RU2379593C1

RU2379593C1 - Hot water boiler

Info

Publication number: RU2379593C1
Application number: RU2008151750/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Голубев (RU); Дмитрий Владимирович Голубев; Наталья Всеволодовна Майкова (RU); Наталья Всеволодовна Майкова; Вячеслав Николаевич Макаров (RU); Вячеслав Николаевич Макаров; Андрей Борисович Митрофанов (RU); Андрей Борисович Митрофанов; Антон Юрьевич Орлов (RU); Антон Юрьевич Орлов; Александр Самуилович Тукацинский (RU); Александр Самуилович Тукацинский; Михаил Иванович Якушин (RU); Михаил Иванович Якушин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инженерное проектирование"
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed hot water boiler includes heat exchanger with water storage tank, furnace chamber connected to gas duct in order to discharge combustion products, lighting-up device and flame control device, and radiation gas blower with distributing chamber, which is installed in furnace chamber by means of attachment component and equipped with gas-permeable insert fixed between walls of distributing chamber. Furnace chamber is comprised by internal wall of heat exchanger and gas-permeable burner insert. Burner attachment component in furnace chamber is heat-conducting and has the possibility of being connected along the perimeter of external heat exchanger wall to walls of distributing chamber of burner at the attachment point of gas-permeable insert fixed in it.

EFFECT: improving boiler reliability.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для подогрева воды с применением газового топлива и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений.The invention relates to a device for heating water using gas fuel and can be used for heating and hot water supply of domestic and industrial premises.

Известны водогрейные котлы с радиационными газовыми горелками, в которых теплота, образующаяся при сгорании топлива, передается воде посредством теплового излучения, поглощаемого стенками теплообменника и за счет конвективного теплообмена от продуктов сгорания (US 4510890, RU 2189538, US 5511516, US 5494003, US 6725811, US 7299768).Water heating boilers with radiation gas burners are known, in which the heat generated by the combustion of fuel is transferred to water through heat radiation absorbed by the walls of the heat exchanger and due to convective heat transfer from the combustion products (US 4510890, RU 2189538, US 5511516, US 5494003, US 6725811, US 7,299,768).

Известен водогрейный котел (US 6945196), содержащий теплообменник. Оболочка корпуса и часть оболочки теплообменника образуют топочную камеру, в которой установлена радиационная горелка с инжекционным смесителем. Часть оболочки теплообменника образует радиационную и конвективную поверхности нагрева топочной камеры. Через теплообменник проходит газоход для отвода продуктов сгорания. Стенки канала газохода образуют конвективные поверхности нагрева котла.Known hot water boiler (US 6945196) containing a heat exchanger. The shell of the casing and part of the shell of the heat exchanger form a combustion chamber in which a radiation burner with an injection mixer is installed. Part of the shell of the heat exchanger forms the radiation and convective heating surfaces of the combustion chamber. A gas duct passes through the heat exchanger to remove combustion products. The walls of the duct channel form convective heating surfaces of the boiler.

Радиационная горелка состоит из корпуса, на котором установлены узлы горелки: инжекционный смеситель и керамическая газопроницаемая вставка. Корпус является распределительной камерой радиационной горелки, обеспечивающей равномерное распределение топливовоздушной смеси по поверхности керамической вставки.The radiation burner consists of a housing on which the burner assemblies are mounted: an injection mixer and a ceramic gas-permeable insert. The casing is a distribution chamber of a radiation burner, which ensures uniform distribution of the air-fuel mixture over the surface of the ceramic insert.

Недостатком конструкции является низкая надежность работы, связанная с перегревом корпуса распределительной камеры радиационной горелки. В условиях замкнутого пространства топочной камеры и воздействия радиационного нагрева от стенок топочной камеры и конвективного нагрева от продуктов сгорания, контактирующих с конструкционными элементами горелки, происходит нагревание всех элементов, расположенных в топочной камере, в частности стенок распределительной камеры горелки выше температуры воспламенения топливовоздушной смеси.The disadvantage of the design is the low reliability associated with overheating of the housing of the distribution chamber of the radiation burner. In a confined space of the combustion chamber and the effects of radiation heating from the walls of the combustion chamber and convective heating from combustion products in contact with the structural elements of the burner, all elements located in the combustion chamber, in particular the walls of the distribution chamber of the burner above the ignition temperature of the air-fuel mixture, are heated.

Этот эффект приводит к проскоку пламени в корпус горелки по стенке смесительной камеры и особенно проявляется в зоне соединения керамической вставки с корпусом горелки из-за воздействия дополнительного нагревания от керамической вставки.This effect leads to the passage of the flame into the burner body along the wall of the mixing chamber and is especially manifested in the zone of connection of the ceramic insert with the burner body due to the influence of additional heating from the ceramic insert.

Наиболее близким к предлагаемому водогрейному котлу является водогрейный котел (US 7040258), содержащий теплообменник с водяной емкостью, топочную камеру, соединенную с газоходом для отвода продуктов сгорания, устройства розжига и контроля пламени и установленную в топочной камере при помощи узла крепления газовую радиационную горелку с распределительной камерой, снабженную керамической газопроницаемой вставкой, закрепленной между стенками распределительной камеры. Днище теплообменника и корпус котла образуют топочную камеру. Днище теплообменника образует конвективную и радиационную поверхности нагрева. Сквозь водяную емкость проходит газоход для отвода продуктов сгорания. Стенки канала газохода образуют конвективные поверхности нагрева котла. Устройства розжига и контроля пламени находятся в топочной камере.Closest to the proposed hot water boiler is a hot water boiler (US 7040258), comprising a heat exchanger with a water tank, a combustion chamber connected to a gas duct for exhausting combustion products, an ignition device and flame control and installed in the combustion chamber by means of a mounting unit, a gas radiation burner with a distribution a chamber equipped with a ceramic gas-permeable insert fixed between the walls of the distribution chamber. The bottom of the heat exchanger and the boiler body form a combustion chamber. The bottom of the heat exchanger forms a convective and radiation heating surface. A gas duct passes through the water tank to exhaust combustion products. The walls of the duct channel form convective heating surfaces of the boiler. The ignition and flame control devices are located in the combustion chamber.

Однако радиационная горелка известного водогрейного котла работает в условиях замкнутого пространства, что приводит к дополнительному нагреванию распределительной камеры радиационной горелки излучением и конвекцией. Это может привести к нагреванию стенки распределительной камеры горелки выше температуры воспламенения топливовоздушной смеси, то есть приводить к проскоку пламени не по каналам керамической газопроницаемой вставки, а по стенке распределительной камеры горелки.However, the radiation burner of the known hot water boiler operates in a confined space, which leads to additional heating of the distribution chamber of the radiation burner by radiation and convection. This can lead to heating of the wall of the distribution chamber of the burner above the ignition temperature of the air-fuel mixture, that is, lead to the breakthrough of the flame not through the channels of the ceramic gas-permeable insert, but along the wall of the distribution chamber of the burner.

Кроме того, перегрев стенок распределительной камеры радиационной горелки в зоне крепления в ней керамической газопроницаемой вставки приводит к возникновению термических напряжений и деформаций, что может привести к нарушению герметичности соединения.In addition, overheating of the walls of the distribution chamber of the radiation burner in the mounting area of the ceramic gas-permeable insert in it leads to thermal stresses and deformations, which can lead to a violation of the tightness of the connection.

Недостатки конструкции связаны также с тем, что элементы устройств розжига и контроля пламени находятся в топочной камере при высокой температуре. Перегрев элементов систем розжига и контроля приводит к снижению их ресурса, то есть также к снижению надежности.Design flaws are also associated with the fact that the elements of the ignition and flame control devices are located in the combustion chamber at high temperature. Overheating of the elements of the ignition and control systems leads to a decrease in their resource, that is, also to a decrease in reliability.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы водогрейного котла с радиационными горелками, расположенными в топочной камере.The objective of the present invention is to increase the reliability of a water boiler with radiation burners located in the combustion chamber.

Поставленная задача решается тем, что в водогрейном котле, содержащем теплообменник с водяной емкостью, топочную камеру, соединенную с газоходом для отвода продуктов сгорания, устройства розжига и контроля пламени и установленную в топочной камере при помощи узла крепления газовую радиационную горелку с распределительной камерой, снабженную газопроницаемой вставкой, закрепленной между стенками распределительной камеры, согласно изобретению топочная камера образована внутренней стенкой теплообменника и газопроницаемой вставкой горелки, а узел крепления горелки в топочной камере выполнен теплопроводным с возможностью соединения по периметру внешней стенки теплообменника со стенками распределительной камеры горелки в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки.The problem is solved in that in a boiler containing a heat exchanger with a water tank, a combustion chamber connected to a gas duct for exhausting combustion products, an ignition device and flame control and installed in the combustion chamber by means of a mounting unit, a gas radiation burner with a distribution chamber, equipped with a gas-permeable an insert fixed between the walls of the distribution chamber, according to the invention, the combustion chamber is formed by the inner wall of the heat exchanger and a gas permeable insert Christmas tree, and the burner mount in the combustion chamber is made thermally conductive to connect the external perimeter wall of the heat exchanger from the distribution chamber walls of the burner zone mounting therein a gas-permeable insert.

Поставленная задача решается также тем, что узел крепления горелки в топочной камере дополнительно может быть выполнен из монолитного теплопроводного материала.The problem is also solved by the fact that the attachment point of the burner in the combustion chamber can additionally be made of monolithic heat-conducting material.

Поставленная задача решается также тем, что узел крепления горелки в топочной камере дополнительно может быть выполнен в виде водяного кольцевого канала.The problem is also solved by the fact that the mount of the burner in the combustion chamber can additionally be made in the form of a water annular channel.

Поставленная задача решается также тем, что узел крепления горелки в топочной камере дополнительно может быть выполнен в виде воздушного кольцевого канала.The problem is also solved by the fact that the mount of the burner in the combustion chamber can additionally be made in the form of an air annular channel.

Поставленная задача решается также тем, что устройства розжига и контроля пламени могут быть частично размещены в каналах, проходящих через водяную емкость теплообменника.The problem is also solved by the fact that the ignition and flame control devices can be partially placed in the channels passing through the water tank of the heat exchanger.

На фиг.1 представлен разрез предлагаемого водогрейного котла с охлаждением стенок распределительной камеры радиационной горелки при помощи теплопроводного монолитного материала.Figure 1 presents a section of the proposed hot water boiler with cooling the walls of the distribution chamber of the radiation burner using a heat-conducting monolithic material.

На фиг.2 - разрез предлагаемого водогрейного котла с охлаждением стенок распределительной камеры радиационной горелки при помощи водяного кольцевого канала.Figure 2 is a section of the proposed hot water boiler with cooling the walls of the distribution chamber of the radiation burner using a water ring channel.

На фиг.3 - вид сверху на панельную радиационную горелку с охлаждением стенок распределительной камеры горелки при помощи воздушного кольцевого канала.Figure 3 is a top view of a panel radiation burner with cooling the walls of the distribution chamber of the burner using an air annular channel.

На фиг.4 - вид сверху на панельную радиационную горелку, состоящую их двух примыкающих друг к другу радиационных горелок, имеющих отдельные распределительные камеры, инжекционные смесители и кольцевые каналы.Figure 4 is a top view of a panel radiation burner consisting of two adjacent adjacent burners with separate distribution chambers, injection mixers and annular channels.

Предлагаемый водогрейный котел (фиг.1) содержит теплообменник 1 с водяной емкостью 2, топочную камеру 3, соединенную с газоходом 4 для отвода продуктов сгорания, устройства розжига и контроля пламени 5 и установленную в топочной камере 3 при помощи узла крепления 6 газовую радиационную горелку 7 инжекционного типа с инжекционным смесителем 8 и распределительной камерой 9, снабженную керамической газопроницаемой вставкой 10, закрепленной между стенками 11 распределительной камеры 9. Топочная камера 3 образована внутренней стенкой 12 теплообменника 1 и газопроницаемой вставкой 10 горелки 7. Узел крепления 6 горелки 7 в топочной камере 3 выполнен теплопроводным с возможностью соединения по периметру внешней стенки 13 теплообменника 1 со стенками 11 распределительной камеры 9 горелки 7 в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки 10.The proposed water boiler (Fig. 1) contains a heat exchanger 1 with a water tank 2, a combustion chamber 3 connected to a gas duct 4 for exhausting combustion products, an ignition device and a flame control 5 and installed in the combustion chamber 3 by means of a mounting unit 6, a gas radiation burner 7 injection type with an injection mixer 8 and a distribution chamber 9, equipped with a ceramic gas-permeable insert 10 fixed between the walls 11 of the distribution chamber 9. The combustion chamber 3 is formed by the inner wall 12 of the heat exchange 1 and gas-tight insert 10 of the burner 7. The attachment point 6 of the burner 7 in the combustion chamber 3 is made heat-conducting with the possibility of connecting along the perimeter of the outer wall 13 of the heat exchanger 1 with the walls 11 of the distribution chamber 9 of the burner 7 in the mounting zone of the gas-tight insert 10 in it.

В первом варианте узел крепления 6 горелки 7 в топочной камере 3 дополнительно может быть выполнен из монолитного теплопроводного материала. При этом обеспечивается охлаждение стенок 11 распределительной камеры 9 за счет теплопроводности конструкционного материала.In the first embodiment, the mount 6 of the burner 7 in the combustion chamber 3 may additionally be made of a monolithic heat-conducting material. This provides cooling of the walls 11 of the distribution chamber 9 due to the thermal conductivity of the structural material.

Во втором варианте (фиг.2, 4) узел крепления 6 горелки 7 в топочной камере 3 дополнительно может быть выполнен в виде водяного кольцевого канала 14 с патрубками 15.In the second embodiment (figure 2, 4), the attachment point 6 of the burner 7 in the combustion chamber 3 can additionally be made in the form of a water annular channel 14 with pipes 15.

В третьем варианте (фиг.3) узел крепления 6 горелки 7 в топочной камере 3 дополнительно может быть выполнен в виде воздушного кольцевого канала 16, сообщающего воздухозаборник 17 с инжекционным смесителем 8. При этом между каналами 14, 16 и стенками 11 распределительной камеры 9 обеспечивается тепловой контакт.In the third embodiment (figure 3), the attachment point 6 of the burner 7 in the combustion chamber 3 can additionally be made in the form of an air annular channel 16 communicating the air intake 17 with the injection mixer 8. Moreover, between the channels 14, 16 and the walls 11 of the distribution chamber 9 is provided thermal contact.

Устройства розжига и контроля пламени 5 могут быть частично размещены в каналах 18, проходящих через водяную емкость 2 теплообменника 1.The ignition and flame control devices 5 can be partially placed in the channels 18 passing through the water tank 2 of the heat exchanger 1.

Для радиационных горелок большой мощности (>50 кВт) (фиг.4) размеры инжекционного смесителя 8 не позволяют размещать его в распределительной камере 9 горелки 7, поэтому панельная радиационная горелка может состоять из нескольких примыкающих друг к другу горелок, имеющих собственные смеситель и распределительную камеру. В этом случае для теплоотвода применяется кольцевой канал 14 по периметру каждой горелки в отдельности.For radiation burners of high power (> 50 kW) (Fig. 4), the dimensions of the injection mixer 8 do not allow it to be placed in the distribution chamber 9 of the burner 7, therefore, the panel radiation burner may consist of several adjacent burners having their own mixer and distribution chamber . In this case, an annular channel 14 is used for heat removal along the perimeter of each burner separately.

Излучающая поверхность радиационной горелки 7 может быть прямоугольной или круглой в зависимости от проема топочной камеры 3, для которой используется горелка 7.The radiating surface of the radiation burner 7 may be rectangular or round depending on the opening of the combustion chamber 3, for which the burner 7 is used.

Описываемый водогрейный котел работает следующим образом.The described hot water boiler operates as follows.

При розжиге котла происходит подача газообразного топлива и воздуха в инжекционный смеситель 8, где образуется газовоздушная смесь, близкая к стехиометрическому составу. Образовавшаяся газовоздушная смесь заполняет распределительную камеру 9 горелки 7 и через керамическую газопроницаемую вставку 10 поступает в топочную камеру 3, где осуществляется ее воспламенение устройствами розжига и контроля пламени 5 и горение с выделением тепла. Выделившееся тепло поглощается через внутреннюю стенку 12 теплообменника 1 водой, протекающей в его водяной емкости 2. Охлажденные продукты сгорания отводятся из топочной камеры 3 через газоход 4. Нагретая вода поступает потребителю. По мере выхода на заданный режим работы водогрейного котла возрастают температуры его узлов и элементов, особенно стенок 11 распределительной камеры 9 горелки 7 в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки 10. Узел крепления 6 горелки 7 в топочной камере 3 передает теплоту со стенок 11 распределительной камеры 9 горелки 7 на внешнюю стенку 13 теплообменника 1. При этом температура стенок 11 распределительной камеры 9 снижается до безопасного по вероятности проскока пламени уровня. Охлаждение стенок 11 распределительной камеры 9 в зоне крепления в ней газопроницаемой вставки 10 приводит к снижению термических напряжений и деформаций, что повышает надежность работы горелки 7 по проскоку пламени по стенке 11 распределительной камеры 9 и крепления в ней газопроницаемой вставки 10.When the boiler is ignited, gaseous fuel and air are supplied to the injection mixer 8, where an air-gas mixture is formed, which is close to the stoichiometric composition. The resulting air-gas mixture fills the distribution chamber 9 of the burner 7 and through the ceramic gas-permeable insert 10 enters the combustion chamber 3, where it is ignited by the ignition and flame control devices 5 and combustion with heat. The released heat is absorbed through the inner wall 12 of the heat exchanger 1 with water flowing in its water tank 2. Cooled combustion products are removed from the combustion chamber 3 through the gas duct 4. Heated water enters the consumer. As you reach the specified mode of operation of the boiler, the temperatures of its components and elements increase, especially the walls 11 of the distribution chamber 9 of the burner 7 in the fastening zone of the gas-permeable insert 10. The fastening unit 6 of the burner 7 in the combustion chamber 3 transfers heat from the walls 11 of the distribution chamber 9 burners 7 to the outer wall 13 of the heat exchanger 1. In this case, the temperature of the walls 11 of the distribution chamber 9 decreases to a level that is safe in probability of a breakthrough. The cooling of the walls 11 of the distribution chamber 9 in the area of attachment of the gas-permeable insert 10 therein leads to a decrease in thermal stresses and deformations, which increases the reliability of the burner 7 along the flamethrough along the wall 11 of the distribution chamber 9 and the fastening of the gas-permeable insert 10 in it.

В случае использования узла крепления 6 по второму варианту теплота со стенок 11 распределительной камеры 9 горелки 7 передается охлаждающей воде, протекающей по кольцевому каналу 14, в качестве которой может быть использована вода из водяной емкости 2 теплообменника 1 котла.In the case of using the attachment unit 6 according to the second embodiment, heat from the walls 11 of the distribution chamber 9 of the burner 7 is transferred to the cooling water flowing through the annular channel 14, which can be used as water from the water tank 2 of the boiler heat exchanger 1.

В случае использования узла крепления 6 по третьему варианту теплота со стенок 11 распределительной камеры 9 передается потоку воздуха, который прокачивается по кольцевому каналу 16 за счет разрежения в инжекционном смесителе 8.In the case of using the mounting unit 6 according to the third embodiment, heat from the walls 11 of the distribution chamber 9 is transferred to the air flow, which is pumped through the annular channel 16 due to the vacuum in the injection mixer 8.

Устройства розжига и контроля пламени 5, частично размещенные в каналах 18, проходящих через водяную емкость 2 теплообменника 1, также обеспечены необходимым теплоотводом, что в свою очередь повышает надежность работы котла.The ignition and flame control devices 5, partially located in the channels 18 passing through the water tank 2 of the heat exchanger 1, are also provided with the necessary heat sink, which in turn increases the reliability of the boiler.

Claims

1. A water boiler containing a heat exchanger with a water tank, a combustion chamber connected to a gas duct for exhausting combustion products, an ignition and flame control device and installed in the combustion chamber using a mounting unit, a gas radiation burner with a distribution chamber, equipped with a gas-permeable insert fixed between the walls distribution chamber, characterized in that the combustion chamber is formed by the inner wall of the heat exchanger and the gas-tight insert of the burner, and the mount of the burner in the furnace The chamber is made heat-conducting with the possibility of connecting along the perimeter of the outer wall of the heat exchanger with the walls of the distribution chamber of the burner in the area of the gas-tight insert fastening in it.

2. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the attachment point of the burner in the combustion chamber is additionally made of a monolithic heat-conducting material.

3. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the attachment point of the burner in the combustion chamber is additionally made in the form of a water annular channel.

4. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the attachment point of the burner in the combustion chamber is additionally made in the form of an air annular channel.

5. A water boiler according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ignition and flame control devices are partially located in the channels passing through the water tank of the heat exchanger.