Котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами

Заявляется котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами, который предназначен для нагрева воды и может быть использован в теплотехнике, а именно - в малых котельных, обогревающих жилые и производственные помещения. Данный водогрейный жаротрубный котел, содержащий вертикальный корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством. В верхней части расположен теплообменник. Теплообменник внутри имеет перегородки: две перегородки, расположенные в средней части теплообменника, между которыми образована щель. В передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы верхнего и нижнего хода. Воздушная камера не имеет непосредственного соединения с топочной камерой. Внутри воздушной камеры нагретый воздух, прошедший через трубы нижнего хода, меняет свое направление, и проходит далее, через трубы верхнего хода. В задней части котла расположена дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания, в которую выходят трубы верхнего хода, по которым из котла выводятся нагретые газы, поступающие в дымовую камеру, и далее - в дымоход. Надежность работы котлов обусловлена конструктивными особенностями котла - это жаротрубный котел с дымогарными трубами, т.е. по этим трубам, размещенным в теплообменнике, заполненном нагреваемой водой, проходят продукты сгорания топлива, а не вода, как в обычных водотрубных котлах. Это обстоятельство резко снижает требования к качеству подготовки воды и увеличивает срок службы котла в несколько раз.

Заявляется котел стальной, напольный, водогрейный, жаротрубный с горизонтально расположенными дымогарными трубами, который предназначен для нагрева воды и может быть использован в теплотехнике, а именно - в малых котельных, обогревающих жилые и производственные помещения.

Известен вертикальный водогрейный жаротрубный котел, запатентованный в качестве изобретения РФ под 2158395, в котором имеется корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством, подающий и обратный патрубки, патрубок удаления дымовых газов. Верхняя часть котла выполнена в виде центральной трубчатой и кольцеобразной камер, нижняя часть которых заглушена, а верхняя часть соединена с корпусом котла, при этом камеры образуют с внутренним диаметром корпуса внутренний и внешний кольцеобразный вертикальные газоходы. Внутренний газоход соединен с внешним газоходом и с патрубком удаления дымовых газов с помощью окна.

Недостатком данного котла является его сложность и то, что он имеет повышенную пожарную опасность за счет того, что его стенки могут перегреваться.

Наиболее близкими к заявляемому являются котлы на пеллетах - серия FACI - котлы серии «эконом» (сайт www.ekotermo.ru).

Они имеют следующую конструкцию. Горизонтальная конструкция теплообменника выполнена из толстой стали. Топочная камера имеет вертикальную конструкцию.

Теплообменники котлов серии FACI выполнены S-образными трехзаходными. Внутри теплообменника проходят ряды труб-газоходов. Нижняя поверхность теплообменника выполнена в виде одного свода.

Стенки котла двойные, с водяным контуром охлаждения, что уменьшает риск перегрева котла. В задней части топки встроена отражающая панель. За теплообменником находится дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания (пепла).

Недостатком данного котла является недостаточно высокая теплоотдача, получающаяся за счет конструкции теплообменника.

Технический результат, получаемый в результате реализации заявляемого технического решения, это достижение повышения КПД котла, которое происходит:

- за счет увеличения времени прохождения дымовых газов через трубы при увеличении общей площади внутренней поверхности труб-газоходов;

- за счет того, что в циркуляционный контур, имеющий в своем составе теплообменник и стенки - боковые и заднюю, добавлена нижняя стенка котла. При этом увеличивается площадь теплоотдачи и дополнительно повышается пожаробезопасность котла;

- за счет изменения внутренней конструкции теплообменника, а именно, за счет того, что дополнительно установлены внутренние перегородки в теплообменнике, в верхней части теплообменника увеличивается интенсивность обмывания труб теплоносителем.

Заявляемый двухходовой жаротрубный котел имеет вертикально ориентированный корпус с патрубками для входящего и уходящего теплоносителя, имеющими горизонтальную ориентацию.

Топочная камера котла располагается между днищем котла, боковыми, передней и задней стенками, сверху заканчиваясь сводчатым потолком, являющимся днищем теплообменника.

Под горелкой может быть установлен поддон для золы. На фронтальной поверхности котла может располагаться дверь, предназначенная для доступа к трубам-газоходам и к топке.

Боковые, задняя и нижняя стенки котла выполнены двойными - сформированными внутренней и внешней рубашками корпуса котла. Внутренняя рубашка корпуса котла соединена с теплообменником. Теплоноситель, например - вода, залитый между внутренней и внешней рубашками котла и в теплообменник, образует водяной контур котла.

Через теплообменник проходят горизонтально ориентированные трубы-газоходы, образующие ходы для нагретого воздуха. Внутри теплообменника имеются перегородки, установленные между верхним рядом труб-газоходов нижнего хода и нижним рядом труб газоходов верхнего хода. В их числе имеются перегородки, которые стыкуются с боковыми стенками котла, и между ними образована щель от передней стенки до задней стенки. Над щелью, с частичным перекрыванием перегородок, имеется еще одна или несколько перегородок, которая выполняет (выполняют) функцию изменения направления движения теплоносителя внутри теплообменника.

Теплообменник сверху и снизу имеет поверхности, выполненные в виде сводов. Частично боковые стенки теплообменника совпадают с боковыми стенками котла.

Первый нижний свод теплообменника располагается над пламенем топки. Поверхность, образующая этот свод, не доходит до задней стенки котла и ограничивается стенкой теплообменника, в которую выведены трубы-газоходы нижнего хода.

Второй нижний свод соединяет стенку теплообменника с внутренней рубашкой со стороны задней стенки. Выше стенки теплообменника расположены трубы-газоходы верхнего хода. Верхний свод теплообменника располагается под верхней крышкой котла между боковыми стенками, причем спереди он достигает передней стенки, а сзади - задней стенки котла.

В передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы-газоходы верхнего и нижнего ходов. Воздушная камера не имеет непосредственного соединения с топочной камерой. Внутри воздушной камеры нагретый воздух, прошедший через трубы-газоходы нижнего хода, меняет свое направление, и проходит далее, через трубы-газоходы верхнего хода.

Нижний свод не доходит до задней стенки, и поэтому трубы-газоходы нижнего хода короче труб-газоходов верхнего хода и выходят в топочную камеру. С другой стороны эти трубы-газоходы выходят в воздушную камеру. Трубы-газоходы верхнего хода доходят до задней стенки и также выходят в воздушную камеру. Другой конец этих труб-газоходов выходит в дымоход.

Ход нагретого воздуха в заявляемом котле следующий. Нагретый воздух проходит через трубы-газоходы нижнего хода, поступает в воздушную камеру, разворачивается обратно, и поскольку горячий воздух всегда поднимается вверх, то далее он проходит через ряды труб-газоходов верхнего хода и поступает в дымовую камеру, которая находится за теплообменником для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания.

Ход теплоносителя в циркуляционном контуре следующий:

В патрубок для входящего теплоносителя поступает остывший теплоноситель, который прошел через внешний контур. Он вливается в циркуляционный контур, образованный между внешней и внутренней рубашками котла и поднимается к теплообменнику. Пройдя путь от дна котла до теплообменника, теплоноситель немного нагревается. Пройдя через нижнюю часть теплообменника, которая нагрета снизу пламенем горелки, он отбирает тепло у нижней поверхности теплообменника и нагретых труб-газоходов нижнего хода. При этом все трубы-газоходы верхнего хода омываются теплоносителем и получают от нагретого воздуха через поверхности труб-газоходов тепловую энергию.

За счет создания системы из перегородок внутри теплообменника движение теплоносителя в теплообменнике осуществляется по сложной траектории, и происходит интенсивная циркуляция теплоносителя вокруг труб-газоходов верхнего хода. При этом с внутренней поверхности вышеуказанных труб теплоносителем забирается большое количество тепловой энергии.

Через патрубок для уходящего теплоносителя, расположенный в верхней части теплообменника, теплоноситель поступает во внешний контур.

На Фиг.1, изображен заявляемый котел - вид спереди, на Фиг.2 - вид сбоку, где: 1 - внешняя рубашка котла; 2 - внутренняя рубашка котла; 3 - патрубок для входящего теплоносителя; 4 - патрубок для уходящего теплоносителя; 5 - топочная камера; 6 - горелка; 7 - теплообменник; 8 - первый свод теплообменника; 9 - второй свод теплообменника; 10 - стенка теплообменника; 11 - трубы-газоходы нижнего хода; 12 - трубы-газоходы верхнего хода; 13 - задняя стенка котла; 14 - воздушная камера; 15 - передняя дверь; 16 - боковые стенки котла; 17 - внутренние перегородки; 18 - щель между внутренними перегородками; 19 - верхняя перегородка; 20 - днище котла; 21 - циркуляционный контур теплоносителя; 22 - емкость для сбора золы; 23 - дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания; 24 - дымоход.

Топливо котла сжигается в горелке 6 топочной камеры 5. Заявляемый котел ориентирован на сжигание пеллет. Как альтернативный вариант топлива для данного котла - это газ, и как временный - дрова и брикеты. Для регулирования процесса горения в котле может быть предусмотрена автоматическая система, включающая контроллер и дутьевой вентилятор, которая по сигналам с контроллера регулирует подачу дутьевого воздуха и топлива в топку котла.

Нагретый в топочной камере 5 воздух нагревает днище котла 22, стены топочной камеры 5 и поверхности теплообменника 7, выполненные в виде двух сводов, соединенных стенкой, и проходит в трубы-газоходы 11. В воздушной камере 14 он разворачивается и выходит в трубы-газоходы верхнего хода 12. Между всеми нагретыми поверхностями котла, и газами, циркулирующим по трубам, постоянно происходит обмен тепловой энергией.

Между внешней 1 и внутренней 2 рубашками котла имеется полость, заполненная через патрубок для входящего теплоносителя 3 теплоносителем, например водой. Внутри топочной камеры 5 установлен теплообменник 7, сверху закрытый внешней рубашкой котла 1, соединенный по бокам и сзади с внутренней рубашкой котла 2, и также заполненный теплоносителем. Теплоноситель, циркулирующий внутри рубашек котла и внутри теплообменника, образует циркуляционный контур теплоносителя 21. Он забирает тепло от газов, проходящих через трубы-газоходы нижнего 11 и верхнего 12 ходов. Отдавшие тепло газы выводятся через дымоход 17 в дымовую трубу.

Нагретый теплоноситель выводится из котла через патрубок для уходящего теплоносителя 4.

Патрубки для слива теплоносителя и спуска воздуха на чертежах не показаны и в описании технического решения не упомянуты, т.к. являются неотъемлемыми частями любого котла.

Примеры реализации котла.

1. Котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами, содержащий вертикально ориентированный корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством; патрубок для входящего теплоносителя; патрубок для уходящего теплоносителя; патрубок для удаления дымовых газов; теплообменник; дымовую камеру для сбора продуктов сгорания, расположенную за теплообменником; трубы-газоходы; при этом теплообменник расположен в верхней части котла, через теплообменник пропущены трубы-газоходы и имеется выход труб-газоходов в дымовую камеру, отличающийся тем, что нижняя поверхность теплообменника выполнена в виде двух сводов, расположенных на разных уровнях, и стенки между ними, где в выше указанной стенке начинаются трубы-газоходы нижнего хода; в передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы-газоходы верхнего и нижнего хода; где внутри теплообменника имеются перегородки, установленные между верхним рядом труб-газоходов нижнего хода и нижним рядом труб-газоходов верхнего хода, где в числе их имеются перегородки, которые стыкуются с боковыми стенками котла, и между ними образована щель от передней стенки до задней стенки; где над щелью, с частичным перекрыванием перегородок, имеется еще одна или несколько перегородок.

2. Вертикальный водогрейный стальной жаротрубный котел с дымогарными трубами по п.1, отличающийся тем, что на фронтальной поверхности имеет дверь, обеспечивающую доступ ко всем трубам-газоходам и топочной камере котла.

3. Вертикальный водогрейный стальной жаротрубный котел с дымогарными трубами по п.1, отличающийся тем, что под горелкой установлен поддон для золы.