СТАЛЬНОЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1995 года по МПК F24H1/14 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкции водогрейного стального котла, используемого в теплоснабжении коммунальных, промышленных и сельских объектов.

Известен чугунный водогрейный котел типа "Универсал", используемый в малой энергетике на отопительные нужды и подогрев воды [1], состоящий из двух типов секций: из двух крайних и тридцати шести средних с топочной камерой, находящейся непосредственно под котлом, оснащенной подщелевыми горелками без принудительной подачи воздуха.

Недостатками известной конструкции котла являются неэффективное использование газообразного топлива из-за отсутствия экранированной топки, конструкции горелочного устройства, которое обеспечивает сжигание природного газа с избытком воздуха α> 1,15 (где α- коэффициент избытка воздуха); отсутствие конвективной части котла приводит к низкому КПД котла, порядка 70% . Аналог характеризуется также большой металлоемкостью на единицу отпущенной тепловой энергии. Кроме того, такие котлы требуют больших затрат на монтаж и обмуровку, имеют значительные габариты. Малая надежность таких котлов обусловлена и материалом для их изготовления - чугуном.

Известен также стальной водогрейный котел НР-18 [1], состоящий из двадцати четырех трубных секций, соединенных между собой коллекторами общей площадью 40 м². Трубы, обращенные в топку, образуют боковые экраны, а трубы, расположенные за боковыми экранами, образуют конвективную часть котла, кирпичная перегородка отделяет топку от конвективного газохода. Продукты сгорания из топки, огибая перегородку, продольно омывают трубы конвективной части котла.

Недостатками известной конструкции котла НР-18 являются малая поверхность экранной части котла, которая расположена над топочной камерой, что обеспечивает малый теплосъем в топочной камере котла, а продукты сгорания, продольно омывая конвективную часть котла, неэффективно срабатывают тепловой поток, что приводит к высокой температуре отходящих газов за котлом; КПД таких котлов находится в пределах 65-70%.

Наиболее близким техническим решением из известных общедоступных источников информации к предложенному устpойству является стальной водогрейный котел [2], содержащий топочную камеру с передним, задним, подовым, потолочным и боковыми экранами, соединенными с распределительными коллекторами, причем боковые экраны выполнены из горизонтальных труб.

Недостатками прототипа являются недостаточный съем тепла в топочной камере из-за того, что излучение факела горелочного устройства, например горелки, приходится на один задний экран, который менее высоты котла, т.е. из-за неполной степени экранирования топочной камеры, наличия части необогреваемых внешних коллекторов, расположенных позади заднего экрана, вынесенного за пределы топочной камеры, защищенных обмуровкой, высокого гидравлического сопротивления котла, что вызывает в конечном итоге в целом повышенный расход топлива и тем самым снижает КПД котла и надежность его эксплуатации, наличие большого числа связывающих экранные поверхности коллекторов, что приводит к большим трудозатратам по изготовлению котла-прототипа, его металлоемкости, усложнению конструкции.

Цель изобретения - повышение КПД котла за счет увеличения съема тепла в топочной камере котла и обогрева всех коллекторов котла.

Цель достигается тем, что стальной водогрейный котел, содержащий топочную камеру с передним, задним, потолочным, подовым и боковыми экранами, соединенными с распределительными коллекторами, в котором боковые экраны выполнены из горизонтальных труб, включает задний экран топочной камеры, состоящий из внешнего и внутреннего рядов, первый из которых выполнен из горизонтальных труб, а внутренний ряд, потолочный, передний и подовый экраны - из вертикальных труб, при этом трубы внешнего ряда соединены с трубами боковых экранов и с распределительным коллектором, установленным вертикально по центру упомянутого ряда.

На чертеже представлен котел с экономайзером и устройством для подачи топлива, общий вид.

Предлагаемый стальной водогрейный котел содержит топочную камеру 1 с передним 2, задним внутренним 3 и внешним 4, потолочным 5, подовым 6 и боковыми 7 (второй боковой на чертеже не показан) экранами, соединенными с распределительными вертикальными 8 (на фиг. показан один из них) и горизонтальными 9, 10 коллекторами. Передний 2, потолочный 5, внутренний задний 3 и подовый 6 экраны состоят из вертикальных экранных труб (на чертеже не обозначены), соединяясь с горизонтальными коллекторами 9, 10, один из которых 9 является коллектором по выходу воды из котла. Боковые экраны 7 выполнены из горизонтальных экранных труб (на чертеже не обозначены), которые соединены с внешним горизонтальным рядом труб заднего экрана 4 и распределительным коллектором 11, установленным вертикально по центру внешнего ряда заднего экрана 4. Горизонтальные коллекторы 9, 10 соединены с горизонтальными экранными трубами (на чертеже не обозначены) котла. Соединение вертикальных коллекторов 8 с горизонтальным коллектором 10 произведено перепускными трубами (на чертеже не показаны), которые являются внутренними трубами переднего экрана 2.

Котел имеет пять коллекторов: горизонтальные 9, 10; вертикальные - два 8 и 11, при этом использован блочный принцип построения котла: один экранный блок с горизонтальными коллекторами 9, 10 расположен внутри внешнего экранного блока с вертикальными коллекторами - два 8 и 11, ограничивающий подовый 6, задний вертикальный внутренний 3, потолочный 5, передний 2 экраны с боков и сзади. Котел снабжен экономайзером 12 с входным патрубком 13 теплоносителя и устройством 14 для подачи топлива с принудительной подачей воздуха (на чертеже не показано). Между котлом и экономайзером 12 расположена газовая направляющая перегородка 15. Снаружи котел закрыт обмуровкой (на чертеже не показана). Стальной водогрейный котел работает следующим образом.

Нагреваемый теплоноситель из экономайзера 12 поступает в распределительный коллектор 11 котла, откуда распределяется по внешнему горизонтальному ряду труб заднего экрана 4 и боковым горизонтальным экранным трубам к двум вертикальным коллекторам 8, находящимся в передней части котла. Из вертикальных коллекторов 8 по перепускным трубам, являющимся внутренними трубами переднего экрана 2, теплоноситель поступает в нижний горизонтальный коллектор 10. Из нижнего горизонтального коллектора 10 теплоноситель поступает последовательно в подовый 6, внутренний вертикальный ряд труб заднего экрана 3, потолочный экран 5, передний экран 2, который соединен с горизонтальным коллектором 9. Из горизонтального коллектора 9 теплоноситель поступает к потребителю.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом и другими известными аналогами выражается в повышении КПД котла не менее чем на 2%. КПД предлагаемого котла без экономайзера составляет 80% , а с экономайзером - 92% за счет увеличения съема тепла в топочной камере котла и обогрева всех коллекторов котла, а также перепускных труб, достигаемых вследствие конструктивных особенностей котла.

Кроме того, предлагаемое изобретение характеризуется меньшей металлоемкостью при изготовлении, так как имеет меньшее количество коллекторов, а также упрощением конструкции и сборки за счет блочного принципа изготовления; котел имеет также незначительное гидравлическое сопротивление, что повышает надежность и длительность его функционирования.

Использование: в теплоэнергетике, в частности в конструкциях водогрейных котлов. Сущность изобретения: стальной водогрейный котел содержит топочную камеру с передним, задним, потолочным, подовым и боковыми экранами, соединенными с распределительными коллекторами. Задний экран состоит из внутреннего и внешнего рядов. Боковые экраны и внешний ряд заднего экрана выполнены из горизонтальных труб. Внутренний ряд, потолочный, подовый и передний экраны выполнены из вертикальных труб. Распределительный коллектор установлен вертикально и расположен по центру внешнего ряда заднего экрана. 1 ил.

СТАЛЬНОЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ, содержащий топочную камеру с передним, задним, потолочным, подовым и боковыми экранами, соединенными с распределительными коллекторами, причем боковые экраны выполнены из горизонтальных труб, отличающийся тем, что задний экран топочной камеры состоит из внешнего и внутреннего рядов, первый из которых выполнен из горизонтальных труб, а последний ряд, потолочный, передний и подовый экраны - из вертикальных труб, при этом трубы внешнего ряда соединены с трубами боковых экранов и с распределительным коллектором, установленным вертикально и расположенным по центру упомянутого ряда.