ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2000 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение в водогрейных котлах отопительных котельных.

Известны вертикальные водогрейные водотрубные котлы, далее по тексту именуемые "котел", содержащие горелку, вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла из теплообменных труб, входящих своими концами в отверстия перепускных коллекторов [1].

Недостатком известных котлов является низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб при номинальной теплопроизводительности котла из-за интенсивных накипеотложений, чрезмерного перегрева и разрушения теплообменных труб, происходящих вследствие малых скоростей циркулирующей воды.

Наиболее близким прототипом к предлагаемому изобретению является водогрейный котел типа КВГ, изготавливаемый на ОАО "Белэнергомаш", содержащий горелку, вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в отверстия перепускных кольцевых коллекторов со съемными крышками или лючками [2].

Недостатком этого котла является низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб при номинальной теплопроизводительности котла из-за возникающего поверхностного кипения воды в трубах при малых скоростях циркулирующей воды в них, сопровождающегося интенсивными накипеотложениями с ухудшенной теплопередачей, перегревом металла труб и их разрушением. Движение воды в теплообменных трубах котлов КВГ с низкими скоростями происходит потому, что холодная вода в них подводится в низкий кольцевой коллектор и распределяется одновременно по всем теплообменным трубам и за один ход проходит их и отводится из верхнего коллектора. В этих котлах во всех участках, включая топочные теплонапряженные участки, из-за низких скоростей воды происходит поверхностное кипение воды, приводящее в итоге к разрушению теплообменных труб, в первую очередь в топке котла. Недостатком противопоставленного прототипа является также то, что отвод нагретой воды осуществляется из наиболее теплонапряженной части котла, в зоне выхода топочных газов в конвективный газоход, где поверхностное кипение воды, сопровождаемое интенсивными накипеотложениями, наибольшее.

Цель изобретения - повышение надежности и длительности работы теплообменных труб котла.

Эта цель достигается тем, что в вертикальном водогрейном водотрубном котле, содержащем горелку, цилиндрический корпус котла с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла, образованные из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в перепускные кольцевые коллекторы с съемными крышками или лючками, во входном кольцевом коллекторе по обе стороны от патрубка подвода воды между отверстиями для ввариваемых труб установлены внутренние поперечные перегородки, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного в верхнем кольцевом коллекторе.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез по корпусу котла, на фиг.2 показан поперечный разрез котла в плане, а на фиг. 3 показана циркуляционная схема котла в изометрическом изображении.

Водогрейный котел содержит горелку 1, вертикальный цилиндрический корпус 2 с патрубками подвода 3 и отвода 4 нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку 5 и конвективные поверхности 6, выполненные из прямолинейных, теплообменных труб. Все теплообменные трубы входят своими концами в соответствующие отверстия нижнего 7 и верхнего 8 кольцевых коллекторов, закрытые с обратной стороны съемными крышками 9 или лючками. Теплообменные трубы топки котла по ее периметру имеют плавники (мембраны) 10 в зазорах между трубами, кроме выходного окна 11 для выхода топочных газов в конвективные поверхности котла. Такие же плавники могут привариваться и к наружным теплообменным трубам конвективной поверхности для ограничения конвективного газохода котла. Для увеличения поверхности нагрева котла в конвективном газоходе могут использоваться и оребренные теплообменные трубы 12. Снаружи всего котла, в амбразуре горелки и в поде топки выполняется изоляция и обмуровка котла 13. В кольцевых коллекторах 7 и 8 по обе стороны от места подвода воды устанавливают внутренние поперечные перегородки 14 и 15 между отверстиями для ввариваемых труб попеременно в шахматном порядке для создания многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам с расчетными скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды [3].

Котел работает следующим образом. Холодная вода подводится через патрубок подвода воды 3 в нижний кольцевой коллектор 7, распределяется по обе стороны до внутренних поперечных перегородок 14 и входит в теплообменные трубы 1-го подъемного хода, включающие как топочные, так и конвективные теплообменные трубы, по которым вода попадает в верхний кольцевой коллектор 8, в котором установлены встречные внутренние поперечные перегородки 15 по обе стороны от подъемного потока воды 1-го хода. В верхнем кольцевом коллекторе вода разворачивается на 180^o и направляется двумя одинаковыми потоками в теплообменные трубы 2-го опускного хода в нижний кольцевой коллектор 7. Так, последовательно нагреваемая вода при подъемно-опускном движении проходит все теплообменные трубы котла с расчетными скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды в них, и после последнего подъемного движения нагретой воды оба параллельных потока объединяются в один в выходном участке верхнего кольцевого коллектора, из которого через патрубок отвода воды 4 направляется потребителю. Для выхода воздуха из верхних отдельных участков коллектора 8 вверх перегородок 15 имеются сквозные отверстия 16, достаточные только для удаления воздуха и не меняющие общую циркуляционную схему котла. В нижних перегородках 14 внизу выполняются сквозные отверстия 17 для полного дренирования воды из нижнего кольцевого коллектора 17.

В котле возможно осуществление многоходового подъемно-опускного движения нагреваемой воды по теплообменным трубам и одним потоком, для чего внутренние поперечные перегородки устанавливаются в шахматном порядке только по одну сторону от патрубка подвода воды 3, однако в этом случае резко возрастает гидравлическое сопротивление котла. Для повышения надежности работы котла в целом наиболее холодную воду необходимо подводить в наиболее теплонапряженную часть котла, которой является участок с газовым окном 11, а отводить с противоположной стороны. В заявленном объекте это требование выполняется тем, что газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективые поверхности котла расположено в месте подвода холодной воды, а выходной газовый патрубок котла расположен в месте отвода нагретой воды из котла, где тепловые нагрузки снижены.

Топочные газы после сгорания топлива из топки 5 направляются в выходное окно 11, разделяются на 2 параллельных потока и входят в концентрический конвективный газоход котла с конвективными поверхностями 6, состоящими как из гладких теплообменных труб, труб с плавниками, так и из оребренных теплообменных труб. На выходе дымовых газов из котла оба газовых потока собираются в один и направляются в выходной газовый патрубок 18 котла.

В заявленном котле благодаря установленным по обе стороны от патрубка подвода воды внутренним поперечным перегородкам в верхнем и нижнем кольцевом коллекторе между отверстиями для ввариваемых труб в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения нагреваемой воды скорости ее повышаются до расчетных значений, гарантирующих отсутствие поверхностного кипения воды, сопровождающегося интенсивными накипеотложениями. При этом достигается более надежная и длительная работа теплообменных труб котла при сохранении индустриальности изготовления котла только из прямолинейных участков, а также их эксплуатационного преимущества за счет возможности внутреннего осмотра и ремонта любой теплообменной трубы без разрушения.

Кроме того, надежность работы котла в целом повышается, когда наиболее холодная вода подводится в наиболее теплонапряженную часть котла, какой является выходное газовое окно 11 из топки в конвективный газоход, а выход нагретой воды - из менее теплонапряженной части котла, где размещается выходной газовый патрубок котла 18.

Источники информации
1. Паровые и водогрейные котлы для промышленной коммунальной энергетики. Отраслевой каталог. - М.: Издательство ЦНИИТЭИтяжмаш, 1996, с. 29-33.

2. Котлы и котельные установки для промышленной и коммунальной энергетики. Отраслевой каталог. - М.: Издательство ЦНИИТЭИтяжмаш, 1998, с. 38-39.

3. Сараф Б.А. К расчету надежности водогрейных котлов малой мощности. - Промышленная энергетика, N 8, 1978, с. 47-48.

Изобретение предназначено для использования в водогрейных котлах отопительных котельных. В заявленном котле во входном кольцевом коллекторе по обе стороны от патрубка подвода воды между отверстиями для ввариваемых труб установлены внутренние поперечные перегородки, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного в верхнем кольцевом коллекторе. Кроме того, газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективные поверхности котла расположено в месте подвода холодной воды, а выходной газовый патрубок котла расположен в месте отвода нагретой воды. Благодаря выполненным в заявленном котле усовершенствованиям надежность и длительность работы теплообменных труб и котла в целом повышаются. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вертикальный водогрейный водотрубный котел, содержащий горелку, цилиндрический корпус котла с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности котла, образованные из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в перепускные кольцевые коллектора со съемными крышками или лючками, отличающийся тем, что во входном кольцевом коллекторе по обе стороны от патрубка подвода воды между отверстиями для ввариваемых теплообменных труб установлены внутренние поперечные перегородки, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного в верхнем кольцевом коллекторе. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективные поверхности котла расположено в месте подвода холодной воды, а выходной газовый патрубок котла расположен в месте отвода нагретой воды из котла.