Опалювальний котел

Опалювальний котел для обігріву житлових, виробничих приміщень і добору гарячої води для побутових потреб, який містить корпус у вигляді водяної обрамляючої сорочки, що обрамляє топковий і газохідний простори, з введеними у внутрішній об'єм котла порожнистими теплообмінними елементами, установленими горизонтально і діаметрально протилежно на різних за висотою рівнях, які утворюють з порожниною водяної обрамляючої сорочки замкнутий контур теплоносійного середовища, а також утворюють в газохідному просторі лабіринтовий газовий канал, який відрізняється тим, що у внутрішню порожнину котла введено п = N/10 + 1 плоских порожни стих теплообмінних елементів, а в обрамляючу сорочку k люків, що відповідають КІЛЬКОСТІ встановлених поперечних теплообмінних елементів, причому теплообмінні елементи встановлені симетрично осі поперечного внутрішнього перерізу котла і кожен наступний розвернутий щодо попереднього на кут 90 град , а їх торцеві сторони з'єднані з протилежними сторонами обрамляючої сорочки і утворюють замкнутий контур циркуляції теплоносійного середовища, при цьому між бічними поверхнями теплообмінних елементів із двох сторін і внутрішньою поверхнею обрамляючої сорочки виконані отвори з поперечним перерізом, який дорівнює S = 0,9 -1,1(35+ 1 , 5 N ) C M 2 , для проходу газоподібних продуктів згоряння палива, а люки з кришками і тепловими відбивачами встановлені проти поперечних теплообмінних елементів, де N - потужність котла, п - КІЛЬКІСТЬ плоских порожнистих теплообмінних елементів, що приймається округленим цілим числом, k - КІЛЬКІСТЬ люків, що дорівнює КІЛЬКОСТІ подовжніх теплообмінних елементів 00 ю ю (О ю Винахід відноситься до теплової техніки і може бути використаним для обігріву житлових, виробничих приміщень і гарячого водопостачання, що дозволяє використовувати опалювальний котел у їдальнях, сільських лікарнях, фермах, теплицях і ш приміщеннях Відомий водогрійний котел [1, 2], призначений для опалення і постачання гарячою водою, який містить водяну обрамляючу сорочку, що обрамляє топку, сполучену з вікном для виходу продуктів згоряння У верхній частині топки розташовані направляючі перегородки, одна з яких розташована поперечно на відстані від бокової стінки топки і утворює прохід для продуктів згоряння Інша перегородка виконана у вигляді вертикальної незамкнутої обечайки, яка встановлена між поперечною перегородкою і верхньою стінкою топки, а незамкнута ділянка обечайки звернена убік, протилежний згаданому вище проходу Для підвищення ефективності теплообміну водогрійний котел обладнаний додатковими перегородками, одна з яких встановлена поперечно між вікнами для виходу продуктів згоряння, а друга розташована подовжньо Недоліком відомого во догрійного котла с низька ефективність теплообміну між перегородками і водою, що заповнює обрамляющу сорочку В такому котлі збільшується тільки шлях проходження продуктів згоряння палива і час їхнього перебування в топковому просторі, а площа теплообміну залишається незмінною Ефективність теплообміну зростає в незначній мірі тільки за рахунок тепловідводу від металевих перегородок до стінок водяної обрамляючої сорочки у верхній частині котла Такий характер теплопередачі не сприяє забезпеченню інтенсивності циркуляції води в опалювальній системі З відомих опалювальних котлів найбільш близьким за технічною суттю і результатам, що досягаються, опалювальний котел [3], який містить корпус у вигляді водяної обрамляючої сорочки, що обрамляє топку і газохідний простори, обладнаний порожніми перегородками в КІЛЬКОСТІ 2 - 4, установленими горизонтально і діаметрально протилежно на різних за висотою рівнях з перекриттям один одного в газоході, сполученими з порожниною обрамляючої сорочки й утворюючими в газохідному просторі лабіринтовий газовий канал Недоліком відомого опалювального котла є те, що збільшення КІЛЬКОСТІ теплообмінних елементів більш двох приводить лише до незначної турбулізації потоку газоподібних продуктів згоряння палива і незначному приросту КПД, що економічно і технічно не є раціональним Також сприяє зниженню температури газів, які відходять, що приводить до утворення конденсату і погіршенню умов видалення сажі з горизонтальних поверхонь теплообмінних елементів Конструкція котла є чутливою до різких змін швидкості повітряних потоків, що може приводити до загасання запальника і припинення процесу згоряння газоподібного палива Винахід спрямований на підвищення ефективності й інтенсивності теплообміну між продуктами згоряння палива, теплообмінними елементами і внутрішньою стінкою обрамляючої сорочки корпуса котла за рахунок збільшення площі конвективного теплообміну, турбулізації потоку газоподібних продуктів згоряння палива і зниження масогабаритних параметрів котла на одиницю потужності Це досягається тим, що у внутрішню порожнину відомого опалювального котла, який містить корпус у вигляді водяної обрамляючої сорочки, що обрамляє топковий і газохідний простори, з введеними у внутрішній об'єм котла порожніми теплообмінними елементами, установленими горизонтально і діаметрально протилежно на різних за висотою рівнях, які утворюють з порожниною водяної сорочки замкнутий контур теплоносійного середовища, створюючи в газохідному просторі лабіринтовий газовий канал, введено в КІЛЬКОСТІ П = N/10 + 1 плоских порожніх теплообмінних елементів, де N потужність котла в кВт, а в обрамляючу сорочку k люків При цьому теплообмінні елементи встановлені симетрично осі поперечного внутрішнього перетину котла, де кожен наступний розвернутий відносно попереднього на кут 90град Торцеві сторони нагрівальних елементів з'єднані з протилежними сторонами сорочки і утворюють замкнутий контур циркуляції теплоносійного середовища Люки з кришками і тепловими відбивача 56558 ми встановлені проти поперечних теплообмінних елементів Між бічними поверхнями теплообмінних елементів з двох сторін і внутрішньою поверхнею сорочки виконані два отвори з поперечним перерізом S = 0,9 1,1(35 + 1,5N)CM для проходу газоподібних продуктів згоряння палива Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 - поздовжній перетин опалювального котла, на фіг 2 - вид ззаду на котел (вид А), на фіг 3 перетин опалювального котла по Б-Б Позиції на кресленнях позначають 1 - корпус котла у вигляді обрамляючої сорочки, що обрамляє топковий і газохідний простори, 2 - внутрішня стінка обрамляючої сорочки котла, 3 - зовнішня стінка обрамляючої сорочки котла, 4 - теплоносійне середовище, 5 - теплообмінний подовжній елемент, 6 - теплообмінний поперечний елемент, 7 - торцева сторона теплообмінного елемента, 8 - бокова поверхня теплообмінного елемента, 9 - отвір для проходу газоподібних продуктів згоряння палива, 10 -топковий простір, 11 - пристрій для спалювання палива, 12 - газохідний простір, 13- димохід, 14 - патрубок входу в котел теплоносійного сєредовища, 15 - люк, 16 - кришка люка з тепловим відбивачем, 17 - водонагрівач гарячого водопостачання для побутових потреб, 18 - патрубок введення холодної води з водогінної мережі, 19 - патрубок добору гарячої води для побутових потреб, 20 - патрубок виходу з котла теплоносійного середовища, 21 - потік газоподібних продуктів згоряння, 22- верхня горизонтальна поверхня теплообмінного елемента, 23 - нижня горизонтальна поверхня теплообмінного елемента, 24 - проріз входу в топковий простір котла Для поліпшення технічних показників процесу теплопередачі у внутрішню порожнину опалювального котла (фіг 1) введено п = N/10 + 1 плоских порожніх теплообмінних елементів (подовжніх 5 і поперечних 6) відносно пристрою для спалювання палива 11, а в корпус котла І, виконаного у вигляді обрамляючої сорочки, що обрамляє топковий і газохідний простори, встановлено k люків 15 із кришками 16 з тепловими відбивачами Теплообмінні елементи 5 і 6 встановлені горизонтально на різних за висотою рівнях симетрично осі поперечного внутрішнього перетину котла і розгорнуті відносно один одного на кут 90град (фігЗ) Торцеві сторони 7 теплообмінних елементів 5 і 6 з'єднані з внутрішньою стінкою сорочки 2 котла 1 і утворюють замкнутий контур циркуляції теплоносійного середовища 4 Між боковими поверхнями 8 теплообмінних елементів 5 і 6 з двох сторін і внутрішньою стінкою сорочки 2 виконані 56558 отвори 9 з поперечним перерізом S = 0,9 1,1(35 + потоки і направляється вгору в отвори для прохо2 1,5N)CM для проходу газоподібних продуктів згоду газоподібних продуктів згоряння палива 9 Поряння палива 21 Люки 15 із кришками з тепловитоки продуктів згоряння палива 21 омивають внутми відбивачами 16 установлені проти подовжніх рішню стінку обрамляючої сорочки 2 котла 1, бічні сторін поперечних теплообмінних елементів поверхні 8 подовжнього теплообмінного елемента Наприклад, для опалювального котла потужні5 і упираються в поперечний теплообмінний елестю 22кВт КІЛЬКІСТЬ плоских порожніх теплообмінмент 6 Потоки газоподібних продуктів згоряння них елементів n = N/10 + 1 = 22/10 + 1 = 3,2 виби21 розвертаються і направляються уздовж поперається 3 елементи, КІЛЬКІСТЬ люків k = І Для котла речного теплообмінного елемента 6 назустріч потужністю 37кВт п = N/10 + 1 = 37/10 + 1 = 4,7 один одному, омиваючи поверхні 22 і 23 теплообвибирається 5 елементів, КІЛЬКІСТЬ ЛЮКІВ k = 2 мінних елементів 5 і 6, і перемішуються між собою Це поліпшує теплопередачу через стінки теплообЛічення теплообмінних елементів здійснюєтьмінних елементів 5 і 6 до теплоносійного середося з боку пристрою для спалювання палива 11 вища 4 котла Потоки, підходячи до отворів 9 між Запропоноване розташування теплообмінних внутрішньою стінкою сорочки 2 корпуса котла 1 і елементів 5 і 6 і отвір для проходу газоподібних бічними стінками теплообмінного елемента 6 подіпродуктів згоряння палива 9 з поперечним переріляються на два потоки, розвертаються, піднімазом S, внутрішньою стінкою обрамляючої сорочки ються вгору, упираються в наступний подовжній 2 топкового простору котла 1 утворюють лабіринтеплообмінний елемент 5 Після омивання всіх товий канал для проходження газоподібних продутеплообмінних елементів і внутрішньої стінки соктів палива, що спалюється рочки 2 потік газоподібних продуктів згоряння паПлоща поперечного перерізу S отвору 9 для лива 21, передавши зазначеним елементам котла проходу газоподібних продуктів згоряння палива основну частку теплової енергії, іде в димохід 13 визначається потужністю опалювального котла Якщо площа поперечного перерізу S отвору 9 буде більше зазначеного для визначеної потужності котла, то буде спостерігатися частковий прямоточний вихід газоподібних продуктів згоряння палива 3 топкової камери в димохід, що приводить до істотного зниження КПД котла Якщо площа поперечного перерізу S отвору 9 для проходу газів продуктів згоряння палива буде менше зазначеного, то відбувається не повне згоряння палива, ріст концентрації чадного газу і сажистых речовин, що приводить до значного зниження КПД опалювального котла При тривалій експлуатації опалювального котла і порушенні режиму горіння палива на поверхнях теплообмінних елементів 5 і 6 відбувається відкладення шару сажистых речовин Шар сажі погіршує теплопередачу від газоподібних продуктів згоряння палива до теплообмінних елементів 5 і 6 Крім того, у міру росту товщини шару сажі зменшується поперечний переріз газохідного каналу між поверхнями теплообмінних елементів 5 і 6 Це приводить до росту концентрації чадного газу і збільшенню товщини шару сажі 3 метою зручності профілактичного огляду стану поверхонь теплообмінних елементів 5 і 6 і у випадку відкладення шару сажі для його видалення в пропонованому винаході передбачені люки 15 Люки 15 за умови технологічності виготовлення котла і зручності його експлуатації встановлені над вхідним прорізом топкового простору котла 24 проти поперечних теплообмінних елементів 6 Через люки 15 шар сажі легко видаляється з верхньої 22 і нижньої 23 горизонтальних поверхонь подовжнього теплообмінного елемента 5, нижньої горизонтальної поверхні 23, наступного поперечного теплообмінного елемента 6 і верхньої горизонтальної поверхні 22 попереднього Опалювальний котел працює в такий спосіб У топковому просторі 10 котла спалюється газоповітряна суміш, яка подається пристроєм для спалювання палива 11 Продукти згоряння утворюють газоподібний потік 21, що знизу омиває подовжній теплообмінний елемент 5, розділяється на два Найбільш ефективно теплопередача відбувається в теплообмінних елементах 5 і 6 В них тегаюносійие середовище 4 за рахунок відносно малого об'єму більш інтенсивно розігрівається, що приводить до швидкого теплового розширення, збільшення різниці тисків теплоносійного середовища на вході в котел і його виході і спрямованому и русі Це приводить до збільшення швидкості переміщення теплоносійного середовища в замкнутій опалювальній системі Теплоносійне середовище 4, яке знаходиться у верхній частині порожнини обрамляючої сорочки, віддає частину теплової енергії воді, що циркулює по водонагрівачі 17, яка використовується для побутових потреб При відключеній опалювальній системі і шунтуванні патрубка входу 14 теплоносійного середовища 4 котла (фіг 2) уся теплова його енергія може використовуватися для гарячого водопостачання при будь-якому тиску води у ВОДОГІННІЙ мережі Наявність складного лабіринти на шляху руху газоподібних продуктів згоряння палива сприяє підвищенню СТІЙКОСТІ процесу горіння палива при різких перепадах атмосферного тиску повітря Використання нових елементів в опалювальному котлі вигідно відрізняє пропонований котел завдяки тому, що дозволяє інтенсифікувати теплообмін у топковому і газохідному просторахшляхом поліпшення умов теплопередачі від продуктів згоряння до нагрівальних елементів, підвищити швидкість циркуляції теплоносіцного середовища за рахунок підвищення швидкості розігріву в теплообмінних елементах, знизити габарити і витрати матеріалів на одиницю потужності опалювального котла за рахунок створення складного лабіринту переміщення продуктів згоряння палива, що збільшує шлях їхнього проходження й оптимізує умови омивання теплообмінних елементів котла, підвищити КПД опалювального котла, підвищити надійність роботи котла за рахунок виключення задування запального пальника при 56558 8 різких змінах напрямку потоку атмосферного пові1/26, БИ № 2 1 , 1993 тря, 2 Авторське свідоцтво № 1733867, А1 F24H 1/40, БИ №18, 1992 поліпшити умови обслуговування в процесі 3 Патент РФ № 2122688 F24H 1/00 БИ № 33 експлуатації 1998 Література 1 Авторське свідоцтво № 1820156, А1 F24H 2 В~ Б Фи З Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24