RU160540U1 - Котел водогрейный - Google Patents

Abstract

1. Котел водогрейный, содержащий, как минимум, один вертикально расположенный нагревательный элемент, выполненный из пористого материала, теплообменники, содержащие оребренные трубы, устройство подготовки топливовоздушной смеси и устройство дымоудаления, отличающийся тем, что нагревательный элемент расположен между теплообменниками, содержит обращенные к теплообменникам пористые пластины толщиной 5-7 мм с объемной плотностью пор 60-70%, теплообменник содержит два ряда оребренных труб, расположенных горизонтально, причем каждое ребро загнуто с двух противоположных сторон до соприкосновения с соседним ребром, а трубы установлены так, чтобы образовавшиеся плоскости гиба ребер были повернуты относительно плоскости пластин на угол от 30 до 40°.2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он содержит шесть нагревательных элементов, объединенных в три ячейки, установленные на едином основании.3. Котел по п. 2, отличающийся тем, что в канале, соединяющем устройство подготовки топливовоздушной смеси с ячейками размещен перфорированный лист.4. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен системой окон, оборудованных прозрачными термостойкими стеклами.5. Котел по п. 1, отличающийся тем, что зазор между пористыми пластинами и оребренными трубами составляет от 40 до 50 мм.6. Котел по п. 1, отличающийся тем, что ребра загнуты на угол, составляющий от 80 до 88°.7. Котел по п. 1, отличающийся тем, что зазор между ребрами в местах их крепления к трубе составляет от 3 до 5 мм.8. Котел по п. 1, отличающийся тем, что толщина ребра составляет от 0,8 до 1,2 мм.9. Котел по п. 1, отличающийся тем, что шаг оребрения составляет от 3 до 6 мм.10. Котел по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник содержит дополнительный ряд оребренных тру

Description

Полезная модель относится к источникам получения тепловой энергии, в частности к водогрейным котлам и может быть использована, в частности, для нужд теплоснабжения в частных домах, а также для комплектации блочно-модульных или крышных котельных.

Известен котел водогрейный, содержащий корпус с экономайзерной и активной зонами, каталитические нагревательные элементы, выполненные из пористого материала, включающие катализатор, расположенный на носителе, и теплообменники (Поливода Ф.А. Каталитические котлы и энергоустановки, МЭИ, 2003, с. 54-55).

Недостатками известного котла являются: нерациональное конструктивное выполнение излучающих каталитических элементов, которое снижает на 30% интенсивность инфракрасного излучения и уменьшает бинарную радиационно-конвективную теплопередачу к теплоприемникам, а также повышает взрывоопасность котла.

Наиболее близким к заявляемому по технической сути является котел водогрейный, содержащий корпус с экономайзерной и активной зонами, устройство подготовки топливо-воздушной смеси и устройство дымоудаления, каталитические нагревательные элементы, выполненные из пористого материала и включающие катализатор, расположенный на носителе, и теплоприемники /RU 39687, F24H 1/00, 2004/. Данное техническое решение выбрано за прототип. Отличительной особенностью прототипа является то, что он снабжен отражающим замкнутым экраном, установленным в активной зоне с зазором относительно внутренней поверхности корпуса. Каждый каталитический элемент выполнен из магнитного материала с магнитной восприимчивостью от 3,6·106 до 106·10 6 ГсЭ/г в виде полой камеры с продольным сечением в форме трапеции, две противоположно расположенные боковые стенки которой выполнены в виде излучающих пластин. Теплоприемники выполнены в виде трубчатых змеевиков с ребрами, при этом змеевики с ребрами, размещенные в активной зоне, на внешней своей стороне имеют покрытие, обладающее селективными свойствами, с толщиной 50-80 мкм, и выполненное из оксидов магнитных металлов переходных групп. Причем змеевики с ребрами, размещенные в активной зоне, установлены вокруг каталитических нагревательных элементов на расстоянии от внешней поверхности излучающих пластин, равным 7-14 мм, а между змеевиками, расположенными в экономайзерной зоне в средней ее части, установлены средства для сбора конденсата.

К недостаткам прототипа следует отнести, во-первых, низкую энергетическую эффективность, а, во-вторых, повышенную нагрузку на окружающую среду. Первый недостаток обусловлен тем обстоятельством, что трубная решетка теплообменника реакторной зоны котла состоит из 1-го ряда труб расположенных напротив излучающих пластин и выполнена с большим межтрубным зазором - 12 мм. Вследствие этого значительная доля ИК-излучения проходит, минуя теплоприемные поверхности. Кроме того, низкая скорость движения дымовых газов в экономайзере ограничивает их тепловосприятие и, соответственно, теплоперенос. Второй недостаток обусловлен значительным количеством выбросов окислов азота NOx с дымовыми газами, образующимися вследствие неполного сжигания газового топлива на различных режимах работы водогрейного котла.

Авторы решали задачу по созданию водогрейного котла, лишенного указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности и снижении нагрузки на окружающую среду.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается котел водогрейный, содержащий, как минимум, один вертикально расположенный нагревательный элемент, выполненный из пористого материала, теплообменники, содержащие оребренные трубы, устройство подготовки топливо-воздушной смеси и устройство дымоудаления. Отличительной особенностью предлагаемого водогрейного котла является то, что нагревательный элемент расположен между теплообменниками, содержит обращенные к теплообменникам пористые пластины толщиной 5-7 мм с объемной плотностью пор 60-70%, теплообменник содержит два или три ряда оребренных труб, расположенных горизонтально, причем каждое ребро загнуто с двух противоположных сторон до соприкосновения с соседним ребром, а трубы установлены так, чтобы образовавшиеся плоскости гиба ребер были повернуты относительно плоскости пластин на угол от 70 до 80°.

Дополнительно предлагается котел снабдить шестью нагревательными элементами, объединенными в три ячейки, установленные на едином основании. При этом в канале, соединяющем устройство подготовки топливо-воздушной смеси с ячейками может быть размещен перфорированный лист.

Дополнительно предлагается котел снабдить системой окон, оборудованных прозрачными термостойкими стеклами.

Дополнительно предлагается зазор между пористыми пластинами и оребренными трубами выполнить от 40 до 50 мм.

Дополнительно предлагается ребра загнуть на угол, составляющий от 80 до 88°.

Дополнительно предлагается зазор между ребрами в местах их крепления к трубе выполнить от 3 до 5 мм.

Дополнительно предлагается ребра выполнить с толщиной составляющей от 0.8 до 1,2 мм.

Также дополнительно предлагается выполнить оребренные трубы с шагом оребрения от 3 до 6 мм.

Выполнение котла водогрейного с нагревательным элементом, расположенным между теплообменниками и содержащим обращенные к теплообменникам пористые пластины толщиной 5-7 мм с объемной плотностью пор 60-70% позволяет организовать эффективную передачу тепла от нагревательного элемента к теплообменникам. Выполнение теплообменника с двумя или тремя рядами оребренных труб, расположенных горизонтально так, чтобы каждое ребро было загнуто с двух противоположных сторон до соприкосновения с соседним ребром, а трубы установлены так, чтобы образовавшиеся плоскости гиба ребер были повернуты относительно плоскости пластин на угол от 30 до 40° приводит к тому, что трубная решетка становится светонепроницаемой и значительно эффективнее утилизирует тепло поступающее от горелок в виде ИК-излучения. Кроме того, указанный выше характер оребрения труб, их взаимное расположение обеспечивают значительное повышение скорости потока дымовых газов, как следствие возрастает тепловосприятие в экономайзерной зоне из-за увеличения коэффициента теплопередачи. Выполнение нагревательного элемента с пластинами указанной толщины и объемной плотностью пор совместно с конструктивным исполнением трубной решетки позволяет эффективно сжигать топливо без образования вредных примесей CO и NOx.

Исполнение водогрейного котла с шестью нагревательными элементами, объединенными в три ячейки, установленные на едином основании совместно с канале, совместно с размещением перфорированного листа с заданной пропускной способностью в канале, соединяющем устройство подготовки топливо-воздушной смеси с ячейками, позволяет добиться равномерного распределения газового топлива в каждую из трех ячеек горелочного блока.

Оснащение котла системой окон, оборудованных прозрачными термостойкими стеклами, позволяет обеспечить визуальный контроль и регулирование процесса горения газового топлива.

Выполнение котла с зазором между пористыми пластинами и оребренными трубами в диапазоне от 40 до 50 мм обеспечивает эффективный дожиг CO.

Выполнение водогрейного котла с указанными геометрическими параметрами оребренных труб позволяет увеличить скорость дымовых газов и интенсифицировать конвективный теплообмен.

Таким образом, достигается указанный технический результат.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез водогрейного котла, на фиг.2 представлен продольный разрез котла, на фиг. 3, 4 и 5 представлены три проекции оребренной трубы, на фиг. 6 показана оребренная труба в аксонометрии, где 1 - нагревательный элемент, объединяющий несколько пористых пластин, 2 и 3 - теплообменники, содержащие оребренные трубы, 4 - устройство подготовки топливо-воздушной смеси включающее эжектор и вентилятор, 5 - устройство дымоудаления, 6 и 7 - пористые пластины, 8 - ребро, 9 - ячейка, объединяющая нагревательные элементы, 10 - основание, 11 - канал, соединяющий устройство подготовки топливо-воздушной смеси с ячейками, 12 - перфорированный лист, 13 - смотровое окно, 14, 15 - электроды розжига, 16 - корпус, 17, 18 - патрубки удаления конденсата, 19 - патрубок ввода газа. Пористые пластины 6 и 7 выполнены толщиной 5-7 мм с объемной плотностью пор 60-70% и имеют изотропную или анизотропную структуру в поперечном сечении пластины. Оребренные трубы теплообменников 2 и 3 установлены так, чтобы образовавшиеся плоскости гиба ребер были повернуты относительно плоскости пластин на угол α, находящийся в диапазоне от 70 до 80° (70°≤α<80°). Зазор A между пористыми пластинами 6, 7 и оребренными трубами теплообменников 2 и 3 составляет от 40 до 50 мм (40≤A≤50). Ребра загнуты на угол β, составляющий от 80 до 88° (80°≤β≤88°). Зазор между ребрами B в местах их крепления к трубе составляет от 3 до 5 мм (3≤B≤5). Толщина ребра C составляет от 0.8 до 1,2 мм (0,8≤C≤1,2). Шаг оребрения D составляет от 3 до 6 мм (3≤D≤6).

Котел водогрейный работает следующим образом. Перед началом работы теплообменники 2 и 3 подключают к водяному контуру (на фигурах не показан). Устройство подготовки топливно-воздушной смеси 4 через патрубок ввода газа 19 подключают к газовой сети (на фигурах не показана). Патрубки удаления конденсата 17 и 18 подключают к дренажной системе (на фигурах не показана). Устройство дымоудаления 5 подключают к дымоходу (на фигурах не показан). Топливный газ, проходя по устройству подготовки топливно-воздушной смеси 4 эжекторно смешивается с воздухом и при помощи вентилятора нагнетается в канал 11, соединяющий устройство подготовки топливо-воздушной смеси 4 с ячейками 9. Проходя через перфорированный лист 12 с заданной пропускной способностью топливная смесь распределяется по ячейкам 9 и проникает через пористые пластины 6 и 7. В поперечном сечении пористая пластина 6 или 7 может иметь как изотропную так и анизотропную структуру. Пористая структура и материал пластин 6 и 7 обеспечивает больший ресурс работы в условиях инфракрасного излучения и циклического термонагружения. Топливо-воздушную смесь разжигают при помощи электродов розжига 14 и 15. Горение топливо-воздушной смеси происходит в толще пластин 6 и 7. При этом беспламенное сгорание сопровождается мощным инфракрасным излучением с длиной волны от 1,5 до 7,5 мкм при температуре пластин 650-850°C. Тепло, выделившееся от пластин 6 и 7 передается на оребренные трубы теплообменников 2 и 3, где происходит поглощение тепла и нагрев воды. Вода, при прохождении по трубам теплообменников 2 и 3 нагревается за счет инфракрасного излучения пластин 6 и 7 (лучистое тепло) и использованных дымовых газов (конвективное тепло). Для визуального контроля процесса горения, в корпусе 16 предусмотрено смотровое окно 13, закрытое термостойким стеклом. Нагретая в теплообменниках 2 и 3 вода поступает в водяной контур. Охлажденные в теплообменнике 2 и 3 дымовые газы через устройство дымоудаления 5 направляются в дымоход. В процессе работы конденсат, образовавшийся на поверхностях за счет остаточного тепловыделения собирается внизу корпуса 16 и выводится в дренажную систему при помощи патрубков удаления конденсата 17 и 18.

Claims (10)

1. Котел водогрейный, содержащий, как минимум, один вертикально расположенный нагревательный элемент, выполненный из пористого материала, теплообменники, содержащие оребренные трубы, устройство подготовки топливовоздушной смеси и устройство дымоудаления, отличающийся тем, что нагревательный элемент расположен между теплообменниками, содержит обращенные к теплообменникам пористые пластины толщиной 5-7 мм с объемной плотностью пор 60-70%, теплообменник содержит два ряда оребренных труб, расположенных горизонтально, причем каждое ребро загнуто с двух противоположных сторон до соприкосновения с соседним ребром, а трубы установлены так, чтобы образовавшиеся плоскости гиба ребер были повернуты относительно плоскости пластин на угол от 30 до 40°.

2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он содержит шесть нагревательных элементов, объединенных в три ячейки, установленные на едином основании.

3. Котел по п. 2, отличающийся тем, что в канале, соединяющем устройство подготовки топливовоздушной смеси с ячейками размещен перфорированный лист.

4. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен системой окон, оборудованных прозрачными термостойкими стеклами.

5. Котел по п. 1, отличающийся тем, что зазор между пористыми пластинами и оребренными трубами составляет от 40 до 50 мм.

6. Котел по п. 1, отличающийся тем, что ребра загнуты на угол, составляющий от 80 до 88°.

7. Котел по п. 1, отличающийся тем, что зазор между ребрами в местах их крепления к трубе составляет от 3 до 5 мм.

8. Котел по п. 1, отличающийся тем, что толщина ребра составляет от 0,8 до 1,2 мм.

9. Котел по п. 1, отличающийся тем, что шаг оребрения составляет от 3 до 6 мм.

10. Котел по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник содержит дополнительный ряд оребренных труб, расположенных горизонтально.

Images