RU2196933C2 - Hot-water boiler - Google Patents

Hot-water boiler Download PDF

Info

Publication number
RU2196933C2
RU2196933C2 RU2001106168/06A RU2001106168A RU2196933C2 RU 2196933 C2 RU2196933 C2 RU 2196933C2 RU 2001106168/06 A RU2001106168/06 A RU 2001106168/06A RU 2001106168 A RU2001106168 A RU 2001106168A RU 2196933 C2 RU2196933 C2 RU 2196933C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
water boiler
tubular structure
catalytic
heating element
Prior art date
Application number
RU2001106168/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Кириллов
Н.А. Кузин
А.В. Куликов
нов Б.Н. Лукь
Б.Н. Лукьянов
И.А. Онуфриев
А.Н. Мельник
А.И. Попов
С.Н. Андреев
Е.Б. Митенков
Д.И. Левин
Original Assignee
Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН
Открытое акционерное общество "Измеритель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, Открытое акционерное общество "Измеритель" filed Critical Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН
Priority to RU2001106168/06A priority Critical patent/RU2196933C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2196933C2 publication Critical patent/RU2196933C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering; regeneration of thermal energy by means of catalytic heating elements working on principle of flameless oxidation of natural gas; autonomous water heating systems and continuous hot water supply for domestic and industrial buildings. SUBSTANCE: hot-water boiler includes furnace unit provided with tubular cylindrical or oval heating catalytic element provided with two sleeves which are extension of tubular structure with layer of catalyst located on surface of tubular structure and sleeves; it is made in form of gas permeable flat and corrugated reinforced tapes wound and sintered with tubular structure and sleeves at spaced relation between turns forming gas-and-air passages between tapes. Used as catalyst is reinforced porous material containing the following active components: Co3O4, CuO, Cr2O3, Fe2O3, Al2O3, metals of group VIII secured on metal carriers by means of Ti-Al, Ni-Al, Ni-Cr and Ti-Si alloys. Proposed hot-water boiler may be used for employing catalytic oxidation principle, thus ensuring ecologically pure oxidation of hydrocarbon gases. EFFECT: enhanced efficiency. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, к технике генерирования тепловой энергии с помощью каталитических нагревательных элементов, работающих на принципе беспламенного окисления природного газа, и может быть использовано для автономного водяного отопления и круглогодичного горячего водоснабжения бытовых и производственных помещений. The invention relates to energy, to a technique for generating thermal energy using catalytic heating elements operating on the principle of flameless oxidation of natural gas, and can be used for autonomous water heating and year-round hot water supply for domestic and industrial premises.

Известно, что для локального обогрева помещений с помощью водяного отопления используются газовые водогрейные котлы с традиционными пламенными горелками [М.Б. Равич, "Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве". Изд-во "Недра", 1987 г., с.238]. Газовые бытовые нагревательные аппараты с принудительной циркуляцией типа АКГВ-23,2-1 (аппарат комбинированный газовый бытовой с водяным контуром, "АО Жуковский машиностроительный завод") имеют водяной контур для обогрева помещения 140-1200 м2, шунтирующий контур для горячего водоснабжения, систему поддержки заданной температуры в помещении, снабжены электронным блоком автоматики, обеспечивающим безопасность работы и управления котлом, размещаются в изолированной части дома. Данные по выбросам отсутствуют.It is known that for local heating of rooms using water heating, gas-fired boilers with traditional flame burners are used [MB. Ravich, "Gas and the efficiency of its use in the national economy." Publishing house "Nedra", 1987, p.238]. AKGV-23.2-1 gas household heating apparatus with forced circulation (combined household gas apparatus with a water circuit, JSC Zhukovsky Machine-Building Plant) have a water circuit for heating a room 140-1200 m 2 , a shunt circuit for hot water supply, a system maintain the set temperature in the room, equipped with an electronic control unit that ensures the safety of operation and control of the boiler, are located in an isolated part of the house. No emission data.

Семейство котлов "Сибиряк" (ГЦО-29-06/Е "Сибиряк", тепловая мощность - 29 кВт, ГЦО-19,8-4/Е "Сибиряк-М". 19,8 кВт, ГЦО-10-15/Е "Сибиряк-Н", 10 кВт. ГЦО-29-08/Е "Сибиряк-2", 29 кВт, ЗАО "Сибгазприбор") с принудительной циркуляцией горячей воды обогревают помещения от 100 до 300 м2, имеют традиционные электронные блоки управления и допускают настенное или напольное расположение с отводом отходящих газов за пределы помещения. Центром нагрева в топочном узле является стандартная инжекционная горелка, снабженная тепловой автоматикой. Отходящие газы содержат: СО 119 мг/м3, NOX 144 мг/м3. Недостатком этих котлов являются высокие концентрации вредных выбросов и только низкая цена относительно зарубежных фирм обеспечивает их сбыт.Sibiryak family of boilers (ГЦО-29-06 / Е "Sibiryak", thermal power - 29 kW, ГЦО-19.8-4 / Е "Sibiryak-M. 19.8 kW, ГЦО-10-15 / Е Sibiryak-N, 10 kW. ГЦО-29-08 / Е Sibiryak-2, 29 kW, Sibgazpribor CJSC) with forced circulation of hot water heat rooms from 100 to 300 m 2 , have traditional electronic control units and allow wall or floor location with exhaust gas off-site. The heating center in the firing unit is a standard injection burner equipped with thermal automation. Exhaust gases contain: СО 119 mg / m 3 , NO X 144 mg / m 3 . The disadvantage of these boilers is the high concentration of harmful emissions and only a low price relative to foreign companies ensures their sales.

Фирма "Vaillant"( Германия) выпускает все виды котлов на базе одно- или двухступенчатых атмосферных горелок с теплоотводящими керамическими стержнями в трех видах исполнения: международное, для Германии, для стран Восточной Европы [Прайс-лист 2000. Ч.1, ч.2]. Конденсирующий настенный газовый котел VU 506 Е (к.п.д. 109%, диапазон номинальной мощности 13,8-46,0 кВт) имеет NOx≤20 мг/кВт•ч (41 мг/м3). Газовые отопительные котлы VK INT KLASSIK 15/K-l EH...45/K-1 ЕН (20,9-47,3 кВт, вес 120-195 кг) имеют в отходящих газах Nox≤70 мг/кВт•ч (59,5 мг/м3). Котлы с двухступенчатой атмосферной горелкой VK 60/7-2EH...156/7-2ЕН (20,9-47,3 кВт, к.п.д. 93%), котлы VKO 22/3-70/3 (17,0-70,0 кВт, к.п.д. 94%) и газовые емкостные водонагреватели VGH 130/5Х2 также имеют в отходящих газах NOx≤80 мг/кВт•ч (165 мг/м3). Как видно из приведенных данных, котлы фирмы "Vaillant" обладают теми же недостатками по выбросам, что и котлы, рассмотренные выше.The company "Vaillant" (Germany) produces all types of boilers based on one- or two-stage atmospheric burners with heat-removing ceramic rods in three types: international, for Germany, for Eastern Europe [Price list 2000. Part 1, part 2 ]. The condensing wall-mounted gas boiler VU 506 E (109% efficiency, rated power range 13.8-46.0 kW) has NOx ≤20 mg / kW • h (41 mg / m 3 ). Gas heating boilers VK INT KLASSIK 15 / Kl EH ... 45 / K-1 ЕН (20.9-47.3 kW, weight 120-195 kg) have Nox≤70 mg / kW • h in the exhaust gases (59, 5 mg / m 3 ). Boilers with a two-stage atmospheric burner VK 60 / 7-2EH ... 156 / 7-2EN (20.9-47.3 kW, 93% efficiency), boilers VKO 22 / 3-70 / 3 (17 , 0-70.0 kW, efficiency 94%) and gas cylinder water heaters VGH 130 / 5X2 also have NOx≤80 mg / kW • h (165 mg / m 3 ) in the exhaust gases. As can be seen from the above data, Vaillant boilers have the same emission disadvantages as the boilers discussed above.

Навесные автоматические котлы фирм Buderus (Чехия), Lamborgini (Италия) мощностью до 25 кВт (к.п.д. 94-95%) имеют по выбросам близкие значения, как и котлы рассмотренных германских фирм. По экологическим соображениям фирма "Protherm" (Чехия), выпускающая относительно легкие (70 кг) котлы (50 кВт) оборудует мини-котельные в подвалах или на крышах домов, применяя каскад из нескольких аппаратов. Каскадные котельные позволяют отключиться от централизованного теплоснабжения, снижая потребление газа на 20-50%, однако проблему подавления выбросов NOx и СО не решают. Mounted automatic boilers from Buderus (Czech Republic), Lamborgini (Italy) with a capacity of up to 25 kW (94-95% efficiency) have close emissions values, like the boilers of the German companies considered. For environmental reasons, the Protherm company (Czech Republic), which produces relatively light (70 kg) boilers (50 kW), equips mini-boilers in basements or on the roofs of houses, using a cascade of several devices. Cascading boiler houses allow you to disconnect from district heating, reducing gas consumption by 20-50%, however, they do not solve the problem of suppressing NOx and CO emissions.

Основным недостатком всех рассмотренных выше котлов является использование в них одного из шести типов горелок: 1) традиционная атмосферная горелка (выбросы СО≤35 ppm, NOx≤320 ppm), 2) простая распределенная горелка (СО≤25 ppm, NOx≤250 ppm), 3) горелка с вентиляционным наддувом (СО≤20 ppm, NOx≤185 ppm), 4) оптимизированная распределенная горелка (СО≤18 ppm, NOx≤170 ppm), 5) горелка с полным предварительным смешением (СО≤15 ppm, NOx≤110 ppm), 6) горелка с вентиляционным наддувом и цилиндрической (сферической) поверхностью сжигания (СО≤10 ppm, NOx≤60 ppm) [T.B. Jannemann. The Development of Atmospheric Burners with Respect to the Increasing Emissions Restrictions. In: Proceedings of the First European Conference on Small Burner Technology and Heating Equipment. Zurich, September 25-26, 1996, v. 1, p. 23-34]. The main drawback of all the boilers discussed above is the use of one of six types of burners in them: 1) a traditional atmospheric burner (CO emissions ≤35 ppm, NOx≤320 ppm), 2) a simple distributed burner (СО≤25 ppm, NOx≤250 ppm) , 3) a supercharged burner (СО≤20 ppm, NOx≤185 ppm), 4) an optimized distributed burner (СО≤18 ppm, NOx≤170 ppm), 5) a fully pre-mixed burner (СО≤15 ppm, NOx ≤110 ppm), 6) a burner with ventilation pressurization and a cylindrical (spherical) combustion surface (СО≤10 ppm, NOx≤60 ppm) [TB Jannemann. The Development of Atmospheric Burners with Respect to the Increasing Emissions Restrictions. In: Proceedings of the First European Conference on Small Burner Technology and Heating Equipment. Zurich, September 25-26, 1996, v. 1, p. 23-34].

Фирма "Viessman" (Германия) выпускает широкую гамму газовых отопительных котлов на жидком и газообразном топливе как с традиционными атмосферными горелками, так и с излучательными Matrix compact [Vitotec Прайс-лист 2000 GUS Viessman] . Низкотемпературные водогрейные котлы "Vitogas-100" с диапазонами номинальной тепловой мощности 11-60, 72-144 кВт, имеют экономичный режим погодозависимой теплогенерации теплоносителя, к.п.д. до 92%, снабжены атмосферной горелкой предварительного смешения и дают выбросы: NOx≤50 мг/кВт•ч (103 мг/м3), СO≤10 мг/кВт•ч (4,8 мг/м3). Газовые водогрейные котлы "Vitola 100. ..200" (15-63 кВт), "Vitorond 200" (15-33 кВт), "Vitopend 100" (10,5-24 кВт), газовые конденсатные модули "Vitodens 100" (8-18 кВт) имеют водоохлаждаемые модулированные горелки с регулированием смесеобразования или инфракрасные горелки (излучатель из нержавеющей стали) с уровнем выделения вредных выбросов ниже экологического норматива "Голубой ангел". За счет утилизации скрытой теплоты конденсации нормативный к.п.д. котла возрастает до 106%. В настенных котлах Eurola используются модулируемые матриксные радиационно-каталитические горелки, обеспечивающие содержание оксидов азота и углерода NOx≤9 мг/кВт•ч (18,5 мг/м3), СО≤17 мг/кВт•ч (8,2 мг/м3) [Ein echter Heizkessel fur die Wand extrem schadstoffarm durch Matrix-Strahlungsbrenner. Реклама фирмы "Viessman" котла Eurola]. Максимальный диапазон регулирования мощности 1:2,25, масса котла в расчете на киловатт генерируемой мощности составляет около 3-5 кг/кВт.The company "Viessman" (Germany) produces a wide range of gas boilers for liquid and gaseous fuels with both traditional atmospheric burners and radiative Matrix compact [Vitotec Price List 2000 GUS Viessman]. Low-temperature boilers "Vitogas-100" with ranges of rated thermal power 11-60, 72-144 kW, have an economical mode of weather-dependent heat transfer of the coolant, efficiency up to 92%, equipped with an atmospheric pre-mixing burner and give emissions: NOx≤50 mg / kW • h (103 mg / m 3 ), СО≤10 mg / kW • h (4.8 mg / m 3 ). Gas-fired boilers Vitola 100. ..200 (15-63 kW), Vitorond 200 (15-33 kW), Vitopend 100 (10.5-24 kW), gas condensate modules Vitodens 100 ( 8-18 kW) have water-cooled modulated burners with regulation of mixture formation or infrared burners (stainless steel emitter) with a level of emission of harmful emissions below the environmental standard "Blue Angel". Due to the utilization of the latent heat of condensation, the normative efficiency boiler increases to 106%. Eurola wall-mounted boilers use modulated matrix radiation-catalytic burners that provide nitrogen and carbon oxides with NOx ≤9 mg / kW • h (18.5 mg / m 3 ), CO ≤17 mg / kW • h (8.2 mg / m 3 ) [Ein echter Heizkessel fur die Wand extrem schadstoffarm durch Matrix-Strahlungsbrenner. Viessman company ad for Eurola boiler]. The maximum power control range is 1: 2.25, the mass of the boiler per kilowatt of generated power is about 3-5 kg / kW.

Котел Eurola-kat, выбранный в качестве прототипа, с каталитическим нанесенным слоем матричной горелки и сферической поверхностью нагрева, выполненной из высококачественной стали, имеет за счет конденсационной ступени к. п. д. 108%. Объем водяного контура 30 л позволяет компенсировать флуктуации при нагревании теплоносителя. Он снабжен блоком электронного регулирования с интегрирующей диагностирующей системой. Для отопления помещений используется только 8-11 кВт, для нагрева питьевой воды 24 кВт. Габаритные размеры 415•560•900 мм. Несмотря на высокий уровень автоматизации и высокий к.п.д. котлов фирмы "Viessman", наличие неустранимых выбросов окислов азота, присущих атмосферным горелкам, накладывает экологические ограничения на их использование внутри помещения. The Eurola-kat boiler, selected as a prototype, with a catalytic coated layer of a matrix burner and a spherical heating surface made of stainless steel, has an efficiency of 108% due to the condensation stage. The volume of the water circuit of 30 l allows you to compensate for fluctuations when heating the coolant. It is equipped with an electronic control unit with an integrating diagnostic system. Only 8-11 kW is used for space heating, 24 kW for drinking water heating. Overall dimensions 415 • 560 • 900 mm. Despite the high level of automation and high efficiency Viessman boilers, the presence of unrecoverable emissions of nitrogen oxides inherent in atmospheric burners, imposes environmental restrictions on their use indoors.

Изобретение решает задачу создания водогрейного котла мощностью 25 кВт, в отходящих газах которого содержание СО не более 10 ppm, метана не более 30 ppm, оксиды азота отсутствуют. The invention solves the problem of creating a hot water boiler with a capacity of 25 kW, in the exhaust gases of which the CO content is not more than 10 ppm, methane not more than 30 ppm, nitrogen oxides are absent.

Поставленная задача решается путем создания конструкции водогрейного котла КГК-25 (котел газовый каталитический мощностью 25 кВт), содержащего каркас, в котором размещены все узловые сборки котла: топочный блок, состоящий из каталитической горелки, теплообменника, узла зажигания; блок управления и система контроля режимов работы котла. В качестве горелки он содержит каталитический нагревательный элемент, содержащий трубчатую конструкцию цилиндрической или овальной формы, и два стакана, служащих продолжением трубчатой конструкции, со слоем катализатора, расположенным на поверхности трубчатой конструкции и стаканов, газораспределительное устройство с узлом подачи газовоздушной смеси, места ввода и вывода охлаждающей воды. The problem is solved by creating the design of the KGK-25 hot water boiler (gas catalytic boiler with a power of 25 kW), containing a frame in which all the node assemblies of the boiler are located: furnace block, consisting of a catalytic burner, heat exchanger, ignition unit; control unit and control system of boiler operation modes. As a burner, it contains a catalytic heating element containing a tubular structure of a cylindrical or oval shape, and two glasses serving as a continuation of the tubular structure, with a catalyst layer located on the surface of the tubular structure and glasses, a gas distribution device with a gas-air mixture supply unit, an inlet and outlet point cooling water.

Катализатор в каталитическом нагревательном элементе выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с трубчатой конструкцией и стаканами, с зазорами между витками с образованием газовоздушных каналов между лентами, внешний слой катализатора имеет размер гофр больше критического размера каналов для проникновения пламени внутрь слоя катализатора, ширина слоя катализатора в каталитическом нагревательном элементе превосходит ширину трубчатой конструкции на ширину стаканов, развязанных по тепловому контакту со слоем катализатора. The catalyst in the catalytic heating element is made in the form of gas-permeable flat and corrugated reinforced tapes, wound and sintered with a tubular structure and glasses, with gaps between the turns with the formation of gas-air channels between the tapes, the outer catalyst layer has a corrugation size larger than the critical size of the channels for the flame to enter the layer of the catalyst, the width of the catalyst layer in the catalytic heating element exceeds the width of the tubular structure by the width of the glasses, untied thermal contact with the catalyst bed.

Газораспределительное устройство в каталитическом нагревательном элементе содержит одну или несколько перфорированных газораспределительных трубок с диаметром отверстий перфорации, меньших критического диаметра для проникновения пламени внутрь газораспределительной трубки, и рассекателя струй, вытекающих из отверстий перфорации. Трубчатая конструкция в каталитическом нагревательном элементе выполнена в виде водоохлаждаемого трубчатого теплообменника. В качестве катализатора в каталитическом нагревательном элементе используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Со3О4, CuO, Сr2О3, Fе2О3, Аl2О3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов Ti-Al, Ni-Al. Ni-Cr, Ti-Si.The gas distribution device in the catalytic heating element comprises one or more perforated gas distribution pipes with perforation holes smaller than the critical diameter for the flame to enter the gas distribution pipe, and a jets flowing out of the perforation holes. The tubular structure in the catalytic heating element is made in the form of a water-cooled tubular heat exchanger. A reinforced porous material containing Co 3 O 4 , CuO, Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , Group VIII metals fixed on metal supports with alloys as the active components is used as a catalyst in the catalytic heating element Ti-Al, Ni-Al. Ni-Cr, Ti-Si.

В качестве топлива используют природный газ, пропан-бутановую смесь, отходящие газы нефтепереработки, факельные газы и др. The fuel used is natural gas, a propane-butane mixture, refinery off-gas, flare gas, etc.

Котел КГК-25 (фиг.1) выполнен в виде каркаса 1, к которому крепятся все узловые сборки котла:
- топочный блок 2, который состоит из каталитического нагревательного элемента номинальной мощностью 25 кВт (фиг.2), теплообменника, узла зажигания и контроля пламени, узла вентиляции;
- пульт управления 3;
- расширительный бак;
- маностат;
- узел наддува воздуха 4;
- клапан электромагнитный 5;
- автоматический трехходовой вентиль 6;
- указатель "Давление" 7;
- указатель "Температура" 8;
- автоматический продувной вентиль,
- газовый вентиль 9;
- датчик предельного давления;
- датчик перегрева отопительной воды;
- датчик температуры;
- датчик температуры;
- напускной кран;
- предохранительный вентиль;
- теплообменник технической воды 10;
- циркуляционный насос 11;
- трубопроводы 12;
- стенки левая, правая и передняя 13;
- стенка лицевая 14;
- смотровое окно 15.
The boiler KGK-25 (figure 1) is made in the form of a frame 1, to which all the node assemblies of the boiler are attached:
- furnace block 2, which consists of a catalytic heating element with a rated power of 25 kW (Fig.2), a heat exchanger, an ignition and flame control unit, a ventilation unit;
- control panel 3;
- expansion tank;
- manostat;
- air boost unit 4;
- electromagnetic valve 5;
- automatic three-way valve 6;
- pointer "Pressure"7;
- pointer "Temperature"8;
- automatic purge valve,
- gas valve 9;
- limit pressure sensor;
- overheating sensor for heating water;
- temperature sensor;
- temperature sensor;
- inlet crane;
- safety valve;
- heat exchanger technical water 10;
- circulation pump 11;
- pipelines 12;
- walls left, right and front 13;
- front wall 14;
- viewing window 15.

На фиг. 2. представлен каталитический нагревательный элемент, который представляет собой трубчатую цилиндрическую или овальную конструкцию, состоящую из трубчатого теплообменника кольцевого типа 1, внутри которого расположено газораспределительное устройство, представляющее собой одну или несколько перфорированных труб 2, внутрь которых подается газовоздушная смесь. Вокруг газораспределительной трубы для лучшего распределения газа и подавления скорости истекающих из отверстия струй расположен рассекатель 3. Катализатор 4 в виде плоских 5 и гофрированных 6 лент навит на трубки теплообменника 1 и спечен с ними. Слой катализатора превосходит по ширине трубчатый теплообменник на величину стаканов, развязанных по теплу с коллекторами 8 теплообменника. Для подачи холодной воды и отвода нагретой устройство оборудовано штуцерами 9 и 10 соответственно. Для улучшения динамических характеристик нагревательного элемента внешний слой катализатора 11 имеет размер гофр больше критического размера каналов для проникновения пламени внутрь пористой структуры. In FIG. 2. A catalytic heating element is presented, which is a tubular cylindrical or oval construction, consisting of a tubular ring-type heat exchanger 1, inside of which there is a gas distribution device, which is one or more perforated pipes 2, into which a gas-air mixture is supplied. Around the gas distribution pipe for better gas distribution and suppressing the speed of the jets flowing from the hole, a divider 3 is located. The catalyst 4 in the form of flat 5 and corrugated 6 ribbons is wound onto the tubes of the heat exchanger 1 and sintered with them. The catalyst layer exceeds the width of the tubular heat exchanger by the size of the glasses, decoupled by heat from the collectors 8 of the heat exchanger. To supply cold water and drain the heated device is equipped with fittings 9 and 10, respectively. To improve the dynamic characteristics of the heating element, the outer catalyst layer 11 has a corrugation size larger than the critical size of the channels for flame penetration into the porous structure.

Предусмотрено, что котел должен работать в двух режимах: "Зима" и "Лето". В режиме "Лето" котел обеспечивает потребителя только технической теплой водой, а в режиме "Зима" - отопительной водой. Рабочая схема котла указана на фиг. 3. После присоединения трубы отвода продуктов сгорания, подключения отопительных батарей и заполнения отопительного контура водой (рН≤7, мягкая), присоединения газовой магистрали и магистрали технической воды, подвода электрической энергии котел КГК-25 готов к работе. It is envisaged that the boiler should work in two modes: "Winter" and "Summer". In the "Summer" mode, the boiler provides the consumer only with technical warm water, and in the "Winter" mode - heating water. The operating circuit of the boiler is shown in FIG. 3. After connecting the exhaust pipe, connecting the heating batteries and filling the heating circuit with water (pH≤7, soft), attaching the gas and technical water lines, and supplying electric energy, the KGK-25 boiler is ready for operation.

При включении котла установкой переключателя "1"-"0" в положение "1" на блоке автоматического управления происходит самотестирование блока и проверка состояния котла, после чего в случае положительного результата проверки на индикаторе прибора высвечивается надпись: "Все в норме, можно включать". When the boiler is turned on by setting the switch "1" - "0" to the "1" position on the automatic control unit, the unit self-tests and checks the state of the boiler, after which, in case of a positive test result, the inscription on the device displays: "Everything is OK, you can turn it on" .

После нажатия кнопки "Запуск" блоком автоматического управления включается вентилятор вытяжной вентиляции 2 и вентилятор системы наддува 8, система электроискрового розжига 15 запальной горелки 7, циркуляционный насос 10 и открывается электромагнитный клапан запальной горелки 14 После того как будет установлено с помощью ионизационного датчика пламени наличие устойчивого пламени на запальной горелке через 5 с блоком управления, открывается основной газовый вентиль и модулятор в газовой арматуре 9. Газ подается в камеру смешения узла наддува и воспламеняется на поверхности КНЭ-25 4. Одновременно снимается высокое напряжение с запальных электродов. Через 15 с после подачи смеси на КНЭ-25 отключается электромагнитный клапан, подача газа на запальную горелку прекращается. Температура поверхности КНЭ-25 в течение до 300 с поднимается до температуры 500oС, после чего начинается каталитический процесс окисления газа. КНЭ разогревается до рабочей температуры 750-850oС и начинается номинальный режим работы котла. При выходе котла КГК-25 на рабочий режим на информационном табло появляется сообщение о температуре на поверхности КНЭ-25.After pressing the "Start" button, the automatic control unit turns on the exhaust fan 2 and the boost system fan 8, the electric spark ignition system 15 of the ignition burner 7, the circulation pump 10 and the solenoid valve of the ignition burner 14 opens. flame on the ignition burner after 5 with the control unit, the main gas valve and the modulator in the gas valve 9. opens. Gas is supplied to the mixing chamber of the charge unit VA and ignites on the surface of KNE-25 4. At the same time, high voltage is removed from the ignition electrodes. 15 seconds after the mixture is fed to the KNE-25, the electromagnetic valve is turned off, the gas supply to the ignition burner stops. The surface temperature of KNE-25 rises to a temperature of 500 o C for up to 300 s, after which the catalytic process of gas oxidation begins. KNE is heated to an operating temperature of 750-850 o C and begins the nominal mode of operation of the boiler. When the boiler KGK-25 enters the operating mode, a message about the temperature on the surface of KNE-25 appears on the information board.

После включения циркуляционного насоса 10 вода из отопительной системы, заполненной под давлением 1,5-2,0 кг/см2, подается во внутренний водоохлаждаемый теплообменник КНЭ, после чего в теплообменник предварительного нагрева 27, затем в котловой теплообменник 3 и через трехходовой кран 16 и трубопровод 21 в отопительную систему и возвращается по трубопроводу 25 снова во внутренний водоохлаждаемый теплообменник КНЭ-25. Образующиеся отходящие газы отсасываются вентилятором 2 и выводятся из помещения через осевой трубопровод 28.After turning on the circulation pump 10, water from the heating system, filled under pressure of 1.5-2.0 kg / cm 2 , is supplied to the internal water-cooled KNE heat exchanger, then to the pre-heating heat exchanger 27, then to the boiler heat exchanger 3 and through a three-way valve 16 and pipe 21 to the heating system and returns through pipe 25 again to the KNE-25 internal water-cooled heat exchanger. The resulting exhaust gases are sucked off by the fan 2 and are removed from the room through the axial pipe 28.

Подача воздуха в камеру смешения осуществляется вентилятором узла смешения и нагнетания 8 по осевому трубопроводу из окружающей среды Возможные остатки воздуха в котле выталкиваются работой насоса через продувочный вентиль 6. Котел имеет вмонтированный расширительный сосуд с мембраной 5 с номинальным объемом 10 л. Для получения горячей технической воды открывается подача воды из магистрали по трубопроводу 22, при этом с помощью вентиля 16 отключается подача воды в отопительную систему и она подается в нагреватель технической воды 18. Техническая вода, проходящая через змеевик, нагревается и через трубопровод 23 поступает потребителю. Управление работой котла и обеспечением безопасности осуществляет цифровая система, которая построена на основе микроконтроллера и обеспечивает подключение и обработку датчиков: маностата 1 (датчик наличия вытяжки), давления воды в отопительной системе, наличия протока воды, наличия пламени на запальной горелке, температуры КНЭ, температуры отопительной воды. Цифровая система обеспечивает подключение и управление исполнительными устройствами: электромагнитным клапаном запальной горелки, электроискровым розжигом запальной горелки, газовым вентилем, модулятором расхода газа газового вентиля, вентилятора узла нагнетания в смесительную камеру. Air supply to the mixing chamber is carried out by the fan of the mixing and discharge unit 8 through an axial pipeline from the environment. Possible residual air in the boiler is pushed out by the pump through the purge valve 6. The boiler has a built-in expansion vessel with a membrane 5 with a nominal volume of 10 l. To obtain hot technical water, the water supply from the main is opened through the pipe 22, while using the valve 16 the water supply to the heating system is turned off and it is supplied to the technical water heater 18. The technical water passing through the coil is heated and supplied to the consumer through the pipe 23. The operation of the boiler and safety is controlled by a digital system, which is built on the basis of a microcontroller and provides connection and processing of sensors: manostat 1 (exhaust presence sensor), water pressure in the heating system, water flow, the presence of a flame on the ignition burner, KNE temperature, temperature heating water. The digital system provides connection and control of executive devices: the solenoid valve of the ignition burner, electric spark ignition of the ignition burner, gas valve, modulator of gas flow of the gas valve, the fan of the discharge unit into the mixing chamber.

Отключение котла КГК-25 производится нажатием кнопки "Откл" на пульте управления котлом. При этом отключается газовый вентиль, который перекрывает подачу газа на смеситель, КНЭ-25 начинает остывать. В течение 5 мин продолжают работать узел наддува воздуха, узел вентиляции и центробежный насос, что обеспечивает защиту КНЭ-25 от разрушения. На информационном табло пульта управления появляется сообщение "Идет выключение газового котла" и, если все узлы соответствуют своим требованиям, появляется сообщение "Все в норме, можно выключать". По этому сообщению котел КГК-25 обесточивается установкой переключателя "1"-"0" в положение "0". The boiler KGK-25 is switched off by pressing the "Off" button on the boiler control panel. At the same time, the gas valve is turned off, which shuts off the gas supply to the mixer, KNE-25 starts to cool. For 5 minutes, the pressurization unit, the ventilation unit and the centrifugal pump continue to work, which ensures protection of the KNE-25 from destruction. The message "The gas boiler is shutting down" appears on the information panel of the control panel and, if all the nodes meet their requirements, the message "Everything is OK, you can turn it off" appears. According to this message, the KGK-25 boiler is de-energized by setting the switch "1" - "0" to the "0" position.

При всех режимах работы в случае превышения критических значений параметров котла: температуры КНЭ-25 выше 880oС или ниже 550oС, давления отопительной воды ниже нормы, отказе узлов вентиляции, наддува системой управления перекрывается подача газа, включается индикатор "Авария" и на жидкокристаллическом индикаторе выдается сообщение о причине аварийного отключения.In all operating modes, in case of exceeding critical values of the boiler parameters: KNE-25 temperatures above 880 o C or below 550 o C, heating water pressure below normal, failure of ventilation units, pressurization by the control system, the gas supply is shut off, the "Alarm" indicator turns on and the LCD displays a message about the cause of the emergency shutdown.

Котел КГК-25 изготовлен в настенном исполнении. The KGK-25 boiler is made in the wall version.

Пример 1. Котел газовый каталитический КГК-25 имеет габаритные размеры, мм:
- высота - 1290;
- ширина - 567;
- длина - 730.
Example 1. The gas catalytic boiler KGK-25 has the overall dimensions, mm:
- height - 1290;
- width - 567;
- length - 730.

Масса котла, кг, не более 70. Mass of a copper, kg, no more than 70.

На котел КГК-25 подается природный газ состава, (% об.): метан 97,46, этан 1,11, пропан 0,37, дизобутан 0,06, бутан 0,06, пентан 0,02. Номинальный расход, (нм3/час): газа 2,46; воздуха 27,06, газовоздушной смеси 29,52; отопительной воды 0,48, Давление: газовоздушной смеси на входе в котел 1000-2000 Па; воды в отопительной системе 1,8 кг/см2. Объем воды в отопительной системе 130±10 л.Natural gas of the composition, (% vol.) Is supplied to the KGK-25 boiler: methane 97.46, ethane 1.11, propane 0.37, disobutane 0.06, butane 0.06, pentane 0.02. Nominal expense, (nm 3 / hour): gas 2,46; air 27.06, gas-air mixture 29.52; heating water 0.48, Pressure: gas-air mixture at the inlet to the boiler 1000-2000 Pa; water in the heating system 1.8 kg / cm 2 . The volume of water in the heating system is 130 ± 10 l.

В результате работы котла получено:
- время выхода на номинальный режим, сек - 290;
- номинальная теплопроизводительность, кВт - 25±2,5;
- температура нагрева поверхности КНЭ-25,oС - 750-830;
- температура отопительной воды, oС - 90-95;
- производительность нагрева технической воды, л/мин, не менее
- при нагреве на 25,oС - 12;
- при нагреве на 35,oС - 9;
- содержание в отходящих газах, ррm
- монооксида углерода - 2,51;
- метана - 11,12;
- оксидов азота - нет.
As a result of the operation of the boiler:
- time to reach the nominal mode, sec - 290;
- rated heat output, kW - 25 ± 2.5;
- surface heating temperature KNE-25, o С - 750-830;
- temperature of heating water, o С - 90-95;
- productivity of heating industrial water, l / min, not less
- when heated to 25, o C - 12;
- when heated to 35, o C - 9;
- content in exhaust gases, ppm
- carbon monoxide - 2.51;
- methane - 11.12;
- nitrogen oxides - no.

Предлагаемое изобретение позволяет создать водогрейный котел мощностью 10-100 кВт, использующий для получения тепла принцип каталитического окисления природного газа, а также других углеводородных газов. Водогрейный котел обеспечивает экологически чистое окисление углеводородных газов так, что содержание СО в отходящих газах соответствует концентрации не более 10 ppm, метана - не более 30 ppm при отсутствии оксидов азота. The present invention allows to create a hot water boiler with a capacity of 10-100 kW, using the principle of catalytic oxidation of natural gas, as well as other hydrocarbon gases, to produce heat. The hot water boiler provides environmentally friendly oxidation of hydrocarbon gases so that the CO content in the exhaust gases corresponds to a concentration of not more than 10 ppm, methane - not more than 30 ppm in the absence of nitrogen oxides.

Изобретение может быть использовано для автономного водяного отопления и круглогодичного горячего водоснабжения бытовых и производственных помещений. The invention can be used for autonomous water heating and year-round hot water supply for domestic and industrial premises.

Claims (8)

1. Водогрейный котел, содержащий каркас, в котором размещены топочный блок, состоящий из каталитической горелки, теплообменника, узла зажигания, блок управления и система контроля режимов работы котла, отличающийся тем, что в качестве горелки он содержит каталитический нагревательный элемент, содержащий трубчатую конструкцию цилиндрической или овальной формы и два стакана, служащих продолжением трубчатой конструкции, со слоем катализатора, расположенным на поверхности трубчатой конструкции и стаканов, газораспределительное устройство с узлом подачи газовоздушной смеси, места ввода и вывода охлаждающей воды. 1. A boiler containing a frame in which a furnace block is located, consisting of a catalytic burner, a heat exchanger, an ignition unit, a control unit and a boiler operating mode control system, characterized in that it contains a catalytic heating element containing a tubular cylindrical structure as a burner or oval and two glasses serving as a continuation of the tubular structure, with a catalyst layer located on the surface of the tubular structure and glasses, gas distribution devices о with a unit for supplying a gas-air mixture, a place for entering and leaving cooling water. 2. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что катализатор в каталитическом нагревательном элементе выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с трубчатой конструкцией и стаканами, с зазорами между витками с образованием газовоздушных каналов между лентами. 2. A water boiler according to claim 1, characterized in that the catalyst in the catalytic heating element is made in the form of gas-permeable flat and corrugated reinforced tapes, wound and sintered with a tubular structure and glasses, with gaps between the turns with the formation of gas channels between the tapes. 3. Водогрейный котел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внешний слой катализатора имеет размер гофр больше критического размера каналов для проникновения пламени внутрь слоя катализатора. 3. Water boiler according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the outer catalyst layer has a corrugation larger than the critical size of the channels for penetration of the flame into the catalyst layer. 4. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что ширина слоя катализатора в каталитическом нагревательном элементе превосходит ширину трубчатой конструкции на ширину стаканов, развязанных по тепловому контакту со слоем катализатора. 4. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the width of the catalyst layer in the catalytic heating element exceeds the width of the tubular structure by the width of the glasses, separated by thermal contact with the catalyst layer. 5. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что газораспределительное устройство в каталитическом нагревательном элементе содержит одну или несколько перфорированных газораспределительных трубок с диаметром отверстий перфорации, меньшим критического диаметра для проникновения пламени внутрь газораспределительной трубки и рассекателя струй, вытекающих из отверстий перфорации. 5. A water boiler according to claim 1, characterized in that the gas distribution device in the catalytic heating element contains one or more perforated gas distribution pipes with a diameter of perforation holes smaller than the critical diameter for the flame to penetrate into the gas distribution tube and the jet divider flowing from the perforation holes. 6. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что трубчатая конструкция в каталитическом нагревательном элементе выполнена в виде водоохлаждаемого трубчатого теплообменника. 6. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the tubular structure in the catalytic heating element is made in the form of a water-cooled tubular heat exchanger. 7. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора в каталитическом нагревательном элементе используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Со3О4, CuO, Cr2O3, Fe2O3, Al2O3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов Ti-Al, Ni-Al, Ni-Cr, Ti-Si.7. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that a reinforced porous material containing Co 3 O 4 , CuO, Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Al 2 O as active components is used as a catalyst in the catalytic heating element 3 , Group VIII metals fixed on metal supports using Ti-Al, Ni-Al, Ni-Cr, Ti-Si alloys. 8. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что в качестве топлива используют природный газ, пропан-бутановую смесь, отходящие газы нефтепереработки, факельные газы и др. 8. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that natural gas, a propane-butane mixture, refinery exhaust gases, flare gases, and others are used as fuel.
RU2001106168/06A 2001-03-06 2001-03-06 Hot-water boiler RU2196933C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001106168/06A RU2196933C2 (en) 2001-03-06 2001-03-06 Hot-water boiler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001106168/06A RU2196933C2 (en) 2001-03-06 2001-03-06 Hot-water boiler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2196933C2 true RU2196933C2 (en) 2003-01-20

Family

ID=20246830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001106168/06A RU2196933C2 (en) 2001-03-06 2001-03-06 Hot-water boiler

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2196933C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531837C2 (en) * 2010-03-03 2014-10-27 Бромик Хитинг Пти Лимитед Wind-resistant heater
RU2606459C2 (en) * 2011-07-13 2017-01-10 Риелло С.П.А. Proportional valve to control gas in flowing water heater and control device for said valve
RU169032U1 (en) * 2016-09-26 2017-03-01 АО "Бийский котельный завод" WATER BOILER
RU2667456C1 (en) * 2017-08-28 2018-09-19 Евгений Глебович Шадек Combined heating and hot water supply system with deep waste disposal of boiler combustion products and method for operation thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2531837C2 (en) * 2010-03-03 2014-10-27 Бромик Хитинг Пти Лимитед Wind-resistant heater
RU2606459C2 (en) * 2011-07-13 2017-01-10 Риелло С.П.А. Proportional valve to control gas in flowing water heater and control device for said valve
RU169032U1 (en) * 2016-09-26 2017-03-01 АО "Бийский котельный завод" WATER BOILER
RU2667456C1 (en) * 2017-08-28 2018-09-19 Евгений Глебович Шадек Combined heating and hot water supply system with deep waste disposal of boiler combustion products and method for operation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101571315B (en) Volumetric gas water heater
CN101338894A (en) Low-calorie fuel dual prewarming and thermal storage type energy-saving boiler
JPS63210558A (en) Spatial heating and water heating device by integrated liquid back type gas combustion furnace
US6887607B1 (en) Fuel cell system for generating electric energy and heat
RU2196933C2 (en) Hot-water boiler
US5570659A (en) Domestic gas-fired boiler
CZ279359B6 (en) Apparatus for the preparation of hot water
WO2004045012A3 (en) Fuel cell system
CN101338906A (en) Low-grade fuel dual prewarming and thermal storage type condensation energy-saving boiler
CN211695387U (en) Double-loop heat supply gas water heater
CN201196480Y (en) Fully premixed micro-flame type gas water boiler
CN105387507B (en) Energy saving and environment friendly combustion gas condensation module heating unit
RU2209378C2 (en) Water heating boiler and its operation method
CN211476321U (en) Auxiliary heating combustion wall-mounted furnace
US3910255A (en) Catalytic fluid heater
CN206160468U (en) Safe energy -concerving and environment -protective hot water heating device
CN218763635U (en) Methanol Flameless Combustion Heater
WO1996037735A1 (en) Energy supply system for heat-delivering appliances used in private houses or apartments
CN209877381U (en) Energy-saving gas module furnace for preheating secondary condensation
CN219433486U (en) Wall-mounted furnace heat exchanger and wall-mounted furnace
CN213630931U (en) Diversified heat exchange reactor without open fire
CN211695386U (en) Low-nitrogen-emission gas water heater
CN214891298U (en) Energy-saving high-efficiency gas boiler
CN218210081U (en) Hot water heating system for motor home
CN209978386U (en) Gas water heater with flue gas heat exchange latent heat collection function

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060307