RU2327084C1

RU2327084C1 - Hot water boiler

Info

Publication number: RU2327084C1
Application number: RU2007105809/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Кунеевский (RU); Владимир Васильевич Кунеевский; Юрий Михайлович Гнедочкин (RU); Юрий Михайлович Гнедочкин
Original assignee: Владимир Васильевич Кунеевский; Юрий Михайлович Гнедочкин
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-06-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to heat-power engineering and can be used in hot water boilers. Boiler comprises a vertically placed shell with furnace and external convection chamber enveloping the furnace and connected to it; a burner, installed at the boiler cover at the area of furnace; an outlet; supply and discharge headers, placed respectively at the boiler bottom and at the boiler cover; and heating surfaces connected to supply and discharge headers and comprising the water-cooled part and convective part, located respectively in the furnace and in the external convection chamber. Besides, the boiler is equipped with a cylindrical baffle, placed between the furnace and external convection chamber, connected to it via the annular gap, formed by the cylindrical baffle and boiler bottom. Outlet is made in the boiler cover at the area of external convection chamber. Water-cooled part is formed by spiral tubes; inlets of which are connected to the first circular channel, outlets of which are connected to the second circular channel; the spiral tubes adjoin the internal surface of the cylindrical baffle and are made by a multistart thread principle. Convective part comprises internal section and external section enveloping the internal section. Every section is formed by spiral tubes, inlets of which are connected to the third circular channel, outlets of which are connected to the fourth circular channel; spiral tubes are made by a multistart thread principle. The first and the third circular channels are located at the boiler bottom and connected to the supply header; while the second and the fourth circular channels are located at the boiler cover and connected to the discharge header.

EFFECT: enhancement of reliability and efficiency of hot water boiler.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах.The invention relates to a power system and can be used in hot water boilers.

Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней камере (патент РФ №2153626, МПК F22B 21/06, 2000).A water-heating boiler is known, comprising a vertically located body with a firebox and an external chamber covering the firebox and connected with it, a burner installed in the boiler cover in the furnace zone, an outlet opening, supply and outlet manifolds located respectively near the bottom of the boiler and near the boiler cover, and heating surfaces connected to the inlet and outlet collectors and including the screen and convection parts located respectively in the furnace and in the external chamber (RF patent No. 2153626, IPC F22B 21/06, 2000).

Однако известный котел характеризуется недостаточными КПД, надежностью, прочностью, компактностью и технологичностью, а также сложен в изготовлении.However, the known boiler is characterized by insufficient efficiency, reliability, durability, compactness and manufacturability, and is also difficult to manufacture.

Задачей изобретения является повышение КПД котла, его надежности, прочности, компактности и технологичности, а также упрощение в его изготовлении.The objective of the invention is to increase the efficiency of the boiler, its reliability, strength, compactness and manufacturability, as well as simplification in its manufacture.

Поставленная задача решается тем, что водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, согласно изобретению снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла, выпускное отверстие выполнено в крышке котла в зоне внешней конвективной камеры, экранная часть образована спиральными трубками, входом соединенными с первым кольцевым каналом, выходом - со вторым кольцевым каналом, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», а конвективная часть включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции, каждая из которых образована спиральными трубками, входом соединенными с третьим кольцевым каналом, выходом - с четвертым кольцевым каналом и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», причем первый и третий кольцевые каналы расположены вблизи днища котла и подключены к подводящему коллектору, а второй и четвертый кольцевые каналы расположены вблизи крышки котла и подключены к отводящему коллектору.The problem is solved in that a water boiler containing a vertically arranged housing with a furnace and an external convection chamber covering the furnace and connected with it, a burner installed in the boiler cover in the furnace zone, an outlet opening, inlet and outlet collectors located respectively near the bottom of the boiler and near the boiler cover, and heating surfaces connected to the inlet and outlet collectors and including the screen and convective parts located respectively in the furnace and in the external convection The first chamber, according to the invention, is equipped with a cylindrical partition placed between the furnace and the external convection chamber communicated with it through an annular gap formed by the cylindrical partition and the bottom of the boiler, the outlet is made in the boiler cover in the area of the external convection chamber, the screen part is formed by spiral tubes, the inlet connected to the first annular channel, the output to the second annular channel adjacent to the inner surface of the cylindrical partition and wound on the principle of "multi-opening thread ”, and the convective part includes the inner and outer sections covering it, each of which is formed by spiral tubes connected inlet with the third ring channel, the output with the fourth ring channel and wound on the principle of“ multiple threads ”, the first and third ring channels located near the bottom of the boiler and connected to the inlet manifold, and the second and fourth annular channels are located near the lid of the boiler and connected to the outlet manifold.

Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней секции конвективной части могут быть навиты по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, а спиральные трубки внешней секции соответственно навиты по направлению против часовой стрелки или по часовой стрелке.The problem is also solved by the fact that the spiral tubes of the inner section of the convective part can be wound in a clockwise or counterclockwise direction, and the spiral tubes of the outer section are respectively wound in a counterclockwise or clockwise direction.

Поставленная задача решается также тем, что котел может быть дополнительно снабжен коническим излучателем, расположенным на днище котла в зоне топки.The problem is also solved by the fact that the boiler can be additionally equipped with a conical radiator located on the bottom of the boiler in the furnace zone.

Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища к крышке котла.The problem is also solved by the fact that the spiral tubes of the inner and outer sections of the convective part can be made with a pitch of turns, decreasing from the bottom to the lid of the boiler.

Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части могут быть снабжены оребрением или накаткой.The problem is also solved by the fact that the spiral tubes of the inner and outer sections of the convective part can be equipped with ribbing or knurling.

На фиг.1 представлен предлагаемый водогрейный котел.Figure 1 presents the proposed hot water boiler.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.Figure 2 is a section aa of figure 1.

На фиг.3 - гидравлическая схема предлагаемого водогрейного котла.Figure 3 is a hydraulic diagram of the proposed hot water boiler.

Предлагаемый водогрейный котел содержит вертикально расположенный корпус 1 с топкой 2 и внешней конвективной камерой 3, охватывающей топку 2, отделенной от нее цилиндрической перегородкой 4 и сообщенной с ней через кольцевой зазор 5, образованный цилиндрической перегородкой 4 и днищем 6 котла, горелку 7, установленную в крышке 8 котла в зоне топки 2, конический излучатель 9 из огнеупорного материала, расположенный на днище 6 котла в зоне топки 2, выпускное отверстие 10, выполненное в крышке 8 котла в зоне внешней конвективной камеры 3, подводящий и отводящий коллекторы 11, 12, размещенные соответственно вблизи днища 6 котла и вблизи крышки 8 котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам 11, 12 и включающие экранную и конвективную части 13, 14, расположенные соответственно в топке 2 и во внешней конвективной камере 3. Экранная часть 13 (фиг.3) образована спиральными трубками 15, входом соединенными с первым кольцевым каналом 16, выходом - со вторым кольцевым каналом 17, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки 4 и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», что обеспечивает возможность коротких ходов воды с высокими скоростями при малом гидравлическом сопротивлении. Конвективная часть 14 (фиг.3) включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции 18, 19, каждая из которых образована спиральными трубками 20, 21, входом соединенными с третьим кольцевым каналом 22, выходом - с четвертым кольцевым каналом 23 и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», что также обеспечивает возможность коротких ходов воды с высокими скоростями при малом гидравлическом сопротивлении. Причем спиральные трубки 20 внутренней секции 18 конвективной части 14 могут быть навиты по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, а спиральные трубки 21 внешней секции 19 соответственно навиты по направлению против часовой стрелки или по часовой стрелке. Первый и третий кольцевые каналы 16, 22 расположены вблизи днища 6 котла и подключены к подводящему коллектору 11 при помощи промежуточных труб 24, 25, а второй и четвертый кольцевые каналы 17, 23 расположены вблизи крышки 8 котла и подключены к отводящему коллектору 12 при помощи промежуточных труб 26, 27. Витки спиральных трубок 15 экранной части 13 расположены по высоте топки 2 равномерно, обеспечивая максимально экранированную поверхность. Для обеспечения оптимальной высокой скорости дымовых газов и высокого коэффициента теплопередачи спиральные трубки 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14 могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища 6 к крышке 8 котла. Для повышения коэффициента теплопередачи и теплообмена в конвективной части 14 спиральные трубки 20, 21 секций 18, 19 могут быть снабжены оребрением или накаткой. Диаметры и длины подводящего и отводящего коллекторов 11, 12, промежуточных труб 24, 25, 26, 27, кольцевых каналов 16, 17, 22, 23 и спиральных трубок 15, 20, 21 экранной и конвективной частей 13,14 подобраны из расчета оптимальной скорости (не менее 2 м/сек) прохождения воды, обеспечивающей безнакипной режим работы котла.The proposed hot water boiler contains a vertically located housing 1 with a furnace 2 and an external convective chamber 3, covering the furnace 2, separated from it by a cylindrical partition 4 and communicated with it through an annular gap 5, formed by a cylindrical partition 4 and the bottom 6 of the boiler, a burner 7 installed in the boiler cover 8 in the furnace zone 2, a conical emitter 9 of refractory material located on the bottom of the boiler 6 in the furnace zone 2, an outlet 10 made in the boiler cover 8 in the area of the external convection chamber 3, the lead-in collectors 11, 12, respectively located near the bottom of the boiler 6 and near the cover 8 of the boiler, and the heating surface, connected to the inlet and outlet headers 11, 12 and including the screen and convective parts 13, 14, located respectively in the furnace 2 and in the external convection camera 3. The screen portion 13 (Fig. 3) is formed by spiral tubes 15 connected inlet with the first annular channel 16, and the output with the second annular channel 17 adjacent to the inner surface of the cylindrical partition 4 and wound according to the principle of bypass thread ”, which provides the possibility of short strokes of water at high speeds with low hydraulic resistance. Convective part 14 (Fig. 3) includes an inner and outer outer sections 18, 19, each of which is formed by spiral tubes 20, 21, connected to the third annular channel 22 by the inlet, and the output with the fourth annular channel 23 and wound on the basis of the “multiple start” principle threads ”, which also provides the possibility of short strokes of water at high speeds with low hydraulic resistance. Moreover, the spiral tubes 20 of the inner section 18 of the convective part 14 can be wound in a clockwise or counterclockwise direction, and the spiral tubes 21 of the outer section 19 can be respectively wound in a counterclockwise or clockwise direction. The first and third annular channels 16, 22 are located near the bottom of the boiler 6 and are connected to the inlet manifold 11 using intermediate pipes 24, 25, and the second and fourth annular channels 17, 23 are located near the lid 8 of the boiler and connected to the outlet manifold 12 using intermediate pipes 26, 27. The turns of the spiral tubes 15 of the screen part 13 are arranged uniformly along the height of the furnace 2, providing a maximum shielded surface. To ensure optimal high speed of flue gases and a high heat transfer coefficient, the spiral tubes 20, 21 of the sections 18, 19 of the convective part 14 can be made with a pitch of turns decreasing from the bottom 6 to the cover 8 of the boiler. To increase the coefficient of heat transfer and heat transfer in the convective part 14, the spiral tubes 20, 21 of the sections 18, 19 can be equipped with fins or knurling. The diameters and lengths of the inlet and outlet manifolds 11, 12, intermediate pipes 24, 25, 26, 27, annular channels 16, 17, 22, 23 and spiral tubes 15, 20, 21 of the screen and convection parts 13.14 are selected based on the calculation of the optimal speed (at least 2 m / s) the passage of water, ensuring a boiler-free operating mode.

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

Из горелки 7 топливная смесь поступает в топку 2, где происходит горение топлива с выделением тепла. Часть выделившегося тепла за счет излучения от факела поглощается водоохлаждаемыми поверхностями спиральных трубок 15 экранной части 13. Дополнительно теплопередачу в нижней относительно холодной части топки 2 усиливает конический излучатель 9, нагревающийся от потока горячих газов, выходящих из топки 2 и обеспечивающий равномерное распределение газового потока по кольцевому зазору 5. Через кольцевой зазор 5 горячие продукты горения поступают во внешнюю конвективную камеру 3, проходят ее снизу вверх и отдают тепло водоохлаждаемым поверхностям спиральных трубок 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14. По мере охлаждения газов уменьшается их физический объем, однако постепенно уменьшающееся живое сечение за счет сокращения шага между витками спиральных трубок 20, 21 секций 18, 19 обеспечивает поддержание высокой скорости газов для обеспечения высокой скорости теплообмена в конвективной части 14. Охлажденные дымовые газы собираются и отводятся из внешней конвективной камеры 3 через выпускное отверстие 10. Нагреваемая вода через подводящий коллектор 11 подается в нижнюю часть котла и далее разделяется по двум промежуточным трубам 24, 25. Труба 24 подает воду к кольцевому каналу 16, из которого вода распределяется по спиральным трубкам 15 экранной части 13. Труба 25 подает воду к кольцевому каналу 22, из которого вода распределяется по спиральным трубкам 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14. Из кольцевого канала 16 вода проходит через несколько параллельно подключенных и навитых по принципу «многозаходной резьбы» спиральных трубок 15 экранной части 13 снизу вверх и нагревается за счет лучистого теплообмена от факела горения топки 2 и дополнительно от конического излучателя 9. В спиральных трубках 15 экранной части 13 поддерживается высокая скорость воды для исключения образования накипи. Пройдя экранную часть 13, нагретая вода поступает в кольцевой канал 17. Из кольцевого канала 22 нагреваемая вода распределяется по нескольким параллельно подключенным и навитым по принципу «многозаходной резьбы» спиральным трубкам 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14 и проходит снизу вверх навстречу друг другу, нагреваясь за счет конвективной теплопередачи от проходящих дымовых газов. В секциях 18, 19 конвективной части 14 также обеспечивается высокая скорость воды для предотвращения образования накипи. Пройдя конвективную часть 14, нагретая вода поступает в кольцевой канал 23. Диаметры и длины всех трубопроводов и спиралей подбираются с целью обеспечения высокой скорости прохождения воды для предотвращения образования накипи при одинаковом гидравлическом сопротивлении в параллельных потоках воды. Нагретая вода из кольцевых каналов 17, 23 через промежуточные трубы 26, 27 поступает в отводящий коллектор 12 и далее потребителю.From the burner 7, the fuel mixture enters the furnace 2, where the fuel is burned with heat. Part of the heat generated due to radiation from the plume is absorbed by the water-cooled surfaces of the spiral tubes 15 of the screen portion 13. Additionally, the conical radiator 9 enhances the heat transfer in the lower relatively cold part of the furnace 2, heated by the flow of hot gases leaving the furnace 2 and ensuring uniform distribution of the gas flow along the annular the gap 5. Through the annular gap 5, the hot combustion products enter the external convection chamber 3, pass it from the bottom up and give heat to the water-cooled over to the ends of the spiral tubes 20, 21 of the sections 18, 19 of the convective part 14. As the gases cool, their physical volume decreases, however, the living section gradually decreases due to the reduction in the pitch between the turns of the spiral tubes 20, 21 of the sections 18, 19, which ensures the high gas velocity to ensure high heat transfer rate in the convective part 14. Cooled flue gases are collected and removed from the external convection chamber 3 through the outlet 10. Heated water through the inlet manifold 11 is supplied to the lower part of the boiler and further divided by two intermediate pipes 24, 25. The pipe 24 delivers water to the annular channel 16, from which water is distributed through the spiral tubes 15 of the screen portion 13. The pipe 25 delivers water to the annular channel 22, from which the water is distributed through the spiral tubes 20, 21 sections 18, 19 of the convective part 14. From the annular channel 16, water passes through several spiral tubes 15 of the screen part 13 which are parallelly connected and wound along the principle of “multiple threading” from the top of the screen part 13 and is heated by the radiant heat exchange from the burning torch top and 2 and further by the radiator 9. The conical helical tubes 15 screen portion 13 supported by a high rate of water to avoid scale formation. Having passed the screen part 13, the heated water enters the annular channel 17. From the annular channel 22, the heated water is distributed among several spiral tubes 20, 21 of the sections 18, 19 of the convection part 14 parallelly connected and wound along the principle of “multiple threading” and passes from bottom to top facing each other to a friend, heating up due to convective heat transfer from passing flue gases. In sections 18, 19 of the convection part 14, a high water velocity is also provided to prevent scale formation. After passing the convective part 14, the heated water enters the annular channel 23. The diameters and lengths of all pipelines and spirals are selected in order to ensure a high speed of water passage to prevent scale formation with the same hydraulic resistance in parallel streams of water. Heated water from the annular channels 17, 23 through the intermediate pipes 26, 27 enters the outlet manifold 12 and then to the consumer.

Claims

1. A water boiler containing a vertically located housing with a firebox and an external convection chamber covering the firebox and connected with it, a burner installed in the boiler cover in the furnace zone, an outlet opening, supplying and discharging collectors located respectively near the bottom of the boiler and near the boiler cover , and heating surfaces connected to the inlet and outlet collectors and including screen and convective parts located respectively in the furnace and in the external convection chamber, characterized in that it is removable It is loaded with a cylindrical partition located between the furnace and the external convection chamber communicated with it through the annular gap formed by the cylindrical partition and the bottom of the boiler, the outlet is made in the boiler cover in the area of the external convective chamber, the screen part is formed by spiral tubes connected by an inlet to the first annular channel , exit - with a second annular channel adjacent to the inner surface of the cylindrical partition and wound on the principle of "multiple threads", and the convective part includes the inner and outer sections enclosing it, each of which is formed by spiral tubes connected inlet with the third ring channel, the output with the fourth ring channel and wound on the principle of "multiple threads", and the first and third ring channels are located near the bottom of the boiler and connected to to the inlet collector, and the second and fourth annular channels are located near the boiler cover and connected to the outlet collector.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the spiral tubes of the inner section of the convective part are wound clockwise or counterclockwise, and the spiral tubes of the outer section are respectively wound counterclockwise or clockwise.

3. The boiler according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a conical radiator located on the bottom of the boiler in the furnace zone.

4. The boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral tubes of the inner and outer sections of the convective part are made with a pitch of turns decreasing from the bottom to the lid of the boiler.

5. The boiler according to claim 4, characterized in that the spiral tubes of the inner and outer sections of the convective part are equipped with finning or knurling.