ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1996 года по МПК F22B21/08 

Изобретение относится к водотрубным котлам, в частности, к водотрубным котлам такого типа, которые содержат топку, имеющую по меньшей мере одну горелку, расположенную в ее верхней части, для создания в топке пламени, направленного, в основном, вниз, по существу вертикальную дымовую трубу, расположенную вблизи одной из сторон топки и имеющую входное отверстие для дымовых газов в своей нижней части, расположенное в нижней части топки, и выходное отверстие для дымовых газов, расположенное в верхней части дымовой трубы, и угол конвекционных труб, установленный в дымовой трубе для регенерации тепла дымовых газов, проходящих через дымовую трубу.

В обычных паровых котлах описанного типа узел конвекционных труб, расположенный в дымовой трубе, как правило, состоит из по существу горизонтальных труб, размещенных в несколько слоев друг над другом. Иногда используются по существу вертикальные конвекционные трубы, однако в этом случае эффективность конвекционной части котла сравнительно низка. Оба типа известных конструкций на практике оказались весьма неудовлетворительными в отношении объема и сложности операций, требуемых для ремонта узла конвекционных труб при появлении утечки в одной из них.

В патенте США N 3559624, М. кл. F 22 B 21/02, 1971, описан водотрубный котел описанного выше типа, содержащий топку, имеющую горелку для создания пламени, направленного в центр котла, дымовую трубу, расположенную вблизи одной из сторон топки и имеющую входное и выходное отверстия для дымовых газов, и узел конвекционных труб, установленный в дымовой трубе для регенерации тепла дымовых газов, проходящих через дымовую трубу. Узел конвекционных труб включает параллельные ряды по существу вертикально расположенных конвекционных труб, проходящих вдоль значительной части высоты дымовой трубы. Такой котел имеет две горелки, расположенные на двух боковых стенках топки в ее нижней части для создания пламени, имеющего в общем горизонтальное направление. Входное отверстие для дымовых газов находится в верхней части топки и соответствующей части дымовой трубы, а выходное отверстие для них в нижней части дымовой трубы. Дымовая труба разделена перегородкой на две секции, в одной из которых конвекционные трубы проходят в горизонтальном направлении, в другой в вертикальном.

Задачей изобретения является создание усовершенствованного водотрубного котла описанного выше типа, который позволил бы значительно упростить ремонтные работы, касающиеся узла конвекционных труб, и сократить время проведения этих работ по сравнению с тем, которое затрачивалось до сих пор.

Предложенный для решения этой задачи котел, согласно изобретению, прежде всего характеризуется тем, что указанный узел конвекционных труб содержит несколько параллельных рядов по существу вертикальных конвекционных труб, проходящих вдоль значительной части длины дымовой трубы и снабженных снаружи увеличивающими поверхность элементами, причем трубы в каждом ряду соединены между собой с образованием плоской скрепленной секции с помощью верхнего по существу горизонтального коллектора, с которым все конвекционные трубы в этом ряду соединены своими верхними концами, и с помощью нижнего по существу горизонтального распределительного трубопровода, с которым эти конвекционные трубы соединены своими нижними концами, коллекторы различных секций соединены по отдельности с сухопарником котла, а их распределительные трубопроводы соединены по отдельности с приемной коробкой котла.

Описанная конструкция узла конвекционных труб такова, что в случае возникновения в какой-либо конвекционной трубе утечки плоская секция, содержащая ряд конвекционных труб, в числе которых находится неисправная труба, может быть отделена и извлечена из дымовой трубы. Затем поврежденную трубу можно легко отремонтировать или заменить новой. Отделение нужной секции конвекционных труб может быть выполнено путем отрезания каждого из двух патрубков, соединяющих коллектор секции с сухопарником и ее распределительный трубопровод с приемной коробкой котла. Кроме того, благодаря наличию на конвекционных трубах наружных, увеличивающих поверхность элементов устраняется также недостаток извечных паровых котлов, имеющих по существу вертикальные конвекционные трубы, т. е. низкая эффективность конвекционной части котла. Предлагаемая конструкция обеспечивает высокую эффективность этой части котла.

Для того, чтобы уменьшить сопротивление по существу горизонтальных коллекторов и распределительных трубопроводов секций конвекционных труб направленному вверх потоку дымовых газов в дымовой трубе, как коллекторы, так и распределительные трубопроводы соседних секций могут быть смещены друг относительно друга по существу в вертикальном направлении. Коллекторы и распределительные трубопроводы различных секций могут быть попеременно смещены вверх и вниз.

Для обеспечения удобства расположения средств механического крепления конвекционных труб и средств для обдува сажи наружные увеличивающие поверхность элементы могут быть установлены только на выбранных участках конвекционных труб вдоль их длины. В этом случае между указанными участками конвекционных труб могут находиться участки, свободные от наружных увеличивающих поверхность элементов.

Расстояние между конвекционными трубами в каждой секции может быть равно расстоянию между трубами различных секций. Этим достигается равномерное распределение конвекционных труб по площади поперечного сечения дымовой трубы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения увеличивающие поверхность элементы выполнены в виде штырей, прикрепленных к конвекционным трубам и отходящих от них в основном в радиальных направлениях. Если расстояние между трубами в каждой секции, как указано выше, равно расстоянию между трубами различных секций, то внешние концы указанных штырей на каждой конвекционной трубе по меньшей мере на некоторых участках ее длины могут быть расположены на сторонах проходящего через эти концы прямоугольника. Кроме того, каждая конвекционная труба может иметь штыри, направленные к вершинам углов указанного прямоугольника, причем эти штыри длиннее, чем штыри, расположенные между ними. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере некоторые из указанных штырей на каждой конвекционной трубе были изогнуты так, что они были бы наклонены к верхнему концу трубы.

На фиг. 1 показан вид сбоку на паровой котел в разрезе, выполненный согласно одному из вариантов осуществления изобретения, выбранному в качестве примера; на на фиг. 2 вид сзади на указанный котел с частичным разрезом; на фиг. 3 горизонтальная проекция указанного котла с частичным разрезом; на фиг. 4 показана в увеличенном масштабе центральная часть одной из многих секций конвекционных труб, расположенных в вертикальной дымовой трубе котла; на фиг. 5 разрез по линии Y-Y фиг. 4; на фиг. 6 нижняя часть секции конвекционных труб, показанной на фиг. 4; на фиг. 7 и 8 показана в еще более увеличенном масштабе конструкция двух типов увеличивающих поверхность элемента, прикрепленных к конвекционным трубам.

Изображенный на чертежах паровой котел, обозначенный в общем позицией 10, представляет собой водотрубный котел, имеющий по существу прямоугольную форму как вертикальной, так и горизонтальной проекции. В передней части котла размещена топка 11, а в задней части вертикальная дымовая труба 12 с выходным отверстием 13 для дымовых газов на верхнем конце. Котел 10 установлен на фундаменте 14, опираясь на него частично через опоры 15, несущие приемные коробки 16 и 17, расположенные в нижней части котла, и частично через нижние концы двух опускных труб 18, на верхних концах которых установлен сухопарник 19 котла.

Топка 11 ограничена с боковых сторон, спереди и сзади трубными панельными экранами, образованными расположенными в ряд на равных расстояниях друг от друга трубами 20, соединенными друг с другом с помощью промежуточных пластин 21. Дымовая труба 12 также ограничена с боковых сторон, спереди и сзади подобными трубными экранами. Снаружи котел покрыт слоем 22 теплоизоляционного материала и затем металлическими листами 23.

Панельные трубы 20, расположенные вокруг топки 11, соединены своими верхними концами с сухопарником 29 через коллекторные коробки 24 и 25, а нижними концами с упомянутыми выше приемными коробками 16 и 17 соответственно. Эти приемные коробки, сообщающиеся с двумя опускными трубами 18, принимают воду, текущую вниз через опускные трубы от сухопарника 19, и распределяют ее в различные панельные трубы 20, через которые вода, частично испаряясь, течет вверх посредством самоциркуляции к коллекторным коробкам 24 и 25 соответственно и из них в сухопарник 19.

Позицией 26 обозначена горелка для газа или нефти, расположенная в верхней части топки 11 и предназначенная для создания в топке пламени 27, направленного, в основном, вниз. Пламя 27 показано штрихпунктирными линиями. Дымовые газы, образующиеся при сгорании топлива, состоящего из газа или нефти, вытягиваются из топки 11 в дымовую трубу 12 через ее входное отверстие, обозначенное в общем позицией 28. Это входное отверстие расположено в нижней части дымовой трубы и сообщается с топкой. Затем дымовые газы поднимаются вверх по дымовой трубе к выходному отверстию 13, находящемуся на ее верхнем конце.

Входное отверстие 28 для дымовых газов образовано многочисленными зазорами 29 между соседними трубами 20 в нижней части стенки 30, представляющей собой панельный трубный экран, расположенный между топкой 11 и дымовой трубой 12. Эти зазоры 29 получены за счет того, что в нижней части стенки 30 между трубами 20 отсутствуют промежуточные пластины 21. Кроме того, чтобы увеличить ширину промежуточных зазоров 29, трубы 20 в нижней части стенки 30 изогнуты так, что смещены поочередно несколько вперед и назад по отношению к их положению в расположенной выше части стенки 30.

C целью регенерации тепла дымовых газов, проходящих через дымовую трубу 12, внутри нее предусмотрен узел вертикальных конвекционных труб 31, проходящих на значительной части длины дымовой трубы и расположенных в несколько параллельных рядов. Эти трубы 31 на участках их длины, разнесенных между собой, снабжены наружными увеличивающими поверхность элементами в виде штырей 32, отходящих от труб в основном в радиальных направлениях, в то время как другие участки труб, например, промежуточные участки, обозначенные D и F на фиг. 1, таких увеличивающих поверхность элементов не имеют. Назначение увеличивающих поверхность элементов, образованных штырями 32, состоит в увеличении теплопоглощения в трубах 31 и тем самым повышении эффективности узла конвекционных труб, находящегося в дымовой трубе.

Каждый ряд конвекционных труб 31 образует плоскую скрепленную секцию, при этом трубы одного ряда соединены между собой верхними концами с помощью верхнего горизонтального коллектора 33, а нижними концами с помощью нижнего горизонтального распределительного трубопровода 34. Каждая панельная труба 20, расположенная напротив соответствующей секции конвекционных труб, в панельном трубном экране, находящемся сзади дымовой трубы 12, также присоединена своими верхними и нижними концами соответственно к коллектору 33 и распределительному трубопроводу 34 указанной секции.

Коллекторы 33 различных секций конвекционных труб соединены по отдельности с сухопарником 19, каждый через свой соединительный патрубок 35, а распределительные трубопроводы 34 различных секций соединены по отдельности, каждый через свой соединительный патрубок 36 с приемной коробкой 16. Таким образом, каждая секция конвекционных труб образует между приемной коробкой 16 и сухопарником 19 отделенный от других секций тракт, по которому в результате самоциркуляции может течь вода, поглощая тепло дымовых газов, проходящих через дымовую трубу 12.

Разделение конвекционных труб на несколько параллельных плоских секций, как описано выше, облегчает проведение ремонтных работ или работ по замене неисправной трубы по сравнению с тем, как это было возможно ранее. Удалив с задней стороны дымовой трубы 12 соответствующую часть кожуха 23 из листового металла и находящегося под ним слоя 22 изоляционного материала, можно легко отделить секцию, содержащую неисправную трубу, и вынуть эту секцию для ремонта или замены трубы. Затем секцию можно снова вставить на ее место дымовую трубу 12 и приварить к сухопарнику 19 и приемной коробке 16 через их соединительные патрубки 35 и 36 соответственно.

На фиг. 1 и 2 видно, что как коллекторы 33, так и распределительные трубопроводы 34 различных секций конвекционных труб смещены попеременно вверх и вниз. Благодаря этому уменьшается аэродинамическое сопротивление этих труб дымовым газом, проходящим по дымовой трубе 12.

Участки А, В и С конвекционных труб 31, снабжены отходящими от них штырями 32, которые представляют собой увеличивающие поверхность элементы, показаны на фиг. 1 и 2 лишь схематично и могут быть выполнены следующим образом.

Если расстояние между трубами 31, как показано на фиг. 4 и 5, в каждой плоской секции такое же, как между трубами различных секций, то штыри 32 на двух верхних участках А и В труб 31 могут иметь вид в соответствии с фиг. 4 и 5. В этом случае внешние концы штырей 32, если смотреть вдоль трубы 31, лежат на сторонах прямоугольника, проходящего через эти концы, причем каждая труба 31 имеет четыре штыря 32, направленных к вершинам углов указанного прямоугольника и имеющих большую длину, чем штыри 32, расположенные между ними. Штыри 32 и 32 изогнуты так, что они расположены наклонно от своих концов, прикрепленных к трубе 32, к ее верхнему концу. Более короткие штыри 32 изогнуты значительно больше, чем более длинные штыри 32.

Как показано на фиг. 6, на нижнем участке С каждой трубы 31 длина штырей 32 может постепенно уменьшаться в направлении к нижнему концу трубы 31, а сами штыри 32 могут быть расположены радиально по отношению к трубе 31 и перпендикулярно ей. Такое выполнение штырей на нижнем участке С труб вызвано тем, что дымовые газы, достигая этого участка, имеют чрезвычайно высокую температуру и целесообразно выполнить штыри 32 такой длины, чтобы они не повреждались из-за сильного нагрева дымовыми газами.

На участках D и E конвекционных труб 31, расположенных между участками А, В и С, а также на самом нижнем участке, расположенном под участками С, в дымовую трубу введены обдувочные трубы 37 для удаления сажи. Эти трубы 37 имеют множество отверстий 38, распределенных по их длине и по окружности, для продувания между трубами 31 пара, поступающего из входного отверстия 39 каждой обдувочной трубы 37, расположенного на ее внешнем конце.

На участке Е также предусмотрены соединительные элементы 40 для механического соединения между собой отдельных труб 31 в каждой секции в точках, расположенных примерно посередине между концами труб 31.

В самом нижнем участке узла конвекционных труб имеется пароперегреватель, состоящий из нескольких контуров 41, образованных горизонтальными трубами.

Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, проиллюстрированными чертежами. Возможны другие варианты осуществления изобретения в пределах его объема. Например, штыри 32 на конвекционных трубах могут быть заменены иными элементами, обеспечивающими увеличение поверхности этих труб.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: упрощение ремонтных работ и сокращение времени их проведения обеспечивается тем, что в водотрубном котле, содержащем топку 11 и расположенную с одной ее стороны вертикальную дымовую трубу 12, в которой установлен узел конвекционных труб 31 для регистрации тепла дымовых газов, проходящих по дымовой трубе 12, узел конвекционных труб образован несколькими параллельными рядами вертикальных конвекционных труб, снабженных снаружи увеличивающими поверхность элементами 32, причем трубы 31 в каждом ряду соединены между собой с образованием скрепленной секции с помощью верхнего горизонтального коллектора 33, с которым все конвекционные трубы в этом ряду соединены своими верхними концами, и с помощью нижнего горизонтального трубопровода 23. Коллекторы 33 различных секций присоединены по отдельности к сухопарнику 19 котла 10, а их распределительные трубопроводы 34 присоединены по отдельности к приемной коробки 16 котла 10. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Водотрубный котел, содержащий топку, имеющую по меньшей мере одну горелку для создания в топке пламени, дымовую трубу, расположенную вблизи одной из сторон топки и имеющую входное и выходное отверстия для дымовых газов, и узел конвекционных труб, установленный в дымовой трубе для регенерации тепла дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, и включающий параллельные ряды вертикально расположенных конвекционных труб, проходящих вдоль значительной части высоты дымовой трубы, отличающийся тем, что горелка расположена в верхней части топки с возможностью создания пламени, направленного в основном вниз, входное и выходное отверстия расположены соответственно в нижней и верхней частях дымовой трубы, а трубы в каждом ряду узла конвекционных труб снабжены снаружи увеличивающими поверхность элементами и соединены между собой с образованием плоской скрепленной секции с помощью горизонтального верхнего коллектора, с которым все трубы в ряду соединены своими верхними концами, и с помощью горизонтального нижнего распределительного трубопровода, с которым все трубы в ряду соединены своими нижними концами, причем верхний коллектор соединенных труб каждого ряда отдельно соединен с сухопарником котла, а их распределительный трубопровод отдельно соединен с приемной коробкой котла. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что коллекторы и распределительные трубопроводы соседних секций соответственно смещены друг относительно друга в вертикальном направлении. 3. Котел по п.2, отличающийся тем, что коллекторы и распределительные трубопроводы различных секций соответственно смещены попеременно вверх и вниз. 4. Котел по пп. 1 3, отличающийся тем, что конвекционные трубы снабжены снаружи увеличивающими поверхность элементами только на выбранных участках их длины. 5. Котел по п.4, отличающийся тем, что конвекционные трубы между расположенными по их длине участками, снабженными снаружи увеличивающими поверхность элементами, имеют участки, свободные от этих элементов. 6. Котел по пп.1 5, отличающийся тем, что расстояние между конвекционными трубами в каждой секции равно расстоянию между трубами различных секций. 7. Котел по пп.1 6, отличающийся тем, что увеличивающие поверхность элементы выполнены в виде штырей, прикрепленных к конвекционным трубам и отходящих от них в основном в радиальных направлениях. 8. Котел по пп. 6, 7, отличающийся тем, что внешние концы штырей на каждой конвекционной трубе, по меньшей мере на некоторых участках ее длины расположены на сторонах проходящего через эти концы прямоугольника. 9. Котел по п.8, отличающийся тем, что каждая конвекционная труба имеет штыри, направленные к вершинам углов прямоугольника, причем эти штыри длиннее, чем штыри, расположенные между ними. 10. Котел по пп.7 9, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из штырей на каждой конвекционной трубе изогнуты так, что они наклонены к верхнему концу трубы.