EA023006B1 - Heat-exchange module tom-1 - Google Patents

Abstract

The invention relates to heat-exchange modules and can be used for heating and hot water supply for residential and industrial premises, and for steam generation with controlled feed of coolant to the boiler. The technical results are intensified heat exchange, higher efficiency, larger heat-exchange area, smaller size and mass of the heat-exchange module due to use of several cylinder-shaped heat exchangers, higher reliability and longer service life of the heat-exchange module, lower labour input, easier operating maintenance, and saving of production floorspace. This is attained by provision of a heat-exchange module comprising heat exchangers, a water jacket, a furnace system, a combustion grate, an ashpit and an air-feeding system, wherein, in accordance with the invention, three cylinder-shaped heat exchangers - the upper convective one, the middle semi-reaction one, and the lower reaction one - are connected in series, one above another, and are combined in a cylinder-shaped heat exchanger unit disposed on the water jacket, the furnace system is located between the water jacket and the ashpit, and a soot settler is mounted on the lid.

Description

Изобретение относится к теплообменным модулям и может быть использовано для отопления, горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, а также генерации пара при контролируемой подаче охлаждающей среды в котел.The invention relates to heat exchange modules and can be used for heating, hot water supply of residential and industrial premises, as well as steam generation with a controlled supply of cooling medium to the boiler.

Известен отопительный котел (теплообменный модуль), содержащий корпус с камерой сгорания со сводом и подом, теплообменник, дымоход, колосник и зольник. В камере сгорания установлено топочное устройство в виде пакета конусообразных колец, скрепленных между собой стержнями и расположенных ярусами с образованием зазоров между собой и кольцевого зазора с камерой сгорания. Кольца направлены своим меньшим диаметром в сторону колосника и имеют конусность с углом, превышающим угол естественного откоса топлива (КИ 2009406, Р24Н 1/08, 1994 г.).Known heating boiler (heat exchange module), comprising a housing with a combustion chamber with a roof and a hearth, a heat exchanger, chimney, grate and ash pan. A combustion device is installed in the combustion chamber in the form of a packet of cone-shaped rings fastened together by rods and arranged in tiers with the formation of gaps between themselves and an annular gap with the combustion chamber. The rings are directed with their smaller diameter towards the grate and have a taper with an angle greater than the angle of repose of the fuel (KI 2009406, P24N 1/08, 1994).

Недостаток указанного отопительного котла заключается в низкой эффективности сгорания топлива вследствие затруднения горения топлива в центральной части топочного устройства из-за периферийного поддува окислителя - воздуха и образования застойных зон в процессе горения.The disadvantage of this heating boiler is the low efficiency of fuel combustion due to the difficulty of burning fuel in the central part of the furnace device due to the peripheral blowing of the oxidizer - air and the formation of stagnant zones during the combustion process.

Известен отопительный котел (теплообменный модуль), содержащий корпус с водяной рубашкой, камеру сгорания со сводом и подом, колосник, зольник, топочное устройство в виде топливного бункера и вертикальной топливной трубы, под которой соосно с ней на колоснике установлен конус, выполненный полым со сквозными отверстиями в нем, систему поддува воздуха, теплообменник, диффузор и дымоход, при этом полость конуса сообщена с системой поддува воздуха (ЕА 012313 В1, Р24Н 1/24, 2009 г.).A heating boiler (heat exchange module) is known, comprising a housing with a water jacket, a combustion chamber with a vault and a hearth, a grate, an ash pan, a furnace device in the form of a fuel hopper and a vertical fuel pipe, under which a cone made hollow with through holes in it, an air blowing system, a heat exchanger, a diffuser and a chimney, while the cone cavity is in communication with the air blowing system (EA 012313 B1, P24H 1/24, 2009).

Недостатками данного теплообменного модуля являются невысокая интенсификация теплообмена, КПД, площадь теплообмена и сложность конструкции.The disadvantages of this heat exchange module are the low intensification of heat transfer, efficiency, heat transfer area and design complexity.

Задачей изобретения является создание теплообменного модуля с цилиндрическим теплообменником.The objective of the invention is to provide a heat exchange module with a cylindrical heat exchanger.

Техническими результатами являются интенсификация теплообмена, увеличение КПД, площади теплообмена, снижение размеров и массы теплообменного модуля путем применения нескольких цилиндрических теплообменников, а также повышение надежности, долговечности теплообменного модуля, снижение трудовых затрат, удобство обслуживания эксплуатации и экономия производственных площадей.The technical results are the intensification of heat transfer, increased efficiency, heat transfer area, reduced size and mass of the heat exchanger module by using several cylindrical heat exchangers, as well as increased reliability, durability of the heat exchanger module, reduced labor costs, ease of maintenance and production space savings.

Это достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем теплообменники, водяную рубашку, топочное устройство, колосниковую решетку, зольник, систему поддува воздуха, согласно изобретению три цилиндрических теплообменника:This is achieved by the fact that in a heat exchanger module containing heat exchangers, a water jacket, a furnace, a grate, an ash pan, an air blowing system, according to the invention, three cylindrical heat exchangers:

верхний - конвективный; средний - полуреакционный; нижний - реакционный, соединены последовательно друг над другом и объединены в блок цилиндрических теплообменников, расположенный на водяной рубашке, топочное устройство расположено между водяной рубашкой и зольником, а на крышке теплообменного модуля установлен отстойник для сбора сажи.upper - convective; medium - semi-reaction; the lower one is a reaction one, connected in series one above the other and combined into a block of cylindrical heat exchangers located on a water jacket, a combustion device is located between the water jacket and an ash pan, and a sediment collector for collecting soot is installed on the cover of the heat exchange module.

Водяная рубашка теплообменного модуля выполнена в виде кольца и имеет загрузочное окно с герметичной дверцей.The water jacket of the heat exchange module is made in the form of a ring and has a loading window with a sealed door.

Топочное устройство теплообменного модуля выполнено в виде кольца с системой поддува воздуха, внутренние стенки выложены огнеупорным кирпичом в виде воронки, в своде которой в нижней части расположена колосниковая решетка.The furnace device of the heat exchange module is made in the form of a ring with an air blowing system, the inner walls are lined with refractory bricks in the form of a funnel, in the arch of which a grate is located in the lower part.

В нижней части топочного устройства расположено окно для чистки с герметичной дверцей.At the bottom of the combustion device there is a cleaning window with a sealed door.

Зольник теплообменного модуля выполнен в виде кольца с дверцей для чистки и имеет средство чистки колосников.The ash pan of the heat exchange module is made in the form of a ring with a door for cleaning and has a means of cleaning the grate.

Средство чистки колосников выполнено в виде набора металлических пластин, закрепленных на оси по центру.The grate cleaning tool is made in the form of a set of metal plates fixed to the center axis.

Отстойник для сбора сажи имеет в нижней части окно для чистки и удаления сажи.The soot collection tank has a window at the bottom for cleaning and removing soot.

В теплообменном модуле используется топочное устройство для длительного горения топлива при разовой загрузке. В топочном устройстве отсутствуют теплосъемные элементы, что обеспечивает высокую температуру для сжигания топлива. Высота до первых труб цилиндрических теплообменников от поверхности кипящего слоя топлива не менее 60 см, что обеспечивает полное сжигание выделяющихся газов, особенно при сжигании длиннопламенных углей.The heat exchange module uses a combustion device for long-term combustion of fuel at a single charge. In the furnace device there are no heat-removing elements, which provides a high temperature for burning fuel. The height to the first pipes of cylindrical heat exchangers from the surface of the fluidized bed of fuel is not less than 60 cm, which ensures complete combustion of the evolved gases, especially when burning long-flame coals.

Цилиндрические теплообменники, расположенные над топочным устройством, выполнены из бесшовной котловой трубы, диаметр которой в каждом из вышестоящем цилиндрическом теплообменнике уменьшается и при этом количество труб в каждом последующем увеличивается. Три стоящих друг на друге цилиндрических теплообменника, с последовательной циркуляцией охлаждающей среды (например, вода) в которых обеспечивают огромную теплообменную площадь в теплообменном модуле при его небольшом объеме, тем самым обеспечивают его высокое КПД. При использовании циркуляционных насосов теплообменного модуля можно использовать как водогрейный отопительный котел. При дозированной подаче охлаждающая среда (например, вода) в блоке цилиндрических теплообменников проходит все стадии подогрева и в верхней части нижнего - реакционного - цилиндрического теплообменника превращается в пар. При этом необходимо устанавливать на верхнем - конвективном - цилиндрическом теплообменнике шкалу контроля уровня охлаждающей среды (например, вода). В этом случае теп- 1 023006 лообменный модуль можно использовать как прямоточный паровой котел. В верхней части каждого цилиндрического теплообменника установлены датчики температуры, благодаря которым прослеживается весь период подогрева охлаждающей среды (например, вода), а также аварийные клапаны для предупреждения избыточного давления в теплообменном модуле.The cylindrical heat exchangers located above the furnace device are made of a seamless boiler pipe, the diameter of which in each of the higher cylindrical heat exchangers decreases and the number of pipes in each subsequent increases. Three cylindrical heat exchangers standing on top of each other, with successive circulation of a cooling medium (for example, water) in which provide a huge heat transfer area in the heat exchange module with its small volume, thereby ensuring its high efficiency. When using circulation pumps of the heat exchange module, it can be used as a hot water heating boiler. When dosed, the cooling medium (for example, water) in the block of cylindrical heat exchangers goes through all the stages of heating and in the upper part of the lower - reaction - cylindrical heat exchanger turns into steam. In this case, it is necessary to install a scale for monitoring the level of the cooling medium (for example, water) on the upper - convection - cylindrical heat exchanger. In this case, the heat exchange module can be used as a direct-flow steam boiler. Temperature sensors are installed in the upper part of each cylindrical heat exchanger, due to which the entire period of heating of the cooling medium (for example, water) is traced, as well as emergency valves to prevent excessive pressure in the heat exchanger module.

Цилиндрическая форма теплообменного модуля увеличивает его выносливость при высоком давлении, все сварочные швы цилиндрических теплообменников находятся внутри водяной рубашки, а не снаружи, что продлевает его срок службы. Температура уходящих газов после прохождения через блок цилиндрических теплообменников не превышает температуру 150° и тем самым обеспечивают точку росы в отстойнике для сбора сажи, при этом среда в отстойнике для сбора сажи влажная и это обуславливает максимальное КПД отстойнике для сбора сажи.The cylindrical shape of the heat exchange module increases its endurance at high pressure, all the welds of the cylindrical heat exchangers are inside the water jacket, and not outside, which extends its service life. The temperature of the exhaust gases after passing through the block of cylindrical heat exchangers does not exceed a temperature of 150 ° and thereby provide a dew point in the sediment collector for collecting soot, while the medium in the sediment collector for soot is wet and this determines the maximum efficiency of the sediment collector for collecting soot.

Интенсивность процесса теплообмена и увеличения теплоотдачи достигается большой площадью охлаждающих труб, в небольшом объеме теплообменника.The intensity of the heat transfer process and increase heat transfer is achieved by a large area of the cooling pipes, in a small volume of the heat exchanger.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид теплообменного модуля. Теплообменный модуль состоит из блока цилиндрических теплообменников (1, 2, 3), кольца с водяной рубашкой (4), топочного устройства (5), зольника (6) и отстойника для сбора сажи (7).The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the heat exchange module. The heat exchange module consists of a block of cylindrical heat exchangers (1, 2, 3), a ring with a water jacket (4), a combustion device (5), an ash pan (6) and a sediment collector for collecting soot (7).

Блок цилиндрических теплообменников выполнен из трех цилиндрических теплообменников: верхний - конвективный (1), средний - полуреакционный (2), нижний - реакционный (3). Данные теплообменники установлены друг над другом и соединены последовательно, где охлаждающая среда поступает в верхний (конвективный) цилиндрический теплообменник (1), в нижнюю его часть, проходя через него, выходит из верхней его точки, откуда попадает в нижнюю точку среднего (полуреакционного) цилиндрического теплообменника (2), проходя через него выходит из верхней его точки и попадает в нижнюю точку нижнего (реакционного) цилиндрического теплообменника (3), с верхней точки которого выходит на подачу в систему отопления и/или горячего водоснабжения.The block of cylindrical heat exchangers is made of three cylindrical heat exchangers: the upper one is convective (1), the middle one is semi-reactive (2), the lower one is reactionary (3). These heat exchangers are mounted on top of each other and connected in series, where the cooling medium enters the upper (convective) cylindrical heat exchanger (1), and its lower part, passing through it, leaves its upper point, from where it enters the lower point of the middle (half-reaction) cylindrical the heat exchanger (2) passing through it leaves its upper point and enters the lower point of the lower (reaction) cylindrical heat exchanger (3), from the upper point of which it enters the heating system and / or hot water odnosnabzheniya.

Блок цилиндрических теплообменников (1, 2, 3) расположен в водяной рубашке в виде кольца (4), имеющей загрузочное окно с герметичной дверцей, которое, в свою очередь, расположено над топочным устройством (5). Топочное устройство (5) выполнено в виде кольца с системой поддува воздуха, а внутренние стенки топочного устройства (5) выложены огнеупорным кирпичом в виде воронки, в своде которой внизу расположена колосниковая решетка.The block of cylindrical heat exchangers (1, 2, 3) is located in the water jacket in the form of a ring (4), which has a loading window with a sealed door, which, in turn, is located above the furnace device (5). The furnace device (5) is made in the form of a ring with an air blowing system, and the inner walls of the furnace device (5) are lined with refractory bricks in the form of a funnel, in the arch of which a grate is located below.

В нижней части топочного устройства (5) имеется окно для чистки (удаления крупных фракций), которое герметично закрывается дверцей. Топочное устройство (5) установлено на зольнике (6), который имеет вид кольца с дверцей для чистки и встроенным в него механизмом чистки колосников, выполненного в виде набора металлических пластин, крепящихся на оси по центру, расстояние между которыми позволяет пластинам беспрепятственно проходить в пространстве колосника.In the lower part of the furnace device (5) there is a window for cleaning (removal of large fractions), which is hermetically closed by a door. The furnace device (5) is mounted on an ash pan (6), which has the form of a ring with a cleaning door and a grate cleaning mechanism integrated in it, made in the form of a set of metal plates mounted on the center axis, the distance between which allows the plates to pass freely in space grate.

Сверху на блоке цилиндрических теплообменников располагается крышка, которая имеет отстойник для сбора сажи (7), имеющий снизу окно для чистки и удаления сажи.On top of the block of cylindrical heat exchangers is a lid that has a sediment collector for collecting soot (7), which has a bottom for cleaning and removing soot from the bottom.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

Пример.Example.

В топочном устройстве происходит сжигание топлива (твердое, жидкое, газообразное), горячий поток газов проходит через водяную рубашку и блок цилиндрических теплообменников и выходит через отстойник для сбора сажи. Охлаждающая среда (вода, масло и др.) подается через патрубок ввода верхнего - конвективного - цилиндрического теплообменника, проходя через него охлаждающая среда предварительно прогревается остаточным теплом уходящих газов. После верхнего - конвективного - цилиндрического теплообменника охлаждающая среда направляется в средний - полуреакционный - цилиндрический теплообменник и далее направляется в нижний - реакционный - цилиндрический теплообменник. Пройдя через блок цилиндрических теплообменников, охлаждающая среда достигает необходимой температуры и выводится через патрубок вывода.In the combustion device, fuel is burned (solid, liquid, gaseous), a hot gas stream passes through a water jacket and a block of cylindrical heat exchangers and exits through a sediment collector to collect soot. The cooling medium (water, oil, etc.) is supplied through the inlet pipe of the upper - convective - cylindrical heat exchanger, passing through it the cooling medium is preheated by the residual heat of the exhaust gases. After the upper - convective - cylindrical heat exchanger, the cooling medium is sent to the middle - semi-reaction - cylindrical heat exchanger and then goes to the lower - reaction - cylindrical heat exchanger. Having passed through the block of cylindrical heat exchangers, the cooling medium reaches the required temperature and is discharged through the outlet pipe.

Теплообменный модуль выполнен в виде набора блоков (снизу вверх): зольник, топочное устройство, водяная рубашка, блок цилиндрических теплообменников, отстойник для сбора сажи, что обеспечивает его простоту в монтаже и высокую ремонтопригодность путем замены любого требующего ремонта блока.The heat exchange module is made in the form of a set of blocks (from bottom to top): an ash pan, a furnace, a water jacket, a block of cylindrical heat exchangers, a sediment collector for collecting soot, which ensures its ease of installation and high maintainability by replacing any block requiring repair.

С целью предотвращения утечки уходящих газов между блоками устанавливают асбестовые или паронитные прокладки, которые уплотняют за счет массы блоков возможные зазоры между ними. Для повышения надежности и прочности теплообменного модуля блоки закрепляются между собой крепящими средствами (болты и др.).In order to prevent leakage of exhaust gases between the blocks, asbestos or paronite gaskets are installed, which seal possible gaps between them due to the mass of the blocks. To increase the reliability and strength of the heat exchange module, the blocks are fixed together by fastening means (bolts, etc.).

Claims (7)

1. Теплообменный модуль, содержащий теплообменники, водяную рубашку, топочное устройство, колосниковую решетку, зольник, систему поддува воздуха, отличающийся тем, что три цилиндрических теплообменника:1. A heat exchanger module comprising heat exchangers, a water jacket, a furnace, a grate, an ash pan, an air blowing system, characterized in that there are three cylindrical heat exchangers: верхний - конвективный; средний - полуреакционный; нижний - реакционный разъемно соединены последовательно друг над другом и объединены в блок цилиндрического теплообменника, расположенного в водяной рубашке, топочное устройство расположено между водяной рубашкой и зольником, а на крышке теплообменного модуля установлен отстойник для сбора сажи.upper - convective; medium - semi-reaction; the lower reaction one is detachably connected in series one above the other and combined into a block of a cylindrical heat exchanger located in a water jacket, a combustion device is located between the water jacket and an ash pan, and a sediment collector for collecting soot is installed on the cover of the heat exchange module. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что водяная рубашка выполнена в виде кольца и имеет загрузочное окно с герметичной дверцей.2. The module according to claim 1, characterized in that the water jacket is made in the form of a ring and has a loading window with a sealed door. 3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что топочное устройство выполнено в виде кольца с системой поддува воздуха, внутренние стенки выложены огнеупорным кирпичом в виде воронки, в своде которой в нижней части расположена колосниковая решетка.3. The module according to claim 1, characterized in that the combustion device is made in the form of a ring with an air blowing system, the inner walls are lined with refractory bricks in the form of a funnel, in the arch of which a grate is located in the lower part. 4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в нижней части топочного устройства расположено окно для чистки с герметичной дверцей.4. The module according to claim 1, characterized in that in the lower part of the combustion device there is a window for cleaning with a sealed door. 5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что зольник выполнен в виде кольца с дверцей для чистки и имеет средство чистки колосников.5. The module according to claim 1, characterized in that the ash pan is made in the form of a ring with a door for cleaning and has a means of cleaning the grate. 6. Модуль по п.5, отличающийся тем, что средство чистки колосников выполнено в виде набора металлических пластин, закрепленных на оси по центру.6. The module according to claim 5, characterized in that the means for cleaning the grate is made in the form of a set of metal plates fixed to the center axis. 7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что отстойник для сбора сажи имеет в нижней части окно для чистки и удаления сажи.7. The module according to claim 1, characterized in that the sediment collector for collecting soot has in the lower part a window for cleaning and removing soot.