invention
Fédération de Russie Patent RU2196933

Chaudière de chauffage de l'eau

Chaudière de chauffage de l'eau

Nom de l'inventeur:. Kirillov VA; Kuzin NA. AV Kulikov. BN Loukianov. Onufriev IA. AN Miller. Popov AI. Andreev SN. Mitenkov EB. D. Levin
Le nom du titulaire du brevet: Institute of Catalysis. GKBoreskov RAS SB; Open Joint Stock Company "Meter"
Adresse de correspondance: 630090, Novosibirsk, Lavrentiev, 5, Institut de Catalyse .. GK Boreskov, département des brevets, T.D.Yudinoy
Date de début du brevet: 06.03.2001

L'invention concerne l'énergie, une technique permettant de produire de l'énergie thermique au moyen d'éléments chauffants catalytiques fonctionnant sur le principe de l'oxydation sans flamme du gaz naturel, et peut être utilisé pour le chauffage indépendant de l'eau et de l'année de l'eau chaude sanitaire et des locaux industriels. La conception de la chaudière qui comprend une unité de chauffage qui comprend un élément de chauffage catalytique ayant une forme cylindrique tubulaire ou de forme ovale et la structure tubulaire prolongement qui sert de deux tasses d'une couche de catalyseur disposée sur la surface de la structure tubulaire et la coupelle et réalisé sous forme de rubans renforcés plates et ondulées perméables au gaz et enroulée avec une structure tubulaire et des verres frittés, avec des espaces entre les spires pour former un mélange gaz-canaux entre les courroies. Le catalyseur est un matériau poreux renforcé par des fibres , comprenant comme ingrédients actifs CO 4 CO 3, CuO, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, les métaux du groupe VIII fixés sur des supports métalliques à l' aide de Ti-Al alliage Ni- al, Ni-Cr, du Ti-Si. L'invention crée une chaudière qui utilise la chaleur pour produire le principe de l'oxydation catalytique fournit l'oxydation propre de gaz d'hydrocarbures.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne l' énergie, une technique permettant de produire de l' énergie thermique au moyen d'éléments chauffants catalytiques fonctionnant sur le principe de l'oxydation sans flamme du gaz naturel, et peut être utilisé pour le chauffage indépendant de l' eau et de l' année de l' eau chaude sanitaire et des locaux industriels.

Il est connu que les chaudières à gaz avec flamme du brûleur traditionnel est utilisé pour le chauffage des locaux avec l'aide de chauffage à eau chaude [MB Ravitch, "gaz et de l'efficacité de son utilisation dans l'économie nationale." La maison d'édition "Nedra", 1987, s.238]. Ménage de gaz unités de chauffage de type à circulation forcée AKGV-23,2-1 (foyer de gaz de l' unité combinée avec un circuit d'eau, "Zhukovsky JSC usine de construction mécanique") ont un circuit d'eau pour chauffer la pièce 140-1200 m 2, un circuit de dérivation pour le système d'alimentation en eau chaude soutenir la température de consigne dans une pièce équipée d'unité de commande électronique automatique qui assure le contrôle de la sécurité et de la chaudière, sont placés dans une partie isolée de la maison. Les données d'émission ne sont pas disponibles.

chaudières familiales "Sibérie" (CGC-29-06 / E "Sibérie", l'énergie thermique - 29 kW, GSC-19,8-4 / E "Siberian-M" 19,8 kW, CGC-10-15 / E. "Siberian-H" 10 kW. GSC-29-08 / E "Siberian-2", 29 kW, ZAO "Sibgazpribor") chauffer la pièce à circulation forcée d'eau chaude de 100 à 300 2 sont des unités de contrôle électroniques traditionnels et de permettre mur ou l'emplacement au sol avec un robinet de gaz d'échappement sur les lieux. Centre de chaleur dans l'ensemble de combustion est un brûleur à injection standard, équipé d'automatisation thermique. Les gaz d'échappement contiennent: CO 119 mg / m 3, NO x 144 mg / m 3. L'inconvénient de ces chaudières sont des concentrations élevées d'émissions nocives et que le prix relativement faible par rapport aux entreprises étrangères fournissent leurs ventes.

La société "Vaillant" (Allemagne) produit toutes sortes de chaudières sur la base d'un brûleurs atmosphériques à un ou deux étages avec des tiges de chaleur en céramique en trois versions différentes: international, Allemagne, Europe de l'Est [Liste de prix 2000 Partie 1, Partie 2 ]. La chaudière à condensation à gaz VU murale 506 E (efficacité de 109%, nominal plage de puissance 13,8-46,0 KW) est de £ 20 mg NOx / kWh (41 mg / m 3). Chaudières à gaz VK INT KLASSIK 15 / Kl EH ... 45 / K-1 FR (20,9-47,3 kW, poids 120-195 kg) sont dans les gaz résiduaires Nox £ 70 mg / kWh (59, 5 mg / m3). Chaudières à deux étages brûleur atmosphérique VK 60 / 7-2EH ... 156 / 7-2EN (20,9-47,3 kW, rendement 93%), les chaudières VKO 22 / 3-70 / 3 (17 , 0-70,0 kW, rendement 94%) et de gaz de chauffe-eau capacitifs VGH 130 / 5x2 et sont en NOx des gaz de combustion de £ 80 mg / kWh (165 mg / m 3). Comme on peut le voir à partir de la société cotée "Vaillant", ces chaudières ont les mêmes inconvénients que les émissions que les chaudières et discutées ci-dessus.

chaudières automatiques à charnières entreprises Buderus (République tchèque), Lamborgini (Italie) d'une capacité allant jusqu'à 25 kW (efficacité 94-95%) ont des valeurs similaires pour les émissions, ainsi que des chaudières considérées comme des entreprises allemandes. ferme "Protherm" Pour des raisons environnementales (République tchèque), qui produit relativement léger (70 kg), les chaudières (50 kW) pour équiper les chambres mini-chaudière au sous-sol ou sur les toits, en utilisant une cascade de plusieurs appareils. chaudières en cascade permettent de se déconnecter du chauffage urbain, la réduction de 20-50% la consommation de gaz, mais la suppression de NOx et de CO problème ne sont pas résolus.

Le principal inconvénient de toutes les chaudières de la ci - dessus est l'utilisation d'entre eux l' un des six brûleurs types: 1) le brûleur atmosphérique traditionnelle (émissions de CO £ 35 ppm, NOx £ 320 ppm), 2) un brûleur simple répartie (25 SB £ ppm, NOx £ 250 ppm) 3) brûleur avec ventilation suralimenté (CO £ 20 ppm, NOx £ 185 ppm), 4) optimiser l'allocation du brûleur (18 SB £ ppm, NOx £ 170 ppm), 5) le brûleur à prémélange total (CO £ 15 ppm, NOx £ 110 ppm), 6) brûleur avec ventilation et pressurisation cylindre (surface sphérique) de combustion (10 SB £ ppm, NOx £ 60 ppm) [TB Jannemann. Le développement des brûleurs atmosphériques par rapport aux émissions des restrictions croissantes. Dans: Actes de la première Conférence européenne sur les petits brûleurs Technologie et matériel de chauffage. Zurich, Septembre 25-26, 1996, v. 1, p. 23-34].

La société "Viessman" (Allemagne) produit une large gamme de chaudières à gaz avec des combustibles liquides ou gazeux comme les brûleurs atmosphériques traditionnels, et Matrix radiatif compact [Vitotec Liste de prix 2000 GUS Viessman]. Basse température chaudières à eau chaude "Vitogas-100" avec une plage de puissance nominale 11-60, 72-144 kW, ont un chauffage par temps compensé efficacité moyenne en mode économie à 92%, muni d'un brûleur atmosphérique à prémélange et on a laissé les émissions de NOx J: 50 mg / kWh (103 mg / m 3), CO £ 10 mg / kWh (4,8 mg / m 3). Chaudières à gaz "Vitola 100. ..200" (15-63 kW), "Vitorond 200" (15-33 kW), "Vitopend 100" (10,5-24 kW), chaudière à gaz de chauffage "la Vitodens 100" ( 8-18 kW) sont la torche régulation refroidi à l'eau modulée de mélange ou le brûleur infrarouge (acier inoxydable radiateur), avec des émissions inférieures au niveau de l'attribution de la norme environnementale "Blue angel". En raison de l'utilisation de la chaleur latente de condensation d'efficacité standard chaudière augmente jusqu'à 106%. Les chaudières murales sont utilisées matrice Eurola modulée du brûleur à rayonnement catalytique pour assurer la teneur en oxydes d'azote NOx et de carbone £ 9 mg / kWh (18,5 mg / m 3), CO £ 17 mg / kWh (8,2 mg / m 3) [Ein echter Heizkessel fur die Wand extrem schadstoffarm durch Matrix-Strahlungsbrenner. "Viessman" chaudière publicité de l'entreprise Eurola]. La gamme de contrôle de la puissance maximale de 1: 2,25, le poids de la chaudière par kilowatt de puissance générée est d'environ 3-5 kg ​​/ kW.

Chaudière Eurola-kat, choisi comme prototype, avec un brûleur catalytique à matrice en couches et la surface chauffante sphérique en acier inoxydable, est due à l'étape de condensation. N. D. 108%. Le volume de l'eau de circuit de 30 L pour compenser les fluctuations dans le fluide de refroidissement chauffé. Il est équipé de l'unité de commande électronique intègre avec le système diagnostic. Pour l'espace utilisation de chauffage seulement 8-11 kW, pour le chauffage de l'eau potable à 24 kW. Dimensions 415 · 560 · 900 mm. Malgré le niveau élevé d'automatisation et de haute efficacité chaudières de société "Viessman", la présence d'émissions inévitables d'oxydes d'azote, les brûleurs atmosphériques inhérentes, imposent des restrictions environnementales sur leur utilisation à l'intérieur.

L'invention résout le problème de la création d'une capacité de la chaudière de 25 kW, dans lequel la teneur en CO des gaz de combustion inférieure à 10 ppm, de méthane inférieure à 30 ppm, pas d'oxydes d'azote.

Le problème est résolu par la création d'une chaudière de conception SCC-25 (catalyseur 25 chaudière kW gaz) contenant l'image, qui loge l'ensemble de la clé de montage de la chaudière: l'unité de chauffage comprenant un brûleur catalytique, l'échangeur de chaleur, une unité d'allumage; et une unité de modes de système de contrôle de la chaudière de commande. Comme brûleur contient un élément de chauffage catalytique comprenant une structure tubulaire d'une forme cylindrique ou ovale et deux coupelle servant de prolongement de la structure tubulaire, avec une couche de catalyseur disposée sur la surface de la structure tubulaire et des verres, un dispositif de distribution de gaz avec un mélange de gaz d'alimentation du noeud, l'espace d'entrée et de sortie l'eau de refroidissement.

Le catalyseur dans l'élément de chauffage catalytique est réalisé sous forme de bandes renforcées planes et ondulées perméables au gaz enroulées et fritté avec la structure et les verres tubulaire, avec des espaces entre les spires pour former un mélange gaz-canaux entre les bandes, la couche de catalyseur externe a une taille de ondulation supérieure à la taille critique du canal pour la pénétration de la flamme couche intérieure la largeur de catalyseur du lit de catalyseur dans un élément de chauffage catalytique est supérieure à la largeur de la largeur de la structure tubulaire coupelle déclenchée par contact thermique avec le lit de catalyseur.

Dispositif de distribution de gaz dans un élément de chauffage catalytique comprend un ou plusieurs tubes de distribution de gaz perforée avec des perforations ayant un diamètre inférieur au diamètre critique pour la pénétration de la flamme dans le tube de distribution de gaz, et les jets de diviseur émanant des perforations. Structure tubulaire dans un élément de chauffage catalytique est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire refroidi à l'eau. En tant que catalyseur dans un élément de chauffage catalytique en utilisant un matériau poreux renforcé contenant, comme composants actifs de Co 3 O 4, CuO, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, de métaux du groupe VIII fixé à des supports métalliques en utilisant des alliages Ti-Al, Ni-Al. Ni-Cr, du Ti-Si.

L'utilisation de carburant de gaz naturel, le propane-butane mélange, une raffinerie de gaz d'échappement, la panne de gaz, et d'autres.

Chaudière de chauffage de l'eau

Chaudière SCC-25 (1) est conçu comme un cadre 1 auquel sont attachés toute l'assemblée clé de la chaudière:

  • Unité de chauffage 2, qui se compose d'un élément de chauffage catalytique 25 kW de puissance nominale (2), un ensemble de ventilation de l'échangeur de chaleur d'allumage et de contrôle de la flamme unité;

  • télécommande 3;

  • Vase d'expansion;

  • manostat;

  • charger l'unité d'air 4;

  • l'électrovanne 5;

  • automatique vanne à trois voies 6;

  • Index "Pressure" 7;

  • Index "Température" 8;

  • vanne automatique de purge,

  • soupape de gaz 9;

  • limiter le capteur de pression;

  • la surchauffe de l'eau de chauffage du capteur;

  • capteur de température;

  • capteur de température;

  • robinet maquette;

  • Soupape de sécurité;

  • Service échangeur de chaleur de l'eau 10;

  • pompe de circulation 11;

  • la tuyauterie 12;

  • mur à gauche, à droite et avant 13;

  • la paroi avant 14;

  • 15 fenêtre de visualisation.

Fig. 2. représenté élément de chauffage catalytique, qui est une forme cylindrique ou de forme tubulaire ovale constitué de type anneau tubulaire échangeur de chaleur 1, qui est situé à l'intérieur d'un dispositif de distribution de gaz qui constitue un ou plusieurs tuyaux perforés 2, dans lequel le mélange de gaz est alimenté. Autour de la canalisation de distribution de gaz pour une meilleure distribution du gaz et de suppression de la vitesse d'écoulement du trou de jet est situé à 4 diviseur 3. Catalyseur 5 sous la forme de bandes plates et ondulées 6 est enroulé sur l'échangeur de chaleur à tube 1 et fritte avec eux. Le lit de catalyseur est supérieure à la largeur de l'échangeur de chaleur tubulaire sur la valeur des verres, déclenchée par la chaleur de l'échangeur de chaleur 8 collecteurs. Pour l'alimentation en eau froide du robinet et on chauffe le dispositif est équipé de connexions 10 et 9 respectivement. Pour améliorer les caractéristiques dynamiques de la couche catalytique extérieure de l'élément chauffant 11 est plus grande que la taille critique de la taille de canal convoluté pour pénétrer dans la structure poreuse de la flamme.

Il est prévu que la chaudière doit fonctionner en deux modes: "Hiver" et "Summer". Dans la chaudière "Summer" permet à l'utilisateur que la technique de l'eau chaude, et dans le "Hiver" - eau de chauffage. Circuit de travail de la chaudière représentée sur la Fig. 3. Après le raccordement du tuyau d'échappement de la conduite, la connexion des batteries de chauffage et de remplir l'eau du circuit de chauffage (pH 7 J, doux), rejoignant le gazoduc et de l' eau de service de l' autoroute, la fourniture de la chaudière électrique SCC-25 est prêt à fonctionner.

Chaudière de chauffage de l'eau

Lorsque vous allumez la chaudière réglez le commutateur sur "1" - "0" à "1" vient l'unité d'auto-test à l'unité de contrôle automatique et vérifier l'état de la chaudière, puis dans le cas d'un résultat positif sur la vérification de l'affichage de l'appareil est affiché l'inscription: "Tout est OK, vous pouvez activer" .

Après avoir appuyé sur "Start" unité de commande automatique de la ventilation du ventilateur est 2 et stimuler ventilateur 8, étincelle électrique d'allumage 15 pilote de combustion 7, une pompe de circulation 10 et ouvre l'électrovanne brûleur pilote 14 Une fois qu'il est établi au moyen d'une présence ionisation capteur de flamme durable flamme au brûleur de veilleuse 5 à travers l'unité de commande ouvre la vanne de gaz principale et le modulateur de soupape à gaz 9. le gaz est introduit dans la chambre de mélange et le noeud d'assistance mis à feu à la surface 25 CSEO 4. Simultanément, une tension élevée est retirée des électrodes d'allumage. 15 secondes après l'introduction du mélange à 25 CSEO désactivé électrovanne, l'alimentation en gaz vers le brûleur pilote est arrêté. CSEO température de surface pour la température de 25-300 monte à 500 ° C, après quoi débute le processus de gaz d'oxydation catalytique. CSEO est chauffé à la température de fonctionnement 750-850 o C commence évalué le fonctionnement de la chaudière. En sortant de la chaudière SCC-25 au mode de fonctionnement dans l'affichage de l'information apparaît sur la température à la surface de la NEC-25.

Après activation de la pompe de circulation 10 de l' eau à partir du système de chauffage rempli sous une pression de 1,5-2,0 kg / cm2 est introduit dans l'échangeur de chaleur refroidi à l' eau intérieure CSEO puis dans l'échangeur de chaleur de préchauffage 27, puis dans la chaudière à travers l'échangeur thermique 3 et la vanne à trois voies 16 et un conduit 21 dans le système de chauffage et est renvoyé par la ligne 25 de retour dans l'échangeur de chaleur refroidi à l'eau intérieure NEC-25. Les gaz d'échappement résultant sont aspirés ventilateur 2 et retirés des locaux à travers le conduit axial 28.

L'alimentation en air dans la chambre de mélange est réalisé l'assemblage du ventilateur de mélange et de pompage 8 au conduit axial de l'environnement possible air restant dans la chaudière poussé à travers le fonctionnement de la valve pompe de purge 6. La chaudière a construit dans le vase d'expansion avec membrane 5 avec un volume nominal de 10 litres. D'eau chaude sanitaire ouvre l'alimentation en eau du réseau par l'intermédiaire de la conduite 22, avec vanne 16 par l'intermédiaire de commutateurs de l'alimentation en eau vers le système de chauffage et est introduit dans le dispositif de chauffage d'eau sanitaire 18. Procédé eau passant à travers le serpentin est chauffé et alimenté par le conduit 23 au consommateur. Contrôle de la chaudière et de sécurité fournit un système numérique, qui repose sur une et assure la connectivité et du traitement de la sonde à microcontrôleur: manostat 1 (présence capteur capot), la pression de l'eau dans le système de chauffage, la disponibilité du débit d'eau, la flamme à la NEC température de la température du brûleur pilote l'eau de chauffage. système numérique permet la connexion et de contrôle des actionneurs: Solenoid brûleur pilote, étincelle électrique d'allumage du brûleur pilote, vanne de gaz, la vanne de gaz de modulateur de débit de gaz, ventilateur d'injection dans la chambre de mélange.

Déconnecter la chaudière SCC-25 est fait en appuyant sur le bouton "Off" sur la commande de la chaudière. Cela désactive la vanne de gaz qui coupe l'alimentation en gaz au mélangeur, NEC-25 commence à se refroidir. Dans les 5 minutes, continuer à faire fonctionner l'appareil d'air de suralimentation, unité de ventilation et une pompe centrifuge qui protège le NEC-25 de la destruction. Sur le panneau de commande du tableau d'affichage, le message «Il y a une chaudière à gaz off" et si tous les nœuds correspondent à leurs besoins, le message "Tout est OK, vous pouvez désactiver." Selon ce rapport, la chaudière SCC-25 est mis hors tension, réglez le commutateur sur "1" - "0" à "0".

Pour tous les modes de fonctionnement en cas de dépassement des paramètres de la chaudière critiques: CSEO-25 température supérieure à 880 ° C ou inférieure à 550 ° C, la pression de l' eau de chauffage est inférieure à la normale, le refus des unités de ventilation, système de contrôle de pressurisation éteint le gaz allumé "Crash" est affiché sur le affichage à cristaux liquides, un message sur la cause de l'arrêt d'urgence.

Chaudière SCC-25 est faite dans le mur monté.

Exemple 1. Le gaz de la chaudière catalytique SCC-25 a des dimensions globales:

- Hauteur - 1290;

- Largeur - 567;

- Longueur - 730.

Poids de la chaudière, kg, pas plus de 70.

Sur la chaudière SCC-25 est fourni composition du gaz naturel (% vol.): 97,46 méthane, l'éthane 1.11 propane 0,37 dizobutan 0,06 0,06 butane, pentane 0,02. Débit nominal (Nm 3 / h) de gaz 2,46; Air 27,06, 29,52 mélange de gaz; eau de chauffage 0,48 Pression: mélange de gaz à l'entrée de la chaudière 1-2000 Pa; l'eau contenue dans le système de chauffage de 1,8 kg / cm 2. Le volume d'eau dans le système de chauffage 130 ± 10 g.

Par conséquent, la chaudière est obtenu:

- Time-to-nominale Mode, sec - 290;

- Puissance nominale en kW - 25 ± 2,5;

- La température de surface de chauffage NEC-25 ° C - 750-830;

- Température de l' eau de chauffage, o C - 90-95;

- La performance de l'eau de procédé de chauffage, l / min, min

- En chauffant à 25, o C - 12;

- Pendant le chauffage à 35, o C - 9;

- La teneur dans le gaz d'échappement, en ppm

- Le monoxyde de carbone - 2,51;

- Méthane - 11.12;

- Non - oxydes d'azote.

L'invention crée une capacité de la chaudière de 10 à 100 kW, en utilisant le principe de la chaleur pour l'oxydation catalytique du gaz naturel, et d'autres gaz d'hydrocarbures. l'oxydation de la chaudière fournit des hydrocarbures gazeux propre de telle sorte que la teneur en CO dans les gaz d'échappement correspond à une concentration non supérieure à 10 ppm, de méthane - pas plus de 30 ppm, en l'absence d'oxydes d'azote.

L'invention peut être utilisée pour le chauffage de l'eau chaude et de l'eau chaude des locaux année résidentiels et industriels.

REVENDICATIONS

1. Chaudière comprenant un bâti qui loge l'unité de chauffage comprenant un brûleur catalytique, un échangeur de chaleur, l'unité d'allumage, l'unité de commande et les modes de fonctionnement du système de commande de la chaudière, caractérisé en ce qu 'il contient comme élément de chauffage à brûleur catalytique comprenant une forme cylindrique tubulaire, ou ovale et deux coupelle servant de prolongement de la structure tubulaire avec une couche de catalyseur disposée sur la surface de la forme tubulaire et la coupelle, un dispositif de distribution de gaz avec le noeud du mélange gazeux d'alimentation, l'espace de l'eau de refroidissement d'entrée et de sortie.

2. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce que le catalyseur dans l'élément de chauffage catalytique est réalisé sous forme de bandes renforcées planes et ondulées perméables aux gaz et enroulé avec une structure et des verres tubulaire fritté, avec des espaces entre les spires pour former un mélange gaz-canaux entre les courroies.

3. Chaudière selon les revendications. 1 et 2, caractérisé en ce que la couche extérieure du catalyseur est supérieure à la taille critique de la taille de canal convoluté pour la pénétration dans la flamme de la couche de catalyseur.

4. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce que la largeur du lit de catalyseur dans un élément de chauffage catalytique est supérieure à la largeur de la largeur de la structure tubulaire coupelle déclenchée par contact thermique avec le lit de catalyseur.

5. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce que le dispositif de distribution de gaz dans un élément de chauffage catalytique comprend un ou plusieurs tubes de distribution de gaz perforée avec des perforations ayant un diamètre inférieur au diamètre critique pour la pénétration de la flamme dans le tube de distribution de gaz et un diviseur jets issus des perforations.

6. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce que la structure tubulaire dans un élément de chauffage catalytique est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire refroidi à l'eau.

7. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce qu 'en tant que catalyseur dans un élément de chauffage catalytique renforcé avec un matériau poreux est utilisé, comprenant , comme composants actifs de Co 3 O 4, CuO, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, le métal du groupe VIII fixés sur des supports métalliques , en utilisant les alliages de Ti-Al, Ni-Al, Ni-Cr , du Ti-Si.

8. Chaudière selon la revendication. 1, caractérisée en ce qu 'utilisé comme gaz combustible, mélange propane-butane, de gaz de raffinerie et d'autres gaz torchère.

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Date de publication 25.03.2007gg