RU217794U1

RU217794U1 - WATER BOILER

Info

Publication number: RU217794U1
Application number: RU2023105788U
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Коваленко; Дмитрий Александрович Шкапов
Original assignee: Александр Валентинович Коваленко; Дмитрий Александрович Шкапов
Filing date: 2023-03-13
Publication date: 2023-04-18

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий. Технический результат заключается в увеличении эффективности работы водогрейного котла в сравнении с прототипом. Указанный технический результат достигается тем, что заявлен водогрейный котел, состоящий из топочной камеры, поворотной камеры, верхнего и нижнего коллекторов, водяных труб, дымогарных труб второго хода, патрубков входа и выхода теплоносителя, дымогарника и тепловой изоляции, отличающийся тем, что водяные трубы выполнены прямолинейными, вварены в верхний и нижний коллектора, где сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом, между водяными трубами вварены стальные пластины, нижний коллектор выполнен в виде омываемой поворотной камеры, а теплообменный элемент котла образован внутренними дымогарными трубами, помещенными соосно внутрь внешних водяных труб, которые также образуют теплообменную поверхность топочной камеры.

The utility model relates to thermal power engineering and can be used in heating and hot water supply systems of residential, public and industrial buildings. The technical result is to increase the efficiency of the boiler in comparison with the prototype. The specified technical result is achieved by the fact that a water-heating boiler is declared, consisting of a combustion chamber, a rotary chamber, upper and lower collectors, water pipes, fire pipes of the second pass, coolant inlet and outlet pipes, a smoke box and thermal insulation, characterized in that the water pipes are made rectilinear, welded into the upper and lower collectors, where the pipes themselves form a gas-tight combustion chamber, the outer surface of which is a body, steel plates are welded between the water pipes, the lower collector is made in the form of a washed rotary chamber, and the heat exchange element of the boiler is formed by internal fire tubes placed coaxially inside the outer water pipes, which also form the heat exchange surface of the combustion chamber.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий.The utility model relates to thermal power engineering and can be used in heating and hot water supply systems of residential, public and industrial buildings.

Наиболее близким аналогом является водогрейный котел (патент RU 2184321 C1, опубл. 27.06.2002), содержащий корпус с патрубком выхода продуктов сгорания, с патрубками подвода и отвода воды, топку, дымогарные трубы, размещенные в корпусе с обеспечением возможности свободного прохождения по ним продуктов сгорания от топки до патрубка выхода продуктов сгорания, U-образные трубы, каждая из которых имеет ветвь входа воды и ветвь выхода воды, коллектор подвода воды, соединенный с патрубком подвода воды, коллектор отвода воды, соединенный с патрубком отвода воды, при этом каждая из ветвей входа воды соединена с коллектором подвода воды, а каждая из ветвей выхода воды - с коллектором отвода воды, отличающийся тем, что каждая из дымогарных труб установлена во внутренней полости соответствующей ветви U-образной трубы, при этом ветви входа воды и ветви выхода воды расположены в полости корпуса котла в шахматном порядке так, что ряд ветвей входа воды выполнен в виде ряда внутренних ветвей U-образных труб, ряд ветвей выхода воды - в виде ряда наружных ветвей U-образных труб.The closest analogue is a hot water boiler (patent RU 2184321 C1, publ. 06/27/2002), containing a body with a pipe for the outlet of combustion products, with pipes for inlet and outlet of water, a furnace, fire tubes placed in the body with the possibility of free passage of products through them combustion from the furnace to the outlet pipe of combustion products, U-shaped pipes, each of which has a water inlet branch and a water outlet branch, a water inlet manifold connected to the water inlet pipe, a water outlet manifold connected to the water outlet pipe, each of of the water inlet branches is connected to the water supply manifold, and each of the water outlet branches is connected to the water outlet manifold, characterized in that each of the fire tubes is installed in the internal cavity of the corresponding branch of the U-shaped pipe, while the water inlet branches and the water outlet branches are located in the cavity of the boiler body in a checkerboard pattern so that a number of water inlet branches are made in the form of a number of internal branches of U-shaped pipes, a number of water outlet branches - in the form of a number of external branches of U-shaped pipes.

В прототипе описан водогрейный котел, у которого каждая из дымогарных труб установлена во внутренней полости соответствующей ветви U-образной трубы, при этом ветви входа воды и ветви выхода воды расположены в полости корпуса котла в шахматном порядке так, что ряд ветвей входа воды выполнен в виде ряда внутренних ветвей U-образных труб, ряд ветвей выхода воды - в виде ряда наружных ветвей U-образных труб.The prototype describes a hot water boiler, in which each of the fire tubes is installed in the internal cavity of the corresponding branch of the U-shaped pipe, while the water inlet branches and the water outlet branches are located in the cavity of the boiler body in a checkerboard pattern so that a number of water inlet branches are made in the form a number of internal branches of U-shaped pipes, a number of water outlet branches - in the form of a number of external branches of U-shaped pipes.

Недостатками данного устройства являются относительно малый КПД, реверсивное движение газов в топке, не охлаждаемые стенки корпуса и передней плиты котла.The disadvantages of this device are relatively low efficiency, reversible movement of gases in the furnace, not cooled walls of the body and the front plate of the boiler.

Связано это с тем, что в прототипе RU 2184321 C1, непосредственно, горячие дымовые газы омывают корпус котла, с более высокой температурой (порядка 600-950°С), чем средняя температура воды. Это приводит к необходимости применения более дорогостоящих, жаростойких материалов и увеличению тепловых потерь.This is due to the fact that in the prototype RU 2184321 C1, directly, hot flue gases wash the boiler body, with a higher temperature (about 600-950°C) than the average water temperature. This leads to the need to use more expensive, heat-resistant materials and increase heat losses.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages.

Технический результат заключается в увеличении эффективности работы водогрейного котла в сравнении с прототипом.The technical result is to increase the efficiency of the boiler in comparison with the prototype.

Указанный технический результат достигается тем, что заявлен водогрейный котел, состоящий из топочной камеры, поворотной камеры, верхнего и нижнего коллекторов, водяных труб, дымогарных труб второго хода, патрубков входа и выхода теплоносителя, дымогарника и тепловой изоляции, отличающийся тем, что водяные трубы выполнены прямолинейными, вварены в верхний и нижний коллектора, где сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом, между водяными трубами вварены стальные пластины, нижний коллектор выполнен в виде омываемой поворотной камеры, а теплообменный элемент котла образован внутренними дымогарными трубами, помещенными соосно внутрь внешних водяных труб, которые также образуют теплообменную поверхность топочной камеры.The specified technical result is achieved by the fact that a water-heating boiler is declared, consisting of a combustion chamber, a rotary chamber, upper and lower collectors, water pipes, fire pipes of the second pass, coolant inlet and outlet pipes, a smoke box and thermal insulation, characterized in that the water pipes are made rectilinear, welded into the upper and lower collectors, where the pipes themselves form a gas-tight combustion chamber, the outer surface of which is a body, steel plates are welded between the water pipes, the lower collector is made in the form of a washed rotary chamber, and the heat exchange element of the boiler is formed by internal fire tubes placed coaxially inside the outer water pipes, which also form the heat exchange surface of the combustion chamber.

Предпочтительно в дымогарных трубках для повышения энергоэффективности котла установлены турбулизаторы.Preferably, turbulators are installed in the smoke tubes to increase the energy efficiency of the boiler.

Предпочтительно топочная камера состоит из расположенных по окружности или по овалу труб.Preferably, the combustion chamber consists of pipes arranged in a circle or in an oval.

Предпочтительно нижний коллектор состоит из двух трубных досок для водяных и дымогарных труб, обечаек и двух донышек, образуя поворотную камеру дымовых газов.Preferably, the lower manifold consists of two tube sheets for water and fire tubes, shells and two bottoms, forming a rotary flue gas chamber.

Предпочтительно верхний коллектор состоит из двух трубных досок для водяных и дымогарных труб и обечаек.Preferably, the upper manifold consists of two tube sheets for water and fire tubes and shells.

В коллекторе могут быть установлены перегородки.Baffles can be installed in the collector.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 - схема работы котла.In FIG. 1 - diagram of the boiler.

На фиг. 2 - общий вид теплообменника котла.In FIG. 2 - general view of the boiler heat exchanger.

На фиг. 3 - продольное сечение теплообменника котла.In FIG. 3 - longitudinal section of the boiler heat exchanger.

На фиг. 4 - поперечное сечение теплообменника котла.In FIG. 4 - cross section of the boiler heat exchanger.

На фиг. 5 - теплообменный элемент теплообменника котла.In FIG. 5 - heat exchange element of the boiler heat exchanger.

На фиг. 6 показана схема сравнения эффективности котлов по прототипу (А) и согласно заявленной полезной модели (Б).In FIG. 6 shows a diagram of comparing the efficiency of boilers according to the prototype (A) and according to the claimed utility model (B).

На чертежах: 1 - дымогарная (внутренняя) труба; 2 - внешняя труба; 3 - верхний коллектор; 4 - нижний коллектор; 5 - турбулизатор; 6 - патрубок выхода теплоносителя; 7 - патрубок входа теплоносителя; 8 - топочная камера; 9 - поворотная камера дымовых газов; 10 - дымогарник; 11 - газоход; 12 - тепловая изоляция.In the drawings: 1 - smoke (internal) pipe; 2 - outer pipe; 3 - upper collector; 4 - lower manifold; 5 - turbulator; 6 - coolant outlet pipe; 7 - coolant inlet pipe; 8 - combustion chamber; 9 - rotary chamber of flue gases; 10 - smoke box; 11 - flue; 12 - thermal insulation.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Заявленный водогрейный котел (см. фиг. 1) состоит из топочной камеры 8, поворотной камеры 9, верхнего 3 и нижнего 4 коллекторов, водяных труб 2, дымогарных труб второго хода 1, патрубков входа 7 и выхода 6 теплоносителя, дымогарника 10 и тепловой изоляции 12.The claimed hot water boiler (see Fig. 1) consists of a combustion chamber 8, a rotary chamber 9, upper 3 and lower 4 collectors, water pipes 2, fire pipes of the second pass 1, inlet pipes 7 and outlet 6 of the coolant, smoke box 10 and thermal insulation 12.

Теплообменный элемент котлового агрегата, представленный на фиг. 4, образован внутренними дымогарными трубами 1, помещенных соосно внутрь внешних водяных труб 2, которые также образуют теплообменную поверхность топочной камеры 8.The heat exchange element of the boiler unit shown in Fig. 4 is formed by internal fire tubes 1 placed coaxially inside external water pipes 2, which also form the heat exchange surface of the combustion chamber 8.

Топочная камера 8 состоит из расположенных по окружности или по овалу труб 2 между которыми варены стальные пластины.The combustion chamber 8 consists of pipes 2 located around the circumference or oval, between which steel plates are welded.

Нижний коллектор 4 состоит из двух трубных досок для водяных 2 и дымогарных 1 труб, обечаек и двух донышек, образуя поворотную камеру дымовых газов 9. В нижнем коллекторе 4, движение воды может быть организованно с любым необходимым количеством ходов, при помощи перегородок, установленных в коллекторе 4, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах.The lower manifold 4 consists of two tube boards for water 2 and fire 1 pipes, shells and two bottoms, forming a rotary flue gas chamber 9. In the lower manifold 4, the movement of water can be organized with any required number of passages, using partitions installed in collector 4, depending on the temperature difference at the inlet 7 and outlet 6, the power of the boiler plant and the specified speed of the coolant in the annular channels.

Верхний коллектор 3 состоит из двух трубных досок для водяных 2 и дымогарных 1 труб и обечаек, а движение воды может быть организованно с любым необходимым количеством ходов, при помощи перегородок, установленных в коллекторе 3, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах.The upper collector 3 consists of two tube plates for water 2 and fire 1 pipes and shells, and the movement of water can be organized with any required number of passages, using partitions installed in the collector 3, depending on the temperature difference at the inlet 7 and outlet 6 , the power of the boiler plant and the given speed of the coolant in the annular channels.

Работа котла осуществляется следующим образом. Топливовоздушная смесь подается через горелочное устройство в топочную камеру 8, где происходит сгорание топлива с выделением тепла. Продукты горения в топочной камере 8 охлаждаются и, в нижней части топки, попадают в поворотную камеру 9, где разворачиваются на 180° и поступают на дальнейшее охлаждение в дымогарные трубки 1. В дымогарных трубках 1 установлены спиральные проволочные турбулизаторы 5, для интенсификации теплообмена и увеличения энергоэффективности работы котла. Затем дымовые газы собираются в дымогарнике 10 и выводятся в дымовую трубу через газоход 11.The operation of the boiler is carried out as follows. The air-fuel mixture is fed through the burner into the combustion chamber 8, where the fuel is burned with heat generation. The combustion products in the combustion chamber 8 are cooled and, in the lower part of the furnace, enter the rotary chamber 9, where they turn 180 ° and enter the fire tubes 1 for further cooling. energy efficiency of the boiler. Then the flue gases are collected in the smoke box 10 and discharged into the chimney through the flue 11.

Теплоноситель подается в котел через патрубок 7 расположенный в нижней части водогрейного котла, омывает и охлаждает поворотную камеру 9, затем поступает в нижний коллектор 4. В нижнем 4 и верхнем 3 коллекторах, в зависимости от перепада температур на входе 7 и выходе 6, мощности котельной установки и заданной скорости теплоносителя в кольцевых каналах, установлены перегородки для организации ходов теплоносителя. После прохождения по всем ходам трубных экранов, теплоноситель попадает в верхний коллектор 3, и выходит из котла через патрубок 6.The coolant is supplied to the boiler through the pipe 7 located in the lower part of the boiler, washes and cools the rotary chamber 9, then enters the lower collector 4. In the lower 4 and upper 3 collectors, depending on the temperature difference at the inlet 7 and outlet 6, the power of the boiler installation and a given speed of the coolant in the annular channels, partitions are installed to organize the coolant passages. After passing through all the passages of the pipe screens, the coolant enters the upper collector 3 and exits the boiler through the pipe 6.

Указанный технический результат достигается тем, что в котле ветви U-образных труб заменены на прямые трубы, вваренные в верхний и нижний коллектора, а сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом. Между водяными трубами вварены стальные пластины, обеспечивающие газоплотность, таким образом, образованный корпус котла омывается водой и охлаждает дымовые газы, уменьшая тепловые потери котла, что повышает эффективность работы. Нижний коллектор образует омываемую поворотную камеру, в которой дымовые газы после топочной камеры разворачиваются и проходят через дымогарные трубки. В дымогарных трубках, для повышения энергоэффективности котла, установлены турбулизаторы.The specified technical result is achieved by the fact that in the boiler the branches of the U-shaped pipes are replaced by straight pipes welded into the upper and lower collectors, and the pipes themselves form a gas-tight combustion chamber, the outer surface of which is the body. Steel plates are welded between the water pipes, ensuring gas tightness, thus the formed boiler body is washed with water and cools the flue gases, reducing the heat loss of the boiler, which increases the efficiency of work. The lower collector forms a wetted turning chamber, in which the flue gases after the combustion chamber are turned around and pass through the smoke tubes. Turbulators are installed in the smoke tubes to increase the energy efficiency of the boiler.

В отличии от прототипа, где в котле имеются ветви U-образных труб, в заявленном решении они заменены на прямолинейные трубы, вваренные в верхний и нижний коллектора, а сами трубы образуют газоплотную топочную камеру, наружная поверхность которой является корпусом.Unlike the prototype, where the boiler has branches of U-shaped pipes, in the claimed solution they are replaced by straight pipes welded into the upper and lower collectors, and the pipes themselves form a gas-tight combustion chamber, the outer surface of which is a body.

Указанная замена элементов U-образных труб на верхний и нижний коллектора обеспечивает омываемые водой наружные стенки корпуса котла и уменьшение тепловых потерь, исчезает необходимость в применении жаростойких, дорогостоящих материалов. Все это также повышает эффективность работы котла в сравнении с прототипом.The indicated replacement of the elements of the U-shaped pipes with the upper and lower collectors provides the outer walls of the boiler body washed with water and the reduction of heat losses, the need for the use of heat-resistant, expensive materials disappears. All this also increases the efficiency of the boiler in comparison with the prototype.

Уменьшение тепловых потерь заявленного котла обусловлено тем, что стальные пластины небольшой ширины, вваренные между водяными трубами, хорошо охлаждаются водой. Так как в предлагаемой модели котла все наружные поверхности котла омываются водой, то температуру неизолированной поверхности корпуса котла можно принять - 105°С (при температурном графике котла 115/95).The reduction in heat losses of the proposed boiler is due to the fact that steel plates of small width, welded between water pipes, are well cooled by water. Since in the proposed model of the boiler all the outer surfaces of the boiler are washed with water, the temperature of the non-insulated surface of the boiler body can be taken as - 105 ° C (with a temperature graph of the boiler 115/95).

В прототипе по патенту RU 2184321 C1, непосредственно, горячие дымовые газы омывают корпус котла, с более высокой температурой (порядка 600-950°С), чем средняя температура воды. Это приводит к необходимости применения более дорогостоящих, жаростойких материалов и увеличению тепловых потерь в прототипе по сравнению с предлагаемой моделью.In the prototype according to patent RU 2184321 C1, directly, hot flue gases wash the boiler body, with a higher temperature (about 600-950°C) than the average water temperature. This leads to the need to use more expensive, heat-resistant materials and increase heat loss in the prototype compared to the proposed model.

Сравнение двух моделей (см. схему на Фиг. 6) (по прототипу - Фиг. 6(А) и согласно заявленной полезной модели (Фиг. 6(Б))) с одинаковыми геометрическими характеристиками: диаметр котла - 1500 мм; длина котла - 3000 мм, толщина тепловой изоляции (минеральная вата) - 50 мм; дымогарник не теплоизолирован и температура уходящих газов - 180°С, показывает, что тепловые потери предлагаемой модели - 1, 16 кВт, а тепловые потери модели по прототипу согласно патента RU 2184321 C1 - 6,6 кВт.Comparison of two models (see the diagram in Fig. 6) (according to the prototype - Fig. 6(A) and according to the claimed utility model (Fig. 6(B))) with the same geometric characteristics: boiler diameter - 1500 mm; boiler length - 3000 mm, thermal insulation thickness (mineral wool) - 50 mm; the firebox is not thermally insulated and the flue gas temperature is 180°C, shows that the heat loss of the proposed model is 1.16 kW, and the heat loss of the prototype model according to patent RU 2184321 C1 is 6.6 kW.

Следовательно, эффективность заявленной полезной модели выше, чем в прототипе.Therefore, the efficiency of the claimed utility model is higher than in the prototype.

Применение спиральных проволочных турбулизаторов в дымогарных трубках по газовой стороне, позволяет повысить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде по сравнению с дымогарными трубками без турбулизаторов. Данный эффект можно использовать для повышения КПД котла, либо для уменьшения площади теплообменной поверхности, т.е. уменьшения массогабаритных характеристик котла.The use of spiral wire turbulators in fire tubes on the gas side makes it possible to increase the heat transfer coefficient from flue gases to water compared to fire tubes without turbulators. This effect can be used to increase the efficiency of the boiler, or to reduce the area of the heat exchange surface, i.e. reducing the weight and size characteristics of the boiler.

Claims

1. A boiler consisting of a combustion chamber, a reversing chamber, upper and lower collectors, water pipes, second-pass smoke pipes, coolant inlet and outlet pipes, a smoke box and thermal insulation, characterized in that the water pipes are made straight, welded into the upper and the lower collector, where the pipes themselves form a gas-tight combustion chamber, the outer surface of which is the boiler body, steel plates are welded between the water pipes, the lower collector is made in the form of a washed rotary chamber, and the heat exchange element of the boiler is formed by internal fire tubes placed coaxially inside the external water pipes, which also form the heat exchange surface of the combustion chamber.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that turbulators are installed in the fire tubes.

3. The boiler according to claim 1, characterized in that the combustion chamber consists of pipes located along the circumference or along the oval.

4. The boiler according to claim 1, characterized in that the lower collector consists of two tube boards for water and fire pipes, shells and two bottoms, forming a rotary flue gas chamber.

5. Boiler according to claim 1, characterized in that the upper manifold consists of two tube plates for water and fire tubes and shells.

6. The boiler according to claim 1, characterized in that partitions are installed in the collectors.