RU2576681C1

RU2576681C1 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2576681C1
Application number: RU2015114001/06A
Authority: RU
Inventors: Энмар Батуович Рашитов; Ришат Мингалиевич Нуриев
Original assignee: Энмар Батуович Рашитов; Ришат Мингалиевич Нуриев
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-03-10

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention can be used in boilers of central heating systems houses and production premises. Essence of the invention is in the fact that boiler includes compartment premixing of gas-air mixture including a fan for air injection and tube feeding gas at the outlet of the fan, and also mounted further on the path of gas-air mixture gas burner combustion surface containing at least one metal perforated plate and metal knitted mesh made of heat-resistant material with high-temperature coating located further downstream of heat flow heat exchange chamber formed by ribbed pipes, and condensate collection compartment located under the heat exchanger, the first position to the burner finned tube heat exchanger is installed on a calculated distance.

EFFECT: such design allows increasing efficiency and reducing noise of operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к оборудованию для нагрева воды, в частности к котлам, и может быть использовано при производстве пара и горячей воды, например, в системе центрального отопления жилых домов и производственных помещений.The invention relates to equipment for heating water, in particular to boilers, and can be used in the production of steam and hot water, for example, in a central heating system of residential buildings and industrial premises.

Уровень техники.The level of technology.

Водогрейные котлы представляют собой устройства, которые вырабатывают требующееся для помещения тепло посредством нагревания теплоносителя в замкнутой емкости от источника тепла, и в общем случае состоят из горелки, сжигающей топливо, и теплообменника, осуществляющего обмен тепла между сжигаемой газовоздушной смесью для горения и нагреваемой водой.Hot water boilers are devices that produce the heat required for a room by heating a coolant in a closed tank from a heat source, and generally consist of a burner that burns fuel, and a heat exchanger that exchanges heat between the burned gas-air mixture for combustion and heated water.

Известно, что увеличение единичной тепловой производительности котла приводит к возрастанию звуковой мощности, излучаемой этими источниками. Акустические измерения, проведенные на территории вокруг зданий с установленными на крыше котлами, показывают, что газовые тракты водогрейных котлов являются основным источником шумового воздействия на окружающий жилой район. При этом основными источниками шума, излучаемого от газовых трактов водогрейных котлов, являются шум, возникающий при сжигании газа на горелочных устройствах, и шум дутьевых вентиляторов, эксплуатирующихся на котле.It is known that an increase in the unit heat output of a boiler leads to an increase in the sound power radiated by these sources. Acoustic measurements taken in the area around the buildings with boilers installed on the roof show that the gas paths of boilers are the main source of noise impact on the surrounding residential area. In this case, the main sources of noise emitted from the gas paths of boilers are the noise arising from the combustion of gas on the burner devices, and the noise of the blower fans operating on the boiler.

Известна Установка для получения горячей воды, включающая горелку с подводом газообразного топлива и воздуха, соединенную с камерой сгорания, имеющей жаровые трубы, проходящие сквозь верхний и нижний, разделенные перегородкой резервуары, в которых происходит передача тепла воде, наполняющей указанные резервуары, и отсек для сбора конденсата (см., например, патент BE 1015568, F24H 1/28, F24H 1/48, F24H 1/50, F24H 1/52, опубликовано 22.12.2004). Такая установка недостаточно эффективна из-за неравномерности распределения тепла по жаровой трубе. Кроме того, применение факельных горелок не обеспечивает полного сгорания газовоздушной смеси, в результате чего отравляется атмосфера котельных и неэффективно используется топливо. Не удовлетворителен и уровень шума таких устройств.A known installation for producing hot water, including a burner with a supply of gaseous fuel and air, connected to a combustion chamber having flame tubes passing through the upper and lower tanks separated by a partition, in which heat is transferred to the water filling these tanks, and a collection compartment condensate (see, for example, patent BE 1015568, F24H 1/28, F24H 1/48, F24H 1/50, F24H 1/52, published December 22, 2004). Such an installation is not effective enough due to the uneven distribution of heat along the flame tube. In addition, the use of torch burners does not provide complete combustion of the gas-air mixture, as a result of which the atmosphere of the boiler rooms is poisoned and fuel is used inefficiently. Not satisfactory and the noise level of such devices.

Известен также Котел на природном газе, содержащий горелочное устройство, включающее нагнетатель воздуха и коническую горелку, изготовленную из огнестойкого пористого материала, центрально расположенную цилиндрическую камеру сгорания со сферическим днищем, сообщающуюся с дымовыми трубами из двух цилиндрических пучков, расположенных концентрически вертикально вокруг камеры сгорания. Внизу расположен водоотвод для конденсата и выход дымовых газов (см., например, патент CN 203848261 U, F22B 13/00, F24H 1/22, F24H 9/18, опубликовано 24.09.2014). Такое устройство также недостаточно эффективно, горелка сложна в изготовлении, а котел не стабилен в работе, излишне шумен.A natural gas boiler is also known, comprising a burner device including an air blower and a conical burner made of a flame-retardant porous material, a centrally located cylindrical combustion chamber with a spherical bottom, communicating with chimneys of two cylindrical bundles arranged concentrically vertically around the combustion chamber. Below is a drainage system for condensate and a flue gas outlet (see, for example, patent CN 203848261 U, F22B 13/00, F24H 1/22, F24H 9/18, published September 24, 2014). Such a device is also not efficient enough, the burner is difficult to manufacture, and the boiler is not stable in operation, too noisy.

Наиболее близким по числу общих признаков с заявляемым устройством является Котел с предварительным смешением для систем коммунально-бытового водоснабжения и отопительных систем, (см., ЕР 0905457 А2, F22B33/18, опубликовано 31.03.1999). Котел содержит отсек предварительного смешения газовоздушной смеси, включающий вентилятор для нагнетания воздуха и трубку подвода газа на выходе вентилятора, а также установленную далее по ходу движения газовоздушной смеси газовую горелку поверхностного горения, содержащую не менее одной металлической перфорированной пластины и элемент, увеличивающий поперечное сечение образования пламени и одновременно уменьшающий взаимодействие одиночных фронтов пламени, теплообменную камеру, образованную оребренными трубами, и отсек сбора конденсата, расположенный ниже теплообменника. Выход дымогарных газов также производится снизу корпуса. Такая конструкция котла и его элементов сложна в изготовлении и управлении, так как используемый в известных конструкциях элемент, увеличивающий поперечное сечение образования пламени и одновременно уменьшающий взаимодействие одиночных фронтов пламени, состоит из двух керамических пластин сложной поверхности, требующих значительной трудоемкости изготовления и наличия опорного элемента и прокладки. Кроме того, не установленное расстояние от теплообменника до поверхности горения усложняет процесс регулировки состава газовоздушной смеси и скорости работы (производительности) вентилятора, требующий наличия сменных калибровочных втулок, что не позволяет достичь высокой эффективности на всех режимах работы. Режим работы вентилятора и горелка такой конструкции приводит к повышенному шуму при работе котла на некоторых режимах.The closest in number of common features with the claimed device is a Pre-mixed boiler for domestic water supply and heating systems (see EP 0905457 A2, F22B33 / 18, published on March 31, 1999). The boiler contains a compartment for preliminary mixing of the air-gas mixture, including a fan for pumping air and a gas supply pipe at the fan outlet, as well as a surface-burning gas burner installed further along the air-gas mixture, containing at least one perforated metal plate and an element that increases the flame cross-section and at the same time reducing the interaction of single flame fronts, the heat exchange chamber formed by finned tubes, and the con densate located below the heat exchanger. Smoke exhaust gases are also produced from the bottom of the housing. This design of the boiler and its elements is difficult to manufacture and control, since the element used in the known structures, which increases the cross section of flame formation and at the same time reduces the interaction of single flame fronts, consists of two ceramic plates of complex surface, requiring significant laboriousness of manufacture and the presence of a supporting element and gaskets. In addition, the undetermined distance from the heat exchanger to the combustion surface complicates the process of adjusting the composition of the gas-air mixture and the fan speed (productivity), which requires replaceable calibration sleeves, which does not allow achieving high efficiency in all operating modes. The operation mode of the fan and burner of this design leads to increased noise during operation of the boiler in some modes.

Задачей изобретения является упрощение конструкции котла, повышение его производительности и эффективности, снижение шумности в работе.The objective of the invention is to simplify the design of the boiler, increasing its productivity and efficiency, reducing noise in operation.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Для решения указанных задач в известной конструкции котла, содержащей отсек предварительного смешения газовоздушной смеси, включающий вентилятор для нагнетания воздуха и трубку подвода газа на выходе вентилятора, а также установленную далее по ходу движения газовоздушной смеси газовую горелку поверхностного горения, содержащую не менее одной металлической перфорированной пластины, и элемент, увеличивающий поперечное сечение образования пламени и одновременно уменьшающий взаимодействие одиночных фронтов пламени, теплообменную камеру, образованную оребренными трубами, и отсек сбора конденсата, расположенный ниже теплообменника, в качестве элемента, увеличивающего поперечное сечение образования пламени и одновременно уменьшающего взаимодействие одиночных фронтов пламени, используют металлическую вязаную сетку из термостойкого материала с высокотемпературным покрытием, первую по расположению к горелке оребренную трубу теплообменника устанавливают на расчетном расстоянии H от указанной сетки до поверхности трубы, которое определяют, исходя из потребного объема камеры сгорания, по формуле Н=V/S,To solve these problems in a known boiler design, containing a preliminary mixture of the air-gas mixture, including a fan for pumping air and a gas supply pipe at the fan outlet, as well as a surface-burning gas burner, which is installed downstream of the gas-air mixture, containing at least one perforated metal plate , and an element that increases the cross section of flame formation and at the same time reduces the interaction of single flame fronts, heat exchange chamber In the case of a fin formed by finned tubes and a condensate collection compartment located below the heat exchanger, a metal knitted mesh made of heat-resistant material with a high-temperature coating is used as the element that increases the cross section of flame formation and at the same time reduces the interaction of single flame fronts, the first finned tube in relation to the burner the heat exchanger is installed at a calculated distance H from the specified mesh to the pipe surface, which is determined based on the required volume the combustion chamber, according to the formula H = V / S,

где H - расстояние от плоскости горения до поверхности верхней трубы теплообменника,where H is the distance from the combustion plane to the surface of the upper pipe of the heat exchanger,

V - потребный объем камеры сгорания,V is the required volume of the combustion chamber,

S - площадь поперечного сечения камеры сгорания.S is the cross-sectional area of the combustion chamber.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг. 1 приведена компоновочная схема заявляемого котла, на фиг. 2 - поперечное сечение отсека предварительного смешения газовоздушной смеси.In FIG. 1 shows the layout of the inventive boiler, FIG. 2 is a cross-sectional view of the preliminary mixing chamber of the air-gas mixture.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Заявляемый Водогрейный котел включает в себя вентилятор 1, в камеру 2 которого введена трубка 3 подвода газа. Камера 2 соединена с раструбом 4. На раструб 4 установлена газовая горелка поверхностного горения, включающая в себя металлический перфорированный лист 5 и сетку 6. Горелка открывается в камеру сгорания 7, образованную внутренними стенками корпуса котла 8 и замыкаемую рядом горизонтальных оребренных труб 9, образующих первую ступень теплообменника. Внизу котла находится отсек для сбора конденсата 10 и патрубок выхода продуктов сгорания 11. Сетка 6 представляет собой металлическую вязаную сетку из термостойкого материала с высокотемпературным покрытием, которая может быть связана, например, из тонкой проволоки из нержавеющей стали с гальваническим алюминиевым покрытием. Размер ячеек такой сетки определяется с помощью коэффициента Пекле для распространения пламени, при значениях которого, превышающих это значение, может образовываться пламя, и при значениях, которые ниже этого значения, распространение пламени подавляется (см., например, Сполдинг Д.Б. Основы теории горения. - М.: ГосЭнергоИздат, 1959). Беспламенное сжигание газа характеризуется отсутствием потерь газа от химического недожога при минимальном избытке воздуха. Верхний ряд оребренных труб 9 теплообменника установлен на расчетном расстоянии H от сетки 6 горелки.The inventive hot water boiler includes a fan 1, into the chamber 2 of which a gas supply pipe 3 is introduced. The chamber 2 is connected to the bell 4. A gas burner of surface combustion is installed on the bell 4, which includes a perforated metal sheet 5 and a grid 6. The burner opens into the combustion chamber 7, formed by the inner walls of the boiler 8 and closed by a series of horizontal finned tubes 9, forming the first heat exchanger stage. At the bottom of the boiler there is a compartment for collecting condensate 10 and an outlet for the exit of combustion products 11. The grid 6 is a metal knitted mesh made of heat-resistant material with a high-temperature coating, which can be connected, for example, from thin stainless steel wire with galvanic aluminum coating. The mesh size of such a grid is determined using the Peclet coefficient for flame propagation, for which values exceeding this value, a flame can form, and for values below this value, flame propagation is suppressed (see, for example, Spalding, D.B. Fundamentals of the theory Combustion .-- M .: GosEnergoIzdat, 1959). Flameless gas combustion is characterized by the absence of gas losses from chemical underburning with a minimal excess of air. The upper row of finned tubes 9 of the heat exchanger is installed at a calculated distance H from the grid 6 of the burner.

Расстояние H рассчитывают, исходя из конструктивно необходимого для размещения теплообменника сечения камеры сгорания площадью S и потребного объема камеры сгорания V, значение которого для котлов с газовым отоплением находят как V_г=Q_ч/q_v, где Q_ч - часовая теплота, внесенная в камеру сгорания, q_v - тепловое напряжение топочного объема (см., например, Гусев Ю.П. Основы проектирования котельных установок. - М.: Стройиздат, 1973). Таким образомA distance H is calculated from the structurally necessary for placing the heat exchanger section of the combustion chamber area S and the required volume of the chamber combustion V, whose value boiler with gas heating are both V _r = Q _h / q _v, where Q _h - hour heat included in combustion chamber, q _v - thermal voltage of the furnace volume (see, for example, Gusev Yu.P. Fundamentals of designing boiler plants. - M.: Stroyizdat, 1973). In this way

H=Q_ч/Sq_v H = Q _h / Sq _v

где Q_ч - часовая теплота, внесенная в камеру сгорания,where Q _h - hourly heat introduced into the combustion chamber,

S - площадь сечения камеры сгорания,S is the cross-sectional area of the combustion chamber,

q_v - тепловое напряжение топочного объема.q _v - thermal stress of the furnace volume.

Необходимо отметить также, что форма сечения камеры сгорания котла - квадратная или прямоугольная, как обеспечивающая самое быстрое сгорание газовоздушной смеси (Гайворонский А.И. Использование природного газа и других альтернативных топлив. М.: ООО «ИРЦ Газпром», с. 329).It should also be noted that the cross-sectional shape of the combustion chamber of the boiler is square or rectangular, as it provides the fastest combustion of the gas-air mixture (Gayvoronsky A.I. Use of natural gas and other alternative fuels. M.: OOO IRTs Gazprom, p. 329).

Заявляемый Водогрейный котел работает следующим образом. Для начала работы обеспечивают циркуляцию воды в теплообменнике, затем производят продувку воздуха с помощью вентилятора 1 и открывают подачу газа в камеру 2 по трубке 3. Элементы автоматики (не показаны) обеспечивают розжиг газовоздушной смеси на поверхности сетки 6 горелки, которая производит равномерный нагрев по всему сечению камеры сгорания на расстоянии H до первой оребренной трубы 9 теплообменника. Вода, пройдя оребренные трубы теплообменника, нагревается и поступает в сеть теплоснабжения.The inventive boiler is as follows. To get started, water is circulated in the heat exchanger, then air is purged using fan 1 and the gas supply to chamber 2 is opened via tube 3. Automation elements (not shown) provide ignition of the gas-air mixture on the surface of the burner grid 6, which produces uniform heating throughout the cross section of the combustion chamber at a distance H to the first finned tube 9 of the heat exchanger. Water passing through the finned heat exchanger tubes heats up and enters the heat supply network.

Собственными исследованиями заявителя установлено, что установка сетки из термостойкого материала с высокотемпературным покрытием на горелку поверхностного горения при условии, что верхний ряд оребренных труб теплообменника размещен на расчетном расстоянии H от сетки, приводит к повышению эффективности котлов такой конструкции до 96-98%. Установлено также снижение шумности котлов заявляемой конструкции за счет замены керамических пластин горелки на сетку и установленного расстояния от сетки до верхнего ряда оребренных труб теплообменника, позволяющих уменьшить скорость подачи газовоздушной смеси. При исследовании использован шумомер модели Testo 816, г. Москва. Кроме того, неожиданно проявился эффект снижения температуры отходящих газов до 60-70 градусов Цельсия и увеличение срока службы котлов с увеличенным расстоянием верхней оребренной трубы теплообменника от сетки горелки, предположительно за счет исключения возникновения коррозионнно агрессивных соединений серы (из-за неполного ранее сгорания газа и сравнительно высокой температуры отходящих газов) с водой из образующегося конденсата. Эффект снижения температуры зафиксирован соответствующими измерениями, а увеличение срока службы котлов подтверждено заводскими испытаниями.The applicant's own research has established that the installation of a grid of heat-resistant material with a high-temperature coating on a surface burner, provided that the upper row of finned heat exchanger tubes is placed at a calculated distance H from the grid, leads to an increase in the efficiency of boilers of this design up to 96-98%. It was also found that the boilers of the claimed design reduce noise by replacing the ceramic plates of the burner with a grid and the specified distance from the grid to the upper row of finned heat exchanger tubes, which allows to reduce the feed rate of the gas-air mixture. In the study we used a sound level meter model Testo 816, Moscow. In addition, the effect of lowering the temperature of the exhaust gases to 60-70 degrees Celsius and increasing the service life of boilers with an increased distance of the upper finned heat exchanger tube from the burner grid unexpectedly appeared, presumably due to the elimination of the occurrence of corrosive sulfur compounds (due to incomplete gas combustion relatively high temperature of the exhaust gases) with water from the resulting condensate. The effect of temperature reduction is recorded by appropriate measurements, and the increase in the life of the boilers is confirmed by factory tests.

Claims

1. A water boiler containing a preliminary mixture of the air-gas mixture, including a fan for pumping air and a gas supply pipe at the fan outlet, as well as a gas-fired burner installed further downstream of the gas-air mixture, containing at least one perforated metal plate and an element that increases the cross section of flame formation and at the same time reducing the interaction of single flame fronts, located further along the heat flux a chamber formed by finned tubes and a condensate collection compartment located below the heat exchanger, characterized in that a metal knitted mesh made of a heat-resistant material with a high-temperature coating and the first one is used as an element that increases the cross section of flame formation and simultaneously reduces the interaction of single flame fronts location to the burner finned heat exchanger pipe is installed at a calculated distance H from the specified mesh to the pipe surface.

2. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the distance H from the burner grid to the surface of the first pipe is determined by the formula
H = Q _h / Sq _v
where Q _h - hourly heat introduced into the combustion chamber,
S is the cross-sectional area of the combustion chamber,
q _v - thermal stress of the furnace volume.