RU2287116C1

RU2287116C1 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2287116C1
Application number: RU2005113254/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Кармашов (RU); Михаил Юрьевич Кармашов; Михаил Михайлович Кармашов (RU); Михаил Михайлович Кармашов
Original assignee: Михаил Юрьевич Кармашов; Михаил Михайлович Кармашов
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-10

Abstract

FIELD: water heating, applicable in heat power engineering.

SUBSTANCE: the boiler gas a brick-lined body installed on a foundation, heat-exchanging blocks consisting of heat-exchanging sections are located in the body, the heat-exchanging sections are located in the body, the heat-exchanging tubes of each section are connected to headers, as well as a distributing header with an inlet pipe connection and a built-in header with an outlet pipe connection. Two heat-exchanging units are installed in the body, each of them has at least two heat-exchanging sections, the headers of the unit sections are parallel with each other and with the plane of the foundation, the heat-exchanging sections of each heat-exchanging unit are inclined at an acute angle to the plane of the foundation, and the upper headers of the units are drawn together, one of the lower headers of each unit is connected to the distributing header, and one of the upper headers of each unit - to the built-in header. The upper and lower headers of the adjacent sections of each unit, except for those connected to the distributing and outlet headers, are connected to each other at least by one by pass tube.

EFFECT: enhanced heating capacity and efficiency of the boiler.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к водогрейным котлам и может быть использовано для отопления жилых и производственных помещений, а также для горячего водоснабжения.The invention relates to a power system, namely, to hot water boilers and can be used for heating residential and industrial premises, as well as for hot water supply.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус, в котором установлены боковые, потолочный и задний экраны, каждый из экранов выполнен в виде двух разнесенных друг от друга коллекторов, сообщающихся между собой посредством теплообменных труб. Коллекторы экранов расположены в корпусе горизонтально. Экраны посредством коллекторов соединены в единую систему для подвода и отвода теплоносителя (воды) и образуют в корпусе котла топочное пространство, где происходит сжигание топлива.A well-known hot water boiler containing a housing in which side, ceiling and rear screens are installed, each of the screens is made in the form of two spaced apart collectors communicating with each other through heat exchange pipes. Screen collectors are located horizontally in the housing. Screens by means of collectors are connected in a single system for supplying and removing heat carrier (water) and form a furnace space in the boiler body where fuel is burned.

Корпус котла содержит обмуровку, которая выполнена в виде теплоизоляционных плит. Каждая плита содержит несколько слоев: сталь жаростойкая, асбест, пеноизол, асбест, сталь углеродистая обыкновенная.The boiler body contains a lining, which is made in the form of heat-insulating plates. Each plate contains several layers: heat-resistant steel, asbestos, penoizol, asbestos, ordinary carbon steel.

В процессе работы котла насос подает воду в экраны, установленные в котле. Вода, последовательно проходя теплообменные трубы экранов, нагревается за счет сгорания в топочном пространстве топлива и подается потребителю.During the operation of the boiler, the pump delivers water to the screens installed in the boiler. Water, sequentially passing through the heat exchange tubes of the screens, is heated by combustion in the furnace fuel space and is supplied to the consumer.

(См. патент РФ, №2177116, кл. F 24 Н 1/00, 1999 г.).(See RF patent, No. 2177116, CL F 24 H 1/00, 1999).

В результате анализа конструкции данного водогрейного котла необходимо отметить, что расположение экранов (теплообменных секций) горизонтально и вертикально ухудшает условия нагрева циркулирующей по ним воды, а кроме того, наиболее интенсивный нагрев воды осуществляется в горизонтально расположенной теплообменной секции, где возможно образование воздушных пробок, а это может привести к прогару теплообменных труб данной секции.As a result of the analysis of the design of this boiler, it is necessary to note that the arrangement of the screens (heat exchange sections) horizontally and vertically worsens the conditions for heating the water circulating through them, and in addition, the most intense heating of the water is carried out in a horizontally located heat exchange section, where the formation of air jams is possible, and this can lead to burnout of heat exchangers in this section.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус с топкой и размещенные в корпусе верхний, задний и боковые обрамляющие экраны, подключенные к верхним и нижним коллекторам, конвективную часть, состоящую из промежуточных экранов с верхним и нижним коллекторами. Экраны состоят из теплообменных труб, на входе каждой из которых имеются перегородки с двумя трубчатыми насадками. Насадки установлены тангенциально по отношению к стенке теплообменной трубы, под углом к ее оси и параллельно друг другу. Для увеличения пути и скорости отводящих газов в конвективной части корпуса котла предусмотрены перегородки. Подача воды на подогрев осуществляется через входной патрубок и раздаточный коллектор, а отвод подогретой воды осуществляется через сборный коллектор и выходной патрубок.Known water boiler containing a housing with a furnace and placed in the upper, rear and side framing screens connected to the upper and lower collectors, convective part consisting of intermediate screens with upper and lower collectors. Screens consist of heat exchange pipes, at the entrance of each of which there are partitions with two tubular nozzles. The nozzles are installed tangentially with respect to the wall of the heat exchanger pipe, at an angle to its axis and parallel to each other. To increase the path and speed of the exhaust gases, partitions are provided in the convective part of the boiler body. Water for heating is supplied through the inlet pipe and the dispensing manifold, and heated water is discharged through the collecting manifold and the outlet pipe.

В процессе работы водогрейного котла вода через входной патрубок поступает в раздаточный коллектор и распределяется по теплообменным трубам боковых экранов. Поднимаясь вверх, вода проходит через насадки и получает закручивающее движение по отношению к оси теплообменной трубы. По теплообменным трубам вода попадает в верхний коллектор, откуда по теплообменным трубам бокового экрана попадает в нижний коллектор. Из нижнего коллектора вода поступает в теплообменные трубы заднего экрана и далее - в теплообменные трубы верхнего экрана, а затем по сборному коллектору через выходной патрубок - к потребителю. При прохождении по теплообменным трубам вода нагревается до заданной температуры продуктами сгорания, образовавшимися в результате сгорания топлива в топке котла.During the operation of the boiler, water through the inlet pipe enters the dispensing manifold and is distributed through the heat transfer pipes of the side screens. Rising up, the water passes through the nozzles and receives a twisting motion with respect to the axis of the heat exchanger pipe. Through heat exchange pipes, water enters the upper collector, from where it passes through the heat exchange pipes of the side screen into the lower collector. From the lower collector, water enters the heat transfer pipes of the rear screen and then into the heat transfer pipes of the upper screen, and then to the consumer through the collection header through the outlet pipe. When passing through heat exchanging pipes, the water is heated to a predetermined temperature by the combustion products resulting from the combustion of fuel in the boiler furnace.

(См. патент РФ, №2164324, кл. F 24 Н 1/00, 1999 г.) - наиболее близкий аналог.(See RF patent, No. 2164324, CL F 24 N 1/00, 1999) - the closest analogue.

В результате анализа конструкции известного водогрейного котла необходимо отметить, что эффект закручивания потока нагреваемой воды при прохождении ее через закручивающее устройство может проявляться только при достаточно высоких скоростях прохождения воды по теплообменным трубам, что значительно сокращает время нахождения нагреваемой воды в котле. Это приводит к необходимости повышения интенсивности сжигания топлива, то есть к снижению экономичности котла, либо к необходимости увеличения пути прохождения воды по котлу путем установки дополнительных секций теплообменных труб, что усложняет конструкцию котла и делает его более громоздким и дорогим. Кроме того, при зашламлении отверстий насадков увеличивается гидравлическое сопротивление системы, что приводит к необходимости увеличения мощности насосов. Зашламление насадков также может привести к тому, что теплообменные трубы, особенно расположенные горизонтально, не будут полностью заполнены водой (появляются воздушные пробки), а это может привести к прогару теплообменных труб.As a result of the analysis of the design of the known hot water boiler, it should be noted that the effect of swirling the flow of heated water when it passes through a swirling device can occur only at sufficiently high speeds for water to pass through the heat exchange pipes, which significantly reduces the time spent by the heated water in the boiler. This leads to the need to increase the intensity of fuel combustion, that is, to reduce the efficiency of the boiler, or to the need to increase the path of water passage through the boiler by installing additional sections of heat transfer pipes, which complicates the design of the boiler and makes it more bulky and expensive. In addition, when slamming nozzle holes, the hydraulic resistance of the system increases, which leads to the need to increase the power of the pumps. Clogging nozzles can also lead to the fact that the heat exchanger tubes, especially those located horizontally, will not be completely filled with water (air plugs appear), and this can lead to burnout of the heat exchanger tubes.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции водогрейного котла, обеспечивающей высокую тепловую мощность и в то же время, экономичного при минимальных габаритах за счет оптимального расположения теплообменных секций в корпусе котла и их соединения между собой, а также увеличивающей срок эксплуатации котла за счет обеспечения равномерного прогрева теплообменных секций и исключения их прогара в процессе эксплуатации котла.The objective of the present invention is to develop a design of a hot water boiler that provides high thermal power and at the same time, economical with minimal dimensions due to the optimal location of the heat exchange sections in the boiler body and their interconnections, as well as increasing the life of the boiler by ensuring uniform heating of the heat exchangers sections and elimination of burnout during the operation of the boiler.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в водогрейном котле, содержащем установленный на фундаменте обмурованный корпус, в котором расположены теплообменные блоки, состоящие из теплообменных секций, теплообменные трубы каждой из которых соединены с коллекторами, а также раздаточный коллектор с входным патрубком и сборный коллектор с выходным патрубком, новым является то, что в корпусе установлены два теплообменных блока, каждый из которых содержит как минимум две теплообменные секции, коллекторы секций блоков параллельны друг другу и плоскости фундамента, причем теплообменные секции каждого теплообменного блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента, а верхние коллекторы блоков сведены друг к другу, один из нижних коллекторов каждого блока соединен с раздаточным коллектором, а один из верхних коллекторов каждого блока - со сборным коллектором, при этом верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением соединенных с раздаточным и выходным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной трубой.The task is ensured by the fact that in the boiler containing the immured housing installed on the foundation, in which are located heat-exchange units, consisting of heat-exchange sections, heat-exchange pipes of each of which are connected to the collectors, as well as the distributing manifold with an inlet pipe and a collector with an outlet pipe , new is that two heat-exchange units are installed in the housing, each of which contains at least two heat-exchange sections, the collectors of the sections of the blocks are parallel to each other gu and the basement plane, the heat exchange sections of each heat exchange block being installed obliquely, at an acute angle to the foundation plane, and the upper collectors of the blocks are brought together, one of the lower collectors of each block is connected to the transfer manifold, and one of the upper collectors of each block is connected to prefabricated collector, while the upper and lower collectors of adjacent sections of each block, with the exception of those connected to the dispensing and output manifolds, are connected to each other by at least one bypass pipe.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».When conducting patent research, no solutions were found that were identical to the claimed one, and therefore, the claimed invention meets the patentability condition of “novelty”.

Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных технических решений, а следовательно, заявленное решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The essence of the claimed invention does not follow explicitly from the known technical solutions, and therefore, the claimed solution meets the condition of patentability "inventive step".

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.The information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the invention.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых:The invention is illustrated graphic materials on which:

на фиг.1 - водогрейный котел, общий вид;figure 1 - boiler, a General view;

на фиг.2 - водогрейный котел без обмуровки (без корпуса), вид сзади.figure 2 - boiler without wiring (without housing), rear view.

В качестве примера описания конструкции водогрейного котла приведен водогрейный котел с двумя теплообменными блоками, в каждом из которых смонтированы три теплообменные секции.As an example of the description of the design of the hot water boiler, a hot water boiler with two heat-exchange units, in each of which three heat-exchange sections are mounted, is shown.

Водогрейный котел состоит из корпуса 1, установленного на фундаменте 2. Корпус 1 изнутри обмурован теплостойким материалом, например шамотным кирпичом, а снаружи - обыкновенным кирпичом. Между наружным и внутренним слоями кирпича имеются асбестовые прокладки для компенсации температурных деформаций корпуса в процессе работы котла.The hot water boiler consists of a building 1 installed on a foundation 2. Building 1 is lined with heat-resistant material, such as fireclay bricks, and ordinary bricks on the outside. There are asbestos gaskets between the outer and inner layers of the brick to compensate for the temperature deformations of the body during the operation of the boiler.

Корпус выполнен преимущественно с квадратным или прямоугольным основанием и сужающимися вверх боковыми стенками, то есть в виде шатра.The housing is made mainly with a square or rectangular base and tapering up the side walls, that is, in the form of a tent.

В корпусе 1 котла симметрично относительно вертикальной плоскости, на фундаменте, установлены два конструктивно одинаковых теплообменных блока (позициями не обозначены).In the boiler body 1, symmetrically with respect to the vertical plane, on the foundation, two structurally identical heat-exchange units are installed (not indicated by positions).

Каждый блок содержит несколько (как минимум, две) теплообменных секций. На фиг.2 показано три таких секции 3, 4, 5. Каждая из теплообменных секций выполнена в виде нижнего коллектора 6, соединенного посредством теплообменных труб 7 с верхним коллектором 8.Each block contains several (at least two) heat-exchange sections. Figure 2 shows three such sections 3, 4, 5. Each of the heat exchange sections is made in the form of a lower manifold 6 connected by means of heat exchange tubes 7 to the upper collector 8.

Один из нижних коллекторов секции каждого блока соединен с раздаточным коллектором 9, на котором имеется входной патрубок 10.One of the lower collectors of the section of each block is connected to the distributing manifold 9, on which there is an inlet pipe 10.

Один из верхних коллекторов секции каждого блока соединен со сборным коллектором 11, на котором имеется выходной патрубок 12.One of the upper collectors of the section of each block is connected to the collecting manifold 11, on which there is an outlet pipe 12.

Теплообменные секции 3, 4, 5 каждого блока установлены наклонно, под острым углом к плоскости фундамента 2, а их верхние коллекторы 8 сведены друг к другу.The heat exchange sections 3, 4, 5 of each block are installed obliquely, at an acute angle to the plane of the foundation 2, and their upper collectors 8 are brought together.

Коллекторы 6 и 8 каждого блока параллельны друг другу и плоскости фундамента 2.The collectors 6 and 8 of each block are parallel to each other and to the plane of the foundation 2.

Верхний и нижний коллекторы соседних секций каждого блока, за исключением секций, соединенных с раздаточным с сборным коллекторами, соединены друг с другом как минимум одной перепускной теплообменной трубой. На фиг.2 такие трубы обозначены позициями 13 и 14.The upper and lower collectors of the adjacent sections of each block, with the exception of sections connected to the transfer case with prefabricated collectors, are connected to each other by at least one bypass heat transfer pipe. In figure 2, such pipes are indicated by positions 13 and 14.

Количество теплообменных секций в блоках, их размеры, количество теплообменных труб может быть различным и зависит от заданной мощности котла. Расчет конструктивных параметров котла в зависимости от его заданной тепловой мощности не представляет сложностей для специалистов.The number of heat-exchange sections in the blocks, their sizes, the number of heat-exchange pipes can be different and depends on the set boiler power. Calculation of the design parameters of the boiler, depending on its desired heat output, is not difficult for specialists.

Водогрейный котел работает следующим образом.The hot water boiler operates as follows.

Для работы котла его входной патрубок 10 и выходной патрубок 12 подключаются к системе водоснабжения.For the operation of the boiler, its inlet pipe 10 and output pipe 12 are connected to the water supply system.

Включают нагрев котла (например, газовую форсунку - позицией не обозначена).Turn on the heating of the boiler (for example, a gas nozzle - not indicated by the position).

Вода из системы водоснабжения поступает через входной патрубок 10 в раздаточный коллектор 9, откуда она подается в нижний коллектор 6 теплообменной секции 3 каждого блока. Постепенно поднимаясь по теплообменным трубам 7 теплообменной секции 3 каждого блока, вода нагревается за счет контакта теплообменных труб и коллекторов с продуктами сгорания топлива. При поступлении в верхний коллектор 8 секции 3, вода по перепускной трубе 13 подается в нижний коллектор 6 секции 4, оттуда по теплообменным трубам 7 секции, дополнительно подогреваясь, поступает в верхний коллектор 8 секции 4. Из верхнего коллектора 8 секции 4 вода по перепускной трубе 14 подается в нижний коллектор 6 теплообменной секции 5 блоков и по теплообменным трубам 7 секций 5 поднимается в верхний коллектор 8 секций 5, нагреваясь до заданной температуры. Из верхнего коллектора 8 секций 5 теплообменных блоков нагретая вода поступает в сборный коллектор 11 и через выходной патрубок 12 подается потребителям.Water from the water supply system enters through the inlet pipe 10 into the distributing manifold 9, from where it is supplied to the lower collector 6 of the heat exchange section 3 of each block. Rising gradually through the heat exchange pipes 7 of the heat exchange section 3 of each block, the water is heated due to the contact of the heat exchange pipes and collectors with the products of fuel combustion. When it enters the upper collector 8 of section 3, water is supplied through the bypass pipe 13 to the lower collector 6 of section 4, and from there through the heat transfer pipes of the 7 section, additionally heated, enters the upper collector 8 of section 4. From the upper collector 8 of section 4, water is supplied through the bypass pipe 14 is fed into the lower collector 6 of the heat exchange section 5 of the blocks and rises to the upper collector of 8 sections 5 through the heat exchange tubes of 7 sections 5, heating to a predetermined temperature. From the upper collector of 8 sections 5 of the heat exchange units, heated water enters the collection manifold 11 and is supplied to consumers through the outlet pipe 12.

Установка коллекторов параллельно друг другу и плоскости фундамента улучшают условия прохождения через них воды.Installing the collectors parallel to each other and the foundation plane improves the conditions for the passage of water through them.

Монтаж теплообменных секций наклонно позволяет исключить образование в системе воздушных пробок.Mounting the heat-exchange sections obliquely eliminates the formation of air jams in the system.

В конструкции котла отсутствуют водонагревательные секции, расположенные горизонтально, что позволяет уменьшить габариты котла и практически исключить появление незаполненных полостей в теплообменных трубах и коллекторах, что практически исключает возможность прогара труб и/или коллекторов.In the design of the boiler there are no water heating sections located horizontally, which allows to reduce the dimensions of the boiler and to practically eliminate the appearance of empty cavities in heat exchange pipes and collectors, which virtually eliminates the possibility of burnout of pipes and / or collectors.

Котел работает на всех видах топлива, применяющихся в водогрейных котлах. Наклонное расположение секций позволяет улучшить условия прогрева циркулирующей по теплообменным секциям воды, а наклонное расположение стенок корпуса также улучшает условия нагрева воды, а кроме того, способствует эффективному удалению продуктов сгорания топлива из полости котла.The boiler runs on all types of fuel used in hot water boilers. The oblique arrangement of the sections improves the heating conditions of the water circulating through the heat-exchange sections, and the oblique arrangement of the walls of the housing also improves the conditions for heating the water, and also contributes to the effective removal of the products of fuel combustion from the boiler cavity.

Благодаря использованной в конструкции котла схеме движения воды предотвращается образование накипи на теплообменных трубах, а также повышается КПД (примерно в два раза по сравнению с котлами аналогичной мощности) и снижается расход топлива (примерно в 2 раза). Водогрейный котел компактен.Thanks to the water movement scheme used in the boiler design, the formation of scale on the heat exchange pipes is prevented, and the efficiency is increased (about two times compared to boilers of the same capacity) and fuel consumption is reduced (about 2 times). The boiler is compact.

Claims

A water boiler containing a walled casing installed on the foundation, in the casing there are heat-exchange blocks, consisting of heat-exchange sections, heat-transfer pipes of each of which are connected to the collectors, as well as a distribution manifold with an inlet pipe and a collection manifold with an output pipe, characterized in that in the case two heat-exchange units are installed, each of which contains at least two heat-exchange sections, the collectors of the sections of the blocks are parallel to each other and the basement plane, and heat-exchange e sections of each heat exchange block are installed obliquely, at an acute angle to the foundation plane, and the upper collectors of the blocks are brought together, one of the lower collectors of each block is connected to the distributing manifold, and one of the upper collectors of each block is connected to the collection manifold, while the upper and the lower collectors of adjacent sections of each block, with the exception of those connected to the dispensing and outlet manifolds, are connected to each other by at least one bypass pipe.