RU2176766C2

RU2176766C2 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2176766C2
Application number: RU97103603A
Authority: RU
Inventors: М.И. Кулешов; О.Ф. Лапин; И.А. Щетинина
Original assignee: Кулешов Михаил Иванович
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: water heating, applicable for hot-water supply of cottages, greenhouses, habitable settlements. SUBSTANCE: boiler has a body with an exhaust port for flue gases, positioned in its lower part is a radiation zone made of an internal cylinder with a burner provided with fuel and air inlet connections, and an external cylinder with heated water inlet and outlet connections. The cylinders are installed concentrically and form an interwall annular gap for flow of heated water, a tubular heat exchanger made in the form of a tube bundle is installed in the upper part of the body, nozzles, drip pan, waterlocks and a condensate tank with an entrainment separator. Heated water is fed to the upper part of the heat exchanger tube bundle with a subsequent discharge of it from its lower part and afterheating in the radiation zone, condensate is returned through the waterlocks installed at the same height with the tube bundle. EFFECT: enhanced efficiency and reduced overall dimensions and mass of the heat exchange surfaces prevented pollution of heated water by combustion products. 1 dwg

Description

Изобретение относится к отопительной технике и горячему водоснабжению, а именно к области водогрейных котлов малой и средней теплопроизводительности, и может быть использовано для горячего водоснабжения коттеджей, теплиц, жилых поселков и т.д. The invention relates to heating equipment and hot water supply, in particular to the field of hot water boilers of small and medium heat output, and can be used for hot water supply of cottages, greenhouses, residential villages, etc.

Известны контактно-поверхностные водогрейные котлы, состоящие из радиационной части и контактной части (см. книгу Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные газовые контактные водоподогреватели. Изд. 4, М.: Стройиздат, 1988 г., стр. 69, 73, 76 и т.д.) - аналог. Known are contact-surface hot water boilers consisting of a radiation part and a contact part (see the book Sosnin Yu.P., Bukharkin E.N. Highly efficient gas contact water heaters. Edition. 4, M .: Stroyizdat, 1988, p. 69 , 73, 76, etc.) - an analogue.

Недостатком известных котлов является наличие вредных компонентов (в том числе CO, CO₂, NO_x и др.), образованных при сгорании топлива, в нагреваемой воде, т.к. последняя непосредственно контактирует с продуктами сгорания топлива на первой (контактной) стадии нагрева воды.A disadvantage of the known boilers is the presence of harmful components (including CO, CO ₂ , NO _x , etc.) formed during the combustion of fuel in heated water, because the latter is in direct contact with the combustion products of the fuel in the first (contact) stage of heating the water.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение по а.с. SU 1395908, F 24 H 1/10, 15.05.1988, которое содержит корпус с каналом выхода топочных газов, каплеотбойное устройство, форсунки, при этом в нижней части корпуса размещена радиационная зона, выполненная из внутреннего цилиндра с горелкой, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, и внешнего цилиндра с патрубком отвода нагреваемой среды. В верхней части корпуса установлен трубчатый теплообменник, в верхнюю часть которого подают нагреваемую воду и отводят ее из нижней части теплообменника с последующим догреванием в радиационной зоне. Цилиндры установлены концентрично и образуют межстеночный кольцевой зазор для протекания нагреваемой воды. The closest analogue of the claimed invention is a technical solution for AS SU 1395908, F 24 H 1/10, 05/15/1988, which contains a housing with a flue gas outlet channel, a drop eliminator, nozzles, and a radiation zone located in the lower part of the housing made of an inner cylinder with a burner equipped with fuel supply pipes and air, and an external cylinder with a branch pipe for removal of the heated medium. A tubular heat exchanger is installed in the upper part of the casing; heated water is supplied to the upper part of the casing and it is removed from the lower part of the heat exchanger with subsequent heating in the radiation zone. The cylinders are mounted concentrically and form an inter-wall annular gap for the flow of heated water.

Недостатком данного водогрейного котла является низкий КПД. The disadvantage of this boiler is its low efficiency.

Целью изобретения является повышение КПД водогрейного котла с одновременным исключением загрязнения нагреваемой воды продуктами сгорания топлива и уменьшением габаритов и массы поверхностей теплообмена. The aim of the invention is to increase the efficiency of the boiler with the simultaneous exclusion of contamination of the heated water by the products of combustion of fuel and a decrease in the size and mass of the heat exchange surfaces.

Для достижения поставленной цели в известном водогрейном котле, включающем корпус с каналом выхода топочных газов, в нижней части которого размещена радиационная зона, выполненная из внутреннего цилиндра с горелкой, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, и внешнего цилиндра с патрубками подачи и отвода нагреваемой воды, при этом цилиндры установлены концентрично и образуют межстеночный кольцевой зазор для протекания нагреваемой воды; в верхней части корпуса установлен трубчатый теплообменник, выполненный в виде трубного пучка, опорно-распределительная решетка, форсунки, каплеуловитель, гидрозатворы и бак конденсата с каплеотбойным конусом, причем подачу нагреваемой воды производят в верхнюю часть трубного пучка теплообменника с последующим ее отводом из его нижней части и догреванием в радиационной зоне, а возврат конденсата производят через гидрозатворы, установленные на одной высоте с трубным пучком. To achieve this goal in a well-known hot water boiler, comprising a housing with a flue gas outlet channel, in the lower part of which there is a radiation zone made of an inner cylinder with a burner equipped with fuel and air supply pipes, and an external cylinder with heated water supply and drain pipes, while the cylinders are mounted concentrically and form an inter-wall annular gap for the flow of heated water; in the upper part of the casing there is a tubular heat exchanger made in the form of a tube bundle, support and distribution grid, nozzles, a droplet eliminator, water traps and a condensate tank with a droplet-breaking cone, and the heated water is supplied to the upper part of the tube bundle of the heat exchanger with its subsequent removal from its lower part and heating in the radiation zone, and condensate is returned through water locks installed at the same height as the tube bundle.

Предлагаемое устройство показано на чертеже. The proposed device is shown in the drawing.

Водогрейный котел состоит из корпуса 1 с каналом выхода топочных газов 2 и патрубков 3 и 4 отвода конденсата; в нижней части корпуса 1 размещена радиационная зона 5, выполненная из внутреннего цилиндра 6 с горелкой 7, снабженной патрубками подачи топлива 8 и воздуха 9, и внешнего цилиндра 10 с патрубками подачи 11 и отвода 12 нагреваемой воды; цилиндры 6 и 10 установлены концентрично и образуют межстеночный кольцевой зазор 13 для протекания нагреваемой воды, а в верхней части корпуса установлены трубчатый теплообменник 14, выполненный в виде трубного пучка 15, опорно-распределительная решетка 16 с патрубками 17 подачи конденсата к форсункам 18, каплеуловитель 19, гидрозатворы 20, бак конденсата 21 с каплеотбойным конусом 22 и обечайкой 23, причем подачу нагреваемой воды производят в верхнюю часть трубного пучка 15 теплообменника 14 с последующим ее отводом из его нижней части и догреванием в радиационной зоне 5, а возврат конденсата осуществляют через гидрозатворы 20, установленные на одной высоте с трубным пучком 15. The hot water boiler consists of a housing 1 with a flue gas outlet channel 2 and condensate drain pipes 3 and 4; in the lower part of the housing 1 there is a radiation zone 5 made of an inner cylinder 6 with a burner 7, equipped with nozzles for supplying fuel 8 and air 9, and an outer cylinder 10 with nozzles for feeding 11 and drain 12 of heated water; cylinders 6 and 10 are mounted concentrically and form an inter-wall annular gap 13 for the flow of heated water, and in the upper part of the body there is a tubular heat exchanger 14 made in the form of a tube bundle 15, a support distribution grid 16 with nozzles 17 for supplying condensate to the nozzles 18, a droplet eliminator 19 , hydraulic locks 20, a condensate tank 21 with a droplet-breaking cone 22 and a shell 23, and the heated water is supplied to the upper part of the tube bundle 15 of the heat exchanger 14 with its subsequent removal from its lower part and heating to radiation zone 5, and the return of the condensate is carried out through hydraulic locks 20 installed at the same height with the tube bundle 15.

Работает устройство следующим образом. Подаваемое через патрубок 8 топливо сгорает в атмосфере воздуха, поступающего через патрубок 9. Продукты сгорания топлива, проходя по внутреннему цилиндру 6, посредством радиационного теплообмена нагревают воду, проходящую через межстеночный зазор 13, до конечной температуры. Горячая вода отводится через патрубок 12 и направляется теплопотребителю. Далее топочные газы по обечайке 23 бака конденсата 21, огибая каплеотбойный конус 22, поступают в трубчатый теплообменник 1, где они вначале контактируют с каплями конденсата водяных паров в факелах форсунок 18 и, увлекая часть конденсата, переносят его на опорно-распределительную решетку 16. На последней происходит инверсия фаз: газ из сплошной (под решеткой) превращается в дисперсную (над решеткой), а конденсат наоборот: из дисперсной (под решеткой) становится сплошной (над решеткой). The device operates as follows. The fuel supplied through the pipe 8 burns out in the atmosphere of the air entering through the pipe 9. The combustion products of the fuel, passing through the inner cylinder 6, heat the water passing through the inter-wall gap 13 by means of radiation heat exchange to a final temperature. Hot water is discharged through the pipe 12 and sent to the heat consumer. Next, the flue gases through the shell 23 of the condensate tank 21, rounding the droplet-breaking cone 22, enter the tubular heat exchanger 1, where they first come in contact with the condensed water vapor droplets in the nozzles 18 and, capturing part of the condensate, transfer it to the support distribution grid 16. On the last phase inversion occurs: the gas from solid (under the grate) turns into dispersed (above the grate), and the condensate vice versa: from dispersed (under the grate) it becomes continuous (above the grate).

Таким образом, над решеткой формируется эмульсионный двухфазный восходящий поток газ-конденсат, который омывает внешнюю поверхность труб трубного пучка 15, передавая физическую теплоту газов и теплоту конденсации водяных паров предварительно нагреваемой чистой воде, входящей в верхнюю часть трубного пучка 15 и проходя последний противотоком по отношению топочных газов. Thus, an emulsion two-phase gas-condensate upflow is formed above the grate, which washes the outer surface of the tubes of the tube bundle 15, transferring the physical heat of gases and the heat of condensation of water vapor to preheated clean water entering the upper part of the tube bundle 15 and passing the latter countercurrently with respect to flue gases.

Противоток указанных теплоносителей обеспечивает максимально глубокое охлаждение продуктов сгорания с соответственно максимально большим количеством конденсирующихся водяных паров, обеспечивая тем самым максимально возможный КПД. Кроме того, эмульсионный режим течения теплоносителей характеризуется высокими коэффициентами переноса теплоты от газа к нагреваемой воде, во много раз превышающими коэффициенты теплоотдачи от газа к поверхностям теплообмена в известных котлах, что позволяет уменьшить поверхности, массы и стоимости теплообменных поверхностей. Далее происходит сепарация конденсата из газового потока: конденсат через гидрозатворы 20 возвращается в бак конденсата 21, а газы, освободившись в каплеуловителе 19 от конденсата, удаляются из аппарата через патрубок 2 корпуса 1. Из бака конденсата 21 конденсат насосом через патрубок 17 вновь подается на форсунки 18, а его излишек через патрубок 4 отводится из аппарата. Предварительно нагретая вода в трубном пучке 15 трубчатого теплообменника 14 подается через патрубок подачи 11 в межстеночный кольцевой зазор 13 радиационной зоны 5, где она догревается до требуемых температур, а затем через патрубок 12 поступает к потребителю. The counterflow of these coolants provides the most deep cooling of the combustion products with a correspondingly large number of condensing water vapor, thereby ensuring the highest possible efficiency. In addition, the emulsion flow regime of heat carriers is characterized by high coefficients of heat transfer from gas to heated water, many times higher than the heat transfer coefficients from gas to heat transfer surfaces in known boilers, which reduces the surface, mass and cost of heat transfer surfaces. Next, the condensate is separated from the gas stream: the condensate is returned to the condensate tank 21 through the water traps 20, and the gases, having freed from the condensate in the droplet eliminator 19, are removed from the apparatus through the nozzle 2 of the housing 1. From the condensate tank 21, the condensate is pumped through the nozzle 17 to the nozzles again 18, and its excess through the pipe 4 is discharged from the apparatus. Preheated water in the tube bundle 15 of the tubular heat exchanger 14 is fed through the supply pipe 11 to the inter-wall annular gap 13 of the radiation zone 5, where it is heated to the required temperatures, and then through the pipe 12 to the consumer.

Claims

A hot water boiler, comprising a housing with a flue gas outlet channel, a drop breaker and nozzles, while in the lower part of the housing there is a radiation zone made of an internal cylinder with a burner equipped with fuel and air supply pipes, and an external cylinder with a heated water pipe, cylinders installed concentrically and form an inter-wall annular gap for the flow of heated water, and in the upper part there is a tubular heat exchanger, in the upper part of which heated water is supplied and removed t it from the lower part of the heat exchanger with subsequent heating in the radiation zone, characterized in that it contains a support distribution grid, a droplet eliminator, a condensate tank with the mentioned droplet-breaking device, made in the form of a cone, and water locks installed at the same height with the heat exchanger, through which conduct condensate return, while said heat exchanger is made in the form of a tubular bundle.