ВОДОГРЕЙНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1997 года по МПК F22B21/00 

Изобретение относится к трубным системам водогрейных котлов, особенно малых, имеющих применение в коммунальных хозяйствах.

Известен водогрейный водотрубный котел, содержащий топку, преимущественно для слоевого сжигания твердого топлива с колосниковой решеткой в нижней части, перекрытую сверху сводом, опускные шахты и снабженного соединенными между собой многоходовыми трубными водяными коллекторами для пропуска нагреваемой воды, конвективными поверхностями нагрева и экранами для радиационного нагрева воды из труб [1]
Недостатком конструкций такого котла является недоиспользование возможностей противотока при теплообмене между газообразными продуктами сгорания топлива и водой в трубной системе котла и надежность при аварийном отключении электроэнергии и остановке циркуляционных насосов, вызывающей полное нарушение циркуляции воды, множественные гидроудары, вибрацию трубной системы и разрушение обмуровки котла.

Анализ динамики коэффициентов теплообмена в зависимости от увеличения скорости движения воды показывает, что это положительное явление не перекрывает проигрыша от организации смешанного взаимного движения топочных газов и воды и характера облучения и обтекания топочными газами трубных поверхностей, а многоходовая схема движения воды с неизбежностью приводит к зонам противоположных потоков естественной и искусственной циркуляции воды в трубах.

Наиболее близким по технической сущности является водогрейный водотрубный котел [2] имеющий камеру дожигания летучих веществ.

Цель изобретения повысить энергетическую эффективность, улучшить монтажные качества и эксплуатационную надежность, в том числе устойчивость при аварийной остановке циркуляционного насоса.

Указанная цель достигается тем, что поверхности конвективного нагрева и все топочные радиационные экраны (боковые, передний, задний, дополнительные верхние экраны, формирующие свод камеры дожигания), выполнены в виде автономных монтажных модулей, одноходовых по воде. При этом входные и выходные патрубки в каждом модуле вварены по диагонали модуля снизу-вверх по ходу воды. Каждый модуль установлен с автономным уклоном к горизонту в направлении, противоположном направлению движения воды в трубах.

Все модули соединены друг с другом последовательно по воде, движущейся в трубах противоположно ходу газов, а модули задних топочных экранов снабжены опускными коллекторами от центральных коллекторов модулей верхних экранов камеры дожигания. Модули же верхних экранов в своих высших точках снабжены паро-воздухоспускными трубками с воздухосборниками и вентилями. Низшие же точки модулей экранов имеют продувочные линии с вентилями.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез котла (А-А по фиг.2). На фиг.2 изображен план котла (В-В- по фиг.1). На фиг.3 изображена гидравлическая схема котла.

Котел содержит топку с колосниковой решеткой 1, камеру дожигания 2, топочные радиационные экраны из труб 3, 4, 5, опускные шахты 6 с размещенными в них поверхностями конвективного нагрева 7. Свод камеры дожигания покоится на несущем экране 8.

Поверхности конвективного нагрева и топочные радиационные экраны выполнены в виде автономных одноходовых по воде монтажных модулей в каждом из которых входные и выходные патрубки вварены по диагонали модуля соответственно в нижней и верхней коллекторы, а модули соединены друг с другом последовательно по воде и противоположно ходу газов, по цепочке: от модуля конвективного нагрева к модулю верхнего несущего экрана камеры дожигания (позиция 9 на фиг. 1) и далее к модулям заднего, бокового, переднего экранов топки. При этом каждый модуль установлен автономно с уклоном к горизонту в направлении противоположном направлению движения воды в трубах (см. фиг.3).

Модули задних топочных экранов снабжены опускными коллекторами 10 от центральных коллекторов 11 модулей верхних экранов камеры дожигания и дополнительно соединены со смежными модулями боковых экранов сверху при помощи перемычки 12 (см. фиг.3). Модули верхних экранов подсоединены посредством своих выходных патрубков 13, расположенных снизу в наиболее высоких участках трубных коллекторов к опускным коллекторам 10. Сверху трубные коллекторы верхних экранов напротив врезки упомянутых выходных патрубков 13 снабжены паро-воздухоспускными трубками 14 с воздухосборниками 15 и вентилями 16. Низшие точки модулей боковых и задних экранов имеют продувочные линии с вентилями 17.

Котел работает следующим образом.

Газы, образующиеся при сжигании топлива в топке 1, омывают боковые 3, передний 5 и задний 4 экраны топки, поднимаются в конвективной струе к своду камеры дожигания летучих газообразных и твердых горючих веществ 2, отдают часть тепла верхним экраном 8 и опускаются, попадая в опускные шахты 6 с установленными в них модулями конвективного теплообмена 7 и удаляются из котла традиционным путем через газоотводящие каналы и борова.

Теплоноситель движется в противоположном направлении, образуя по модулям противоточную схему теплообмена. Из обратной линии теплосети он подается в модули конвективного теплообмена 7, затем по подъемным коллекторам 9 поступает в модули верхних экранов камеры дожигания, после чего, по опускным коллекторам 10 в модули задних экранов топки, откуда направляется в модули передних и боковых экранов топки и через сборные коллекторы боковых экранов, объединенных выходным патрубком котла в подающую линию теплосети.

Благодаря контруклону каждого модуля и его одноходовой конструктивной схеме, а также последовательному подъему модулей по ходу воды, воздушные пробки в трубках движутся попутно с водой и выходят сверху наиболее высоко расположенного коллектора верхнего экрана через паро-воздухоспускные трубки 14, воздухосборник 15 и вентиль 16. В задний экран 4 вода поступает сверху через опускные коллекторы 10.

Паро-воздушные пробки из коллектора выходят непосредственно по трубкам 14, через воздухосборник 15 и вентиль 16, а также через перемычку 12, боковой экран и выходной патрубок котла.

При аварийной остановке циркуляционного насоса открывается вентиль 16, благодаря автономным уклоном модулей направление движения воды при естественной циркуляции не меняется, а образующиеся паровые пробки от излишнего нагрева воды в трубках топочных экранов при невыгруженном слое горящего топлива, спускаются через вентиль 16.

Проведенные авторами испытания котла в реальной котельной показали его устойчивость, полное отсутствие гидроударов и вибрации при отключении циркуляционного насоса и более высокую, чем у прототипа тепловую эффективность.

Использование: в трубных системах водогнрейных котлов, особенно малых, имеющих применение в коммунальном хозяйстве. Сущность изобретения. Поверхности конвективного нагрева и топочные радиационные экраны выполнены в виде одноходовых по воде монтажных модулей, соединенных друг с другом последовательно по воде и противоположно ходу газов и установлены автономно с уклоном к горизонту в направлении, противоположном направлению движения воды в трубах. 3 ил.

Водогрейный водотрубный котел, состоящий из топки, камеры дожигания, топочных радиационных кранов из труб, опускных шахт, поверхностей конвективного нагрева из труб, трубных водяных коллекторов, отличающийся тем, что поверхности конвективного нагрева и топочные радиационные экраны выполнены в виде одноходовых по воде монтажных модулей, в каждом из которых входные и выходные патрубки вварены по диагонали модуля соотвественно в нижний и верхний коллекторы, а модули соединены друг с другом последовательно по воде и противоположно ходу газов, от модуля конвективного ангрева в опускной шахте к модулю верхнего несущего экрана камеры дожигания и к модулям заднего, бокового и переднего экранов топки, причем каждый модуль установлен автономно с уклоном к горизонту в направлении, противоположном направлению движения воды в трубах, а модули задних топочных экранов снабжены опускными коллекторами от центральных коллекторов модулей верхних экранов камеры дожигания и дополнительно соединены со смежными модулями боковых экранов сверху при помощи перемычки, модули верхних экранов подсоединены посредством своих выходных патрубков, расположенных в высших точках трубных коллекторов снизу, к опускным коллекторам, а трубные коллекторы напротив врезки упомянутых выходных патрубков снабжены паровоздухоспускными трубами с воздухосборниками и вентилями, причем низшие точки модулей боковых и задних экранов имеют продувочные линии с вентилями.