HU187109B

HU187109B - Water-tube hot-water boiler

Info

Publication number: HU187109B
Application number: HU237983A
Authority: HU
Inventors: Jozsef Bekesi; Ferenc Lesnyik; Tibor Stier; Arpad Koebli; Lajos Gilicze
Original assignee: Epitoeipari Sz
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1985-11-28

Abstract

Vízcsöves melegvízkazán főként darabos szilárd vagy gáznemű tüzelőanyag, különösen szén vagy földgáz elégetésére alkalmas tűztérrel, az utóbbitól hűtött rostéllyal elválasztott hamutérrel, valamint a tűztér fölött a távozó füstgázokkal átjárt konvek- tív hőcserélőrendszerrel. A hőcserélőrendszer, a tűztér és a hamutér egy kettősfalú víztérköpennyel van körülvéve. Lényege, hogy a konvektiv hőcserélőrendszer végeikkel rendre a víztérköpeny egymással átellenes belső falaiba bekötött, egymás fölött a több síkban, egymástól meghatározott osztástávolsággal (t) párhuzamosan elhelyezett fekvőelrendezésű vízcsövekből áll, aholis az egymással szomszédos síkok párhuzamos vízcsövei egymáshoz képest fáziseltoltan vannak a füstgázok áramlási útjában elrendezve.A water pipe hot water boiler is mainly used for burning solid or gaseous fuel, especially coal or natural gas, with an ash separated from the latter by a cooled grate, and a convective heat exchange system through the flue gas outlet. The heat exchanger system, the combustion chamber and the ashtray are surrounded by a double-walled water jacket. The essence of this is that the convective heat exchanger system consists of end-to-end water pipes connected in opposite planes (t) parallel to one another in the opposite internal walls (t) of the water jacket, whereby the parallel water pipes of the adjacent planes are phase-aligned relative to one another in the flue gas flow path. .

Description

A találmány tárgya vízcsöves melegvízkazán főként darabos szilárd, vagy gáznemű tüzelőanyagok, különösen szén vagy földgáz elégetésére alkalmas tűztérrel, az utóbbitól hűtött rostéllyal elválasztott hamutérrel, valamint a tűztér fölött a távozó füstgázokkal átjárt konvektív hőcserélőrendszerrel, aholis a hőcserélőrendszer, a tűztér és a hamutér is kettősfalú víztérköpennyel van körülvéve.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a convectional heat exchanger, a heat exchanger, surrounded by a water jacket.

Családi házak, űvegházak fűtésére számos és különböző tüzelési módra, energiahordozóra felépített melegvizkazán ismeretes.There are several hot water boilers for heating individual houses and greenhouses, built on different types of firing and energy carriers.

A szénhidrogén bázisú, főként kőolajbázisú folyékony energiahordozók árának jelentős emelkedése következtében ismét előtérbe kerültek a darabos szilárd tüzelésű, főként széntüzelésű kazánok, amelyek egymástól főképpen az egyes funkcionális terek, úgymint tűztér, hamutér, víztér és füstgázjáratok elrendezése és kialakítása, továbbá a rostélyszerkezet konstrukciója tekintetében különböznek.Due to the significant increase in the price of hydrocarbon-based, mainly petroleum-based liquid energy carriers, solid fuel boilers, mainly coal-fired boilers have again come to the forefront. .

Hegesztett kivitelben ismeretessé vált például olyan kettős falú melegvízkazán (GF IMI megnevezés alatt), amely kétaknás rendszerű, és viszonylag nagy felületen biztosítja a víz felmelegedését. Egy másik ismert, ugyancsak kétaknás fűtőkazán (GYULA-20 típus) szintén hegesztett kivitelű, és három huzamú füstcsöves hőcserélőrésszel, valamint billenőrostéllyal van ellátva. Hűtött rostélyos kiskazán öntöttvas kivitelben ismert (Μ II. öntöttvas tagos kiskazán megnevezés alatt). Ennél a rostélyrészek a tagokkal egybe vannak öntve, üregesek és igy vízzel hűtöttek.For example, a double-walled hot water boiler (under the name GF IMI), which is a double-shaft system and provides a relatively large surface area for heating water, has become known in the welded design. Another known two-shaft heating boiler (type GYULA-20) is also welded and has a three-pipe flue heat exchanger and a tilting grate. Refrigerated grate boiler is known in cast iron design (Μ under the designation II cast iron boiler). In this case, the grate sections are molded together with the members, hollow and thus chilled with water.

A felsorolt és még számos más ismert kazántípus fő hátránya, hogy viszonylag bonyolult felépítésűek, továbbá a víztér nagy térfogatú, ezért a felmelegedéshez szükséges idő viszonylag hosszú. Ugyanakkor a kétaknás rendszer, illetve a füstcsöves hőcserélő a kazán konvektív részében biztosítja ugyan a távozó füstgázok előírt maximális hőmérsékletének tartását, de hőtechnikailag, különösen hatásfok szempontjából nem kedvező. Egyúttal a viszonylag bonyolult felépítés miatt az ismert kazánok ára meglehetősen magas.The main disadvantages of the listed and many other known types of boilers are that they are relatively complicated in construction and that the water space is large and therefore the time required for warming up is relatively long. However, the two-shaft system and the flue gas heat exchanger in the convective part of the boiler, while maintaining the required maximum temperature of the flue gas, are not technically favorable, especially in terms of efficiency. At the same time, due to the relatively complicated construction, the cost of known boilers is quite high.

A találmány célja olyan vízcsöves melegvizkazán kialakítása, amely az ismert és kereskedelemben kapható kazántípusokkal összehasonlítva egyszerűbb felépítésű, ugyanakkor jó hőhasznosítás mellett teljesíti a füstgázhőmérséklettel szemben támasztott előírásokat, és viszonylag kis térfogatú víztérrel bír, tehát begyújtás után gyorsan eléri az üzemi vizhőmérsékletet.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a hot water boiler with a water tube which, having a simpler construction and good heat utilization than the known and commercially available boiler types, fulfills the flue gas temperature requirements and has a relatively small volume of water.

A kitűzött célt olyan tárgyi vízcsöves melegvizkazán (ZSELICTHERM) kialakításával és alkalmazásával éljük el, amelynél találmányunk értelmében a konvektív hőcserélőrendszer végeikkel rendre a víztérköpeny egymással átellenes belső falaiba bekötött, egymás fölött több síkban, egymástól meghatározott osztástávolsággal párhuzamosan elhelyezett fekvőelrendezésű vízcsövekből áll, aholis az egymással szomszédos síkok párhuzamos vízcsövei egynláshoz képest fáziseltoltan vannak a füstgázok áramlási útjában elrendezve.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to the design and use of an objective hot water boiler (ZSELICTHERM) in which, according to the invention, the convective heat exchanger system is the parallel water pipes of the planes are phased-displaced in the flue gas flow path relative to uniformity.

Előnyösnek bizonyultak a találmány szerinti melegvizkazán olyan kiviteli alakjai, amelyeknél a konvektív hőcserélőrendszer rendre azonos átmé2 rőjű vízcsöveket tartalmaz, amelyek átmérője legalább közelítőleg a csövek közötti osztástávolság félértékével egyenlő, és a szomszédos síkok vízcsövei az osztástávolság félértékével vannak egymáshoz képest fáziseltoltan elrendezve. A párhuzamos vízcsöveket tartalmazó egyes síkok (csőrétegek) között legalább részben, előnyösen a legfelső két sík között füstterelő lemezelemek is célszerűen elrendezhetők. Ily módon a távozó füstgázok a vízcsöveket teljes felületükön körúlnyalábolják, ezzel fokozott konvektív hőcsere, a füstben lévő hőenergia lehető legjobb hasznosítása biztosított. Ezt a hatást fokozzák a beépített füstterelők is.Preferred embodiments of the hot water boiler of the present invention are those in which the convective heat exchange system comprises water pipes of the same diameter, at least approximately half the diameter of the pipes, and having water pipes of the adjacent planes equal to one-half of Smoke deflecting plate members may also be arranged at least partially, preferably between the upper two planes, between each of the planes containing the parallel water pipes. In this way, the flue gas exhausts the water pipes over their entire surface, thereby increasing convective heat exchange and making the best use of the heat energy contained in the smoke. This effect is enhanced by the built-in smoke baffles.

A találmány szerinti melegvízkazánnak a bemenőoldaltól az elmenőoldal felé előnyösen 2% körüli lejtéssel emelkedő elrendezésű vízcsövei vannak. Ezzel biztosított a gravitációs cirkuláció mielőbbi megindulása, továbbá kizáijuk a feltöltés során keletkező levegősödést, tehát azt, hogy a feltöltés során levegő záródjon be a vízcsövekbe.The hot water boiler according to the invention preferably has water pipes with an incline of about 2% from the inlet side to the outlet side. This ensures that gravity circulation starts as quickly as possible and also prevents air build-up during filling, which means that air is trapped inside the water pipes during filling.

A találmány szerinti vízcsöves melegvízkazánnak előnyösen hűtött rostélya van, amely végeikkel ugyancsak a kettősfalú vízköpeny átellenes belső falaiba bekötött rostélycsövekből van felépítve.The hot water boiler of the present invention preferably has a cooled grate which is also formed at its ends by grid pipes connected to the opposite inner walls of the double-walled jacket.

A rostélycsövek úgy vannak elhelyezve, hogy párhuzamosak a visszatérő víz csővezetékével. A kazán feneke nem hűtött.The grate pipes are positioned so that they are parallel to the return water pipe. The bottom of the boiler is not cooled.

A találmány szerinti vízcsöves melegvízkazán célszerű kiviteli alakjainál a távozó füstgázokat elvezető füstgázcsonkba egy előnyösen pillangószelepként kialakított huzatszabályozó van beépítve. Előnyösnek bizonyult végül, ha a melegvizkazán a víztérköpenyt kívülről körülvevő hőszigetelő burkolattal is el van látva.In preferred embodiments of the hot water boiler of the present invention, a draft regulator, preferably in the form of a butterfly valve, is incorporated into the flue gas outlet of the exhaust flue gas. Finally, it has proved to be advantageous if the hot water boiler is also provided with a thermal insulation covering the outside of the water jacket.

A találmány lényegét az alábbiakban egy előnyös példaképpeni kiviteli alak kapcsán a csatolt rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon azBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An embodiment of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing it is

1. ábra egy konkrét példaképpeni találmány szerinti ZSELICTHERM melegvízkazán homloknézete, aFigure 1 is a front view of a particular exemplary hot water boiler of the present invention,

2. ábra a melegvizkazán 3. ábra szerinti II-II. sík mentén vett vázlatos metszete, míg aFigure 2 is a view of the hot water boiler shown in Figs. a schematic sectional view taken along a plane, while

3. ábra a kazán 2. ábra szerinti III—III. sík mentén vett metszetvázlata.Fig. 3 is a view of the boiler according to Figs. a sketch of a plane taken along a plane.

Konkrét kiviteli példaként az 1-3. ábrákon egy (lábak nélkül) 540 x 540 x 1150 mm³ befoglalóméretű, 4,8 m² fűtőfelületű 55 kW teljesítményű vízcsöves melegvízkazánt tüntettünk fel. Acéllemez és cső kombinációjával kialakított hegesztett konstrukció, amelynél 2 tűztér, az ettől alul 41 rostélycsövekből felépített, az átáramló vízzel hűtött 4 rostéllyal elválasztott 3 hamutér és egy a felszálló távozó füstgázok áramlási útjában a 2 tűztér fölött elhelyezett konvektív 5 hőcserélőrendszer kettősfalú 1 víztérköpennyel van körülvéve. Az 1 víztérköpeny belső átellenes 11 falaiba vannak rendre beépítve az elmenőoldal fele enyhén emelkedő módon, egymással párhuzamosan és egymás fölötti síkokban több sorban elrendezett 51 vízcsövek, amelyek együttesen a konvektív 5 hőcserélőrendszert alkotják. Az 51 vízcsövek D átmérője rendre valamivel több, mint a párhuzamos 51 vízcsövek közötti t osztástávolság félértéké. Az egymás fölötti szomszédos síkokban az 51 vízcsövek egymáshoz képest a t osztástávolság t/2 félértékével fáziseltoltan van-2187 109 .1-3. Figures 1 to 5 show a ⁵ kW x 540 x 1150 mm ³ hot water boiler with a draft size of 540 x 540 x 1150 mm ^{3 with a} heating area of 4.8 m ² . A welded construction made of a combination of sheet steel and tube, having a firebox 2, a ash chamber 3 formed of grate pipes 41 below, separated by a flow-cooled grate 4, and a convection of a flange 5 extending over the firewall 2 in the flow path of the rising Inside the inner opposite walls 11 of the water jacket 1 are arranged water pipes 51 arranged in several rows in a slightly inclined, parallel and superimposed plane, which together form the convective heat exchange system 5. The diameter D of the water pipes 51 is slightly more than half the value of the division distance t between the parallel water pipes 51. In the adjacent planes, the water pipes 51 are phase shifted relative to one another at half t / 2 of the pitch.

nak elrendezve, és a felső két csőréteg között a rajzon látható módon 52 fustterelők is el vannak helyezve. A konvektív 5 hőcserélőrendszer 51 vízcsöveit ily módon teljesen körülnyaláboló áramlási pályára terelt füstgázok a megengedett érték alá lehűlve, mintegy 200-250 “C hőmérsékleten egy 61 pillangószelepet huzatszabályozóként tartalmazó 6 füstgázcsonkon keresztül hagyják el a melegvízkazánt.and fuser baffles 52 are disposed between the upper two tube layers as shown in the drawing. The flue gases 51 of the convective heat exchanger system 5, thus directed to a flow path which completely encircles the flow, leave the hot water boiler at a temperature of about 200-250 ° C through a flue gas pipe 6 containing a butterfly valve 61 as a draft regulator.

A 2 tűzterek alul a 3 hamutértől ugyancsak az 1 víztérköpeny átellenes belső 11 falaiba bekötött 41 rostélycsövekből álló 4 rostély választja el. A 3 hamutérben található a 32 hamuláda. A 2 tűztér kezelő-, ill. kiszolgálónyílásait 21, 22 tűztérajtók zárják, míg a 3 hamutér 31 hamutérajtóval van ¹⁵ellátva. Az ajtókat a 2. és 3. szerinti vázlatos metszeteken az egyszerűség kedvéért nem ábrázoltuk.The fireplaces 2 are also separated from the ash space 3 by a grid 4 consisting of grate pipes 41 connected to the opposite inner walls 11 of the jacket 1. There are 32 ashtrays in the 3 ashtrays. The 2 fire compartment controls or controls. The service apertures are closed by fire doors 21, 22, while the ash space 3 is provided with an ash door ¹⁵ . The doors are not depicted in the schematic sections 2 and 3 for simplicity.

A kazán víztere 110 liter viz befogadására alkalmas. Az 1 víztérköpeny falai között elöl és hátul 40-40 mm, míg felül és kétoldalt 30-30 mm hézag ²⁰van. Az 51 vízcsövek 2 névleges átmérőjűek, míg a 41 rostélycsövek névleges átmérője 1”. A kazán tetején az 1. ábra érzékelteti az előremenő vízvezeték 0 2-os menetes 8 csonkját, valamint egy pl. hőmérő csatlakoztatására alkalmas másik menetes ²⁵9 csonkot. A visszatérő vízvezeték csonkja és egy a feltöltést szolgáló menetes csonk a kazán hátoldalán van elrendezve.The water space of the boiler can hold 110 liters of water. Front and back from 40 to 40 mm space between the water jacket walls 1 while the top and sides 30-30 mm gap is ^20. Water pipes 51 have a nominal diameter of 2 and grate pipes 41 have a nominal diameter of 1 ”. On the top of the boiler, Fig. 1 illustrates the 0 2 threaded nipple 8 of the flow pipe and an example. another threaded connection for connecting a thermometer ²⁵ 9. The return pipe connection and a filling threaded connection are located on the back of the boiler.

Az energiaátadás egyrészt a 41 rostélycsöveken történő vízátáramlás révén, másrészt a 2 tűztérrel 30 közvetlenül érintkező 11 belső falakon keresztül, és végül a füstgázokból a konvektív 5 hőcserélőrendszer 51 vízcsövei közvetítésével történik. A viszonylag kis térfogatú víztér következtében a találmány szerinti melegvízkazán igen gyorsan felmele- 35 gíti a benne lévő vizet. Mérési eredmények szerint a nem lágyított hideg csapvizet 40-50 perc alatt melegítette fel 90‘C üzemi hőmérsékletre. Ettől kezdve a tűz égését és a vízhőmérsékletet huzatszabályozással tarthatjuk a kívánt szinten. Az 1 víztér- 40 köpény lemezlapok közé rétegelt kőzetgyapotot tartalmazó hőszigetelő 7 burkolattal van ellátva, ezáltal a felületi hőleadás jelentős hányada is hasznosul. A kazán hatásfoka 75-80%.The energy transfer takes place on the one hand through the flow of water through the grate pipes 41, on the other hand through the inner walls 11 directly in contact with the combustion chamber 2 and finally through the pipes 51 of the convective heat exchange system 5. Due to the relatively small volume of water, the hot water boiler according to the invention heats up the water very quickly. According to the measurements, the un-softened cold tap water was heated to 90'C operating temperature for 40-50 minutes. From this point on, the fire burning and water temperature can be kept at the desired level by draft control. The water jacket 1 is provided with a heat-insulating casing 7 containing laminated rock wool between the plates, thereby utilizing a significant portion of the surface heat release. Boiler efficiency is 75-80%.

A találmány szerinti melegvízkazán egy másik 45 célszerű és előnyös kivitele esetén gáz-, különösen földgáztüzelésű is lehet. Ez a belső szerkezeti felépítés, és ezzel a találmány lényegének a legcsekélyebb változtatása nélkül lehetséges. Különös súllyal esik latba a találmányunk szerinti melegvízkazán ezen 50 előnyös tulajdonsága napjainkban, amikor az infrastrukturális fejlődés egyre több település, főleg családiházas beépítettségü vidéki kistelepülés hálózati földgázellátásba való bekapcsolását teszi lehetővé. 55In another preferred and preferred embodiment, the hot water boiler of the present invention may be gas-fired, in particular natural gas. This is possible without the slightest alteration of the essence of the invention. Of particular importance are these 50 advantageous features of the hot water boiler of the present invention, when infrastructural development makes it possible to connect more and more settlements, especially small villages with family houses, to the natural gas supply. 55

A gáz- különösen földgázüzemű kazánkiviteleknél egy önmagában ismert, megfelelő hőteljesítményű, kereskedelemben beszerezhető gázégőszerelvény van behelyezve a kazán tűzterébe oly módon, hogy annak szerelőlapja felfogás tekintetében a 21 θθ tűztérajtóval csereszabatos kialakítású. így tehát a 21 tűztérajtó helyett a gázégőszerelvény van felfogva a kazán 1 viztérköpenyének előlapjára. Ennél a kivitelnél a 6 füstgázcsonkra egy önmagában ismert defiektor van felszerelve. _cc In gas-fired gas-fired boiler designs, a commercially available gas burner assembly of sufficient heat output, known per se, is inserted into the furnace firebox so that its mounting plate is interchangeable with the fire door 21 θθ. Thus, instead of the fire door 21, the gas burner assembly is clamped to the front of the boiler water jacket 1. In this embodiment, the flue gas outlet 6 is fitted with a deflector known per se. _cc

A befoglaló méretek és a teljesítményadatok öszszevetéséből is látható,'-hogy a kazán igen tértakarékos felépítésű, így a gyártáshoz kedvezően alacsony anyagfelhasználás adódik. Az ismert táskás és tartályos rendszerek helyett a találmányunk szerinti vízcsöves 5 hőcserélőrendszerrel igen energiatakarékos üzemeltetés vált lehetővé, csaknem átfolyórendszerű vízmelegítés mellett.It can also be seen from the comparison of the overall dimensions and the performance data that the boiler is very space-saving in design, which results in low material consumption. Instead of the known bag and tank systems, the water-tube heat exchanger system 5 of the present invention allows for very energy-efficient operation with near-flow water heating.

A találmány szerinti vizcsöves melegvízkazán igen előnyösen alkalmazható családi házak, kertészeti űvegházak, kisebb intézmények, műhelyek és hasonlók szilárd, főként darabos széntüzelésű vagy földgázüzemű fűtésére.The hot water boiler according to the invention is very advantageous for solid heating of family houses, horticultural greenhouses, smaller institutions, workshops and the like, mainly in the form of charcoal or natural gas.

Claims

Patent claims

1. A hot-water boiler, consisting mainly of solid or gaseous fuel, in particular a combustion chamber for the combustion of coal or natural gas, an ash chamber separated from the latter by a chilled grate, and a convective heat exchanger and characterized in that the convective heat exchange system (5) is connected to the ends of the water pipes (51) connected in parallel to the inner walls (11) of the water jacket (1) in opposite planes (t) arranged parallel to each other parallel water pipes (51) of adjacent planes are phased-offset relative to one another in the flue gas flow path.

An embodiment of a hot water boiler according to claim 1, characterized in that it comprises a water pipe (51) of the same diameter (D) having a diameter (D) equal to at least approximately half the pipe spacing (t) and water pipes of adjacent planes. (51) are phase shifted relative to one another by the half value of the pitch (t).

Embodiment of the hot water boiler according to claim 1 or 2, characterized in that, at least in part, flush baffles (52) are arranged between each of the planes containing the parallel water pipes (51).

4. The hot water boiler according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it has water pipes (51) with an upward slope of up to 2%.

5. The hot-water boiler according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the grate (4) separating the firebox (2) from the ash space (3) below is also constructed of ro-tube (41) connected to opposite ends of the water jacket (1).

6. The hot-water boiler according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a draft regulator, preferably in the form of a butterfly valve (61), is incorporated in the flue gas outlet (6).

7. The hot water boiler according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it also has a heat-insulating cover (7) surrounding the water jacket (1).