Изобретение относится к отопительной технике и горячему водоснабжению, а именно к области водогрейных котлов малой и средней теплопроизводительности, и может быть использовано для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.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 heat supply of residential, public and industrial buildings and structures.
Известны контактно-поверхностные водогрейные котлы, состоящие из радиационной части и контактной части (см. книгу Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели, изд. 4, М.: Стройиздат, 1988 г., С.69, 73, 76, патент РФ №2176766, МПК 7 F24H 1/00, 1/10, 2001 г. 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, ed. 4, M .: Stroyizdat, 1988, p. 69 , 73, 76, RF patent No. 2176766, IPC 7 F24H 1/00, 1/10, 2001, etc.) - analogue.
Недостатками известных котлов являются загрязнение нагреваемой воды вредными компонентами (в том числе СО, CO2, NOX и др.), образующимися при сгорании топлива, на первой (контактной) стадии нагрева воды и низкий КПД при подаче в котел обратной сетевой воды с температурой 50-70°С, узкая область их применения, а также большие габариты и масса поверхностей нагрева радиационной части.The disadvantages of the known boilers are the pollution of the heated water by harmful components (including CO, CO 2 , NO X , etc.) formed during the combustion of fuel at the first (contact) stage of heating the water and low efficiency when the boiler receives reverse network water with a temperature 50-70 ° C, a narrow scope of their application, as well as large dimensions and mass of heating surfaces of the radiation part.
Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является водогрейный котел, содержащий радиационную часть, состоящую из внутреннего цилиндра с внутренним днищем и кольцевой верхней трубной решеткой, к которой сверху прикреплена внутренняя крышка, имеющая патрубок с горелкой, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, и внешнего цилиндра, установленного концентрично внутреннему цилиндру с образованием межстеночного кольцевого зазора, при этом внешний цилиндр снабжен кольцевой нижней трубной решеткой с внешним днищем, имеющим патрубок подвода отопительной воды, и внешней крышкой с цилиндрической обечайкой, герметично связанной с патрубком горелки и имеющей патрубок отвода отопительной воды, при этом в межстеночном кольцевом зазоре, образованном внешним и внутренним цилиндрами, установлен пучок дымогарных труб для прохождения продуктов сгорания противотоком по отношению к восходящему потоку нагреваемой воды на отопление, и контактно-рекуперативную часть, расположенную параллельно по отношению к радиационной части и состоящую из расположенных друг под другом внутри отдельного корпуса патрубка отвода топочных газов, каплеуловителя, трубчатого теплообменника для прохождения нагреваемой воды для горячего водоснабжения противотоком по отношению к двухфазному газожидкостному восходящему потоку, опорно-распределительной решетки и коллектора с форсунками, при этом радиационная и контактно-рекуперативная части сообщены между собой посредством закрытого сборника жидкости, снабженного патрубком, соединенным с линией подачи жидкости, причем закрытый сборник жидкости имеет патрубок отвода излишка жидкости, кроме того, корпус контактно-рекуперативной части связан с закрытым сборником жидкости посредством по меньшей мере одной трубы возврата конденсата (см. патент РФ №2270405, МПК 7 F24Н 1/00, 1/10, 2006 г.) - прототип.The closest analogue to the claimed solution is a hot water boiler containing a radiation part, consisting of an inner cylinder with an inner bottom and an annular upper tube sheet, to which an inner cover is attached on top, having a nozzle with a burner, equipped with nozzles for supplying fuel and air, and an outer cylinder, installed concentrically to the inner cylinder with the formation of an inter-wall annular gap, while the outer cylinder is equipped with an annular lower tube sheet with an external bottom having heating water supply pipes, and an external cover with a cylindrical shell, hermetically connected to the burner pipe and having a heating water pipe, while in the inter-wall annular gap formed by the external and internal cylinders, a bundle of smoke pipes is installed for the passage of combustion products in countercurrent with respect to the ascending the flow of heated water for heating, and the contact-regenerative part, located parallel to the radiation part and consisting of located one under the other m inside a separate case of the flue gas outlet pipe, droplet eliminator, tubular heat exchanger for the passage of heated water for hot water supply in countercurrent with respect to a two-phase gas-liquid upward flow, a support distribution grid and a manifold with nozzles, while the radiation and contact-regenerative parts are interconnected by means of a closed liquid collector provided with a nozzle connected to a liquid supply line, the closed liquid collector having an outlet pipe the liquid tank, in addition, the housing of the contact-regenerative part is connected to the closed liquid collector by means of at least one condensate return pipe (see RF patent No. 2270405, IPC 7 F24H 1/00, 1/10, 2006) - prototype.
Недостатками известного решения являются большие габариты по высоте водогрейного котла, недостаточно высокая интенсивность конвективного теплообмена в радиационной части, возможность деформации и разрушения поверхностей нагрева радиационной части вследствие отсутствия компенсации разности температурных удлинений дымогарных труб и внутреннего и внешнего цилиндров радиационной части и, кроме того, возможность при использовании вихревых горелочных устройств попадания высокотемпературных продуктов сгорания топлива, минуя внутренний цилиндр, непосредственно в дымогарные трубы, что вызывает пережог дымогарных труб в местах их крепления к кольцевой верхней трубной решетке, что снижает надежность водогрейного котла.The disadvantages of the known solution are the large dimensions along the height of the boiler, the insufficiently high intensity of convective heat transfer in the radiation part, the possibility of deformation and destruction of the heating surfaces of the radiation part due to the lack of compensation for the difference in temperature elongations of the smoke tubes and the inner and outer cylinders of the radiation part, and, in addition, the possibility of the use of vortex burner devices for the ingress of high-temperature products of fuel combustion, bypassing the internal rd cylinder directly into the smoke pipe, which causes burnout fire tubes in their places of attachment to the annular upper tube sheet, which reduces the reliability of the boiler.
Задачей изобретения является уменьшение габаритов водогрейного котла и повышение удобства его эксплуатации за счет уменьшения высоты дымогарных труб при увеличении их длины, что позволяет уменьшить высоту внешнего и внутреннего цилиндров и высоту радиационной части в целом при сохранении массы и теплоэнергетических характеристик котла; повышение интенсивности конвективного теплообмена в дымогарных трубах за счет того, что изгиб труб обусловит турбулизацию потока продуктов сгорания, увеличивая теплоотдачу со стороны продуктов сгорания; повышение надежности работы поверхностей нагрева радиационной части за счет уменьшения температурных напряжений во внешнем и внутреннем цилиндрах и дымогарных трубах при закреплении обоих концов дымогарных труб в одной трубной решетке, а также устранения возможности попадания части высокотемпературных продуктов сгорания, минуя внутренний цилиндр, непосредственно в дымогарные трубы за счет ликвидации кольцевой верхней трубной решетки, имеющейся в прототипе, и соединения внутреннего цилиндра с внутренней крышкой, а также организации подвода продуктов сгорания в дымогарные трубы снизу; обеспечение равномерности поступления воды в межстеночный кольцевой зазор, образованный внешним и внутренним цилиндрами, для обеспечения равномерности охлаждения продуктов сгорания в дымогарных трубах.The objective of the invention is to reduce the dimensions of the boiler and increase the convenience of its operation by reducing the height of the smoke pipes with an increase in their length, which allows to reduce the height of the outer and inner cylinders and the height of the radiation part as a whole while maintaining the mass and thermal characteristics of the boiler; increasing the intensity of convective heat transfer in smoke tubes due to the fact that the bending of the pipes will cause turbulence in the flow of combustion products, increasing heat transfer from the combustion products; increasing the reliability of the heating surfaces of the radiation part by reducing the temperature stresses in the outer and inner cylinders and smoke pipes when fixing both ends of the smoke pipes in one pipe grate, and also eliminating the possibility of some of the high-temperature combustion products entering, bypassing the inner cylinder, directly into the smoke pipes the elimination of the annular upper tube sheet available in the prototype, and the connection of the inner cylinder with the inner cover, as well as organization supplying the combustion products to the flue pipe bottom; ensuring uniform flow of water into the inter-wall annular gap formed by the outer and inner cylinders to ensure uniform cooling of the combustion products in the smoke tubes.
Для решения поставленной задачи в водогрейном котле, содержащем радиационную часть, состоящую из внутреннего цилиндра, внешнего цилиндра, установленного концентрично внутреннему цилиндру с образованием межстеночного кольцевого зазора, в котором установлены дымогарные трубы, преимущественно, равномерно по окружности, при этом внешний цилиндр снабжен жестко прикрепленной к его нижнему основанию кольцевой трубной решеткой, отверстия которой, расположенные по ее периферии, выполнены по концентрическим окружностям, причем над внутренним цилиндром расположена внутренняя крышка с осевым патрубком, заканчивающимся разъемно закрепленной горелкой, снабженной патрубками подачи топлива и воздуха, а к верхнему основанию внешнего цилиндра жестко прикреплена внешняя крышка с осевым отверстием, к краям которого сверху жестко прикреплена цилиндрическая обечайка, герметично связанная с патрубком горелки, на боковой поверхности обечайки в верхней ее части жестко закреплен патрубок отвода отопительной воды, причем внешняя и внутренняя крышки, а также цилиндрическая обечайка и патрубок горелки образуют межстеночное пространство, кроме того, под кольцевой трубной решеткой расположены внутреннее днище и внешнее днище, от нижней центральной части последнего отходит патрубок подвода отопительной воды, при этом внешнее и внутреннее днища образуют межстеночное пространство, сообщающееся с межстеночным кольцевым зазором, образованным внешним и внутренним цилиндрами, и контактно-рекуперативную часть, расположенную параллельно по отношению к радиационной части и состоящую из расположенных друг под другом внутри отдельного корпуса жестко прикрепленных к корпусу патрубка отвода продуктов сгорания, каплеуловителя, трубчатого теплообменника и опорно-распределительной решетки, а также разъемно прикрепленного к корпусу коллектора с форсунками, причем на трубчатом теплообменнике контактно-рекуперативной части сверху жестко закреплен патрубок для подвода холодной воды, а снизу - патрубок для отвода нагретой воды на горячее водоснабжение, при этом радиационная и контактно-рекуперативная части сообщены между собой посредством разъемно прикрепленного снизу к кольцевой трубной решетке и к нижней части корпуса контактно-рекуперативной части закрытого сборника жидкости, снабженного патрубком, соединенным с линией подачи жидкости, содержащей насос, связанной с вышеупомянутым коллектором, причем закрытый сборник жидкости имеет патрубок отвода излишка жидкости, кроме того, к корпусу контактно-рекуперативной части в районе верхней части трубчатого теплообменника одним концом жестко прикреплена, по меньшей мере, одна труба возврата конденсата, введенная другим концом в закрытый сборник жидкости, согласно предлагаемому решению внутренняя крышка нижним основанием жестко прикреплена к верхнему основанию внутреннего цилиндра, дымогарные трубы имеют -образную форму и одним концом жестко прикреплены к краям отверстий, расположенных ближе к центру кольцевой трубной решетки, а другим концом жестко прикреплены к краям отверстий, расположенных по периферии кольцевой трубной решетки, причем один из концов трубы закреплен со смещением от радиуса, на котором расположен второй из концов трубы; кроме того, края центрального отверстия кольцевой трубной решетки жестко прикреплены к нижнему основанию внутреннего цилиндра, при этом внешнее днище жестко прикреплено к кольцевой трубной решетке, а верхние края внутреннего и внешнего днищ расположены между концами каждой дымогарной трубы и герметично связаны с кольцевой трубной решеткой.To solve this problem, in a boiler containing a radiation part, consisting of an inner cylinder, an outer cylinder mounted concentrically to the inner cylinder with the formation of an inter-wall annular gap, in which smoke tubes are installed, mainly uniformly around the circumference, while the outer cylinder is rigidly attached to its lower base with an annular tube sheet whose openings located at its periphery are made in concentric circles, and above the inner the cylinder has an inner cap with an axial nozzle ending in a detachably fixed burner equipped with fuel and air nozzles, and an outer cap with an axial hole is rigidly attached to the upper base of the outer cylinder, to the edges of which a cylindrical shell is tightly attached to the top of the burner, on the side surface of the shell in its upper part, a pipe for removing heating water is rigidly fixed, with the outer and inner covers, as well as the cylindrical shell and burner nozzles form an inter-wall space, in addition, an inner bottom and an outer bottom are located under the annular tube sheet, a heating water supply pipe departs from the lower central part of the latter, while the outer and inner bottoms form an inter-wall space that communicates with the inter-wall annular gap formed by the outer and internal cylinders, and contact-regenerative part, located parallel to the radiation part and consisting of located one below the other inside about a separate case of combustion products rigidly attached to the body of the branch pipe, a droplet eliminator, a tubular heat exchanger and a support distribution grid, as well as a collector with nozzles detachably attached to the collector body, and a pipe for supplying cold water is rigidly fixed to the tubular heat exchanger from the top and the bottom - a pipe for discharging heated water for hot water supply, while the radiation and contact-regenerative parts are interconnected by means of a releasably attached about from below to the annular tube sheet and to the lower part of the housing of the contact-recuperative part of the closed fluid collector, equipped with a nozzle connected to a fluid supply line containing a pump connected to the aforementioned manifold, and the closed fluid collector has an excess fluid outlet pipe, in addition to at least one condensate return pipe inserted at the other end into a closed collector is rigidly attached to the housing of the contact-regenerative part in the region of the upper part of the tubular heat exchanger at one end liquids, according to the proposed solution, the inner cover of the lower base is rigidly attached to the upper base of the inner cylinder, smoke tubes have 
Внешний цилиндр может содержать жестко закрепленный в нижней наружной его части кольцевой коллектор, сообщающийся с межстеночным кольцевым зазором, образованным внешним и внутренним цилиндрами, при этом кольцевой коллектор имеет боковой патрубок подвода отопительной воды, диаметр которого составляет 2÷3 диаметра патрубка подвода отопительной воды, отходящего от внешнего днища радиационной части.The outer cylinder may contain an annular manifold rigidly fixed in the lower outer part thereof, communicating with an interwall annular gap formed by the outer and inner cylinders, the annular manifold having a lateral branch pipe for supplying heating water, the diameter of which is 2 ÷ 3 times the diameter of the branch pipe for supplying heating water, outgoing from the outer bottom of the radiation part.
Использование -образных дымогарных труб обусловливает турбулизацию потока продуктов сгорания, что увеличивает теплоотдачу со стороны продуктов сгорания. Это позволяет повысить интенсивность конвективного теплообмена в дымогарных трубах. При этом использование -образных дымогарных труб позволяет закрепить оба их конца в одной трубной решетке, что обеспечивает возможность свободного изменения длины дымогарных труб. Это исключает возможность деформации и разрушения поверхностей радиационной части из-за температурных напряжений, то есть повышает надежность работы котла. При этом жесткое прикрепление внутренней крышки к внутреннему цилиндру и организация подвода продуктов сгорания в дымогарные трубы снизу позволяет устранить возможность попадания части высокотемпературных продуктов сгорания, минуя внутренний цилиндр, непосредственно в дымогарные трубы, что исключает их пережог в местах крепления к краям отверстий в кольцевой трубной решетке и также повышает надежность работы котла. Кроме того, использование -образных дымогарных труб позволяет при увеличении их длины уменьшить высоту дымогарных труб и высоту внешнего и внутреннего цилиндров, а следовательно, высоту радиационной части и водогрейного котла в целом при сохранении площади поверхностей теплообмена в радиационной части, необходимых для сохранения теплоэнергетических характеристик водогрейного котла. Уменьшение высоты водогрейного котла, кроме того, повышает удобство его эксплуатации. При этом закрепление одного из концов труб со смещением от радиуса, на котором расположен второй конец трубы, позволяет уменьшить диаметр радиационной части по сравнению с вариантом ее исполнения при радиальном расположении -образных дымогарных труб. Эти изменения позволяют сохранить массу радиационной части в предлагаемом решении равной массе радиационной части прототипа. Таким образом, прототип и предлагаемый водогрейный котел тепловой производительностью 250 кВт имеют следующие габариты: прототип: высота - 2460 мм, длина - 900 мм, ширина - 740 мм; предлагаемый водогрейный котел, в частности: высота - 1740 мм, длина - 950 мм, ширина - 750 мм. При этом установка бокового патрубка подвода отопительной воды с кольцевым коллектором, обеспечивающим равномерный подвод отопительной воды в межстеночный кольцевой зазор, образованный внешним и внутренним цилиндрами, обусловит равномерное охлаждение продуктов сгорания в дымогарных трубах. Установка бокового патрубка подвода отопительной воды позволяет уменьшить диаметр патрубка подвода отопительной воды в 3-4 раза по сравнению с прототипом.Using
Предлагаемый водогрейный котел показан на чертежах. На фиг.1 показан осевой продольный разрез котла, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1The proposed hot water boiler is shown in the drawings. Figure 1 shows an axial longitudinal section of the boiler, figure 2 - section aa of figure 1
Аппарат содержит радиационную часть 1, состоящую из внутреннего цилиндра 2 и внешнего цилиндра 3, установленного концентрично внутреннему цилиндру 2 с образованием межстеночного кольцевого зазора 4. К верхнему краю внутреннего цилиндра 2 жестко прикреплена, например, сваркой, внутренняя крышка 5 с осевым патрубком 6, заканчивающимся разъемно установленной, например, на болтах, горелкой 7, снабженной патрубками 8 и 9 подачи соответственно топлива и воздуха. К верхнему основанию внешнего цилиндра 3 жестко прикреплена, например, сваркой, внешняя крышка 10 с осевым отверстием, к краям которого сверху жестко прикреплена, например, сваркой, цилиндрическая обечайка 11, герметично связанная с патрубком горелки 6, например, кольцевой крышкой (не обозначена). Крышка снабжена патрубком отвода отопительной воды 12, жестко закрепленным, например, сваркой, на боковой поверхности цилиндрической обечайки 11 в верхней ее части. Внешняя 10 и внутренняя 5 крышки, а также цилиндрическая обечайка 11 и патрубок горелки 6 образуют межстеночное пространство для прохождения отопительной воды снизу вверх. К нижним основаниям внутреннего цилиндра 2 и внешнего цилиндра 3 жестко прикреплена, например, сваркой, кольцевая трубная решетка 13, диаметр центрального отверстия которой равен диаметру внутреннего цилиндра 2, а отверстия, расположенные по периферии кольцевой трубной решетки 13, выполнены по концентрическим окружностям. В межстеночном кольцевом зазоре 4 распределены равномерно по окружности -образные дымогарные трубы 14, одним концом жестко прикрепленные, например, сваркой, к краям отверстий, расположенным ближе к центру кольцевой трубной решетки 13, а другим концом жестко прикрепленные, например, сваркой, к краям отверстий, расположенным по периферии кольцевой трубной решетки 13, причем один из концов трубы 14 закреплен со смещением от радиуса, на котором расположен второй из концов трубы. К кольцевой трубной решетке 13 снизу жестко прикреплено, например, сваркой, внешнее днище 15 с осевым патрубком подвода отопительной воды 16. Кроме того, под кольцевой трубной решеткой расположено внутреннее днище 17, причем верхние края внешнего 15 и внутреннего 17 днищ герметично связаны, например, посредством кольцевой вставки, приваренной к их краям, и огнеупорной замазки с кольцевой трубной решеткой 13 между концами каждой дымогарной трубы 14. Внешнее 15 и внутреннее 17 днища образуют межстеночное пространство для прохождения отопительной воды снизу вверх, которое сообщается с межстеночным кольцевым зазором 4. Указанное сообщение может быть выполнено, например, при помощи отверстий, расположенных в кольцевой трубной решетке 13 между верхними краями внешнего 15 и внутреннего 17 днищ. Для упрощения демонтажа конструкции это сообщение может быть выполнено при помощи перепускных труб 18, жестко прикрепленных, например, сваркой, к краям отверстий 19, расположенных в кольцевой трубной решетке 13 между внешним днищем 15 и внешним цилиндром 3, и отверстий, расположенных в верхней части внешнего днища (не показаны). В этом случае демонтаж радиационной части 1 происходит за счет срезания перепускных труб, тогда как при сообщении межстеночного пространства, образованного внешним 15 и внутренним 17 днищами, и межстеночного кольцевого зазора 4 только при помощи отверстий, необходимо полностью срезать днища 15 и 17. Аппарат содержит контактно-рекуперативную часть 20, расположенную параллельно по отношению к радиационной части 1 и состоящую из расположенных друг под другом внутри отдельного корпуса 21 жестко прикрепленных, например, сваркой, к корпусу 21 патрубка отвода продуктов сгорания 22, каплеуловителя 23, трубчатого теплообменника 24, выполненного, например, в виде трубного пучка, и опорно-распределительной решетки 25, а также разъемно прикрепленного, например, болтами, к корпусу 21 коллектора 26 с форсунками 27. На трубчатом теплообменнике 24 сверху жестко закреплен, например, сваркой, патрубок для подвода холодной воды 28, а снизу - патрубок для отвода нагретой воды на горячее водоснабжение 29. Такое расположение обеспечит прохождение воды для горячего водоснабжения в трубчатом теплообменнике 24 противотоком по отношению к двухфазному газожидкостному восходящему потоку. Радиационная 1 и контактно-рекуперативная 20 части сообщены между собой посредством разъемно прикрепленного, например, болтами, снизу к кольцевой трубной решетке 13 и к нижней части корпуса 21 закрытого сборника жидкости 30, снабженного патрубком 31 для подвода конденсата из закрытого сборника жидкости 30 в линию подачи жидкости, выполненную в виде всасывающего и напорного трубопровода 32 с насосом 33 и связанную с коллектором 26. Закрытый сборник жидкости 28 имеет патрубок отвода излишка жидкости 34, жестко закрепленный на нем, например, сваркой, на высоте, соответствующей необходимому уровню жидкости в закрытом сборнике жидкости 30. К корпусу 21 в районе верхней части трубчатого теплообменника 24, а в предлагаемом решении в районе расположения верхних рядов трубного пучка, одним концом жестко прикреплена, например, сваркой, по меньшей мере, одна труба возврата конденсата 35, другим концом введенная в закрытый сборник жидкости 30. Внешний цилиндр 3 может содержать жестко закрепленный, например, сваркой, в нижней наружной его части кольцевой коллектор 36, сообщающийся с межстеночным кольцевым зазором 4, например, посредством отверстий, равномерно расположенных на одной окружности в нижней части внешнего цилиндра 3. При этом кольцевой коллектор 36 может иметь боковой патрубок подвода отопительной воды 37, диаметр которого составляет 2÷3 диаметра патрубка подвода отопительной воды 16, отходящего от внешнего днища радиационной части, это позволяет уменьшить диаметр патрубка подвода отопительной воды 16 в 3÷4 раза по сравнению с прототипом и обеспечить равномерный подвод отопительной воды в межстеночный кольцевой зазор 4, что, в свою очередь, обусловит равномерное охлаждение продуктов сгорания в дымогарных трубах 14.The apparatus comprises a radiation part 1, consisting of an inner cylinder 2 and an outer cylinder 3 mounted concentrically to the inner cylinder 2 with the formation of an inter-wall annular gap 4. To the upper edge of the inner cylinder 2 is rigidly attached, for example, by welding, the inner cover 5 with an axial pipe 6 ending detachably mounted, for example, on bolts, a burner 7, equipped with nozzles 8 and 9 for supplying fuel and air, respectively. To the upper base of the outer cylinder 3 is rigidly attached, for example, by welding, an external cover 10 with an axial hole, to the edges of which is rigidly attached, for example, by welding, a cylindrical shell 11, tightly connected to the nozzle of the burner 6, for example, an annular cover (not indicated) . The cover is equipped with a pipe for removing heating water 12, rigidly fixed, for example, by welding, on the side surface of the cylindrical shell 11 in its upper part. The outer 10 and inner 5 covers, as well as the cylindrical shell 11 and the nozzle of the burner 6 form an inter-wall space for the passage of heating water from the bottom up. An annular tube sheet 13, the diameter of the central hole of which is equal to the diameter of the inner cylinder 2, and the holes located on the periphery of the annular tube plate 13, are made in concentric circles to the lower bases of the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3, for example, by welding. In the inter-wall annular gap 4 are distributed evenly around the circumference -shaped smoke pipes 14, one end rigidly attached, for example, by welding, to the edges of the holes located closer to the center of the annular tube sheet 13, and the other end is rigidly attached, for example, by welding, to the edges of the holes located on the periphery of the ring pipe 13 moreover, one of the ends of the pipe 14 is fixed with an offset from the radius on which the second end of the pipe is located. An external bottom 15 with an axial pipe for supplying heating water 16 is rigidly attached to the annular tube sheet 13 from below, for example, by welding, In addition, under the annular tube sheet there is an inner bottom 17, the upper edges of the outer 15 and inner 17 of the bottoms being hermetically connected, for example, by means of an annular insert welded to their edges and refractory putty with an annular tube sheet 13 between the ends of each smoke tube 14. The outer 15 and inner 17 bottoms form an inter-wall space for the passage of heating water s bottom up, which communicates with the inter-wall annular gap 4. The specified message can be performed, for example, using holes located in the annular tube sheet 13 between the upper edges of the outer 15 and inner 17 bottoms. To simplify the dismantling of the structure, this message can be performed using bypass pipes 18, rigidly attached, for example, by welding, to the edges of the holes 19 located in the annular tube sheet 13 between the outer bottom 15 and the outer cylinder 3, and the holes located in the upper part of the outer bottoms (not shown). In this case, the dismantling of the radiation part 1 occurs due to the cutting of the bypass pipes, whereas when communicating the inter-wall space formed by the external 15 and internal 17 bottoms, and the inter-wall annular gap 4 only with holes, it is necessary to completely cut the bottoms 15 and 17. The apparatus contains a contact - regenerative part 20, located parallel to the radiation part 1 and consisting of located under each other inside a separate housing 21 rigidly attached, for example, by welding, to the housing 21 pipe and removal of combustion products 22, droplet eliminator 23, tubular heat exchanger 24, made, for example, in the form of a tube bundle, and support distribution grid 25, as well as detachably attached, for example, bolts, to the housing 21 of the manifold 26 with nozzles 27. On the tubular heat exchanger 24, the pipe for supplying cold water 28 is rigidly fixed, for example, by welding, and the pipe for draining heated water to hot water supply is bottom 29. Such an arrangement will ensure the passage of water for hot water supply in the tubular heat exchanger 24 ivotokom with respect to the two-phase gas-liquid upward flow. Radiation 1 and contact-regenerative 20 parts are interconnected via detachably fastened, for example, bolts, from below to the annular tube sheet 13 and to the lower part of the housing 21 of the closed liquid collector 30, equipped with a pipe 31 for supplying condensate from the closed liquid collector 30 to the supply line fluid, made in the form of a suction and pressure pipe 32 with a pump 33 and connected to the collector 26. The closed fluid collector 28 has a pipe for draining excess fluid 34, rigidly fixed to it, for example, by welding, n the height corresponding to the required liquid level in the closed fluid collector 30. To the housing 21 in the region of the upper part of the tubular heat exchanger 24, and in the proposed solution in the region of the upper rows of the tube bundle, at least one pipe is rigidly attached, for example, by welding, condensate return 35, introduced at the other end into a closed liquid collector 30. The outer cylinder 3 may comprise a ring collector 36 rigidly fastened, for example, by welding, to the lower wall part, communicating with the inter-wall ring a gap 4, for example, through holes evenly spaced on the same circumference in the lower part of the outer cylinder 3. In this case, the annular manifold 36 may have a side pipe for supplying heating water 37, the diameter of which is 2 ÷ 3 of the diameter of the pipe for supplying heating water 16, departing from the external bottom of the radiation part, this allows to reduce the diameter of the pipe for supplying heating water 16 3 ÷ 4 times in comparison with the prototype and to ensure a uniform supply of heating water in the inter-wall annular gap 4, which, in th turn, determine the uniform cooling of the combustion products in the fire tubes 14.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Закрытый сборник жидкости 30 предварительно заполняется технической водой из любого источника, которая в процессе работы агрегата замещается непрерывно вырабатываемым в контактно-рекуперативной части 20 конденсатом водяных паров, а в радиационную часть 1 через патрубок подвода отопительной воды 16 подается отопительная вода, например обратная сетевая вода из обратного теплопровода системы отопления. Одновременно с этим в трубный пучок трубчатого теплообменника 24 через патрубок для подвода холодной воды 28 подается холодная вода. Далее в горелку 7 через патрубок 8 подается топливо, например природный газ, которое сгорает в атмосфере воздуха, поступающего через патрубок 9, и одновременно с этим включается насос 33 для подачи технической воды из закрытого сборника жидкости 30 в коллектор 26. Продукты сгорания топлива, проходя сначала по внутреннему цилиндру 2, посредством радиационного теплообмена, а затем по -образным дымогарным трубам 14, посредством конвективного теплообмена нагревают отопительную воду до требуемой температуры прямой отопительной воды. Отопительная вода через патрубок 16 поступает в межстеночное пространство, образованное внешним 15 и внутренним 17 днищами. Оттуда через отверстия, расположенные в верхней части внешнего днища 15, отопительная вода поступает в перепускные трубы 18. Пройдя перепускные трубы 18, отопительная вода через перепускные отверстия 19 поступает в межстеночный кольцевой зазор 4 и проходит его снизу-вверх. Далее, проходя в межстеночном пространстве, образованном внутренней 5 и внешней 10 крышками, а также патрубком горелки 6 и цилиндрической обечайкой 11, горячая вода охлаждает стенки внутренней крышки 5 и патрубка горелки 6 и через патрубок 12 направляется теплопотребителю. Продукты сгорания, пройдя -образные дымогарные трубы 14, выходят через отверстия, расположенные по периферии кольцевой трубной решетки 13, снизу радиационной части 1 и попадают в закрытый сборник жидкости 30, пройдя через который, поступают в контактно-рекуперативную часть 20, где они вначале контактируют с каплями конденсата водяных паров в факелах форсунок 27 и, увлекая часть конденсата, переносят его на опорно-распределительную решетку 25. На последней происходит инверсия фаз: газ из сплошной фазы (под решеткой) превращается в дисперсную (над решеткой), а конденсат, наоборот: из дисперсной (под решеткой) становится сплошной (над решеткой).The inventive device operates as follows. The closed liquid collector 30 is pre-filled with technical water from any source, which during the operation of the unit is replaced by water vapor condensate continuously produced in the contact-regenerative part 20, and heating water is supplied to the radiation part 1 through the heating water supply pipe 16, for example, return network water from return heating system heating. At the same time, cold water is supplied into the tube bundle of the tubular heat exchanger 24 through the pipe for supplying cold water 28. Further, fuel, for example natural gas, is supplied to the burner 7 through the nozzle 8, which burns in the atmosphere of the air coming in through the nozzle 9, and at the same time, the pump 33 is turned on to supply process water from the closed liquid collector 30 to the manifold 26. Fuel combustion products passing first along the inner cylinder 2, by means of radiative heat transfer, and then along -shaped smoke pipes 14, by convective heat exchange, heat the heating water to the desired temperature of the direct heating water. Heating water through the pipe 16 enters the inter-wall space formed by the external 15 and internal 17 bottoms. From there, through the holes located in the upper part of the outer bottom 15, the heating water enters the bypass pipes 18. Having passed the bypass pipes 18, the heating water through the bypass holes 19 enters the inter-wall annular gap 4 and passes it from the bottom up. Further, passing in the inter-wall space formed by the inner 5 and outer 10 covers, as well as the nozzle of the burner 6 and the cylindrical shell 11, hot water cools the walls of the inner cover 5 and the nozzle of the burner 6 and is sent to the heat consumer through the nozzle 12. Combustion Products Having Passed -shaped smoke pipes 14 exit through openings located on the periphery of the annular tube sheet 13, from the bottom of the radiation part 1 and fall into a closed liquid collector 30, passing through which they enter the contact-regenerative part 20, where they first come in contact with drops of water condensate vapor in the torches of the nozzles 27 and, entraining part of the condensate, transfer it to the support distribution grid 25. The phase inversion occurs: the gas from the continuous phase (under the grate) turns into a dispersed phase (above the grate), and the condensate, on Borot: from dispersed (under the grate) becomes continuous (above the grate).
Таким образом, над решеткой формируется эмульсионный двухфазный восходящий поток газ-конденсат, который омывает внешнюю поверхность труб трубчатого теплообменника 24, передавая физическую теплоту продуктов сгорания и теплоту конденсации содержащихся в них водяных паров нагреваемой воде для горячего водоснабжения, подаваемой через патрубок 28 в трубчатый теплообменник 24 и проходящей последний противотоком по отношению к потоку продуктов сгорания.Thus, an emulsion two-phase gas-condensate upflow is formed above the grate, which washes the outer surface of the tubes of the tubular heat exchanger 24, transferring the physical heat of the combustion products and the heat of condensation of the water vapor contained in them to the heated water supplied through the pipe 28 to the tube heat exchanger 24 and passing the latter in countercurrent with respect to the flow of combustion products.
Далее происходит сепарация конденсата из газового потока: конденсат по трубе возврата конденсата 35 возвращается в закрытый сборник жидкости 30, а продукты сгорания, освободившись в каплеуловителе 23 от капель конденсата, удаляются из аппарата через патрубок отвода продуктов сгорания 22 корпуса 21. Из закрытого сборника жидкости 30 конденсат, отводясь через патрубок 31, насосом 33 вновь подается по линии 32 в коллектор 26 с форсунками 27, а излишек конденсата удаляется из аппарата через патрубок отвода излишка жидкости 34. Горячая вода для горячего водоснабжения, нагретая в трубчатом теплообменнике 24 контактно-рекуперативной части 20, через патрубок 29 подается потребителю.Next, the condensate is separated from the gas stream: the condensate is returned via the condensate return pipe 35 to the closed liquid collector 30, and the combustion products, having freed up droplets of condensate in the droplet eliminator 23, are removed from the apparatus through the exhaust pipe 22 of the housing 21. From the closed liquid collector 30 condensate, discharged through the pipe 31, is pumped again through line 32 to the collector 26 with nozzles 27, and the excess condensate is removed from the apparatus through the pipe for removing excess fluid 34. Hot water for hot water Odnosnabzheniya, heated in a tubular heat exchanger 24 of the contact-regenerative part 20, through the pipe 29 is supplied to the consumer.
Если снаружи внешнего цилиндра 3 в нижней его части установить кольцевой коллектор 36 с боковым патрубком 37 подвода отопительной воды, то часть обратной сетевой воды в количестве от 2/3 до 3/4 необходимого ее расхода будет поступать в кольцевой коллектор 36 через боковой патрубок 37 подвода отопительной воды и из кольцевого коллектора 36, например, через отверстия, равномерно расположенные на одной окружности в нижней части внешнего цилиндра 3, будет равномерно подаваться в межстеночный кольцевой зазор 4.If you install an annular manifold 36 with a side nozzle 37 for supplying heating water in the lower part of the outer cylinder 3, then part of the return network water in an amount from 2/3 to 3/4 of its required flow rate will enter the annular manifold 36 through the lateral nozzle 37 for supplying heating water and from the annular manifold 36, for example, through holes evenly spaced on one circumference in the lower part of the outer cylinder 3, will be uniformly fed into the inter-wall annular gap 4.
Предлагаемый водогрейный котел по сравнению с прототипом выигрывает в том, что использование -образных дымогарных труб обусловливает турбулизацию потока продуктов сгорания, что позволяет повысить интенсивность конвективного теплообмена в дымогарных трубах. При этом использование -образных дымогарных труб позволяет закрепить оба их конца в одной трубной решетке, что обеспечивает возможность свободного изменения длины дымогарных труб. Это исключает возможность деформации и разрушения поверхностей радиационной части из-за температурных напряжений. При этом жесткое прикрепление внутренней крышки к внутреннему цилиндру и организация подвода продуктов сгорания в дымогарные трубы снизу позволяет исключить их пережог в местах крепления к краям отверстий в кольцевой трубной решетке. Кроме того, использование дымогарных труб -образной формы позволяет при увеличении их длины уменьшить высоту дымогарных труб и высоту внутреннего и внешнего цилиндров, а следовательно, высоту радиационной части и водогрейного котла в целом при сохранении теплоэнергетических характеристик котла. Уменьшение высоты водогрейного котла, кроме того, повышает удобство его эксплуатации. При этом закрепление одного из концов трубы со смещением от радиуса, на котором расположен второй из концов трубы, позволяет уменьшить диаметр радиационной части по сравнению с вариантом ее исполнения при радиальном расположении -образных дымогарных труб. Эти изменения позволяют сохранить массу радиационной части в предлагаемом решении равной массе радиационной части прототипа. Возможное разделение потоков отопительной воды на входе в водогрейный котел с использованием бокового патрубка подвода отопительной воды обеспечит подачу большей ее части через кольцевой коллектор непосредственно в кольцевой межстеночный зазор, образованный внешним и внутренним цилиндрами. Это позволит при сохранении равномерного подвода отопительной воды уменьшить ее расход через межстеночное пространство, образованное внешним и внутренним днищами, и, соответственно, диаметр патрубка подвода отопительной воды. Равноменый подвод отопительной воды в кольцевой межстеночный зазор, образованный внешним и внутренним цилиндрами, обусловит равномерность охлаждения газов.The proposed hot water boiler in comparison with the prototype wins in that the use of
