Комбінований водогрійний котел

Пропозиція стосується конструкції комбінованих проточних водогрійних котлів, в яких вода відділена від нагріваючого середовища. Котел може бути використаний для систем водяного опалення і гарячого водопостачання житлових, громадських та інших будівель. Відомий комбінований водогрійний котел [патент США №3848573 М. кл. F22В7/12, 1974p.], який містить циліндричний корпус, на вхідному кінці якого в нижній його частині встановлений пальник, а в верхній розміщений димохід. В нижній частині циліндричного корпусу співвісно з пальником розміщена жарова труба, а над жаровою трубою співвісно з димоходом розташовані димогарні труби, які зазвичай набрані у вигляді жмута (пучка). До вихідного кінця корпуса співвісно приєднана поворотна камера, яка знизу з'єднана з жаровою трубою, а зверху - з димогарними трубами, які з'єднані з димоходом. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропозиції є водогрійний котел [патент України на винахід №70412 МКл.7 F24H1/12, 2004р], який містить горизонтальний циліндричний корпус, в нижній частині якого ексцентрично розміщена жарова труба, а в верхній (над жаровою трубою) симетрично одна до одної розміщені димогарні труби. З вхідного кінця циліндричного корпусу зверху по осі димогарних труб встановлений димохід, з'єднаний з димогарними трубами, а знизу по осі жарової труби встановлений пальник, з'єднаний з жаровою трубою. До вихідного кінця циліндричного корпусу співвісно приєднана поворотна камера, яка знизу приєднана до жарової труби, а зверху - до димогарних труб. До поворотної камери співвісно приєднаний запобіжний („вибуховий") клапан. У вихідній частині жарової труби і по всій довжині димогарних труб встановлені рядами паралельно одна до одної поперечні водяні трубки, а самі ряди нахилені щодо вертикальної осі жарової і димогарних труб під кутом до 45° з інтервалом від 5 до 15 градусів, а кінці водяних трубок виконані вигнутими і від цього закріплені радіально в стінках жарової і димогарних труб. Для підведення до котла зворотної води і відведення від котла прямої (нагрітої) води і спрямування її в тепломережу на вхідній і вихідній ділянках циліндричного корпусу встановлені відповідно вхідний і вихідний патрубки. Для забезпечення послідовного руху води по довжині корпуса і рівномірного омивання водою зовнішньої поверхні жарової і димогарних труб та внутрішньої поверхні поперечних водяних трубок між вхідним і вихідним патрубками в корпусі встановлені дві перегородки з перепускними вікнами. Відомі конструкції мають ряд вад: перегрів стінок вхідного кінця циліндричного корпусу, недостатню стабілізацію факела від відриву і проскоку, а також значні шкідливі викиди в атмосферу. В основу пропозиції покладено завдання удосконалення конструкції комбінованого водогрійного котла, в якому, внаслідок введення охолоджуваної фронтальної камери запропонованої конструкції, забезпечується більш ефективне спалення палива без відриву і проскоку факела з меншим викидом шкідливих речовин і за рахунок цього збільшується термін безаварійної роботи котла та його ККД. Поставлене завдання вирішено завдяки тому, що комбінований водогрійний котел, який містить горизонтальний циліндричний корпус з патрубками для підведення зворотної води і відведення нагрітої, а також з вертикальними поперечними перегородками з перепускними вікнами, ексцентрично розміщену у нижній частині корпусу жарову трубу з поперечними водяними трубками, над якою симетрично розміщені димогарні труби також з поперечними водяними трубками, поворотну камеру, розміщену співвісно корпуса і з'єднану знизу з жаровою трубою, а зверху - з димогарними трубами, запобіжний клапан, розміщений співвісно з поворотною камерою, та димохід з засувкою, розміщений по осі димогарних труб, згідно пропозиції, обладнаний водоохолоджуваною фронтальною камерою, яка приєднана співвісно до вхідного кінця корпуса і виконана у вигляді циліндра з отворами співвісно жаровій і димогарним трубам, в яких встановлені відповідно керамічна амбразура в металевому патроні для пальника та труба для з'єднання димогарних труб з димоходом, причому знизу і зверху камери встановлені штуцери для підведення зворотної води і відведення нагрітої. Встановлення водоохолоджуваної фронтальної камери пропонованої конструкції сприяє виконанню поставленого завдання. Виконання фронтальної камери водоохолоджувальною, тобто коли зворотна вода, проходячи крізь камеру, захищає стінки камери від перегріву від працюючого пальника, особливо в місці стикування камери з жаровою трубою, а також захищає від перегріву вихідні кінці димогарних труб, охолоджує металевий патрон навколо амбразури і тим самим усуває її перегрів та руйнування і дає можливість підтримувати температуру продуктів згоряння (факела) на оптимальному рівні, при якому не буде ані проскоку, ані відриву факела і в той же час створюються температурні умови для зниження шкідливих викидів з відхідними газами. Крім того, саму воду, яку нагрівають в камері, повертають в тепломережу і тим самим значно зменшують втрату тепла в навколишнє середовище, і таким чином збільшують ККД котла. Запропонований котел зображений на кресленнях: Фіг.1 - у подовжньому перерізі; Фіг.2 - у поперечному перерізі. Запропонований комбінований водогрійний котел містить горизонтальний циліндричний корпус 1 та водоохолоджувану фронтальну камеру 2. У вхідній частині корпусу знизу встановлений патрубок 3 для підведення зворотної води, а у вихідній частині зверху - патрубок 4 для відведення прямої (нагрітої) води. В корпусі 1 між патрубками 3 і 4 встановлені дві вертикальні перегородки 5 і 6 з перепускними вікнами 7 і 8, які поділяють корпус на три приблизно рівні частини. В нижній частині корпусу ексцентрично розміщена жарова труба 9, а над жаровою трубою в верхній частині корпусу симетрично одна до одної розміщені дві димогарні труби 10 і 11. До вихідного кінця жарової труби приєднана поворотна камера 12 співвісно корпусу 1, зв'язана з вхідними кінцями димогарних труб. До поворотної камери приєднаний по її осі запобіжний («вибуховий») клапан 13, який може бути водоохолоджуваним. У вихідній частині жарової труби і по всій довжині димогарних труб встановлені поперечні водяні трубки 14 і 15, які розташовані рядами паралельно між собою, а самі ряди нахилені щодо вертикальної осі жарової і димогарних труб під кутом до 45°С з інтервалом від 5 до 15 градусів, а кінці водяних трубок виконані вигнутими і закріплені радіально в стінках жарової і димогарних труб. У верхній частині водоохолоджуваної фронтальної камери розміщений димохід 16 з засувкою 17. У водоохолоджуваній фронтальній камері 2 у вхідній і вихідній стінках співвісно димогарним трубам і жаровій трубі виконані отвори. В отворах фронтальної камери встановлені з'єднувальна труба 18 і металевий патрон 19. Вихідний кінець з'єднувальної труби 18 приєднаний до димоходу 16, а вхідний кінець її з'єднаний з димогарними трубами 10 і 11. В металевому патроні 19 встановлена амбразура 20, зовнішня стінка якої щільно прилягає до внутрішньої поверхні патрона. У вхідному кінці амбразури встановлений пальник 21, а вихідний - з'єднано з жаровою трубою 9. Для підведення зворотної води до водоохолоджуваної фронтальної камери і відведення прямої (нагрітої води) від неї знизу і зверху камери встановлені штуцери 22 і 23, які з'єднані напряму з магістралями зворотної і прямої води відповідно. Пропонований котел працює таким чином. Спочатку наповнюють холодною хімічно очищеною водою котел і систему водяного опалення. Для заповнення котла водою відкривають патрубки 22 і 3 та 23 і 4. Вода крізь патрубки 22 і 3 заповнює водоохолоджувану фронтальну камеру 2 і циліндричний корпус 1. В корпусі вода, завдяки поперечним перегородкам 5 і 6 з перепускними вікнами 7 і 8, послідовно і рівномірно омиває зовнішні поверхні жарової труби 9, димогарних труб 10 і 11 та внутрішню поверхню поперечних водяних трубок 14 і 15, проходячи крізь них. Заповнюючи фронтальну камеру і циліндричний корпус, вода витісняє з котла повітря, яке виходить через патрубки 23 і 4 і через спеціальні повітряні штуцери, що встановлені за межами котла, - в навколишній простір. Завершують процес заповненням котла водою і виведенням з котла повітря заповненням водою запобіжного клапана 13, коли він виконаний водоохолоджуваним, і закриттям повітряних штуцерів. Потім включають циркуляційні насоси для забезпечення циркуляції води в котлі: зворотна вода поступає в котел через патрубки 22 і 3 і виходить з котла через патрубки 23 і 4 і поступає в систему опалення, після чого як зворотну її направляють знову в котел і т.д. Потім включають пальник 21. Паливо-повітряну суміш від пальника направляють в амбразуру 20 і підпалюють. Головна частина суміші згоряє в амбразурі, а інша догоряє в жаровій трубі. Тепло від факела і продуктів згоряння палива, в основному, випромінюванням падає на внутрішню поверхню жарової труби і через її стінку передається воді, яка знаходиться в циліндричному корпусі, і з зовнішньої поверхні жарової труби тепло відбирає. Далі продукти згоряння омивають поперечні водяні трубки 14 з зовнішньої поверхні і через їх стінки тепло передають воді, яка проходить крізь трубки 14. Далі продукти згоряння проходять в поворотну камеру 12, після якої поступають в димогарні трубки 10 і 11, де тепло від продуктів згоряння передають внутрішній поверхні труб і через їх стінки передають воді, яка знаходиться в циліндричному корпусі 1 і з зовнішньої поверхні труб тепло відбирають, в той же час продукти згоряння омивають і поперечні водяні трубки 15 з зовнішньої поверхні їх і через їх стінки тепло передають воді, яка проходить крізь трубки 15, після димогарних труб продукти згоряння направляють в димохід 16 з засувкою 17 через трубу 18 і далі через димову трубу, яка знаходиться, як правило, за межами котельні, в навколишнє середовище. У випадку хлопка («вибуху») паливо-повітряної суміші, що може статися в процесі розпалювання пальника при відриві факела та з якихось інших причин в процесі роботи котла, вибухова хвиля проходить крізь жарову трубу 9, поворотну камеру 12, запобіжний («вибуховий») клапан 13 і загасає за допомогою відведених коробів в верхній частині котельні чи в атмосфері. Таким чином, зворотна вода поступає у фронтальну камеру 2 через патрубок 22, проходить через камеру, охолоджуючи гарячу внутрішню поверхню її, зовнішні поверхні металевого патрону 19 і труби 18, вода захищає ці поверхні від перегріву, а сама нагрівається і нагрітою виходить через патрубок 23 і поступає в систему опалення разом з водою, яка в той саме час через патрубок 3 проходить через циліндричний корпус 1 і виходить через патрубок 4. Як бачимо, встановлення водоохолоджуваної фронтальної камери пропонованої конструкції дозволяє уникнути відриву і проскоку факела при роботі пальника, захистити від перегріву стінки камери, отримати оптимальну температуру горіння палива, при якій зменшується кількість шкідливих викидів в атмосферу, а також зменшити втрату тепла в навколишнє середовище і тим самим збільшити ККД котла.