ДВУХКОНТУРНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1994 года по МПК F22B7/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в конструкциях малогабаритных котлов, предназначенных в основном для снабжения ферм и кормоприготовительных комплексов паром и горячей водой.

Известны одноконтурные котлы, содержащие цилиндрический корпус с днищами и, расположенные внутри него жаровую камеру и теплообменные трубы.

Недостатком данных котлов является их низкая надежность и экономичность, т. к. на трубах образуется накипь, не поддающаяся очистке, приводящая к пережогу труб и ухудшению теплообмена.

Частично данные недостатки устранены в двухконтурном котле, содержащем цилиндрический корпус с днищами и жаровой камерой, образующей с корпусом замкнутую полость, заполненную жидкостью первого контура нагрева, и теплообменные трубы первого и второго контуров нагрева, последние из которых размещены в упомянутой полости, а также трубопровод питательной воды, патрубки отвода воды или пара и патрубок отвода продуктов сгорания.

Недостатками данного котла являются пониженная экономичность и надежность, вследствие трудности очистки от накипи труб второго контура и низкой эффективности теплообмена в первом контуре нагрева.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в двухконтурном пароводяном котле, содержащем цилиндрический корпус с днищами и жаровой камерой, образующей с корпусом замкнутую полость, заполненную жидкостью первого контура нагрева, и теплообменные трубы первого и второго контуров нагрева, последние из которых размещены в упомянутой полости, а также трубопровод питательной воды, патрубки отвода воды или пара из второго контура и патрубок отвода продуктов сгорания, согласно изобретению, жаровая труба выполнена прямоугольного сечения, а трубы первого контура порядно размещены внутри нее и закреплены в чередующемся порядке в каждой паре противолежащих плоских стенок камеры, причем сама камера и трубы второго контура закреплены в днищах корпуса, а патрубок отвода продуктов сгорания подключен к жаровой камере.

Кроме того:
- корпус может быть установлен вертикально, жаровая камера соосно с ним, трубы второго контура размещены вокруг камеры, а трубы первого контура расположены наклонно к горизонту;
- трубы второго контура могут быть размещены в замкнутой полости преимущественно в ее зонах, где расположены верхние концы труб первого контура;
- корпус может быть размещен горизонтально, а жаровая камера установлена в положении, при котором одна из ее диагоналей расположена в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса;
- корпус может быть размещен с наклоном к горизонту, а жаровая камера установлена в положении, при котором одна из ее диагоналей расположена в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось камеры;
- жаровая камера может быть размещена в нижней части замкнутой полости, а трубы второго контура - в верхней части;
- входной участок жаровой камеры выполнен цилиндрическим, с образованием камеры сгорания и снабжен устройством для сжигания топлива, например, горелкой;
- выходной конец жаровой трубы может быть выполнен цилиндрическим, патрубок отвода продуктов сгорания подключен к прямоугольной части жаровой камеры;
- котел может быть снабжен сухопарником, а трубы второго контура соединены между собой последовательно съемными калачами и подсоединены к сухопарнику, с образованием контура принудительной циркуляции;
- котел может быть снабжен раздающей и собирающей камерами, к которым подключены трубы второго контура;
- трубы второго контура могут быть подключены к раздающей и собирающей камерам при помощи соединительных патрубок и их концы снабжены съемными заглушками;
- раздающая и собирающая камеры могут быть выполнены кольцевыми и примыкают к днищам корпуса и снабжены лючками для чистки труб второго контура;
- внутренняя боковая стенка собирающей камеры может быть образована патрубком отвода продуктов сгорания;
- собирающая камера может быть выполнена в виде сухопарника и соединена с раздающей камерой перепускными трубами, с образованием контура естественной циркуляции, и к ней подключены трубопровод питательной воды и патрубки отвода воды или пара;
- трубопровод питательной воды может проходить через замкнутую полость, а его выходной конец заведен в верхнюю часть собирающей камеры;
- перепускные трубы могут проходить через замкнутую полость;
- питательный трубопровод и перепускные трубы могут быть размещены в зонах замкнутой полости, где расположены нижние концы труб первого контура.

На фиг. 1 изображен котел, продольный разрез (Вариант 1); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -- продольный разрез котла (Вариант 2); на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - продольный разрез котла (Вариант 3); на фиг. 6 - продольный разрез котла (Вариант 4).

Двуконтурный пароводяной котел, содержащий цилиндрический корпус 1 с днищами 2 и 3 и жаровую камеру 4, образующую с корпусом 1 замкнутую полость 5, заполненную жидкостью первого контура нагрева, например, водой, и теплообменные трубы 6 и 7 первого и второго контуров нагрева. Жаровая камера 4 выполнена прямоугольного сечения, преимущественно квадратным, а трубы 6 первого контура размещены внутри нее и закреплены порядно и в чередующемся порядке в каждой паре противолежащих плоских стенках 8 камеры 4. Трубы 7 второго контура нагрева размещены в полости 5 и закреплены также, как и камера 4 в днищах 2 и 3 корпуса 1. Патрубок 9 отвода продуктов сгорания подключен к жаровой камере 4.

Котел может быть снабжен топкой 10. Трубы 7 могут быть соединены между собой последовательно съемными калачами 11 и подсоединены к сухопарнику 12 трубами 13 и 14 с образованием контуpа принудительной циркуляции. Сухопарник 12 снабжен патрубками 15 и 16 отвода пара и воды и трубопроводом 17 подвода питательной воды.

Корпус 1 котла может быть установлен вертикально (см. фиг. 1, 5 и 6), горизонтально или с наклоном к горизонту (см. фиг. 3).

При вертикальном размещении корпуса 1 жаровая камера 4 устанавливается соосно с корпусом 1, трубы 6 первого контура - наклонно к горизонту с углом наклона 5-15^о, а трубы 7 второго контура - вокруг камеры 4, преимущественно в зонах замкнутой полости 5, где расположены верхние концы наклонных труб 6.

При горизонтальном или наклонном к горизонту расположении корпуса 1 жаровая камера 4 установлена на ребро в положении, при котором одна из ее диагоналей располагается в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса 1 (см. фиг. 3). При этом трубы 6 располагаются под углом к вертикали, который, в случае выполнения камеры 4 квадратного сечения равен 45^о. Жаровая камера 4 и трубы 7 могут быть размещены, соответственно, в нижней и верхней частях полости 5.

При использовании котла в качестве утилизатора, жаровая камера снабжена патрубком 18 для ввода горячих газов. Котел может быть снабжен раздающей и собирающей камерами 19 и 20, к которым подсоединены трубы 7. Камеры 19 и 20 могут примыкать, соответственно, к днищам 2 и 3 корпуса 1 и снабжены лючками 21 для чистки труб 7.

Камеры 19 и 20 могут быть выполнены кольцевыми, а внутренняя боковая стенка собирающей камеры образована патрубком 9 отвода продуктов сгорания. Собирающая камера 20 может быть выполнена в виде сухопарника и соединена с раздающей камерой 19 перепускными трубами 22, с образованием контура естественной циркуляции и к ней подключены патрубки 15 и 16 отвода пара и воды и питательная труба 17. Трубопровод питательной воды 17 проходит через полость 5, а его выходной конец 23 заведен в верхнюю часть собирающей камеры 20.

Перепускные трубы 22 могут проходить через полость 5.

Трубопровод 17 и трубы 5 предпочтительно размещать в полость 5 в зонах расположения нижних концов труб 6.

Входной участок 24 и выходной участок 25 жаровой камеры 4 могут быть выполнены цилиндрическими, при этом патрубок 9 отвода продуктов сгорания может быть подключен к прямоугольной части камеры 4, а входной участок 24 оснащается устройством для сжигания топлива 26, образуя камеру сгорания 27. Трубы 7 могут быть подключены к раздающей и собирающей камерам при помощи соединительных труб 28 и снабжены съемными заглушками 29.

Котел работает следующим образом.

Горячие продукты сгорания, полученные от сгорания топлива в топке 10 или в камере сгорания 27 проходят по жаровой камере 4, отдавая свое тепло трубам 6 первого контура нагрева и охлажденные отводятся через патрубок 9 в атмосферу.

Теплом, воспринятым трубами 6, частично испаряется жидкость первого контура нагрева, залитая в замкнутую полость 5, которая в свою очередь нагревает воду второго контура нагрева, проходящую по трубам 7. Процесс нагрева ведется при конденсации паров жидкости. В качестве жидкости первого контура используется конденсат или химочищенная вода. Ввиду того, что в полости 5 теплообмен ведется без массообмена, на трубах 6 накипь не откладывается, и эффективность теплообмена первого контура нагрева в процессе работы котла со стороны жидкости не ухудшается, что позволяет поддерживать КПД котла на первоначальном уровне и избежать перегрева и пережога труб 6, тем самым повышая надежность и экономичность.

Выполнение жаровой камеры 4 прямоугольной формы с размещением внутри нее труб 6 порядно и в двух направлениях позволяет интенсифицировать теплопередачу за счет поперечного омывания труб, что также приводит к повышению экономичности вследствие снижения металлоемкости. Выполнение жаровой камеры 4 прямоугольного сечения не приводит к снижению надежности, т. к. трубы 6 являются для плоских стенок 8 камеры 4 анкерными связями, обеспечивающими прочность камеры 4. Размещение труб 6 наклонно обеспечивает надежное движение жидкости в трубах за счет организации естественной циркуляции жидкости первого контура в полости 5.

Закрепление жаровой камеры 4 и труб 7 в днищах 2 и 3 корпуса 1 повышает надежность котла, т. к. данные элементы являются анкерными связями для плоских днищ 2 и 3. Кроме того, такое решение обеспечивает доступ к трубам 7 и позволяет осуществить их очистку от накипи механическим способом, тем самым интенсифицируя теплообмен и повышая экономичность.

Улучшению теплообмена способствует также размещение труб 7 в зонах полости 5, где расположены верхние концы труб 6, т. е. в тех местах, где образуется наибольшее количество паровой фазы жидкости первого контура.

Размещение трубопровода питательной воды 17 в полости 5 позволяет осуществить предварительный подогрев питательной воды.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1211503, кл. F 22 В 7/12, опубл. 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1508046, кл. F 22 В 7/00, опубл. 1986.

Использование: в конструкциях малогабаритных котлов для снабжения ферм и кормозаготовительных комплексов паром и горячей водой. Сущность изобретения: котел снабжен цилиндрическим корпусом 1 с днищами 2 и 3, в которых закреплены жаровая камера 4 прямоугольного сечения и трубы 7 второго контура нагрева. Трубы 6 первого нагрева размещены внутри жаровой камеры 4 и закреплены в чередующемся порядке в каждой паре противолежащих плоских стенок 8 камеры. При этом патрубок 9 отвода продуктов сгорания подключен к жаровой камере 4, что интенсифицирует теплопередачу в первом и во втором контурах нагрева, а за счет поперечного смывания труб 6 и возможности чистки труб 7 достигается повышение прочности т. к. камера 4 и трубы 7 являются анкерными связями для днищ 2 и 3 корпуса, а трубы 6 - анкерными связями для стенок 8 камеры 4. 16 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ДВУХКОНТУРНЫЙ КОТЕЛ, содержащий цилиндрический корпус с днищами и жаровой камерой, образующей с корпусом замкнутую полость, заполненную жидкостью первого контура нагрева, и теплообменные трубы первого и второго контуров нагрева, последние из которых размещены в упомянутой полости, а также трубопровод питательной воды, патрубки отвода пара или воды из второго контура и патрубок отвода продуктов сгорания, отличающийся тем, что жаровая камера выполнена прямоугольного сечения, а трубы первого контура порядно размещены внутри нее и закреплены в чередующемся порядке в каждой паре противолежащих плоских стенок камеры, причем камера и трубы второго контура закреплены в днищах корпуса, а патрубок отвода продуктов сгорания подключен к жаровой камере. 2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что корпус установлен вертикально, жаровая камера - соосно с ним, трубы второго контура размещены вокруг камеры, а трубы первого контура расположены наклонно к горизонту. 3. Котел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что трубы второго контура размещены в замкнутой полости, преимущественно в зонах расположения верхних концов труб первого контура. 4. Котел по п. 1, отличающийся тем, что корпус размещен горизонтально, а жаровая камера установлена в положении, при котором одна из ее диагоналей расположена в вертикальной плоскости, проходящей через ее продольную ось. 5. Котел по п. 1, отличающийся тем, что корпус размещен с наклоном к горизонту, а жаровая камера установлена в положении, при котором одна из ее диагоналей расположена в вертикальной плоскости, проходящей через ее продольную ось. 6. Котел по пп. 1, 4 и 5, отличающийся тем, что жаровая камера размещена в нижней части замкнутой полости, а трубы второго контура - в верхней части. 7. Котел по п. 1, отличающийся тем, что входной участок жаровой камеры выполнен цилиндрическим с образованием камеры сгорания и снабжен устройством для сжигания топлива, например горелкой. 8. Котел по п. 1, отличающийся тем, что выходной конец жаровой трубы выполнен цилиндрическим, а патрубок отвода продуктов сгорания подключен к прямоугольной части жаровой камеры. 9. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сухопарник, а трубы второго контура соединены между собой последовательно съемными калачами и подсоединены к сухопарнику с образованием контура принудительной циркуляции. 10. Котел по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит раздающую и собирающую камеры, к которым подключены трубы второго контура. 11. Котел по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что трубы второго контура подключены к раздающей и собирающей камерам при помощи соединительных патрубков и их концы снабжены съемными заглушками. 12. Котел по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что раздающая и собирающая камеры выполнены кольцевыми, установлены с примыканием к днищам корпуса и снабжены лючками для чистки труб второго контура. 13. Котел по пп. 1, 10 и 12, отличающийся тем, что внутренняя боковая стенка собирающей камеры образована патрубком отвода продуктов сгорания. 14. Котел по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что собирающая камера выполнена в виде сухопарника и соединена с раздающей камерой перепускными трубами с образованием контура естественной циркуляции, и к ней подключены трубопровод питательной воды и патрубки отвода воды или пара. 15. Котел по пп. 1 и 14, отличающийся тем, что трубопровод питательной воды пропущен через замкнутую полость, а его выходной конец заведен в верхнюю часть собирающей камеры. 16. Котел по пп. 1 и 14, отличающийся тем, что перепускные трубы пропущены через замкнутую полость. 17. Котел по пп. 1, 3, 15 и 16, отличающийся тем, что питательный трубопровод и перепускные трубы размещены в замкнутой полости в зоне расположения нижних концов труб первого контура.