RU2215246C1

RU2215246C1 - Gas-fired heating boiler

Info

Publication number: RU2215246C1
Application number: RU2002114309/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Кузьмич Зубков (UA); Александр Кузьмич Зубков; Виктор Васильевич Романенко (UA); Виктор Васильевич Романенко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Машзавод"
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: thermal engineering; water heating. SUBSTANCE: gas-fired heating boiler has furnace with gas burner, heat-transfer casing with water jacket, gas flue, and waste-heat flue. Heat-transfer spaces disposed inside water jacket are made in the form of vertical chutes contracting toward stack gas flow with their side walls inclined; front and rear walls of each chute have inward depressions for passing stack gases; each chute has lateral ducts providing intercommunication between adjacent parts of water jacket; gas burner is made of steel, 0.3 0.5 mm thick, and has fire surface with lateral slots in the form of through slits whose width is smaller than length by minimum ten times. EFFECT: simplified design, facilitated manufacture, enhanced capacity, efficiency, and heat-transfer intensity. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газовому отопительному оборудованию, в котором средой для доставки тепла является вода. Отопительный газовый котел предназначен для установки в системах отопления с водяным контуром, оборудуемых в различных помещениях, в том числе в квартирах многоэтажных домов, причем циркуляция воды происходит за счет разности температур и соответственно разной плотности воды. The invention relates to a power system, in particular to gas heating equipment, in which the medium for heat delivery is water. The gas heating boiler is designed for installation in heating systems with a water circuit, equipped in various rooms, including apartments of multi-storey buildings, and water circulation occurs due to the temperature difference and, accordingly, different water density.

При разработке отопительных аппаратов для установки в многоэтажных домах основной проблемой является уменьшение габаритов и повышение эффективности процесса теплопередачи и увеличение КПД всего котла. When developing heating devices for installation in multi-storey buildings, the main problem is to reduce the size and increase the efficiency of the heat transfer process and increase the efficiency of the entire boiler.

По данному виду отопительной техники есть тенденция разработки компактных аппаратов, топка и дымоходы которых изолированы от воздуха помещения, в котором установлен котел. Один из путей совершенствования аппаратов такого типа - это улучшение системы теплообмена и тем самым повышение эффективности всего котла. For this type of heating equipment, there is a tendency to develop compact devices, the firebox and chimneys of which are isolated from the air of the room in which the boiler is installed. One of the ways to improve this type of apparatus is to improve the heat exchange system and thereby increase the efficiency of the entire boiler.

Известен отопительный котел, содержащий корпус в виде водяной рубашки, топочное и газоходное пространство, в котором теплообменный элемент имеет Г-образную форму с различной величиной поперечного сечения (см. патент RU 2169317, опубл. 26.02.2001 г.). A heating boiler is known, comprising a casing in the form of a water jacket, a furnace and gas passage, in which the heat exchange element has an L-shaped shape with different cross-sectional sizes (see patent RU 2169317, published on 02.26.2001).

Недостатком известного котла является низкая эффективность теплопередачи, т.к. гладкая поверхность теплообменника позволяет нагретым газам свободно проходить в дымоход. A disadvantage of the known boiler is the low heat transfer efficiency, because the smooth surface of the heat exchanger allows heated gases to pass freely into the chimney.

Известен водогрейный котел для газового топлива, который содержит раздельные топочную и конвективную камеры, коллекторы с трубами и отличается тем, что вертикальные и горизонтальные трубы последовательно соединены между собой (см. полезную модель RU 19413, опубл. 20.06.2001 г.). Known hot water boiler for gas fuel, which contains separate furnace and convection chambers, collectors with pipes and is characterized in that the vertical and horizontal pipes are connected in series (see utility model RU 19413, published on 06/20/2001).

Недостатком известного котла является отсутствие сплошной массы нагреваемой воды и, соответственно, неинтенсивная конвекция, что делает такие виды теплообмена неэффективными применительно к котлам в системах с естественной циркуляцией. A disadvantage of the known boiler is the lack of a continuous mass of heated water and, consequently, non-intense convection, which makes these types of heat exchange ineffective in relation to boilers in systems with natural circulation.

Наиболее близким к заявленному изобретению является отопительный газовый котел, содержащий топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы (см. патент Украины 39489 А, опубл. 15.06.2001 г.). Наличие дополнительной кассеты из трубок улучшает эффективность теплопередачи по сравнению с приведенными выше аналогами. Closest to the claimed invention is a heating gas boiler containing a furnace with a gas burner, a heat exchanger body with a water jacket, flue and chimney channels (see Ukrainian patent 39489 A, publ. 15.06.2001). The presence of an additional cassette from the tubes improves the efficiency of heat transfer in comparison with the above analogues.

Недостатком вышеуказанного котла является имеющееся поперечное препятствие при переходе газового потока из топки в дымоотводные трубки, а также отсутствие возможности поперечного перемещения и конвекции нагретых газов, что снижает эффективность процесса теплообмена. Кроме того, эти дополнительные элементы значительно усложняют конструкцию и технологию изготовления котла, что является одним из важных факторов для котлов массового, в том числе бытового, назначения. The disadvantage of the above boiler is the existing transverse obstacle during the transition of the gas flow from the furnace to the chimneys, as well as the lack of the possibility of transverse movement and convection of heated gases, which reduces the efficiency of the heat exchange process. In addition, these additional elements significantly complicate the design and manufacturing technology of the boiler, which is one of the important factors for boilers of mass, including domestic, purpose.

Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции, улучшение технологичности изготовления, повышение производительности, эффективности и интенсивности теплообмена за счет увеличения площади поверхности теплопередачи, сплошной конвекции воды во всем объеме теплообменника, а также турбулизации газового потока. The objective of the claimed invention is to simplify the design, improve manufacturability, increase productivity, efficiency and intensity of heat transfer by increasing the surface area of heat transfer, continuous convection of water in the entire volume of the heat exchanger, as well as turbulization of the gas stream.

Дополнительная эффективность теплообмена достигается за счет выполнения углублений в стенках желобов, позволяющих увеличить площадь поверхности теплопередачи и вызвать турбулизацию потока горячих газов, а выполнение поперечных каналов, соединяющих соседние части водяной рубашки, позволяет создать поперечный конвекционный обмен. Additional heat transfer efficiency is achieved by making recesses in the walls of the gutters, allowing to increase the surface area of the heat transfer and cause the turbulence of the flow of hot gases, and the implementation of the transverse channels connecting the adjacent parts of the water jacket allows you to create a transverse convection exchange.

Кроме того, особенности конструкции горелки, в частности узкие поперечные прорези для выхода газа на тонкостенной огневой поверхности, улучшают процесс горения. In addition, the design features of the burner, in particular the narrow transverse slots for the exit of gas on a thin-walled fire surface, improve the combustion process.

Задача достигается за счет того, что в отопительном газовом котле, содержащем топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы, теплообменные полости, расположенные внутри водяной рубашки, выполнены в виде вертикальных желобов, сужающихся в направлении хода дымовых газов наклоном их боковых стенок, причем передняя и задняя стенки каждого желоба имеют углубления внутрь желоба, через который проходят дымовые газы, в каждом желобе выполнены поперечные каналы, соединяющие между собой соседние части водяной рубашки, а газовая горелка выполнена из стали толщиной в пределах 0,3-0,5 мм и имеет огневую поверхность с поперечными пазами в виде сквозных прорезей, ширина которых меньше длины не менее чем в десять раз. The task is achieved due to the fact that in a heating gas boiler containing a furnace with a gas burner, a heat exchanger body with a water jacket, a flue and chimney channels, heat exchange cavities located inside the water jacket are made in the form of vertical gutters, tapering in the direction of the flue gas the slope of their side walls, and the front and rear walls of each gutter have recesses inside the gutter through which the flue gases pass, transverse channels are made in each gutter, connecting adjacent e parts of the water jacket, and the gas burner is made of steel with a thickness of 0.3-0.5 mm and has a fire surface with transverse grooves in the form of through slots, the width of which is less than ten times less than the length.

Углубления на передней и задней стенках желобов могут иметь сферическую форму. The recesses on the front and rear walls of the gutters can have a spherical shape.

Ширина прорезей на огневой поверхности горелки может относиться к длине в соотношении не менее чем 1:25. The width of the slots on the firing surface of the burner may relate to the length in a ratio of not less than 1:25.

На фиг.1 и 2 представлен общий вид котла. Figure 1 and 2 presents a General view of the boiler.

Фиг.3 - конструкция горелки. Figure 3 - design of the burner.

Предлагаемый отопительный газовый котел имеет в нижней части топку 1 с поддоном. В пространстве топки 1 расположена газовая горелка 2. Корпус-теплообменник 3, который также является корпусом котла, представляет собой бак, заполненный нагреваемой водой, в виде водяной рубашки, как показано на поперечном разрезе (фиг.2). С корпусом-теплообменником 3 соединена система воздуховодных и дымоходных каналов. В качестве теплообменных полостей использованы желоба 4. Стенки 5 желобов 4 имеют углубления 6, выполненные в виде локальных прогибов листа стенки, направленные внутрь желобов 4. Это, во-первых, увеличивает площадь поверхности теплопередачи, кроме того, происходит турбулизация и замедление потока горячих газов, что также улучшает процесс теплопередачи в котле. Боковые стенки 7 желобов 4 имеют наклон к середине, поэтому каждый желоб 4 имеет сужение в верхнем направлении, что также увеличивает поверхность теплообменной полости, и замедляет скорость прохода горячих газов, что тоже создает дополнительный теплообменный эффект. Поперек каждого желоба 4, между стенками 5, имеются каналы 8, выполненные, в частности, в виде труб, через которые соседние части 9 водяной рубашки, заполненные подогреваемой водой, соединяются между собой. Их наличие, кроме дополнительной турбулизации газов и увеличения теплообменной поверхности, создает возможность перемещения нагреваемой воды не только вдоль частей 9 водяной рубашки корпуса теплообменника 3, но и в поперечном направлении, что улучшает конвекцию во всем объеме теплообменника. Расположенная в топке газовая горелка 2 имеет в верхней части огневую поверхность, изготовленную из листовой тонкостенной стали, стойкой к сильному нагреву и коррозийным процессам, толщина листа в пределах 0,3-0,5 мм. Конструкция горелки 2 показана на фиг. 3. На огневой поверхности 10 имеются поперечные пазы 11 для выхода газа и формирования пламени. Пазы 11 представляют собой сквозные прорези на всю ширину огневой поверхности 10, либо не доходящие до ее края. Такое расположение пазов 11 при наличии тонкой стенки огневой поверхности 11 создает наиболее устойчивый и равномерный факел пламени горящего газа. В отопительном газовом котле на передней и задней стенках 5 (фиг.2) углубления 6 могут иметь сферическую форму прогиба листа стенки. Подобная конструкция углублений 6 может быть изготовлена технологией штамповки, не внося при этом значительного усложнения в технологию изготовления котла. На огневой поверхности 10 горелки пазы 11 имеют ширину значительно меньше длины в соотношении не менее чем один к двадцати пяти. The proposed heating gas boiler has a firebox 1 with a pan in the lower part. In the space of the furnace 1 there is a gas burner 2. The heat exchanger 3 body, which is also the boiler body, is a tank filled with heated water, in the form of a water jacket, as shown in cross section (Fig. 2). A system of air and chimney channels is connected to the casing-heat exchanger 3. The channels 4 are used as heat exchange cavities. The walls 5 of the channels 4 have recesses 6 made in the form of local deflections of the wall sheet directed inside the channels 4. This, firstly, increases the surface area of the heat transfer, in addition, turbulization and slowing down of the flow of hot gases , which also improves the heat transfer process in the boiler. The side walls 7 of the grooves 4 have an inclination towards the middle, so each groove 4 has a narrowing in the upper direction, which also increases the surface of the heat-exchange cavity and slows down the passage of hot gases, which also creates an additional heat-exchange effect. Across each groove 4, between the walls 5, there are channels 8, made, in particular, in the form of pipes, through which adjacent parts 9 of the water jacket, filled with heated water, are interconnected. Their presence, in addition to additional gas turbulization and an increase in the heat exchange surface, makes it possible to move heated water not only along parts 9 of the water jacket of the heat exchanger body 3, but also in the transverse direction, which improves convection in the entire volume of the heat exchanger. The gas burner 2 located in the furnace has a fire surface in the upper part made of thin-walled sheet steel resistant to strong heating and corrosion processes, the sheet thickness is in the range of 0.3-0.5 mm. The design of the burner 2 is shown in FIG. 3. On the firing surface 10 there are transverse grooves 11 for the exit of gas and the formation of a flame. The grooves 11 are through slots for the entire width of the firing surface 10, or not reaching its edge. This arrangement of the grooves 11 in the presence of a thin wall of the fire surface 11 creates the most stable and uniform flame of a burning gas flame. In the heating gas boiler on the front and rear walls 5 (FIG. 2), the recesses 6 may have a spherical deflection of the wall sheet. A similar design of the recesses 6 can be made by stamping technology, without introducing significant complications in the technology of manufacturing the boiler. On the firing surface 10 of the burner, the grooves 11 have a width significantly less than the length in a ratio of not less than one to twenty-five.

Отопительный газовый котел работает следующим образом. Heating gas boiler operates as follows.

Котел, установленный в помещении, входным и выходным патрубками соединяется с системой отопления или водоснабжения и заполняется водой, горелка посредством стандартных компонентов подключается к газовой сети. Каналы для входа воздуха и выхода дыма соединяются с наружной атмосферой через отверстие в стене отапливаемого помещения. Затем разжигается горелка 2. При сгорании топлива выделяется тепло, которое от продуктов сгорания через поверхности корпуса-теплообменника 3 передается теплоносителю, вследствие чего в контуре системы отопления возникает циркуляция теплоносителя и тепло передается в отапливаемое помещение. Вода, служащая теплоносителем, проходя между желобами 4, которые являются теплообменными полостями, нагревается от тепла поднимающихся от горелки по желобам горячих дымовых газов, при этом горячие газы огибают локальные выступы на поверхности стенок желобов. Это, во-первых, увеличивает площадь поверхности теплопередачи, кроме того, происходит турбулизация и замедление потока горячих газов, что также улучшает процесс теплопередачи в котле. Количество тепла, производимое котлом, регулируется подачей топлива в горелку, что может быть осуществлено автоматически с помощью датчиков температуры теплоносителя, а соответственно и воздуха в отапливаемом помещении. Для окончания работы котла необходимо выполнить соответствующие операции в обратной последовательности. The boiler installed in the room, with inlet and outlet pipes, is connected to the heating or water supply system and is filled with water, the burner is connected to the gas network using standard components. Channels for air inlet and smoke outlet are connected to the outside atmosphere through an opening in the wall of a heated room. Then, burner 2 is ignited. When fuel is burned, heat is released, which is transferred from the combustion products through the surface of the heat exchanger housing 3 to the heat carrier, as a result of which the heat carrier circulates in the heating circuit and the heat is transferred to the heated room. The water that serves as a coolant passing between the chutes 4, which are heat-exchange cavities, is heated by the heat of the hot flue gases rising from the burner through the chutes, while the hot gases bend around the local protrusions on the surface of the walls of the chutes. This, firstly, increases the surface area of the heat transfer, in addition, there is turbulization and a slowdown in the flow of hot gases, which also improves the heat transfer process in the boiler. The amount of heat produced by the boiler is regulated by the supply of fuel to the burner, which can be done automatically using sensors for the temperature of the coolant, and, accordingly, the air in the heated room. To complete the operation of the boiler, it is necessary to perform the corresponding operations in the reverse order.

Таким образом, турбулизация газового потока в котле при прохождении горячих продуктов сгорания через теплообменник приводит к интенсификации теплообмена между продуктами сгорания и поверхностями теплообменника. Thus, turbulization of the gas flow in the boiler during the passage of hot combustion products through the heat exchanger leads to intensification of heat transfer between the combustion products and the surfaces of the heat exchanger.

На основе данного предлагаемого изобретения разработан промышленный образец газового отопительного котла и в настоящее время начат серийный выпуск на ЗАО "Машзавод" такого котла модели "АОГВ-7,4". Based on this proposed invention, an industrial design of a gas heating boiler has been developed and serial production of such a boiler of the AOGV-7.4 model at CJSC Mashzavod has begun.

Claims

1. A heating gas boiler containing a furnace with a gas burner, a heat exchanger body with a water jacket, gas and chimney channels, characterized in that the heat exchange cavities located inside the water jacket are made in the form of vertical gutters, tapering in the direction of the flue gases by tilting them side walls, the front and rear walls of each gutter having recesses inside the gutter through which the flue gases pass, transverse channels are made in each gutter, connecting adjacent parts of the water jacket and a gas burner made of steel with a thickness in the range 0.3-0.5 mm, and has a firing surface with transverse grooves in the form of through slots having a width less than the length at least ten times.

2. The heating gas boiler according to claim 1, characterized in that the recesses on the front and rear walls of the gutters have a spherical shape.

3. Heating gas boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the slots on the firing surface of the burner refers to a length in the ratio of not less than 1: 25.