ГОРИЗОНТАЛЬНО-ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1996 года по МПК F24H1/40 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в отопительных котлах.

Известен водогрейный котел Наделяева, имеющий радиационные П-образные панели с охватом по периметру топочной камеры, а в нижней части последней установлено возвратно-дожигающее устройство, выполненное в виде части цилиндра, заведенной верхней кромкой в зону нижних рядов труб радиационных панелей [1]
Недостатками этого аналога является неэффективное использование радиационной поверхности топки из-за установки горелок в подтопке и необходимость использования огнеупорных обмуровочных материалов, значительная материалоемкость.

Известен водогрейный котел [2] содержащий радиационную камеру с горелочными устройствами и конвективную камеру с теплообменными элементами, площадь проходного сечения которой по ходу газов уменьшается от входного участка к выходному с целью снижения расхода электроэнергии путем уменьшения аэродинамического сопротивления.

Недостатками этого аналога является неэффективное использование радиационной поверхности топки из-за установки горелок в подтопке, недостаточная степень экранирования топки и поворотной камеры, необходимость использования огнеупорных обмуровочных материалов, значительная материалоемкость.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранный в качестве прототипа отопительный котел [3] содержащий топочную и поворотные камеры с расположенным по их периметру экраном из горизонтальных труб, подключенных параллельно к вертикальным коллекторам, образующих незамкнутый виток, и экранированную конвективную шахту, причем экранирование шахты выполнено продолжением экрана камер.

У прототипа и изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: топочная камера с экраном из горизонтальных труб, экранированная конвективная шахта за счет продолжения экранных труб, многоходовая циpкуляция воды за счет перегородок в коллекторах.

Недостатками прототипа являются невысокая экономичность, повышенный расход металла и обмуровочных материалов, значительные габариты и вес.

Указанные недостатки обусловлены необходимостью установки горелочных устройств в подтопке из огнеупорных материалов, при этом часть поверхности топки (подтопка) не используется для радиационного теплообмена, из-за этого увеличивается поверхность и масса конвективной части. Кроме того, гнутые гладкие трубы конвективной части имеют недостаточно развитую поверхность и увеличенную массу.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в создании экономичных, компактных, простых и надежных в эксплуатации отопительных котлов.

Горизонтально-водотрубный котел содержит четыре коллектора с перегородками, жестко связанные в прямоугольную вертикальную pаму. Верхний и нижний коллекторы связаны плотным П-образным пакетом труб, образующих верхний, задний и нижний экраны топки. Два боковых плотных пакета горизонтальных экранных труб передними концами соединены с боковыми коллекторами, а задние концы труб удлинены за пределы топки, заглушены и соединены между собой каждая горизонтальным рядом конвективных труб меньшего диаметра с напрессованными или навитыми ребрами, образующих вместе конвективный пакет. При этом коллекторы, экранные трубы и конвективные трубы соединены между собой последовательно, а конвективная часть имеет одну или несколько газоплотных перегородок.

По отношению к прототипу у предлагаемого котла имеются следующие отличительные признаки: удлиненные за пределы топки трубы боковых экранов на концах заглушены и соединены между собой горизонтальными рядами конвективных труб, за счет этого обеспечивается циркуляция воды последовательно через боковые экранные трубы и соответствующие ряды конвективных труб, при этом боковые экранные трубы в удлиненной части служат не только экранами конвективной части, но и являются одновременно коллекторами для конвективных труб.

Между отличительными признаками и задачей, решаемой изобретением, существует следующая причинно-следственная связь: использование удлиненных экранных труб топки одновременно в качестве экранов и коллекторов конвективной части котла, а также использование жестко связанных между собой в прямоугольную несущую раму коллекторов, их последовательное соединение с экранными и конвективными трубами позволяет создать новую конструкцию водотрубного котла, отличающегося от аналогов компактностью, уменьшенной материалоемкостью и экономичностью.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в теплоэнергетике, следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображен водогрейный котел, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Котел состоит из левого 1, правого 2, верхнего 3 и нижнего 4 коллекторов, жестко связанных между собой и образующих прямоугольную раму, причем гидравлически между собой соединены только левый 1 и нижний 4 коллекторы. Внутрь коллекторов вставлены перегородки 12 для разделения потока жидкости на необходимое количество ходов, в данном случае 7 ходов. В нижний 4 и верхний 3 коллекторы входят вразбежку П-образные экранные трубы 5, уложенные плотно друг к другу и образующие верхний, задний и нижний экраны топки. В левый 1 и правый 2 коллекторы входят вразбежку горизонтальные трубы 6, образующие плотные боковые экраны топки, причем эти трубы 6 удлинены и за пределами топки соединяются между собой рядом конвективных труб 7. Таким образом в удлиненной части боковые экранные трубы являются одновременно коллекторами конвективной части 7 котла. Пакет конвективных труб отделен от топки газоплотной перегородкой 8. Для увеличения поверхности и коэффициента теплопередачи на конвективные трубы навивается с шагом и плотно закрепляется металлическая проволока прямоугольного или другого сечения.

Горелка или несколько горелок устанавливаются в окно внутри рамы, образованной коллекторами 1-4.

Водогрейный котел работает следующим образом.

Дымовые газы через разведенные в нижней части топки трубы заднего экрана 5, поступают из топки в поворотную камеру 15 и далее в конвективную часть, образованную трубами 7, причем за счет изменения количества труб 7 и расстояния между ними можно изменять живое сечение и поверхность нагрева и подобрать оптимальную для теплообмена скорость дымовых газов.

Нагреваемая жидкость через патрубок 13 поступает в левый коллектор 1 и проходит через горизонтальные трубы 6 боковых экранов и конвективные трубы 7 в правый коллектор 2, затем аналогичным образом через другие ряды труб 6 возвращается в правый коллектор и т. д. совершает четыре хода. При этом в конвективной части жидкость движется по группам рядов четыре хода сверху вниз, противотоком к дымовым газам. Из левого коллектора 1 нагреваемая жидкость переходит в нижний коллектор 4, далее через П-образные экранные трубы 5 в верхний коллектор 3 и, совершив три хода, отводится через патрубок 14 в верхнем коллекторе 3.

Выполненный по "Нормативному методу" тепловой расчет горизонтально-водотрубного котла мощностью 1,16 Мвт с температурой воды 95-70^оС на природном газе показал следующие результаты:
КПД 93%
температура уходящих газов 92^оС;
масса котла 2100 кг.

Изготовленные и опробованные в г. Перми первые два котла этого типа соответствуют указанным расчетным характеристикам.

Использование: в котлостроении, в частности в отопительных котлах. Сущность изобретения: горизонтальный-водотрубный котел содержит топочную и конвективные камеры с горизонтальными поверхностями нагрева, отделенные между собой перегородками, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, боковыми и задним экранами, соединенными соответственно с верхним, нижним и левым боковым коллекторами 3, 4, 1 с установленными в них диафрагмами 12, при этом концы труб боковых экранов заведены в конвективную камеру и выполнены заглушенными. Котел дополнительно содержит правый боковой коллектор 2, образующий прямоугольную раму с верхним, нижним и левым боковым коллекторами 3, 4, 1, при этом боковые коллекторы 1, 2, трубы боковых экранов и конвективные трубы соединены между собой последовательно. 3 ил.

ГОРИЗОНТАЛЬНО-ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ, содержащий топочную и конвективные камеры с горизонтальными поверхностями нагрева, разделенные между собой перегородкой, причем топочная камера снабжена верхним, нижним, боковыми и задним экранами, соединенными соответственно с верхним, нижним и левым боковым коллекторами, с установленными в них диафрагмами, при этом концы труб боковых экранов заведены в конвективную камеру и выполнены заглушенными, отличающийся тем, что он дополнительно содерит правый боковой коллектор, образующий прямоугольную раму с верхним, нижним и левым боковым коллекторами, при этом боковые коллекторы, трубы боковых экранов и конвективные трубы соединены последовательно.