RU2189539C2

RU2189539C2 - Heating boiler

Info

Publication number: RU2189539C2
Application number: RU2000128912A
Authority: RU
Inventors: В.С. Черноиванов; В.Н. Малышкин; А.М. Федоров; В.А. Ленивкин
Original assignee: Коммандитное товарищество "Черноиванов и Ко Таганрогский механический завод"
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: equipment for water heating, possibly for heating rooms. SUBSTANCE: boiler includes housing in the form of jacket with heat transfer medium; fire box and gas duct are framed by means of said jacket. Inside inner volume of boiler heat exchanging member is vertically mounted. Said member is communicated with cavity of jacket and it divides flow of gaseous combustion products by two halves. Heat exchanging member has two portions, namely, : portion with cross section flared from downwards to upwards and portion with rectangular constant cross section having in its upper zone gas duct communicated with flue. In ducts formed between inner wall of framing jacket and heat exchanging member in portion with constant cross section there is intermittent partition in the form of oval or round elongations that is why horizontal section of flow remains constant and there is no rectilinear through duct for discharging combustion products. EFFECT: improved design allowing to enhance efficiency and intensity of heat exchange between combustion products and heat exchanging members of boilers. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к тепловой технике и может быть использовано для обогрева жилых, бытовых, производственных помещений, что позволяет использовать отопительный котел для обогрева индивидуальных теплиц и др. помещений. The invention relates to heat engineering and can be used for heating residential, domestic, industrial premises, which allows the use of a heating boiler for heating individual greenhouses and other premises.

Известен водогрейный котел [1, 2], предназначенный для отопления, содержащий обрамленную водяной рубашкой топку, соединенную с окном для выхода продуктов сгорания. В верхней части топки расположены направляющие перегородки, одна из которых расположена поперечно на расстоянии от боковой стенки топки с образованием прохода для продуктов сгорания, а другая перегородка выполнена в виде вертикальной незамкнутой обечайки. Она установлена между поперечной перегородкой и верхней стенкой топки, а незамкнутый участок обечайки обращен в сторону, противоположную упомянутому выше проходу. Known hot water boiler [1, 2], intended for heating, containing a firebox framed by a water jacket, connected to a window for the exit of combustion products. In the upper part of the furnace there are guide partitions, one of which is located transversely at a distance from the side wall of the furnace with the formation of a passage for combustion products, and the other partition is made in the form of a vertical open shell. It is installed between the transverse partition and the upper wall of the furnace, and the open section of the shell faces in the opposite direction to the passage mentioned above.

Для повышения эффективности теплообмена водогрейный котел снабжен дополнительными перегородками, одна из которых установлена поперечно между окнами для выхода продуктов сгорания, а вторая расположена продольно. To increase the efficiency of heat transfer, the boiler is equipped with additional partitions, one of which is installed transversely between the windows for the exit of combustion products, and the second is located longitudinally.

Недостатком известных водогрейных котлов является то, что не в полной мере используются возможности по повышению эффективности теплообмена между перегородками и водой, заполняющей водяную рубашку, так как в нем увеличивается только путь прохождения продуктов сгорания и время их нахождения в топочном пространстве, а площадь теплообмена остается неизменной. A disadvantage of the known hot water boilers is that the opportunities to increase the efficiency of heat exchange between the partitions and the water filling the water jacket are not fully used, since it only increases the path of the combustion products and their residence time in the furnace space, and the heat exchange area remains unchanged .

Эффективность теплообмена возрастает незначительно только за счет теплоотвода от металлических перегородок к стенкам водяной рубашки в верхней части котла. Такой характер теплопередачи не способствует обеспечению интенсивной циркуляции воды в отопительной системе. Кроме того, такая конструкция котла не эффективна при отоплении помещений объемом менее 300 м³.The heat transfer efficiency increases slightly only due to heat removal from the metal partitions to the walls of the water jacket in the upper part of the boiler. This nature of heat transfer does not contribute to the intensive circulation of water in the heating system. In addition, this design of the boiler is not effective for heating rooms with a volume of less than 300 m ³ .

Из известных отопительных котлов наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является отопительный котел [3], содержащий корпус в виде водяной рубашки, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал. Of the known heating boilers, the closest in technical essence and the achieved results is a heating boiler [3], which contains a casing in the form of a water jacket framing the firebox and gas duct, equipped with hollow partitions connected with the cavity of the jacket and forming a labyrinth gas channel in the duct.

Использование этого котла для отапливания помещений менее 300 м³ является не эффективным, так как он является относительно громоздким для таких помещений и работает в режиме с прерывистым горением основного горелочного устройства. Это не позволяет использовать его полную мощность. Уменьшение габаритных размеров данной схемы котла путем уменьшения количества теплообменных элементов приводит к резкому снижению его КПД.The use of this boiler for heating rooms less than 300 m ³ is not effective, since it is relatively bulky for such rooms and operates in the intermittent combustion mode of the main burner device. This does not allow using its full power. Reducing the overall dimensions of this boiler circuit by reducing the number of heat exchange elements leads to a sharp decrease in its efficiency.

Изобретение направлено на повышение эффективности и интенсивности теплообмена между продуктами сгорания топлива и теплообменых элементов конструкции котла за счет увеличения площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива и снижения массогабаритных параметров котла на единицу мощности. The invention is aimed at increasing the efficiency and intensity of heat transfer between the products of fuel combustion and heat transfer elements of the boiler design by increasing the area of convective heat transfer and turbulizing the flow of gaseous products of fuel combustion and reducing the overall dimensions of the boiler per unit power.

Это достигается тем, что в известный отопительный котел, содержащий корпус в виде рубашки с теплоносительной средой, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал, во внутренний объем котла вертикально установлен теплообменный элемент, сообщенный с полостью рубашки и разделяющий поток газообразных продуктов сгорания топлива на две равные части. Теплообменный элемент сложной формы выполнен в виде двух участков: участка с расширяющимся поперечным сечением снизу вверх и участка с постоянным поперечным сечением прямоугольной формы. В верхней части нагревательного элемента выполнен газоходный канал, сообщающийся с дымоходом. В каналах, образующихся между внутренней стенкой обрамляющей рубашки и теплообменным элементом на участке с постоянным сечением, выполнена прерывистая перегородка так, что горизонтальное сечение потока остается постоянным и отсутствует прямолинейный сквозной канал для выхода продуктов сгорания. Прерывистая перегородка выполнена на внутренней стенке обрамляющей рубашки в форме круглых или овальных вытяжек, смещенных относительно друг друга. Прерывистая перегородка может быть выполнена на теплообменном элементе на участке с постоянным поперечным сечением в форме круглых или овальных вытяжек, смещенных относительно друг друга. This is achieved by the fact that in a known heating boiler, comprising a casing in the form of a jacket with a heat transfer medium framing the furnace and the gas duct, provided with hollow partitions in communication with the cavity of the jacket and forming a labyrinth gas channel in the duct, a heat exchange element is installed vertically in the boiler with a shirt cavity and dividing the flow of gaseous products of combustion of fuel into two equal parts. The heat-exchange element of complex shape is made in the form of two sections: a section with an expanding cross section from the bottom up and a section with a constant cross section of a rectangular shape. In the upper part of the heating element there is a gas duct connected to the chimney. In the channels formed between the inner wall of the framing shirt and the heat exchange element in the area with a constant cross section, a discontinuous partition is made so that the horizontal cross section of the flow remains constant and there is no straight through channel for the exit of combustion products. An intermittent partition is made on the inner wall of the framing shirt in the form of round or oval hoods, offset relative to each other. An intermittent partition may be made on a heat exchange element in a section with a constant cross section in the form of round or oval hoods offset from each other.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено продольное сечение отопительного котла; на фиг.2 - поперечное сечение котла; на фиг.3 - вид по А-А на прерывистую перегородку, выполненную на внутренней стенке обрамляющей рубашки котла в виде круглых вытяжек; на фиг.4 - вид по А-А на прерывистую перегородку, выполненную на внутренней стенке обрамляющей рубашки котла в виде овальных вытяжек. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a heating boiler; figure 2 is a cross section of the boiler; figure 3 is a view along aa of an intermittent partition made on the inner wall of the framing shirt of the boiler in the form of round hoods; figure 4 is a view along aa of a discontinuous partition made on the inner wall of the framing shirt of the boiler in the form of oval hoods.

Позиции на чертежах обозначают:
1 - обрамляющая рубашка котла;
2 - теплоносительная среда;
3 - внутренняя стенка обрамляющей рубашки;
4 - наружная стенка обрамляющей рубашки;
5 - теплообменный элемент;
6 - участок теплообменного элемента с изменяющимся поперечным сечением;
7 - участок теплообменного элемента с постоянным поперечным сечением;
8 - топочное пространство котла;
9 - газоходное пространство котла;
10 - вертикальный газоходный канал;
11 - горизонтальный газоходный канал;
12 - перегородка прерывистая;
13 - газоход;
14 - поток газообразных продуктов сгорания топлива;
15 - патрубок выхода из котла теплоносительной среды;
16 - патрубок входа в котел теплоносительной среды;
17 - газогорелочное устройство;
18 - дымоход;
19 - круглые вытяжки;
20 - овальные вытяжки.The positions in the drawings indicate:
1 - framing the shirt of the boiler;
2 - heat transfer medium;
3 - the inner wall of the framing shirt;
4 - the outer wall of the framing shirt;
5 - heat exchange element;
6 is a plot of a heat exchange element with a varying cross section;
7 - plot heat exchange element with a constant cross section;
8 - furnace furnace space;
9 - flue space of the boiler;
10 - vertical gas duct;
11 - horizontal gas duct;
12 - the partition is intermittent;
13 - flue;
14 - a stream of gaseous products of fuel combustion;
15 - pipe outlet from the boiler coolant;
16 - pipe entrance to the boiler coolant;
17 - gas burner device;
18 - chimney;
19 - round hoods;
20 - oval hoods.

Для улучшения технических показателей и свойств процесса теплопередачи во внутренний объем отопительного котла введен полый теплообменый элемент 5 (фиг. 1 и 2). Он выполнен в виде двух участков: участок теплообменного элемента с изменяющимся поперечным сечением 6 и участок теплообменного элемента с постоянным поперечным сечением 7. Теплообменный элемент 5 образует с теплоносительной обрамляющей рубашкой (корпусом) 1 замкнутый объемный контур теплоносительной среды 2 и разделяющий внутренний объем котла на топочное 8 и газоходное пространства 9. Причем наименьшее сечение участка 6 теплообменного элемента расположено ближе к газогорелочному устройству 17. To improve the technical indicators and properties of the heat transfer process, a hollow heat-exchange element 5 is introduced into the internal volume of the heating boiler (Figs. 1 and 2). It is made in the form of two sections: a section of a heat-exchange element with a variable cross-section 6 and a section of a heat-exchange element with a constant cross-section 7. The heat-exchange element 5 forms a closed volumetric contour of the heat-transfer medium 2 with the heat-transferring framing jacket (casing) and dividing the internal volume of the boiler into the furnace 8 and the gas passage 9. Moreover, the smallest section of the heat exchanger element 6 is located closer to the gas burner device 17.

Теплообменный элемент 5 с внутренней стенкой обрамляющей рубашки 3 образуют газоходное пространство 9. Оно состоит из вертикальных газоходных каналов 10, горизонтальных газоходных каналов 11 и газохода 13. На внутренней стенке обрамляющей рубашки (фиг.3) выполнены круглые вытяжки 19 или овальные вытяжки 20 (фиг.4), которые образуют с участком 7 теплообменного элемента 5 с постоянным поперечным сечением прерывистую перегородку 12 (фиг.1 и 2). Вертикальные 10, горизонтальные 11 газоходные каналы, перегородка прерывистая 12 и газоход 13 образуют лабиринт для выхода в дымоход 18 потока газообразных продуктов сгорания топлива 14. Разделение газоходного пространства 9 теплообменным элементом 5 и создание вертикальных 10, горизонтальных 11 каналов удлиняет путь прохождения продуктов сгорания топлива 14, а изменение направления их движения увеличивает их турбулизацию. Это способствует более полному сгоранию горючей смеси газа с воздухом и снижению содержания СО; эффективной теплопередаче от продуктов сгорания топлива благодаря омыванию ими большей площади внутренней поверхности обрамляющей рубашки 3 и теплообменного элемента 5, повышению КПД отопительного котла. The heat exchange element 5 with the inner wall of the framing shirt 3 forms a gas duct 9. It consists of vertical gas ducts 10, horizontal gas ducts 11 and gas duct 13. On the inner wall of the framing shirt (Fig. 3) there are made round hoods 19 or oval hoods 20 (Fig. .4), which form with the section 7 of the heat exchange element 5 with a constant cross section a discontinuous partition 12 (Figs. 1 and 2). Vertical 10, horizontal 11 gas ducts, a discontinuous partition 12, and gas duct 13 form a labyrinth for the gaseous product of fuel combustion 14 to exit into the chimney 18. Separating the gas duct 9 with the heat exchange element 5 and creating vertical 10, horizontal 11 channels lengthens the path of the passage of fuel combustion products 14 , and a change in the direction of their movement increases their turbulence. This contributes to a more complete combustion of a combustible mixture of gas with air and a decrease in the content of CO; efficient heat transfer from fuel combustion products due to their washing of a larger area of the inner surface of the framing shirt 3 and the heat exchange element 5, increasing the efficiency of the heating boiler.

Участок теплообменного элемента 5 с изменяющимся поперечным сечением 6 (фиг. 2) установлен наклонно к восходящему тепловому потоку продуктов сгорания топлива. Это обеспечивает наилучшие условия конвективного и лучевого теплообмена между газообразными продуктами сгорания топлива и нагревательным элементом в топочном пространстве. За счет относительно малого объема теплоносительной среды в нижней части нагревательного элемента 5 и расположения его в области высоких температур отходящих газов продуктов сгорания топлива 14 она подвергается интенсивному разогреву и быстрому тепловому расширению. В результате этого образуется разность давлений между входом в котел теплоносительной среды (патрубок 16) и выходом из отопительного котла (патрубок 15), что создает направленный поток теплоносительной среды. A portion of the heat exchange element 5 with a varying cross section 6 (Fig. 2) is set obliquely to the upward heat flow of the fuel combustion products. This provides the best conditions for convective and radial heat exchange between the gaseous products of fuel combustion and the heating element in the furnace space. Due to the relatively small volume of the coolant in the lower part of the heating element 5 and its location in the high temperature region of the exhaust gases of the fuel combustion products 14, it undergoes intense heating and rapid thermal expansion. As a result of this, a pressure difference is formed between the entrance to the boiler of the coolant (pipe 16) and the exit of the heating boiler (pipe 15), which creates a directed flow of the coolant.

Такая конструкция отопительного котла обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу в теплообменных элементах за счет увеличения площади теплопередачи без увеличения габаритных размеров и снижает температуру выходящих газов и содержание СО. This design of the heating boiler provides the most efficient heat transfer in the heat exchange elements by increasing the heat transfer area without increasing the overall dimensions and reduces the temperature of the exhaust gases and the CO content.

Отопительный котел работает следующим образом. В топочном пространстве котла 8 сжигается газовоздушная смесь, которая подается газогорелочным устройством 17. Продукты сгорания образуют газообразный поток 14, который разделяется на два потока и направляется вверх по сужающемуся поперечному сечению топочного пространства 8. Поток продуктов сгорания омывает внутренние стенки обрамляющей рубашки 3, боковые стенки теплообменного элемента 5 и поступает в газоходное пространство 9. В вертикальных газоходных каналах 10 благодаря прерывистой перегородке 12 газообразные потоки 14 меняют направления движения, в результате чего происходит их перемешивание, улучшается теплопередача через стенку нагревательного элемента 5 на участке теплообменного элемента с постоянным поперечным сечением 7 и внутренней стенкой обрамляющей рубашки 3 к теплоносительной среде котла. При подъеме газообразных потоков 14 по вертикальным газоходным каналам 10 они переходят в горизонтальный газоходный канал 11. В горизонтальном газоходном канале горизонтальные потоки 14 направлены на встречу друг другу. В месте встречи разделенных потоков 14 в горизонтальном газоходном канале они затормаживают друг друга, смешиваются и меняют направления движения. Это улучшает теплопередачу от газообразного потока в газоходе 13 к теплоносительной среде 2, находящейся в нагревательном элементе и обрамляющей рубашке котла. Газообразный поток 14, передав указанным элементам котла основную долю тепловой энергии, уходит в дымоход 18. The heating boiler operates as follows. In the combustion chamber of boiler 8, an air-gas mixture is burned, which is supplied by a gas burner device 17. The combustion products form a gaseous stream 14, which is divided into two streams and is directed upward along the tapering cross section of the furnace space 8. The stream of combustion products washes the inner walls of the framing shirt 3, the side walls heat exchange element 5 and enters the gas duct 9. In the vertical gas ducts 10 due to the discontinuous partition 12, the gaseous streams 14 change direction As the motion occurs, as a result of their mixing, the heat transfer through the wall of the heating element 5 in the area of the heat exchange element with a constant cross section 7 and the inner wall of the framing shirt 3 to the heat transfer medium of the boiler improves. When the gaseous flows 14 rise along the vertical gas ducts 10, they pass into the horizontal gas duct 11. In the horizontal gas duct, the horizontal flows 14 are directed towards each other. At the meeting point of the separated streams 14 in the horizontal gas duct, they brake each other, mix and change directions. This improves the heat transfer from the gaseous stream in the duct 13 to the heat transfer medium 2 located in the heating element and framing the jacket of the boiler. The gaseous stream 14, transferring to these elements of the boiler the bulk of the thermal energy, goes into the chimney 18.

Использование новых элементов в котле выгодно отличает предлагаемый котел, так как позволяет
- интенсифицировать теплообмен в топочном и газоходном пространстве путем улучшения условий теплопередачи от продуктов сгорания к нагревательным элементам;
- повысить скорость циркуляции теплоносительной среды за счет повышения скорости разогрева в теплообменных элементах;
- снизить габариты и расход материалов на единицу мощности отопительного котла за счет применения вертикально установленного нагревательного элемента, прерывистой перегородки в вертикальном газоходном канале и создания сложного лабиринта перемещения продуктов сгорания топлива, увеличивающего путь их прохождения и площадь омывания;
- повысить КПД отопительного котла;
- повысить надежность работы котла за счет исключения задувания запальника при резких изменениях потока атмосферного воздуха;
- улучшить условия обслуживания в процессе эксплуатации.The use of new elements in the boiler distinguishes the proposed boiler, as it allows
- intensify heat transfer in the furnace and flue space by improving the conditions of heat transfer from the combustion products to the heating elements;
- increase the circulation rate of the coolant by increasing the heating rate in the heat exchange elements;
- reduce the dimensions and consumption of materials per unit of power of the boiler due to the use of a vertically mounted heating element, an intermittent partition in a vertical gas duct and the creation of a complex labyrinth for the movement of fuel combustion products, increasing their path and washing area;
- increase the efficiency of the heating boiler;
- improve the reliability of the boiler by eliminating the blowing of the igniter during sudden changes in the flow of atmospheric air;
- improve service conditions during operation.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1820156 A1, F 24 Н 1/26, F 23 М 9/06, БИ 21,1993.Sources of information
1. Copyright certificate 1820156 A1, F 24 H 1/26, F 23 M 9/06, BI 21.1993.

2. Авторское свидетельство 1733867 A1, F 24 Н 1/40, БИ 18, 1992. 2. Copyright certificate 1733867 A1, F 24 H 1/40, BI 18, 1992.

3. Патент РФ 2122688, F 24 Н 1/00, БИ 33, 1998. 3. RF patent 2122688, F 24 N 1/00, BI 33, 1998.

Claims

1. A heating boiler for heating premises, comprising a casing in the form of a jacket with a heat-transfer medium framing the furnace and the gas duct, equipped with hollow partitions in communication with the cavity of the jacket and forming a labyrinth gas channel in the gas duct, characterized in that a heat exchange element is vertically installed in the internal volume of the boiler communicated with the cavity of the shirt and dividing the flow of gaseous products of combustion of fuel into two equal parts, and the heat exchange element consists of two sections, a section with an expanding bottom a cross-section from bottom to top and of a section with a constant rectangular cross-section, in the upper part of which there is a gas duct communicating with the chimney, and in the channels formed between the inner wall of the framing shirt and the heat exchange element in the section with a constant cross-section, a discontinuous partition is made so that the horizontal cross section of the flow remains constant and there is no straight through channel for the exit of combustion products.

2. The heating boiler according to claim 1, characterized in that the intermittent partition is made on the inner wall of the framing shirt in the form of circular hoods offset from each other.

3. The heating boiler according to claim 1, characterized in that the intermittent partition is made on the inner wall of the framing shirt in the form of oval hoods, offset relative to each other.

4. The heating boiler according to claim 1, characterized in that the discontinuous partition is made on a heat exchange element in a section with a constant cross section in the form of round or oval hoods offset from each other.