EA023006B1 - Теплообменный модуль том-1 - Google Patents

Abstract

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. 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. Это достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем теплообменники, водяную рубашку, топочное устройство, колосниковую решетку, зольник, систему поддува воздуха, согласно изобретению три цилиндрических теплообменника: 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 установлен отстойник для сбора сажи.

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.

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.).

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.

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.).

Недостатками данного теплообменного модуля являются невысокая интенсификация теплообмена, КПД, площадь теплообмена и сложность конструкции.

Задачей изобретения является создание теплообменного модуля с цилиндрическим теплообменником.

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.

Это достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем теплообменники, водяную рубашку, топочное устройство, колосниковую решетку, зольник, систему поддува воздуха, согласно изобретению три цилиндрических теплообменника:

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.

Водяная рубашка теплообменного модуля выполнена в виде кольца и имеет загрузочное окно с герметичной дверцей.

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.

В нижней части топочного устройства расположено окно для чистки с герметичной дверцей.

Зольник теплообменного модуля выполнен в виде кольца с дверцей для чистки и имеет средство чистки колосников.

Средство чистки колосников выполнено в виде набора металлических пластин, закрепленных на оси по центру.

Отстойник для сбора сажи имеет в нижней части окно для чистки и удаления сажи.

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.

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.

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.

Интенсивность процесса теплообмена и увеличения теплоотдачи достигается большой площадью охлаждающих труб, в небольшом объеме теплообменника.

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).

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.

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.

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.

Сверху на блоке цилиндрических теплообменников располагается крышка, которая имеет отстойник для сбора сажи (7), имеющий снизу окно для чистки и удаления сажи.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Пример.

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.

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.

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.).

Claims (7)

1. Теплообменный модуль, содержащий теплообменники, водяную рубашку, топочное устройство, колосниковую решетку, зольник, систему поддува воздуха, отличающийся тем, что три цилиндрических теплообменника:

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.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что водяная рубашка выполнена в виде кольца и имеет загрузочное окно с герметичной дверцей.

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.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в нижней части топочного устройства расположено окно для чистки с герметичной дверцей.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что зольник выполнен в виде кольца с дверцей для чистки и имеет средство чистки колосников.

6. Модуль по п.5, отличающийся тем, что средство чистки колосников выполнено в виде набора металлических пластин, закрепленных на оси по центру.

7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что отстойник для сбора сажи имеет в нижней части окно для чистки и удаления сажи.