубкам 21 конвективного пучка второго хода 6, поступают из них в выходную камеру 10, далее проходят через промежуточную камеру 11 и поступают в вертикальные газовые трубки 27 конвективного пучка третьего хода 9, после чего покидают котел.

Вода поступает в котел через горизонтальный патрубок 28 (фиг.3) в верхней части основного корпуса 1 котла, движется вниз по околотопочному водному пространству 31, нагревается, а затем условно разделяется на два потока:

– первый (основной) поток опускается до днища 2 основного корпуса 1 котла, а затем проходит через зазор 23, образуемый по краям основного корпуса 1 разделительной перегородкой 13, а в середине – днищем поворотной камеры 7, поступает в водное пространство 32 (фиг.2);

– второй поток опускается в средней части околотопочного пространства 31 до верха поворотной камеры 7 и через зазор 14 между средней частью разделительной перегородки 13 и верхом поворотной камеры 7, также поступает в водное пространство 32.

Далее вода, поднимаясь по водному пространству 32 вверх, омывает наружные поверхности распределительной камеры 15, нижней трубной доски 20 и газовых трубок 21 конвективного пучка второго хода 6, достигает верхнего днища 3, нагревается и покидает основной корпус 1 котла через участок трубопровода 30, направляется по нему в межтрубное пространство цилиндрической водяной камеры 8, поднимется вверх до трубной доски 26, омывая наружные поверхности газовых трубок 27 конвективного пучка третьего хода 9, нагревается и выходит из котла через патрубок 29 в верхней части водяной камеры 8.

Принятая схема циркуляции воды в котле в сочетании с вертикальным расположением газовых трубок 21 конвективного пучка второго хода 6 предоставляет возможность обеспечения отсутствия конденсации влаги дымовых газов в котле при любых, самых низких температурах обратной воды и любых нагрузках котла за счет следующего:

– первоначальный вход холодной обратной воды в околотопочное водное пространство 31, отделенное от водного пространства 32 конвективного пучка второго хода 6. Таким образом, к конвективному пучку второго хода поступает не холодная обратная вода, а существенно подогретая, поскольку доля топки в общей теплоотдаче котла составляет, как правило, не менее 50%;

– направление движения воды в водном пространстве 32 конвективного пучка второго хода 6 снизу вверх, что совпадает с направлением естественной конвекции при нагревании воды. Скорости движения незначительны, и при движении воды в направлении снизу вверх в межтрубном пространстве пучка 6 создается ламинарное течение воды, являющееся естественной защитой от конденсации, поскольку наблюдается увеличение температуры на поверхности газовых трубок 21 конвективного пучка второго хода 6;

– при работе котла на малых нагрузках при низких температурах обратной воды расход воды в котле путем воздействия системы автоматики от датчика температуры 12 уменьшается в несколько раз (до трех-четырех раз), соответственно возрастает перепад температур нагреваемой в котле воды, а на конвективных поверхностях температура поверхности трубок повышается выше температуры точки росы.

Пуск котла должен производиться в режиме сочетания работы горелки котла на максимальной нагрузке с минимальным расходом воды через котел, при этом тонкий пристенный ламинарный пограничный слой вблизи наружной поверхности трубок конвективных очень быстро нагревается при существенном влиянии естественной конвекции, поэтому температура газов в трубках конвективных пучков очень быстро «проскакивает» температуру точки росы, отсюда нет необходимости в работе подмешивающего насоса при пуске котла.

Формула изобретения

1. Водогрейный котел, включающий основной корпус, между нижним и верхним днищами которого размещены топка, выполненная в виде жаровой трубы, а также конвективный газотрубный пучок второго хода, причем топка соединена по ходу газов в нижней своей части с конвективным газотрубным пучком второго хода через внутреннюю поворотную камеру, при этом такое сочленение является “плавающим” в водяном объеме котла, отличающийся тем, что котел снабжен водной цилиндрической камерой с заключенным в ней конвективным газотрубным пучком третьего хода, которая расположена выше основного корпуса вертикально и соединена по ходу газов с основным корпусом котла через выходную и промежуточную камеры, а по воде соединена участком трубопровода с основным корпусом, при этом в основном корпусе котла выполнены разделительная вертикальная перегородка, отделяющая околотопочный водный объем от водного объема конвективного газотрубного пучка второго хода, с зазорами в нижней части для выхода воды из околотопочного объема, а также съемная газовая распределительная камера, прикрепленная к поворотной камере и к трубной доске конвективного газотрубного пучка второго хода, при этом нижняя часть съемной газовой распределительной камеры, а также нижняя часть поворотной камеры имеют уклон в сторону, противоположную движению газов.

2. Водогрейный котел, отличающийся тем, что котел снабжен датчиком температуры, установленным внутри участка упомянутого трубопровода.

РИСУНКИ