RU210686U1

RU210686U1 - Spiral boiler

Info

Publication number: RU210686U1
Application number: RU2022101940U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Овчинников
Original assignee: Котельников Андрей Николаевич
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2022-04-26

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к конструкциям нагревателей теплоносителя, и может быть использована в спиральных котлах, предназначенных для сжигания газообразного и жидкого топлива. Котел спиральный содержит цилиндрический корпус 1, в котором расположена камера сгорания, ограниченная внутренним змеевиком 4, наружным змеевиком 5, спереди - откидной дверцей 6, а сзади - петлевой платформой 7 наружного змеевика 5. Петлевая платформа 7 выполнена в виде плоской возвратной спирали. Змеевики 4, 5 выполнены из труб в виде двухзаходных спиралей и расположены в топке с кольцевым зазором 8 между собой. Наружный змеевик 5 и внутренний змеевик 4 соединены между собой по потоку теплоносителя последовательно, для этого патрубок 13 наружного змеевика 5 соединен с патрубком 14 в передней части корпуса 1 котла отводом 15. В задней части корпуса 1 котла наружный змеевик 5 оканчивается петлевой платформой 7, а внутренний змеевик 4 оканчивается трубной перемычкой 22. С противоположной стороны от отвода 15 имеется патрубок 16 внутреннего змеевика 4, который является выходным патрубком котла, и патрубок 17 наружного змеевика 5, который является входным патрубком котла. В задней части корпуса 1 котла имеется патрубок 19 для установки дымохода и патрубок 20 для установки взрывного клапана. В зависимости от типа горелки ориентация корпуса котла может быть выполнена как горизонтальной, так и вертикальной. Технический результат - повышение надежности котла. 2 з.п. ф-лы, 5 рисунков.The utility model relates to the field of thermal power engineering, namely to the designs of coolant heaters, and can be used in spiral boilers designed to burn gaseous and liquid fuels. The spiral boiler contains a cylindrical body 1, in which a combustion chamber is located, limited by an internal coil 4, an external coil 5, in front - a hinged door 6, and at the back - a loop platform 7 of the external coil 5. The loop platform 7 is made in the form of a flat return spiral. The coils 4, 5 are made of pipes in the form of two-way spirals and are located in the furnace with an annular gap 8 between them. The outer coil 5 and the inner coil 4 are connected to each other along the flow of the coolant in series, for this, the branch pipe 13 of the outer coil 5 is connected to the branch pipe 14 in the front part of the boiler body 1 by a branch 15. In the rear part of the boiler body 1, the outer coil 5 ends with a loop platform 7, and the inner coil 4 ends with a pipe jumper 22. On the opposite side of the outlet 15 there is a pipe 16 of the inner coil 4, which is the outlet pipe of the boiler, and a pipe 17 of the outer coil 5, which is the inlet pipe of the boiler. In the rear part of the body 1 of the boiler there is a pipe 19 for installing a chimney and a pipe 20 for installing an explosion valve. Depending on the type of burner, the orientation of the boiler body can be either horizontal or vertical. The technical result is an increase in the reliability of the boiler. 2 w.p. f-ly, 5 drawings.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к конструкциям нагревателей теплоносителя, и может быть использована в спиральных котлах, предназначенных для сжигания газообразного и жидкого топлива.The utility model relates to the field of thermal power engineering, namely to the designs of coolant heaters, and can be used in spiral boilers designed to burn gaseous and liquid fuels.

Известен котел, содержащий цилиндрический корпус с камерой сгорания, в корпусе имеется воздуховыпускное отверстие для отвода дымовых газов. Камера сгорания снабжена входом и выходом для теплоносителя, сообщающимися с многослойным спиральным трубопроводом (CN 202709431).Known boiler containing a cylindrical body with a combustion chamber, the body has an air outlet for flue gases. The combustion chamber is provided with an inlet and outlet for the coolant, communicating with a multilayer spiral pipeline (CN 202709431).

Недостатком данной конструкции является то, что спираль котла изготовлена из нескольких параллельных труб разного диаметра, где очень сложно обеспечить одинаковую скорость в каждой, что приводит к локальному перегреву и прогоранию стенки одной из труб, в которой скорость протекания теплоносителя ниже. Кроме того, задняя стенка топки выполнена в виде огнеупорной заглушки, которая не участвует в теплообменном процессе и только отражает тепло факела с частичной потерей энергии рассеиванием.The disadvantage of this design is that the boiler coil is made of several parallel pipes of different diameters, where it is very difficult to ensure the same speed in each, which leads to local overheating and burnout of the wall of one of the pipes, in which the coolant flow rate is lower. In addition, the rear wall of the furnace is made in the form of a refractory plug, which does not participate in the heat exchange process and only reflects the heat of the torch with partial loss of energy by dissipation.

В результате патентных исследований также были выявлены следующие технические решения, которые были учтены заявителем при анализе: FR 2301795, FR 2242408, CN 107655200, CN 109974290, CN 108278774, CN106196582, DE 000004342392, WO 02015002810.As a result of patent research, the following technical solutions were also identified, which were taken into account by the applicant in the analysis: FR 2301795, FR 2242408, CN 107655200, CN 109974290, CN 108278774, CN106196582, DE 000004342392, WO 02015002810.

Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности признаков, является котел, содержащий цилиндрический корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в передней стенке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы теплоносителя, размещенные соответственно вблизи передней стенки котла и вблизи задней стенки котла, и поверхности нагрева, выполненные из труб в виде винтовых спиралей, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, снабженный перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор между перегородкой и передней стенкой котла, выпускное отверстие выполнено у задней стенки котла в зоне внешней конвективной камеры, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде усеченного параболоида вращения, меньший диаметр которого расположен со стороны перехода газов из топки через кольцевой зазор в конвективную часть у передней стенки котла со стороны горелки и топка является реверсивной, а больший диаметр перегородки находится у задней стенки котла вблизи выпускного отверстия для газов, винтовые спирали экранной части выполнены соответственно профилю перегородки в виде усеченного параболоида вращения, винтовые спирали внутренней секции конвективной части снаружи перегородки выполнены соответственно профилю перегородки, винтовые спирали внешней секции конвективной части выполнены в виде цилиндрических винтовых спиралей (патент на изобретение РФ № 2760544, опубл. 26.11.2021г.).The closest technical solution, according to the total set of features, is a boiler containing a cylindrical body with a furnace and an external convective chamber enclosing the furnace and communicating with it, a burner installed in the front wall of the boiler in the furnace area, an outlet opening, inlet and outlet collectors of the coolant, located respectively near the front wall of the boiler and near the back wall of the boiler, and the heating surface, made of pipes in the form of helical spirals, connected to the inlet and outlet collectors and including screen and convective parts, located respectively in the furnace and in the external convection chamber, equipped with a partition, located between the furnace and the external convection chamber, communicated with it through the annular gap between the baffle and the front wall of the boiler, the outlet is made at the rear wall of the boiler in the area of the external convection chamber, characterized in that the baffle is made in the form of a truncated paraboloid of revolution, smaller the diameter of which is located on the side of the transition of gases from the furnace through the annular gap into the convective part near the front wall of the boiler from the side of the burner and the furnace is reversible, and the larger diameter of the partition is located at the rear wall of the boiler near the outlet for gases, the helical spirals of the screen part are made according to the profile baffles in the form of a truncated paraboloid of revolution, the helical spirals of the inner section of the convective part outside the baffle are made according to the profile of the baffle, the helical spirals of the outer section of the convective part are made in the form of cylindrical helical spirals (RF patent No. 2760544, publ. November 26, 2021).

Недостатком данной конструкции является невысокая надежность.The disadvantage of this design is the low reliability.

Следует отметить, что в результате эксплуатации спиральных котлов выявлен существенный недостаток, а именно наличие компенсационной трубки, которая соединяет две спирали, которая, как правило, находится в задней части топки и позволяет компенсировать линейное расширение соединенных между собой спиралей при нагреве. При этом компенсационная трубка находится в зоне максимальной температуры котла, порядка 1500°С, и при выходе её из строя производится трудоемкий ремонт котла, при котором необходима полная его разборка, что занимает значительное время.It should be noted that as a result of the operation of spiral boilers, a significant drawback was revealed, namely the presence of a compensation tube that connects two spirals, which, as a rule, is located in the rear part of the furnace and allows you to compensate for the linear expansion of interconnected spirals when heated. At the same time, the compensation tube is located in the zone of the maximum temperature of the boiler, about 1500 ° C, and if it fails, labor-intensive repair of the boiler is carried out, which requires its complete disassembly, which takes considerable time.

Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности котла.The technical task of the claimed utility model is to increase the reliability of the boiler.

Техническая задача достигается тем, что котел спиральный, содержит цилиндрический корпус с камерой сгорания, в которой расположены спиральные теплообменники, дымоходный патрубок, установленный в задней части котла, подводящий и отводящий патрубки, установленные в передней части котла, причем спиральные теплообменники, выполнены из труб в виде внутреннего и наружного змеевиков, расположенные с кольцевым зазором между собой и с патрубками, подсоединенные к подводящему и отводящему патрубкам котла, причем внутренний и наружный змеевики соединены между собой по потоку теплоносителя последовательно, отличающийся тем, что внутренний и наружный змеевики выполнены двухзаходными, а последовательное соединение внутреннего и наружного змеевиков по потоку теплоносителя обеспечено отводом, соединяющим патрубок наружного и патрубок внутреннего змеевиков, причем отвод установлен снаружи корпуса котла, при этом в задней части котла наружный змеевик оканчивается петлевой платформой в виде возвратной спирали, а внутренний змеевик оканчивается трубной перемычкой.The technical problem is achieved by the fact that the boiler is spiral, contains a cylindrical body with a combustion chamber, in which spiral heat exchangers are located, a chimney pipe installed in the rear part of the boiler, inlet and outlet pipes installed in the front part of the boiler, and the spiral heat exchangers are made of pipes in in the form of inner and outer coils, located with an annular gap between themselves and with branch pipes, connected to the inlet and outlet pipes of the boiler, and the inner and outer coils are connected to each other along the coolant flow in series, characterized in that the inner and outer coils are made double-threaded, and the series the connection of the inner and outer coils along the coolant flow is provided by a branch pipe connecting the pipe of the outer and the pipe of the inner coils, and the outlet is installed outside the boiler body, while in the rear part of the boiler the outer coil ends with a loop platform in the form of a return sp irali, and the internal coil ends with a pipe jumper.

Дополнительно в заявляемом котле спиральном внутренний и наружный змеевики с одной стороны имеют соответствующие обечайки, которые посредством разъемных соединений жестко соединены между собой, причем обечайка наружного змеевика прикреплена к передней части корпуса котла.Additionally, in the inventive spiral boiler, the inner and outer coils on one side have corresponding shells, which are rigidly connected to each other by means of detachable connections, and the shell of the outer coil is attached to the front part of the boiler body.

Дополнительно заявляемый спиральный котел может быть снабжен откидной дверцей с фланцевым патрубком, которая навешена снаружи обечайки внутреннего змеевика.Additionally, the inventive spiral boiler can be equipped with a hinged door with a flanged pipe, which is hung outside the shell of the internal coil.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:Comparison of the proposed technical solution with the prototype shows that it has the following features:

внутренний и наружный змеевики выполнены двухзаходными;inner and outer coils are double-threaded;

последовательное соединение внутреннего и наружного змеевиков по потоку теплоносителя обеспечено отводом;serial connection of the inner and outer coils along the coolant flow is provided with a tap;

отвод соединяет патрубок наружного и патрубок внутреннего змеевиков;the outlet connects the pipe of the outer and the pipe of the inner coils;

отвод установлен снаружи корпуса котла;the outlet is installed outside the boiler body;

в задней части котла наружный змеевик оканчивается петлевой платформой в виде возвратной спирали;in the rear part of the boiler, the outer coil ends with a loop platform in the form of a return spiral;

внутренний змеевик оканчивается трубной перемычкой.the inner coil ends with a pipe jumper.

Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».Therefore, it can be assumed that the claimed utility model meets the criterion of "novelty".

Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».The utility model can be manufactured on standard equipment, so it meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг. 1 показан котел в разрезе, на фиг. 2 показан корпус котла без теплоизоляции, фиг. 3 показано расположение отвода, входного и выходного патрубков котла, на фиг. 4 показана возвратная спираль с заднего торца наружной спирали, на фиг. 5 показано с направление движения дымовых газов в котле.In FIG. 1 shows the boiler in section, Fig. 2 shows the boiler body without thermal insulation, fig. 3 shows the location of the outlet, inlet and outlet nozzles of the boiler, in Fig. 4 shows the return spiral from the rear end of the outer spiral, FIG. 5 shows the direction of movement of flue gases in the boiler.

Котел спиральный, содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с передней торцовой стойкой 2 (фиг. 2) и задней торцовой стойкой 3. В корпусе 1 (фиг. 1) расположена камера сгорания, ограниченная внутренним змеевиком 4, наружным змеевиком 5, спереди - откидной дверцей 6, а сзади петлевой платформой 7 наружного змеевика 5 (фиг. 4). Петлевая платформа 7 выполнена в виде плоской возвратной спирали. Змеевики 4,5 выполнены из труб в виде двухзаходных спиралей и расположены в топке с кольцевым зазором 8 между собой. С передней стороны котла внутренний змеевик 4 имеет обечайку 9 (фиг. 1, 2), а наружный змеевик 5 обечайку 10, которые жестко соединены между собой. Следует отметить, что корпус 1 котла, обечайки 9,10 змеевиков 4,5 соединены между собой посредством фланцев на болтовые соединения 11, 12 как показано на фиг. 1, 2, что устраняет необходимость проведения сварочных работ при сборке - разборке котла. Таким образом, наружный 5 и внутренний 4 змеевики собраны в котле по принципу «матрешки». Наружный змеевик 5 и внутренний змеевик 4 соединены между собой по потоку теплоносителя последовательно, для этого патрубок 13 (фиг. 3) наружного змеевика 5 соединен с патрубком 14 в передней части корпуса 1 котла, снаружи обечаек 9 и 10, отводом 15 (фиг. 3). Обечайки 9,10 обеспечивают возможность монтажа отвода 15 за границы зоны факела котла. В задней части корпуса 1 котла наружный змеевик 5 оканчивается петлевой платформой 7 (фиг. 4), а внутренний змеевик 4 оканчивается трубной перемычкой 22 (фиг. 1). С противоположной стороны от отвода 15 (фиг. 3) имеется патрубок 16 внутреннего змеевика 4, который является выходным патрубком котла, и патрубок 17 наружного змеевика 5, который является входным патрубком котла. Спереди котла, к обечайке 9 (фиг. 2) внутреннего змеевика 4 шарнирно крепится откидная дверца 6 с фланцевым патрубком 18 для установки горелки. Откидная дверца 6 футерована плитой Kaowoo®Boards 1400, и имеет возможность за счет конструкции петель открываться как в правую, так и в левую стороны. В задней части корпуса 1 котла имеется патрубок 19 (фиг. 1) для установки дымохода и патрубок 20 для установки взрывного клапана, который предусмотрен по СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем» ч.1 п.6.32. В зависимости от типа горелки ориентация корпуса котла может быть выполнена как горизонтальной, так и вертикальной. Изоляция 21 корпуса 1 котла выполнена из цилиндров минераловатных типа «ЭКОРОЛ».The boiler is spiral, it contains a cylindrical body 1 (Fig. 1) with a front end column 2 (Fig. 2) and a rear end column 3. In the body 1 (Fig. 1) there is a combustion chamber, limited by an internal coil 4, an external coil 5, in front - hinged door 6, and behind the loop platform 7 of the external coil 5 (Fig. 4). The loop platform 7 is made in the form of a flat return spiral. Coils 4,5 are made of pipes in the form of two-way spirals and are located in the furnace with an annular gap 8 between them. On the front side of the boiler, the inner coil 4 has a shell 9 (Fig. 1, 2), and the outer coil 5 has a shell 10, which are rigidly connected to each other. It should be noted that the body 1 of the boiler, the shells 9,10 of the coils 4,5 are interconnected by means of flanges on bolted connections 11, 12, as shown in Fig. 1, 2, which eliminates the need for welding during assembly and disassembly of the boiler. Thus, the outer 5 and inner 4 coils are assembled in the boiler according to the "matryoshka" principle. The outer coil 5 and the inner coil 4 are connected to each other along the coolant flow in series, for this the branch pipe 13 (Fig. 3) of the external coil 5 is connected to the branch pipe 14 in the front part of the boiler body 1, outside the shells 9 and 10, by a branch 15 (Fig. 3 ). The shells 9,10 provide the possibility of mounting the outlet 15 beyond the boundaries of the boiler flame zone. In the rear part of the body 1 of the boiler, the outer coil 5 ends with a loop platform 7 (Fig. 4), and the inner coil 4 ends with a pipe jumper 22 (Fig. 1). On the opposite side of the outlet 15 (Fig. 3) there is a branch pipe 16 of the inner coil 4, which is the outlet pipe of the boiler, and a pipe 17 of the outer coil 5, which is the inlet pipe of the boiler. In front of the boiler, to the shell 9 (Fig. 2) of the internal coil 4, a hinged door 6 with a flanged pipe 18 for installing the burner is hinged. The hinged door 6 is lined with Kaowoo®Boards 1400 and has the ability to open both to the right and to the left due to the design of the hinges. In the rear part of the body 1 of the boiler there is a pipe 19 (Fig. 1) for installing a chimney and a pipe 20 for installing an explosion valve, which is provided for in accordance with SP 42-101-2003 "General provisions for the design and construction of gas distribution systems" part 1 p.6.32 . Depending on the type of burner, the orientation of the boiler body can be either horizontal or vertical. The insulation of the 21st body of the 1st boiler is made of mineral wool cylinders of the EKOROL type.

Устройство работает следующим образом. В камере сгорания происходит сжигание жидкого или газообразного топлива при помощи горелки (на рисунке фиг. 5 показана схематично с факелом), при этом поверхности внутреннего змеевика 4, наружного змеевика 5, петлевой платформы 7 в виде возвратной спирали, дверцы 6, обращённые к пламени, получают тепловую энергию от факела горелки посредством теплопередачи лучистой (радиационной) энергии и конвекции. Горячие дымовые газы, получаемые при сжигании топлива, уходят по кольцевому зазору 8, между внутренним 4 и наружным 5 змеевиками в сторону передней дверцы 6, где разворачиваются и направляются по кольцевому дымоходу, образованному наружным змеевиком 5 и корпусом 1 котла (на фиг. 5 показано стрелками). В задней части котла, дымовые газы выводятся из котла через патрубок 19 (фиг. 1) и далее в дымоход. Теплоноситель подаётся насосом в патрубок 17 (фиг. 3) наружного змеевика 5. Вследствие того, что оба захода наружного змеевика 5, с задней стороны котла, замкнуты петлевой платформой 7 (плоской возвратной спиралью), то теплоноситель, пройдя по первому заходу, и развернувшись в петлевой платформе 7, возвращается по второму заходу к передней части котла, где внутренний 4 и наружный 5 змеевики соединены между собой по потоку теплоносителя снаружи котла отводом 15 (фиг. 3). Далее теплоноситель, по первому заходу внутреннего змеевика 4, движется к задней части котла, где по трубной перемычке разворачивается и по второму заходу внутренней возвращается к передней части котла. Нагретый теплоноситель выводится из котла через выходной патрубок 16 (фиг. 3).The device works as follows. In the combustion chamber, liquid or gaseous fuel is burned using a burner (in the figure of Fig. 5 it is shown schematically with a torch), while the surfaces of the inner coil 4, the outer coil 5, the loop platform 7 in the form of a return spiral, the doors 6 facing the flame, receive thermal energy from the burner flame through heat transfer of radiant (radiation) energy and convection. Hot flue gases obtained by burning fuel go through the annular gap 8, between the inner 4 and outer 5 coils towards the front door 6, where they turn around and go through the annular chimney formed by the outer coil 5 and the boiler body 1 (Fig. 5 shows arrows). At the back of the boiler, flue gases are removed from the boiler through the pipe 19 (Fig. 1) and further into the chimney. The coolant is pumped into the pipe 17 (Fig. 3) of the outer coil 5 by a pump. in the loop platform 7, returns along the second approach to the front of the boiler, where the inner 4 and outer 5 coils are connected to each other along the coolant flow outside the boiler by a branch 15 (Fig. 3). Further, the heat carrier, along the first pass of the internal coil 4, moves to the rear part of the boiler, where it turns around along the pipe jumper and returns to the front part of the boiler through the second pass of the internal coil. The heated coolant is removed from the boiler through the outlet pipe 16 (Fig. 3).

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность котла за счет того, что внутренний и наружный змеевики котла сообщены друг с другом не в топке котла, а снаружи, т.е. за границами зоны факела, характеризующийся невысокими температурами. Дополнительно следует отметить, что вышеописанная конструкция котла позволяет упростить демонтаж змеевиков котла для их ревизии и очистки от нагара.Thus, the claimed utility model makes it possible to increase the reliability of the boiler due to the fact that the inner and outer coils of the boiler are connected to each other not in the boiler furnace, but outside, i.e. outside the zone of the torch, characterized by low temperatures. In addition, it should be noted that the above-described boiler design makes it possible to simplify the dismantling of the boiler coils for their revision and cleaning from carbon deposits.

Claims

1. A spiral boiler containing a cylindrical body with a combustion chamber in which spiral heat exchangers are located, a chimney pipe installed at the rear of the boiler, inlet and outlet pipes installed at the front of the boiler, and the spiral heat exchangers are made of pipes in the form of internal and external coils with nozzles, located with an annular gap between themselves, connected to the inlet and outlet pipes of the boiler, and the inner and outer coils are connected to each other along the coolant flow in series, characterized in that the inner and outer coils are made double-threaded, and the series connection of the inner and outer coils along coolant flow is provided with a branch pipe connecting the pipe of the outer and the pipe of the inner coils, and the outlet is installed outside the boiler body, while in the rear part of the boiler the outer coil ends with a loop platform in the form of a return spiral, and the inner coil ends pipe jumper.

2. The spiral boiler according to claim 1, characterized in that the inner and outer coils have corresponding shells on one side, which are rigidly connected to each other by means of detachable connections, and the shell of the outer coil is attached to the front part of the boiler body.

3. The spiral boiler according to claim 2, characterized in that the boiler is equipped with a hinged door with a flanged pipe, which is hung outside the shell of the inner coil and is made with the possibility of opening in opposite directions.