Комбінований водогрійний котел

Пропозиція стосується конструкції комбінованих проточних водогрійних, переважно пересувних, котлів, в яких вода відділена від нагріваючого середовища. Котел використовують для систем водяного опалення і гарячого водопостачання житлових, громадських та промислових будівель, лазень чи пралень. Від котлів такого типу вимагають високу експлуатаційну надійність, високий (більше за 90%) термічний коефіцієнт корисної дії і мінімальну матеріалоємність і технологічність при виготовленні. Відомий комбінований водогрійний котел (патент США №3848573 М.кл. F22В7/12, опубл. 1974г.), який має циліндричний корпус з патрубками для підводу води, яку нагрівають, і відводу нагрітої води, ексцентрично розміщену в нижній частині корпуса жарову трубу, один торець якої з'єднаний з пальником, а другий - відкритий в поворотну камеру, і не менше як дві димогарні труби, симетрично розташовані над жаровою трубою і підключені з одного боку до поворотної камери, а з другого - до димоходу. При цьому патрубки для підводу води, яку нагрівають, і відводу нагрітої води розташовані в середній частині корпусу котла, а димогарні труби мають діаметр, який значно менший від діаметра жарової труби і які за/звичай набрані у вигляді пучка. Проточність жарової труби в зв'язку з. інтенсивним пересуванням димових газів в димогарні труби сприяє вирівнюванню теплового навантаження вздовж жарової труби. Але цього недостатньо для найбільш інтенсивного теплоз'єму з її початкової ділянки тому, що холодна вода, яку подають на нагрівання, входить в контакт з теплообмінними елементами і виходить з контакту з ними переважно в середній частині котла. Ось чому поблизу кінців жарової і димогарних труб виникають застійні зони, котрі тим більш помітні, чим більша частина котла заповнена вказаними трубами. З числа відомих по технічній суті до пропозиції найбільш близький комбінований водогрійний котел (Решение ВНИИГПЭ от 23.08.94г. о выдаче патента на изобретение по заявке №5014064/06 М.кл. F24Н1/28, F22D7/06), який містить циліндричний корпус з патрубками для підводу води, яку нагрівають, і відводу нагрітої води, ексцентрично розміщену у нижній частині корпусу жарову трубу, один кінець якої з'єднаний з пальником, а другий - з поворотною камерою, дві димогарні труби, що симетрично одна одній розміщені над жаровою трубою і підключені з одного боку до поворотної камери, а з другого до димоходу, а також поперечні водяні трубки, встановлені у стінках хвостової частини жарової труби і по всій довжині димогарних труб, причому поперечні водяні трубки розташовані рядами, які нахилені щодо поздовжнього перерізу відповідно жарової і димогарних труб під різними кутами до 45 градусів, а у циліндричному корпусі вставлені поперечні перегородки з перепускними вікнами, які виконані по черзі зверху і знизу. Поперечні водяні трубки, встановлені в жаровій і димогарних трубах, є прямі. Перетинання поперечних водяних трубок з поверхнею жарової і димогарних труб йде по еліпсу і має відносно велику довжину периметра перетину. До того ж, ряди трубок, які встановлені вертикально, спрямовують воду, яка проходить крізь трубки, супутнім потоком до основного потоку, який омиває жарову і димогарні труби, що не сприяє інтенсифікації процесу перемішування води, яку нагрівають, і тим самим знижується охолоджувальний ефект найбільш прогаронебезпечної частини жарової труби і димогарних труб, що призводить до скорочення загального терміну експлуатації котла. В основу пропозиції покладено завдання удосконалення комбінованого водогрійного котла, в якому внаслідок зміни форми та розташування кінців поперечних водяних трубок в товщині стінок жарової і димогарних труб зменшується довжина периметру перетину поперечних водяних трубок з жаровою і димогарними трубами, а також напрямок виходу води з поперечних водяних трубок, і за рахунок цього зменшуються витрати при їх встановлені, в тому числі витрати металу, а також інтенсифікується тепловідвід, покращується охолоджувальний ефект найбільш гарячих частин жарової і димогарних труб та збільшується термін експлуатації котла. Поставлене завдання досягнуто тим, що в комбінованому водогрійному котлі, якій містить циліндричний корпус з патрубками для підводу води, яку нагрівають, і відводу нагрітої води, а також з двома вертикальними поперечними перегородками з перепускними вікнами, які виконані по черзі зверху і знизу, ексцентрично розміщену у нижній частині корпусу жарову трубу, один торець якої з'єднаний з пальником, а другий - з поворотною камерою, димогарні труби, що симетрично розміщені над жаровою трубою і підключені з одного боку до поворотної камери, а з другого - до димоходу, а також поперечні водяні трубки, встановлені у стінках вихідної частини жарової труби і по всій довжині димогарних труб і розташовані рядами, із нахилом щодо поздовжнього перерізу жарової і димогарних труб під різними кутами, згідно пропозиції, кінці поперечних водяних трубок виконані вигнутими і розташовані радіально щодо поперечного перерізу жарової і димогарних труб, а довжина вигнутих кінців поперечних водяних трубок дорівнює товщині стінок жарової і димогарних труб. Радіальне розташування кінців вигнутих поперечних водяних трубок в товщині стінок жарової і димогарних труб зменшує довжину периметру перетину поперечних водяних трубок з жаровою і димогарними трубами і, тим самим, зменшує витрати на виготовлення, в тому числі за рахунок зменшення витрат металу, тому, що при радіальному розташуванні кінців поперечних водяних трубок відпала необхідність у підрізці кінців трубок, які виступають над зовнішньою поверхнею жарової і димогарних труб, що має місце при розташуванні поперечних водяних трубок в жаровій і димогарних трубах прямими, як у прототипі. Для радіального розташування кінці поперечних водяних трубок виконують вигнутими під кутом до осі основної частини цих трубок. Кут залежить від місця розташування трубок. Чим трубка далі розташована від осі жарової і димогарних труб, тим кут більший. Але різниця в кутах невелика. Затрати при виготовленні вигнутих кінців трубок порівняно малі, тобто достатньо кінці трубок вигнути радіально на довжину, що дорівнює товщині стінки жарової і димогарних труб. Але радіально розташовані кінці поперечних водяних трубок в стінках жарової і димогарних труб примушують воду, яка проходить крізь поперечні водяні трубки, виходити з кінців цих трубок під кутом до основного потоку. Це збільшує інтенсивність перемішування води і збільшує охолоджувальний ефект найбільш гарячих ділянок жарової і димогарних труб. Запропонований котел зображено на кресленнях: Фіг. 1 - у подовжньому перерізі; Фіг. 2-у поперечному перерізі; Фіг. 3 - розташування кінців поперечних водяних трубок в товщині стінок жарової і димогарних труб. Запропонований комбінований водогрійний котел містить горизонтальний циліндричний корпус 1 з вхідним патрубком 2 для підводу води, яку нагрівають, і вихідним патрубком 3 для відводу нагрітої води, розташованими відповідно знизу і зверху корпусу 1, а також з двома вертикальними поперечними перегородками 4 з перепускними вікнами, розташованими почергово зверху і знизу. Перегородки 4 встановлені між патрубками 2 і 3 і поділяють довжину циліндричного корпусу 1 на три приблизно рівні частини. В циліндричному корпусі 1 ексцентрично в нижній частині його розміщена жарова труба, 5, а над жаровою трубою 5 в верхній частині циліндричного корпуса 1 симетрично одна одній розміщені дві димогарні труби 6. З вхідного кінця циліндричного корпусу 1 встановлений пальник 7, який з'єднаний з жаровою трубою 5 і розташований по її осі. До вихідного кінця жарової труби приєднана поворотна камера 8, розташована по осі циліндричного корпусу 1 і зв'язана також з вхідними кінцями димогарних труб 6, і з розташованим на вихідному кінці циліндричного корпусу 1 по його осі запобіжним ("вибуховим") клапаном 9. А у вихідній частині жарової труби 5 і по всій довжині димогарних труб 6 встановлені поперечні водяні трубки 10, які розташовані рядами. В кожному ряду поперечні водяні трубки 10 розташовані між собою паралельно, а самі ряди нахилені щодо поздовжнього перерізу жарової і димогарних труб під кутом (а) до 45 градусів з інтервалом від 5 до 15 градусів. При цьому кінці трубок 10 виконані вигнутими і розташовані радіально щодо поперечного перерізу жарової 5 і димогарних труб, а довжина вигнутих кінців поперечних водяних трубок 10 дорівнює товщині стінок жарової 5 і димогарних 6 труб. У вхідній частині циліндричного корпусу 1 над пальником встановлений димохід 11 з засувкою 12, з'єднаний з вихідними кінцями димогарних труб 6 по їх осі. Пропонований котел працює таким чином. Спочатку наповнюють холодною хімічно очищеною водою систему водяного опалення і котел. Для цього через патрубок 2 наповнюють водою корпус 1. При цьому заповнюють водою і поперечні водяні трубки 10. Після наповнення котла вода через патрубок 3 поступає і заповнює систему теплопостачання. Потім включають пальник 7. Паливоповітряна суміш згорає в жаровій трубі 5. Тепло від факелу, в основному, випромінюванням падає на внутрішню поверхню жарової труби 5 і через її стінку передається воді, яка з зовнішньої поверхні тепло відбирає. Продукти згорання послідовно омивають поперечні водяні трубки 10 в вихідній частині жарової труби 5 і після поворотної камери 8 по всій довжині димогарних труб 6 і через димохід 11 поступають у димову трубу. У випадку хлопка ("вибуху") паливоповітряної суміші, що може статися в процесі розпалювання пальника чи відриву факела при роботі, вибухову хвилю направляють скрізь жарову трубу 2, поворотну камеру 8, запобіжний клапан 9 і загасають в атмосфері. В цей же час вода, яку подають через нижній патрубок 2 в циліндричний корпус 1, завдяки поперечним перегородкам 4 з перепускними вікнами, послідовно омиває зовнішні поверхні жарової труби 5, димогарних труб 6, внутрішні поверхні поперечних водяних трубок 10 і через верхній патрубок З нагрітою виходить з котла в тепломережу. Циліндричний корпус 1 котла конструктивно поділений на секції за допомогою поперечних перегородок 4. При двох перегородках, як у пропонованого котла, циліндричний корпус 1 ділять на три секції, при трьох - на чотири секції і т.д. При необхідності вхідний кінець циліндричного корпусу 1 можна виконувати так само, як і вихідний кінець, водоохолоджувальним. А потім у вхідному водоохолоджувальному кінці циліндричного корпусу 1 встановлюють пальник 7 і димохід 11 з засувкою 12. Також при необхідності (зметаю підвищення потужності) кількість димогарних труб 6 може бути більше двох. Як бачимо, спочатку в циліндричний корпус 1 котла направляють холодну воду (так звану "зворотну воду"). Вона ефективно відбирає тепло від найбільш прогаронебезпечної частини жарової труби 5. Цією ще не дуже прогрітою водою відбирають також частину низькопотенційного тепла від відхідних димових газів перед тим, як їх направляють з димогарних труб 6 крізь димохід 11 в димову трубу, і, тим самим, підвищують термічний ККД котла. Взагалі, та частина води, яку направляють крізь поперечні водяні трубки 10, виходить під кутом з усіх рядів трубок 10 до основного потоку, який рухається вертикально (вверх чи вниз) у циліндричному корпусі 1, завдяки перегородкам 4, і створює додаткову інтенсифікацію тепловідводу, тобто покращує охолоджувальний ефект найбільш гарячих ділянок жарової труби 5 і димогарних труб 6 і в порівнянні з прототипом збільшує термін експлуатації котла. Навантаження котла при постійній витраті води, яка залежить від обраного температурного графіка (95/70, 115/70 чи 150/70°С), регулюють зміною витрати палива. Котел може працювати як при розрідженні газів (продуктів згорання палива), і під тиском газів в топці.