RU2820496C1 - Boiler - Google Patents

Abstract

FIELD: heat exchange equipment.

SUBSTANCE: increase in the number of burners due to their location on both sides of the combustion chamber of the boiler and increase in the number of nozzles due to the arrangement of gas headers, better mixing of gas and air on both sides of the boiler, which eliminates the need to supply excess amount of secondary air, increases efficiency of the boiler, reduces the height of the flame and dimensions of the boiler.

EFFECT: in the furnace space, the number of burners can be greater than in the prototype with the same power and dimensions, wherein the power of each burner will be twice less, and the nozzles will be twice as large, which enables to obtain better primary air injection in each burner, better mixing of the gas-air mixture inside the burner itself and reduce the need for the amount of secondary air and the dependence on the need to adjust its concentration over the section of the furnace space to maintain normal combustion.

9 cl, 14 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для получения тепла.The invention relates to the field of heat engineering and can be used to generate heat.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Известен водотрубный котел (патент РФ на изобретение №2477824), включающий корпус с топкой с экранирующими панелями, газоходом и водотрубным теплообменником, выполненным в виде змеевика с горизонтальными оребренными и соединенными посредством отводов трубами, причем со стороны входа змеевик подключен к патрубку подвода и со стороны выхода к патрубку отвода, отличающийся тем что корпус выполнен прямоугольным, с передней, задней, верхней и двумя боковыми стенками, расположенными с зазором относительно соответствующих экранирующих панелей, трубы по высоте расположены, по крайней мере, в два параллельных ряда в шахматном порядке в топке над горелками, концы труб установлены один в передней и второй в задней экранирующих панелях с возможностью перемещения относительно них при нагреве или охлаждении, отводы выведены за пределы топки и расположены между экранирующими панелями и передней и задней стенками котла, патрубки подвода и отвода выведены из топки через заднюю экранирующую панель и заднюю стенку корпуса, горелки выполнены инжекционными, расположены горизонтально в ряд в нижней части топки и подключены к газовому коллектору, расположенному между передней стенкой и передней экранирующей панелью и подключенному посредством газопровода к блоку автоматики с датчиком давления и расположенным в топке датчиком температуры, в нижней расположенной под горелками экранирующей панели выполнены отверстия для подвода снизу к горелкам атмосферного воздуха, а газоход установлен на верхней экранирующей панели ближе к задней экранирующей панели.A water-tube boiler is known (RF patent for invention No. 2477824), which includes a housing with a firebox with shielding panels, a gas duct and a water-tube heat exchanger, made in the form of a coil with horizontal finned pipes connected by bends, and from the inlet side the coil is connected to the supply pipe and from the side exit to the outlet pipe, characterized in that the body is made rectangular, with front, rear, top and two side walls located with a gap relative to the corresponding shielding panels, the pipes are arranged in height in at least two parallel rows in a checkerboard pattern in the firebox above burners, the ends of the pipes are installed, one in the front and the other in the rear shielding panels with the ability to move relative to them when heating or cooling, the outlets are brought outside the firebox and are located between the shielding panels and the front and rear walls of the boiler, the inlet and outlet pipes are taken out of the firebox through the rear a shielding panel and the rear wall of the housing, the burners are made of injection, are located horizontally in a row at the bottom of the firebox and are connected to a gas manifold located between the front wall and the front shielding panel and connected via a gas pipeline to an automation unit with a pressure sensor and a temperature sensor located in the firebox, in the lower shielding panel located under the burners there are holes for supplying atmospheric air from below to the burners, and the gas duct is installed on the upper shielding panel closer to the rear shielding panel.

Недостатком известного котла являются:The disadvantages of the known boiler are:

Сложность изготовления котлов мощностью выше 150 кВт с небольшими габаритами и хорошими показателями горения по выбросам - СО и NOx, которые определяют полноту сгорания топлива и экологические параметры выбросов. Так как для котлов мощностью выше 150 кВт при такой конструкции как в прототипе, где горелки расположены только в один ряд и подключены к коллектору подачи газа с одной стороны котла, приходиться применять единичную мощность каждой инжекционной горелки более 30 кВт, чтобы получить достаточную мощность котла при разумных габаритах котла.The complexity of manufacturing boilers with a power above 150 kW with small dimensions and good combustion performance in terms of emissions - CO and NOx, which determine the completeness of fuel combustion and environmental emissions parameters. Since for boilers with a power above 150 kW, with a design such as in the prototype, where the burners are located in only one row and connected to the gas supply manifold on one side of the boiler, it is necessary to use a unit power of each injection burner of more than 30 kW in order to obtain sufficient boiler power at reasonable boiler dimensions.

Котлы свыше 150 кВт с инжекционными горелками мощностью более 30 кВт имеют хуже показатели горения за счет плохой инжекции и плохого перемешивания газовоздушной смеси в самой горелке. Для горелки в 30 кВт и выше необходимо подавать большое количество газа через одно сопло и за счет кинетической энергии струи затянуть большее количество воздуха, требуемого на горение в 30 кВт и выше. Так как площади поверхности струи газа и ее кинетической энергии недостаточно для того, чтобы затянуть достаточное количество первичного воздуха за счет инжекции приходиться добирать необходимое количество вторичного воздуха за счет тяги в дымоходе. Нормальное горение в котлах с инжекционными горелками происходит при затягивании за счет инжекции первичного воздуха не менее 60% необходимого для горения за счет струи газа из сопла и только 40% за счет тяги в дымоходе. Во всех других случаях горение нестабильное и некачественное. При единичной мощности инжекционной горелки более 30 кВт при нестабильной тяге в дымоходе добиться нормального горения часто бывает очень сложно.Boilers over 150 kW with injection burners with a power over 30 kW have worse combustion performance due to poor injection and poor mixing of the gas-air mixture in the burner itself. For a burner of 30 kW and above, it is necessary to supply a large amount of gas through one nozzle and, due to the kinetic energy of the jet, draw in a larger amount of air required for combustion of 30 kW and above. Since the surface area of the gas stream and its kinetic energy are not enough to draw in a sufficient amount of primary air through injection, it is necessary to obtain the required amount of secondary air through draft in the chimney. Normal combustion in boilers with injection burners occurs when at least 60% of the air required for combustion is drawn in due to the injection of primary air due to the gas jet from the nozzle and only 40% due to the draft in the chimney. In all other cases, combustion is unstable and of poor quality. With a single injection burner power of more than 30 kW and unstable draft in the chimney, it is often very difficult to achieve normal combustion.

В известном котле (см. фиг. 1) все трубные горелки 14 инжекционного типа подключены к газовому коллектору 15 только в передней части. Это значит, что при необходимости увеличения мощности котла необходимо увеличивать количество горелок и значительно увеличивать фронт котла или увеличивать длину и мощность каждой трубной горелки. Однако при увеличении количества трубных горелок растет размер по передней части котла и, как следствие, котел приобретает форму прямоугольника с большой поверхностью контакта через стенки с окружающим воздухом, а это приводит к потерям тепла через нагретые стенки в окружающую среду и дополнительному расходу материалов при изготовлении котла. Также большая ширина котла непрактична при строительстве котельных (особенно крышных) так как приходиться строить здания больших размеров, что также приводит к дополнительным затратам. Чтобы не сильно увеличивать габарит котла при увеличении его мощности при расположении горелок только с одной стороны котла необходимо увеличивать единичную мощность каждой инжекционной трубной горелки.In the known boiler (see Fig. 1), all injection-type tube burners 14 are connected to the gas manifold 15 only in the front part. This means that if it is necessary to increase the boiler power, it is necessary to increase the number of burners and significantly increase the boiler front or increase the length and power of each tube burner. However, with an increase in the number of tube burners, the size of the front part of the boiler increases and, as a result, the boiler takes on the shape of a rectangle with a large contact surface through the walls with the surrounding air, and this leads to heat loss through the heated walls into the environment and additional consumption of materials in the manufacture of the boiler . Also, a large boiler width is impractical for the construction of boiler houses (especially roof ones) since it is necessary to build large buildings, which also leads to additional costs. In order not to greatly increase the size of the boiler when increasing its power when the burners are located on only one side of the boiler, it is necessary to increase the unit power of each injection tube burner.

При увеличении мощности единичной инжекционной трубной горелки проблема качества горения в котле еще больше усугубляется. При увеличении мощности трубной горелки через сопло 17, приходиться подавать еще больше газа, который в таких объемах не может качественно перемешаться с первичным воздухом за счет недостаточной инжекции через одно сопло. Также газ не может равномерно распределиться по всей длине трубной горелки. Это приводит к значительному росту показателей СО и NOx в уходящих газах, что недопустимо с точки зрения качества горения. Превышение показателя СО говорит о неполном сгорании газа. Для того чтобы котлы с более мощными трубными горелками работали нормально необходимо увеличивать тягу в дымоходе, чтобы больше вторичного воздуха попадало в топку для перемешивания некачественной газовоздушной смеси, выходящей из горелки. Увеличение тяги в атмосферных котлах возможно за счет увеличения высоты трубы или за счет применения дымососов. Оба варианта приводят к усложнению конструкции, увеличению габаритов, повышению затрат при строительстве котельной. Неравномерность и нестабильность распределения количества выхода газовоздушной смеси из трубной горелки по ее длине при мощности более 30 киловатт вынуждает точно подавать необходимый объем вторичного воздуха к местам, где он требуется больше или меньше, что является сложной технической задачей. Одно из возможных решений этой задачи требует применения дополнительного оборудования, в том числе измерительной аппаратуры и автоматики. Альтернативное решение подразумевает, что вторичный воздух подается с большим запасом с коэффициентом не менее 1,8. Этот лишний вторичный воздух, который не участвует в горении, просто проходит через теплообменник при этом охлаждает его и производит отрицательную работу. Это приводит к значительному снижению КПД котла.As the power of a single injection tube burner increases, the problem of combustion quality in the boiler becomes even worse. When increasing the power of the tube burner through nozzle 17, it is necessary to supply even more gas, which in such volumes cannot mix well with the primary air due to insufficient injection through one nozzle. Also, the gas cannot be distributed evenly along the entire length of the tube burner. This leads to a significant increase in CO and NOx indicators in the flue gases, which is unacceptable from the point of view of combustion quality. Exceeding the CO indicator indicates incomplete combustion of the gas. In order for boilers with more powerful tube burners to operate normally, it is necessary to increase the draft in the chimney so that more secondary air enters the firebox to mix the poor-quality gas-air mixture leaving the burner. Increasing draft in atmospheric boilers is possible by increasing the height of the pipe or by using smoke exhausters. Both options lead to a more complex design, increased dimensions, and increased costs during the construction of a boiler house. The unevenness and instability of the distribution of the amount of output of the gas-air mixture from the tube burner along its length at a power of more than 30 kilowatts forces the precise supply of the required volume of secondary air to places where it is required more or less, which is a complex technical task. One of the possible solutions to this problem requires the use of additional equipment, including measuring equipment and automation. An alternative solution implies that secondary air is supplied with a large supply with a coefficient of at least 1.8. This excess secondary air, which does not participate in combustion, simply passes through the heat exchanger, while cooling it and producing negative work. This leads to a significant decrease in boiler efficiency.

Также из-за плохого смешения газа с первичным воздухом в более мощной горелке растет высота пламени, так как некачественная газовоздушная смесь перемешивается со вторичным воздухом в топке дольше по времени. Вследствие этого приходится увеличивать высоту топочной камеры и использовать больше материала для изоляции и охлаждения топочного пространства.Also, due to poor mixing of gas with primary air in a more powerful burner, the height of the flame increases, since the poor-quality gas-air mixture mixes with secondary air in the firebox for a longer time. As a result, it is necessary to increase the height of the combustion chamber and use more material to insulate and cool the combustion space.

Таким образом, существует потребность в создании котла, в котором вышеупомянутые недостатки были бы полностью или хотя бы частично устранены.Thus, there is a need to provide a boiler in which the above-mentioned disadvantages are completely or at least partially eliminated.

Также известно горелочное устройство для подогрева газообразного поток (патент РФ на изобретение №2733566), расположенное в канале, при этом в устройстве равномерно установлено множество горелочных модулей, разделенных на периферийные и прицентральные горелки, где к каждому модулю по отдельной магистрали подведено топливо хотя бы из одного коллектора, отличающееся тем, что на входе в каждую отдельную магистраль установлен ограничивающий расход топлива регулируемый жиклер, а магистрали для периферийных и прицентральных горелок выполнены с разной степенью теплообмена топлива с газообразным потоком в зависимости от удаления горелочных модулей от стенок канала и соотношения температур топлива и газообразного потока.A burner device for heating a gaseous flow is also known (RF patent for invention No. 2733566), located in a channel, while a plurality of burner modules are evenly installed in the device, divided into peripheral and central burners, where fuel is supplied to each module via a separate line from at least one manifold, characterized in that at the entrance to each individual line an adjustable nozzle is installed that limits fuel consumption, and the lines for the peripheral and central burners are made with different degrees of heat exchange between the fuel and the gaseous flow, depending on the distance of the burner modules from the channel walls and the ratio of the temperatures of the fuel and gaseous flow.

Недостатком известной горелки являются:The disadvantages of the known burner are:

Невозможность применения такой горелки для котлов атмосферного типа с открытой камерой сгорания, где теплоносителем является вода или другой жидкий теплоноситель. В этой горелке прототипа теплоносителем является только газообразный поток (воздух или выхлопные газы), который принудительно проходит через множество горелочных модулей, равномерно расположенных по всей площади сечения канала, из которых выходит топливо (газ) в чистом виде и только потом смешивается с подогреваемым газообразным потоком, который сам же является окислителем и сам же подогревается. Объемы газообразного потока (воздуха) значительно превышают объем необходимый для оптимального горения газа и воздуха (оптимальное соотношение 1:10). Соотношение количества газа и газообразного потока зависит от необходимой температуры газообразного потока на выходе. Так как газ и воздух перемешиваются только в канале, длина факела достаточно большая иначе плотность пламени будет большой и есть вероятность локального перегрева стенок канала в части максимально приближенной к горелочным модулям. К недостаткам данной конструкции горелки применительно для водогрейных котлов атмосферного типа является так же необходимость регулировки каждого горелочного модуля. Этим можно заниматься, только если такая горелка применяется для технологических нужд с большими расходами топлива, где есть смысл удорожания конструкции. Применение такой регулировки для котлов мощностью до 1000 кВт, абсолютно экономически не оправдано. Подогрев топлива или его охлаждения перед подачей в горелочный модуль для применения в водогрейных котлах мощностью до 1000 кВт также экономически не оправдано.It is impossible to use such a burner for atmospheric boilers with an open combustion chamber, where the coolant is water or another liquid coolant. In this prototype burner, the coolant is only a gaseous stream (air or exhaust gases), which is forced to pass through a plurality of burner modules, evenly located over the entire cross-sectional area of the channel, from which the fuel (gas) comes out in its pure form and only then mixes with the heated gaseous stream , which itself is an oxidizing agent and is itself heated. The volumes of gaseous flow (air) significantly exceed the volume required for optimal combustion of gas and air (optimal ratio 1:10). The ratio of the amount of gas and gaseous stream depends on the required temperature of the gaseous stream at the outlet. Since gas and air are mixed only in the channel, the length of the torch is quite large, otherwise the flame density will be high and there is a possibility of local overheating of the channel walls in the part closest to the burner modules. The disadvantages of this burner design as applied to atmospheric water heating boilers is also the need to adjust each burner module. This can only be done if such a burner is used for technological needs with high fuel consumption, where it makes sense to increase the cost of the design. The use of such adjustment for boilers with a power of up to 1000 kW is absolutely not economically justified. Heating the fuel or cooling it before feeding it into the burner module for use in hot water boilers with a power of up to 1000 kW is also not economically justified.

Независимо от того, что в прототипе множество горелок, расположенных по всей площади канала, такую горелку применять в водогрейных атмосферных котлах с открытой камерой сгорания нельзя. Горелку данного прототипа нельзя применить в водогрейных котлах атмосферного типа с открытой камерой сгорания по следующим причинам:Regardless of the fact that the prototype has many burners located over the entire area of the channel, such a burner cannot be used in water-heating atmospheric boilers with an open combustion chamber. The burner of this prototype cannot be used in atmospheric hot water boilers with an open combustion chamber for the following reasons:

1) необходима закрытая газо-плотная камера сгорания, так как газовый поток создает избыточное давление;1) a closed gas-tight combustion chamber is required, since the gas flow creates excess pressure;

2) эта горелка предназначена только для подогрева газовых сред, которые сами могут быть окислителями;2) this burner is intended only for heating gaseous media, which themselves can be oxidizing agents;

3) большая высота пламени горелки требует большого размера топочного пространства;3) a high burner flame height requires a large combustion space;

4) относительно низкая температура факела за счет большого количества газового потока участвующего в горении;4) relatively low flame temperature due to the large amount of gas flow involved in combustion;

5) необходимость регулировки каждого модуля для оптимизации горения, что приводит к экономически не оправданному удорожанию при применении в водогрейных котлах небольшой мощности, предназначенных для массового применения.5) the need to adjust each module to optimize combustion, which leads to an economically unjustified increase in cost when used in low-power water heating boilers intended for mass use.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задача изобретения состоит в создании атмосферного котла с тепловой мощностью от 100 до 1000 кВт с инжекционными трубными горелками, работающего на газообразном топливе со следующими улучшенными характеристиками:The objective of the invention is to create an atmospheric boiler with a thermal power of 100 to 1000 kW with injection tube burners, operating on gaseous fuel with the following improved characteristics:

- высоким КПД и хорошими показателями горения при условии уменьшение подачи вторичного воздуха в топочное пространство котла,- high efficiency and good combustion performance, provided that the supply of secondary air into the combustion space of the boiler is reduced,

- уменьшение зависимости от точной подачи вторичного воздуха на конкретные участки трубных инжекционных горелок,- reducing dependence on the precise supply of secondary air to specific areas of tube injection burners,

- уменьшение зависимости от высоких требований по разряжению (тяге) в дымоходе котла,- reducing dependence on high requirements for vacuum (draft) in the boiler chimney,

- возможности стабильной работы котла с хорошими показателями без дымососов в крышных котельных,- the possibility of stable operation of the boiler with good performance without smoke exhausters in roof boiler houses,

- увеличения КПД за счет уменьшения паразитного вторичного воздуха проходящего через теплообменник котла,- increasing efficiency by reducing parasitic secondary air passing through the boiler heat exchanger,

- уменьшение габаритов котла при условии сохранения высоких технических характеристик котла,- reduction in boiler dimensions while maintaining high technical characteristics of the boiler,

и при этом чтобы котел был бы в меньшей степени подвержен вышеописанным недостаткам аналогов.and at the same time, so that the boiler would be less susceptible to the above-described disadvantages of analogues.

Технический результат состоит в том, что за счет использования, по меньшей мере, одной из батарей инжекционных горелок расположенной у передней стенки и подключенной через сопла, по меньшей мере, к одному коллектору для подачи газа расположенному у передней стенки топочной камеры и по меньшей мере, одной другой батареи инжекционных горелок расположенной у задней стенки топочной камеры и подключенной через сопла, по меньшей мере к одному коллектору для подачи газа расположенному у задней стенки топочной камеры или, по меньшей мере, одной из батарей инжекционных горелок расположенной у левой стенки топочной камеры и подключенной через сопла, по меньшей мере к одному коллектору для подачи газа расположенному у левой стенки топочной камеры и, по меньшей мере, одной другой батарей инжекционных горелок расположенных у правой стенки топочной камеры и подключенной через сопла, по меньшей мере к одному коллектору для подачи газа, расположенному у правой стенки топочной камеры, таким образом, что коллектора для подачи газа с расположенными на них соплами для подачи газа и открытые части инжекционных горелок для входа газа и воздуха расположены за пределами топочной камеры, а основная часть инжекционных горелок, через которые выходит пламя, расположены в нижней части внутри топочной камеры.The technical result is that by using at least one of the injection burner batteries located at the front wall and connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the front wall of the combustion chamber and at least one other battery of injection burners located at the rear wall of the combustion chamber and connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the rear wall of the combustion chamber or at least one of the batteries of injection burners located at the left wall of the combustion chamber and connected through the nozzles to at least one gas supply manifold located at the left wall of the combustion chamber and at least one other injection burner batteries located at the right wall of the combustion chamber and connected through the nozzles to at least one gas supply manifold, located at the right wall of the combustion chamber, such that the gas supply manifold with gas supply nozzles located on them and the open parts of the injection burners for gas and air entry are located outside the combustion chamber, and the main part of the injection burners through which the flame exits, located in the lower part inside the combustion chamber.

Благодаря такому расположению газовых коллекторов и батарей инжекционных горелок в топочном пространстве количество инжекционных горелок может быть в два раза больше чем в прототипе при такой же мощности и размерах. Значит мощность каждой инжекционной горелки будет в два раза меньше, а сопел из которых подается газ в горелки будет в два раза больше, это позволяет получить лучшую инжекцию первичного воздуха в каждой горелке, лучшее перемешивание газо-воздушной смеси внутри самой горелки и как следствие уменьшить потребность в количестве вторичного воздуха и зависимость от необходимости регулирования его концентрации по сечению топочного пространства для поддержания нормального горения. Таким образом такое увеличение количества горелок благодаря их расположению с двух сторон топочной камеры котла и увеличение количества сопел благодаря расположению газовых коллекторов также с двух сторон котла удается добиться более качественного смешивания газа и воздуха, что избавляет от необходимости подачи избыточного количества вторичного воздуха, увеличивает КПД котла, позволяет снизить высоту пламени и габариты котла при этом уменьшая затраты на производство.Thanks to this arrangement of gas manifolds and batteries of injection burners in the combustion space, the number of injection burners can be twice as large as in the prototype with the same power and size. This means that the power of each injection burner will be two times less, and the nozzles from which gas is supplied to the burners will be twice as large, this allows for better injection of primary air in each burner, better mixing of the gas-air mixture inside the burner itself and, as a result, reduces the need in the amount of secondary air and dependence on the need to regulate its concentration across the cross-section of the combustion space to maintain normal combustion. Thus, such an increase in the number of burners due to their location on both sides of the combustion chamber of the boiler and an increase in the number of nozzles due to the location of gas manifolds also on both sides of the boiler makes it possible to achieve better mixing of gas and air, which eliminates the need to supply excess amounts of secondary air, increases the efficiency of the boiler , allows you to reduce the flame height and boiler dimensions while reducing production costs.

Предлагаемый котел, включает топочную камеру, имеющую стенки: переднюю, заднюю, левую и правую стенки, теплообменник, выполненный из стальных труб, по меньшей мере, часть из которых, по меньшей мере, частично оребрены стальной лентой и расположены над упомянутой топочной камерой, в котором,The proposed boiler includes a combustion chamber having walls: front, rear, left and right walls, a heat exchanger made of steel pipes, at least some of which are at least partially finned with steel tape and located above said combustion chamber, in which,

упомянутые трубы сообщены между собой с образованием, по меньшей мере, двух расположенных друг над другом батарей,said pipes are connected to each other to form at least two batteries located one above the other,

по меньшей мере, два коллектора для подачи газа с размещенными на них соплами для подачи газа,at least two gas supply manifolds with gas supply nozzles placed on them,

по меньшей мере, две батареи трубных инжекционных горелок с одного торца имеющие открытую часть для входа газа и воздуха, которые через открытую часть для входа газа и воздуха подключены через сопла для подачи газа к упомянутым, по меньшей мере, двум коллекторам для подачи газа,at least two banks of tube injection burners at one end having an open part for gas and air inlet, which through the open part for gas and air inlet are connected through gas supply nozzles to said at least two gas supply manifolds,

по меньшей мере, одна из батарей инжекционных горелок расположена у передней стенки топочной камеры и подключена через сопла, по меньшей мере, к одному коллектору для подачи газа, расположенному у передней стенки топочной камеры и, по меньшей мере, одна другая батарея инжекционных горелок расположена у задней стенки упомянутой топочной камеры и подключена через сопла, по меньшей мере, к одному коллектору для подачи газа расположенному у задней стенки топочной камеры или,at least one of the injection burner batteries is located at the front wall of the combustion chamber and is connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the front wall of the combustion chamber and at least one other injection burner battery is located at the rear wall of said combustion chamber and is connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the rear wall of the combustion chamber or,

по меньшей мере, одна из батарей инжекционных горелок расположена у левой стенки топочной камеры и подключена через сопла, по меньшей мере, к одному коллектору для подачи газа расположенному у левой стенки топочной камеры и, по меньшей мере, одна другая батарея инжекционных горелок расположена у правой стенки топочной камеры и подключена через сопла, по меньшей мере, к одному коллектору для подачи газа, расположенному у правой стенки топочной камеры, таким образом что коллекторы для подачи газа с расположенными на них соплами для подачи газа и открытые части инжекционных горелок для входа газа и воздуха расположены за пределами топочной камеры, а основная часть инжекционных горелок, через которые выходит пламя, расположены в нижней части внутри топочной камеры.at least one of the injection burner batteries is located at the left wall of the combustion chamber and is connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the left wall of the combustion chamber and at least one other injection burner battery is located at the right walls of the combustion chamber and is connected through nozzles to at least one gas supply manifold located at the right wall of the combustion chamber, such that the gas supply manifolds with gas supply nozzles located on them and the open parts of the injection burners for gas entry and air are located outside the combustion chamber, and the main part of the injection burners through which the flame comes out are located in the lower part inside the combustion chamber.

При такой группировке количество трубных горелок 14 будет в два раза больше, чем при установке в виде одной батареи только с одной стороны горелок большой мощности и длины (как в прототипе).With this grouping, the number of tube burners 14 will be twice as large as when installed in the form of one battery on only one side of burners of high power and length (as in the prototype).

При увеличении количества единичных инжекционных трубных горелок за счет их расположения с двух сторон котла при той же мощности котла уменьшается мощность и длина каждой горелки и пропорционально увеличивается количество сопел 17, через которые подается газ в трубную горелку. В таком варианте через каждое сопло подается в 2 (два) раза меньше газа через отверстие, чем в прототипе при одинаковом давлении газа. И тогда мощности кинетической энергии струи газа будет уже достаточно, чтобы затянуть в два раза меньше воздуха в открытую часть инжекционной горелки. И как следствие будет обеспечиваться более качественное перемешивание первичного воздуха с газом в трубной инжекционной горелке и его равномерное распределение по меньшей длине горелки, чем в прототипе при той же мощности котла. В таком варианте не нужно увеличивать подачу дополнительного вторичного воздуха в топочное пространство котла и регулировать его концентрацию в определенных местах по сечению топочного пространства, а значит не нужно увеличивать высоту дымовой трубы или устанавливать дымососы.By increasing the number of single injection tube burners due to their location on both sides of the boiler at the same boiler power, the power and length of each burner decreases and the number of nozzles 17 through which gas is supplied to the tube burner increases proportionally. In this embodiment, through each nozzle, 2 (two) times less gas is supplied through the hole than in the prototype at the same gas pressure. And then the power of the kinetic energy of the gas jet will be enough to draw half as much air into the open part of the injection burner. And as a result, better mixing of primary air with gas in the pipe injection burner and its uniform distribution over a shorter burner length will be ensured than in the prototype with the same boiler power. In this option, there is no need to increase the supply of additional secondary air into the combustion space of the boiler and regulate its concentration in certain places along the cross-section of the combustion space, which means there is no need to increase the height of the chimney or install smoke exhausters.

Лучшее горение при меньшей тяге позволяет также уменьшить количество и длину оребренных труб теплообменника за счет уменьшения расстояния между ребрами оребренных труб.Better combustion with less draft also makes it possible to reduce the number and length of finned heat exchanger tubes by reducing the distance between the fins of the finned tubes.

При меньшей длине оребренных труб поверхность теплопередачи будет сохранена за счет уменьшения шага ребра. Оптимальным в этом случае будет шаг ребра от 3,5 до 7 мм при толщине ребра от 1,1 до 1,8 мм.With a shorter length of finned tubes, the heat transfer surface will be preserved by reducing the fin pitch. The optimal fin pitch in this case will be from 3.5 to 7 mm with a fin thickness from 1.1 to 1.8 mm.

Меньшее количество вторичного воздуха в предлагаемом котле уменьшает общее количество сгоревших газов, проходящих через теплообменник, это позволяет применять более эффективный теплообменник при тех же параметрах разряжения (тяги) в дымоходе. Энергия тяги будет работать в этом случае не на затягивания большего количества вторичного воздуха для нормального горения и охлаждение теплообменника паразитным вторичным воздухом, а на преодоление сопротивления более эффективного теплообменника.A smaller amount of secondary air in the proposed boiler reduces the total amount of burnt gases passing through the heat exchanger, this allows the use of a more efficient heat exchanger with the same vacuum (draft) parameters in the chimney. In this case, the thrust energy will work not to draw in more secondary air for normal combustion and cool the heat exchanger with parasitic secondary air, but to overcome the resistance of a more efficient heat exchanger.

Например, при коэффициенте избытка воздуха приблизительно 1,8, объем газовоздушной смеси, проходящей через теплообменник, при мощности котла 200 кВт составит приблизительно 418 м³. При коэффициенте приблизительно 1,4, объем газовоздушной смеси составляет приблизительно 330 м³. Соотношение 418/330=1,26. То есть, сечение для прохода газа в теплообменнике предлагаемого котла может быть меньше, так как количество сгоревших газов также меньше. А за счет уменьшения расстояния между ребрами увеличивается поверхность теплопередачи, повышается эффективность теплообменника сравнительно с аналогом.For example, with an excess air ratio of approximately 1.8, the volume of the gas-air mixture passing through the heat exchanger with a boiler power of 200 kW will be approximately 418 ^m3 . With a coefficient of approximately 1.4, the volume of the gas-air mixture is approximately 330 m ³ . Ratio 418/330=1.26. That is, the cross-section for the passage of gas in the heat exchanger of the proposed boiler may be smaller, since the amount of burned gases is also less. And by reducing the distance between the fins, the heat transfer surface increases, increasing the efficiency of the heat exchanger compared to its analogue.

Кроме того, при таком расположении трубных горелок 14 размеры котла при сравнимой с аналогом мощности будут меньше, а значит, поверхность котла и расход материалов будут меньше. Также при лучшем смешении первичного воздуха уменьшается высота пламени на горелке, и как следствие можно уменьшить высоту топочной камеры, что также позволит уменьшить количество материалов при изготовлении котла и применять меньше негорючей теплоизоляции 6 в топочной камере.In addition, with this arrangement of tube burners 14, the dimensions of the boiler with a power comparable to that of an analogue will be smaller, which means that the surface of the boiler and the consumption of materials will be less. Also, with better mixing of primary air, the height of the flame on the burner decreases, and as a result, the height of the combustion chamber can be reduced, which will also reduce the amount of materials in the manufacture of the boiler and use less non-combustible thermal insulation 6 in the combustion chamber.

В другой частной форме выполнения трубы вышеупомянутых трубных инжекционных горелок могут быть расположены параллельно друг другу.In another particular embodiment, the pipes of the above-mentioned pipe injection burners can be arranged parallel to each other.

В одной из предпочтительных форм выполнения котла вышеупомянутые стенки могут быть изолированы несгораемыми материалами.In one of the preferred embodiments of the boiler, the above-mentioned walls can be insulated with non-combustible materials.

Шаг ребра, в одной из частных форм выполнения, может составлять 3,0 до 8,0 мм при толщине ребра от 1,0 до 2,0 мм.The rib pitch, in one of the particular forms of execution, can be 3.0 to 8.0 mm with a rib thickness from 1.0 to 2.0 mm.

Вышеупомянутые трубы теплообменника внутри каждой из вышеупомянутых батарей, в одной из частных форм выполнения, могут быть соединены в виде плоского змеевика.The above-mentioned heat exchanger pipes inside each of the above-mentioned batteries, in one of the particular forms of execution, can be connected in the form of a flat coil.

Вышеупомянутые трубы теплообменника, в одной из частных форм выполнения, могут быть расположены, по существу, горизонтально или под небольшим углом к горизонтальной плоскости.The above-mentioned heat exchanger pipes, in one particular embodiment, can be arranged essentially horizontally or at a slight angle to the horizontal plane.

Вышеупомянутые трубы теплообменника соседних батарей, в еще одной частной форме выполнения, могут быть расположены, в шахматном порядке.The above-mentioned heat exchanger pipes of adjacent batteries, in another particular form of implementation, can be arranged in a checkerboard pattern.

Вышеупомянутые трубы теплообменника, в одной из частных форм выполнения могут быть соединены в виде пространственного змеевика, закрученного по спирали.The above-mentioned heat exchanger pipes, in one of the particular forms of execution, can be connected in the form of a spatial coil twisted in a spiral.

Вышеупомянутые инжекционные трубные горелки, в одной из предпочтительных форм выполнения внутри каждой батареи могут отличаться по мощности и размерам.The above-mentioned injection tube burners, in one of the preferred forms of implementation, inside each battery may differ in power and size.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWING FIGURES

На фиг. 1 - вид сверху разреза топки котла прототипа с одной батареей горелок и одним коллектором только в передней части котла.In fig. 1 is a top sectional view of the prototype boiler furnace with one burner bank and one manifold only in the front part of the boiler.

На фиг. 2 - схематически изображен котел по изобретению в аксонометрии котла.In fig. 2 - schematically shows a boiler according to the invention in a perspective view of the boiler.

На фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вид спереди.In fig. 3 - the same as in Fig. 1, front view.

На фиг. 4 - то же, что на фиг. 1, вид сзади.In fig. 4 - the same as in Fig. 1, rear view.

На фиг. 5 - то же, что на фиг. 1, вид сбоку.In fig. 5 - the same as in Fig. 1, side view.

На фиг. 6 - то же, что на фиг. 1, вид сверху.In fig. 6 - the same as in Fig. 1, top view.

На фиг. 7- разрез А-А.In fig. 7- section A-A.

На фиг. 8 - разрез В-В.In fig. 8 - section B-B.

На фиг. 9 - разрез С-С.In fig. 9 - section C-C.

На фиг. 10 - вид D.In fig. 10 - view D.

На фиг. 11 - вид сбоку котла с горелками и коллекторами, расположенными слева и справа.In fig. 11 is a side view of the boiler with burners and collectors located on the left and right.

На фиг. 12 - вид спереди котла с горелками и коллекторами, расположенными слева и справа.In fig. 12 is a front view of the boiler with burners and collectors located on the left and right.

На фиг. 13 - теплообменник котла в виде пространственного змеевика, закрученного по спирали.In fig. 13 - boiler heat exchanger in the form of a spatial coil twisted in a spiral.

На фиг. 14 - схематичное изображение подачи газа и воздуха в трубные инжекционные горелки и топочное пространство котла.In fig. 14 is a schematic representation of the supply of gas and air to the tube injection burners and the combustion chamber of the boiler.

Позициями 1-18 обозначены следующие элементы:Positions 1-18 indicate the following elements:

1 - топочная камера,1 - combustion chamber,

2 - передняя стенка топочной камеры 1,2 - front wall of combustion chamber 1,

4, 5 - боковые стенки топочной камеры 1,4, 5 - side walls of combustion chamber 1,

6 - негорючая изоляция 6,6 - non-flammable insulation 6,

7 - теплообменник,7 - heat exchanger,

8 - трубы теплообменника,8 - heat exchanger pipes,

9 - отводы для соединения труб теплообменника 8 в батарее,9 - bends for connecting pipes of heat exchanger 8 in the battery,

10 - отводы для соединения батарей труб теплообменника между собой,10 - bends for connecting batteries of heat exchanger pipes to each other,

11 - патрубок подачи,11 - supply pipe,

12 - патрубок обратки 12,12 - return pipe 12,

13 - газоход,13 - gas duct,

14 - инжекционные трубные горелки,14 - injection tube burners,

15 - первый коллектор подачи газа,15 - first gas supply manifold,

16 - второй коллектор подачи газа,16 - second gas supply manifold,

17 - сопла для подачи газа в каждую инжекционную трубную горелку 14,17 - nozzles for supplying gas to each injection tube burner 14,

18 - клапан подачи газа из газопровода в коллекторы.18 - valve for supplying gas from the gas pipeline to the collectors.

19 - отдельный газопровод для запальной горелки.19 - separate gas pipeline for the pilot burner.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Котел водотрубный содержит топочную камеру 1 и формирующую топочное пространство переднюю 2, заднюю 3 и боковые 4, 5 стенки, на которых с внутренней стороны топки установлена негорючая изоляция 6.The water-tube boiler contains a combustion chamber 1 and front 2, rear 3 and side walls 4, 5 forming the combustion space, on which non-combustible insulation 6 is installed on the inside of the firebox.

Над топочной камерой расположен теплообменник 7, образованный стальными гладкими, оребренными или частично оребренными трубами трубами 8, расположенными, по крайней мере, в два ряда, при этом ряды соединены отводами (переходом) 9 и каждый ряд также соединен переходом (отводом) 10 или трубы соединены как спираль в виде пространственного змеевика где труба нижней батареи (ряда) соединяется с трубой верхней батареи (ряда), а далее опять с трубой нижней батареи и так далее.Above the combustion chamber there is a heat exchanger 7 formed by steel smooth, finned or partially finned pipes, pipes 8, arranged in at least two rows, with the rows connected by bends (transition) 9 and each row also connected by a transition (bend) 10 or pipes connected like a spiral in the form of a spatial coil where the pipe of the lower battery (row) is connected to the pipe of the upper battery (row), and then again with the pipe of the lower battery, and so on.

Теплообменник имеет патрубок подачи 11 и обратки 12. Над теплообменником расположен газоход 13.The heat exchanger has a supply pipe 11 and a return pipe 12. A gas duct 13 is located above the heat exchanger.

Под теплообменником расположена атмосферная горелка, образованная из двух батарей (рядов) инжекционных трубных горелок 14 где каждая батарея расположена на противоположной стенке топочной камеры прямоугольного котла и каждая батарея подключена через сопла 17 к своему коллектору 15, 16, в котором установлены сопла 17 для подачи газа в каждую трубную инжекционную горелку 14.Under the heat exchanger there is an atmospheric burner formed from two batteries (rows) of injection tube burners 14, where each battery is located on the opposite wall of the combustion chamber of a rectangular boiler and each battery is connected through nozzles 17 to its manifold 15, 16, in which nozzles 17 are installed for supplying gas into each pipe injection burner 14.

Каждый коллектор 15, 16 с соплами совмещен с клапаном газа 18, через который газ подается из газопровода.Each manifold 15, 16 with nozzles is combined with a gas valve 18, through which gas is supplied from the gas pipeline.

Одна или несколько горелок могут быть как запальная горелка, и к ней может подводиться отдельный газопровод 19 для подачи газа. Также инжекционные трубные горелки могут быть в пределах одной батареи различными по мощности и размерам для того, чтобы пламя одной батареи надежнее и быстрее зажигало инжекционные трубные горелки другой батареи.One or more burners may be a pilot burner and may be connected to a separate gas line 19 for supplying gas. Also, injection tube burners within the same battery can be different in power and size so that the flame of one battery ignites the injection tube burners of another battery more reliably and faster.

Котел может работать как за счет тяги создаваемой дымовой трубой, так и за счет установки дымососа, если нет возможности подключить котел к дымовой трубе.The boiler can operate both due to the draft created by the chimney, and by installing a smoke exhauster if it is not possible to connect the boiler to the chimney.

Claims (17)

1. Котел, включающий1. Boiler including топочную камеру, содержащую переднюю, заднюю, левую и правую стенки,combustion chamber containing front, rear, left and right walls, теплообменник, выполненный из стальных труб, расположенных над упомянутой топочной камерой,a heat exchanger made of steel pipes located above said combustion chamber, в которомin which упомянутые трубы сообщены между собой с образованием расположенных друг над другом батарей,the said pipes are interconnected to form batteries located one above the other, коллекторы для подачи газа, снабженные соплами для подачи газа,gas supply manifolds equipped with gas supply nozzles, батареи трубных инжекционных горелок, с одного торца имеющие открытую часть для входа газа и воздуха, которые через открытую часть для входа газа и воздуха подключены через сопла для подачи газа к упомянутым коллекторам для подачи газа, при этомbatteries of tube injection burners, at one end having an open part for gas and air inlet, which, through the open part for gas and air inlet, are connected through gas supply nozzles to said gas supply manifolds, wherein батареи инжекционных горелок расположены оппозитно у противолежащих стенок топочной камеры,the injection burner batteries are located oppositely at the opposite walls of the combustion chamber, коллекторы для подачи газа и открытые части инжекционных горелок для входа газа и воздуха расположены за пределами топочной камеры, а основная часть инжекционных горелок, через которые выходит пламя, расположены в нижней части внутри топочной камеры.the manifolds for supplying gas and the open parts of the injection burners for the entry of gas and air are located outside the combustion chamber, and the main part of the injection burners through which the flame exits is located in the lower part inside the combustion chamber. 2. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые трубные инжекционные горелки расположены параллельно друг другу.2. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned tube injection burners are arranged parallel to each other. 3. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые стенки топочной камеры изолированы несгораемыми материалами.3. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned walls of the combustion chamber are insulated with fireproof materials. 4. Котел по п.1, в котором шаг ребра составляет 3,0 мм до 8,0 мм при толщине ребра от 1,0 мм до 2,0 мм.4. The boiler according to claim 1, in which the fin pitch is 3.0 mm to 8.0 mm with a fin thickness from 1.0 mm to 2.0 mm. 5. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые трубы теплообменника внутри каждой из вышеупомянутых батарей соединены в виде плоского змеевика.5. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned heat exchanger pipes inside each of the above-mentioned batteries are connected in the form of a flat coil. 6. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые трубы теплообменника расположены, по существу, горизонтально или под небольшим углом к горизонтальной плоскости.6. A boiler according to claim 1, wherein said heat exchanger tubes are arranged substantially horizontally or at a slight angle to the horizontal plane. 7. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые трубы теплообменника соседних батарей расположены в шахматном порядке.7. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned heat exchanger pipes of adjacent batteries are arranged in a checkerboard pattern. 8. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые трубы теплообменника соединены в виде пространственного змеевика, закрученного по спирали.8. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned heat exchanger pipes are connected in the form of a spatial coil twisted in a spiral. 9. Котел по п.1, в котором вышеупомянутые инжекционные трубные горелки внутри каждой батареи могут отличаться по мощности и размерам.9. The boiler according to claim 1, in which the above-mentioned injection tube burners inside each battery may differ in power and size.