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 водогрейные жаротрубные и водотрубные котлы, именуемые далее по тексту "котел", содержащие горелку, цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку и конвективные поверхности нагрева из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в жаротрубных котлах в отверстия трубных решеток, а в водотрубных котлах в перепускные кольцевые коллекторы со съемными крышками или лючками [1]
Недостатками известных котлов является в жаротрубных котлах отсутствие доступа к теплообменным поверхностям нагрева с водяной стороны, а в водотрубных котлах сравнительно низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб при номинальной теплопроизводительности из-за интенсивных накипеотложений, чрезмерного перегрева и последующего разрушения, происходящих вследствие малых скоростей циркулирующей воды.

Наиболее близким прототипом к предполагаемому изобретению является водогрейный котел типа КВГ, изготавливаемый на ОАО "Белэнергомаш", содержащий горелку, цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку и конвективные поверхности нагрева из труб, вертикально установленных концами в перепускные кольцевые коллекторы 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 и разрушением стенок труб. Движение воды в теплообменных трубах котлов КВГ с низкими скоростями происходит потому, что холодная вода подводится в нижний кольцевой коллектор и распределяется одновременно по всем теплообменным трубам, сразу за один ход проходит их и отводится из верхнего кольцевого коллектора. Установка внутренних поперечных перегородок в кольцевых коллекторах в шахматном порядке, хотя и увеличивает скорость циркулирующей воды, однако может привести к проблемам удаления воздуха или дренажа воды из всех участков котла. В котлах КВГ горелка размещается сверху котла, при этом ее обслуживание затруднено.

Кроме того, в котлах КВГ газовое окно для выхода топочных газов из топки в конвективную поверхность нагрева размещено в месте выхода воды из теплообменных труб, что создает условия для возникновения поверхностного кипения воды и интенсивного зарастания труб накипеотложениями, их перегревом и выходом из строя.

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

Эта цель достигается тем, что в водогрейном водотрубном котле, содержащем горелку, цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку и конвективные поверхности нагрева из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в перепускные кольцевые коллекторы со съемными крышками или лючками, горелка размещена сбоку котла, а все теплообменные трубы размещены в горизонтальной плоскости, кольцевые коллекторы расположены вертикально, для непрерывного горизонтально-подъемного движения воды снизу вверх патрубок подвода воды размещен внизу одного из кольцевых коллекторов, по обе стороны от которого установлены внутренние поперечные перегородки между отверстиями для ввариваемых теплообменных труб, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многоходового возвратно-поступательного движения воды со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размешенного вверху выходного кольцевого коллектора.

Кроме того, в заявленном объекте газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективную поверхность нагрева размещено по центру в нижней части топки, где в размещенные теплообменные трубы поступает наиболее холодная вода и тепловые нагрузки наибольшие, а выходное газовое окно для удаления дымовых газов из котла расположено в верхней боковой части цилиндрического корпуса котла, где в теплообменных трубах температура нагретой воды наибольшая и тепловые нагрузки наименьшие.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез по корпусу котла.

На фиг. 2 показан поперечный разрез по трубной части котла.

На фиг. 3 показана циркуляционная схема котла в изометрическом изображении.

Котел содержит горелку 1, установленную горизонтально сбоку котла, горизонтально расположенный цилиндрический корпус котла 2 с патрубками подвода 3 и отвода 4, топку 5 и конвективные поверхности нагрева 6, выполненные из прямолинейных теплообменных труб. Все теплообменные трубы топки и конвективной поверхности нагрева входят своими концами в отверстия перепускных кольцевых коллекторов 7,8, закрытых с обратной стороны съемными крышками 9 или лючками, не показанными на этих чертежах. Теплообменные трубы топки 5 по периметру имеют плавники 10, приваренные в зазорах по всей длине труб, кроме газового окна 11 выхода топочных газов из топки в конвективную поверхность нагрева. Такие же плавники могут привариваться и к наружным теплообменным трубам конвективной поверхности для ограничения конвективного газохода. Для увеличения поверхности нагрева котла часть конвективных поверхностей нагрева может быть выполнена из оребренных теплообменных труб 12. Снаружи котла, в амбразуре горелки, и с противоположной торцевой стороны топки выполняется тепловая изоляция и обмуровка котла 13. Во входном кольцевом коллекторе 7 по обе стороны от патрубка подвода воды 3 установлены внутренние поперечные перегородки 14 между отверстиями для вваренных труб, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе 8 установлены встречные внутренние поперечные перегородки 15 между отверстиями для ввариваемых труб также по обе стороны параллельных потоков воды. Далее внутренние поперечные перегородки 14 и 15 устанавливаются попеременно в шахматном порядке в перепускных коллекторах 7 и 8 для создания непрерывного возвратно-поступательного и горизонтально-подъемного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам с расчетными скоростями воды, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения, определяемыми по методике [3]. В нижнем углу внутренних поперечных перегородок имеются небольшие сквозные отверстия 16 для лучшего дренирования воды из котла. В верхней боковой части цилиндрического корпуса котла размещено выходное газовое окно 17 удаления дымовых газов из котла.

Котел работает следующим образом. Холодная вода подводится через патрубок подвода воды 3 в нижнюю часть кольцевого коллектора 7 и распределяется параллельными потоками по теплообменным трубам 1-ого хода, вваренных в его отверстия вплоть до внутренних перегородок 14, и попадет по ним в сочленяемый другой перепускной кольцевой коллектор 8. Далее двумя параллельными потоками вода распределяется по теплообменным трубам 2-ого хода вплоть до встречных внутренних поперечных перегородок 15 и попадает по ним снова в кольцевой коллектор 7 со следующим комплектом внутренних поперечных перегородок. Так, последовательно нагреваемая вода при горизонтально-подъемном (горизонтальном в теплообменных трубах и подъемном - в кольцевых коллекторах) и возвратно-поступательном движении проходит все теплообменные трубы котла с расчетными скоростями, определяемым проходным сечением каналов для воды, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения. После последнего хода нагретой воды оба параллельных потока объединяются в один и в выходном участке одного из кольцевых коллекторов через патрубок отвода воды 4 направляется потребителю.

Топочные газы после сгорания топлива из топки 5 направляются в газовое окно 11, расположенное в нижней части топки, и входят 2-я параллельными газовыми потоками в концентрический конвективный газоход котла с конвективными поверхностями нагрева 6, состоящими как из гладких теплообменных труб, труб с плавниками и оребренных теплообменных труб 12. Поднимаясь вверх двумя параллельными потоками, дымовые газы на верхней образующей котла собираются в один поток и через выходное газовое окно 17 покидают котел.

Так, в заявленном котле установленная горизонтально горелка позволяет существенно упростить ее обслуживание. Благодаря размещению теплообменных труб в горизонтальной плоскости, а также попеременной установки внутренних поперечных перегородок в кольцевых коллекторах в шахматном порядке нагреваемая вода в котле совершает горизонтально-подъемное и возвратно-поступательное движение по его теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения, причем в котле полностью отсутствуют участки с опускным движением воды. При этом достигается более надежная и длительная работа котла в целом, в том числе и при номинальной теплопроизводительности, в то же время сохраняется преимущество индустриальности изготовления котла из прямолинейных труб и возможность доступа для осмотра и ремонта любой теплообменной трубы с водяной стороны.

Кроме того, надежность и длительность эксплуатации котла в целом повышается за счет релаксации тепловых нагрузок котла, когда наиболее холодная вода подводится в наиболее теплонапряженную часть котла, какой является газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективную поверхность, а выход горячей воды осуществляется из менее теплонапряженной части котла, где размещено выходное газовое окно удаления дымовых газов из котла.

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

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

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

Котел предназначен для использования а отопительных котельных. Котел содержит горелку, размещенную сбоку котла, цилиндрический корпус с патрубками отвода и подвода нагреваемой среды, топку и конвективные поверхности нагрева из прямолинейных горизонтальных труб, входящих своими концами в вертикальные перепускные кольцевые коллекторы. По обе стороны от патрубка подвода воды, размещенного внизу одного из кольцевых коллекторов, установлены внутренние поперечные перегородки между отверстиями для ввариваемых теплообменных труб, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многоходового возвратно-поступательного и горизонтально-подъемного движения воды со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного вверху выходного кольцевого коллектора. Отсутствие поверхностного кипения и участков с опускным движением воды обеспечивает надежность и увеличивает длительность эксплуатации котла. 1 з.п.ф., 3 ил.

1. Водогрейный водотрубный котел, содержащий горелку, цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса котла топку и конвективные поверхности нагрева из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в перепускные кольцевые коллектора со съемными крышками или лючками, отличающийся тем, что горелка размещена сбоку котла, а все теплообменные трубы размещены в горизонтальной плоскости, перепускные кольцевые коллектора расположены вертикально для непрерывного горизонтально-подъемного движения воды снизу вверх, патрубок подвода воды размещен внизу одного из кольцевых коллекторов, по обе стороны от которого установлены внутренние поперечные перегородки между отверстиями для ввариваемых теплообменных труб, а в сочленяемом с ним теплообменными трубами другом кольцевом коллекторе установлены встречные внутренние поперечные перегородки в шахматном порядке для многоходового возвратно-поступательного и горизонтально-подъемного движения воды со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, до патрубка отвода воды, размещенного вверху выходного кольцевого коллектора. 2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что газовое окно выхода топочных газов из топки в конвективную поверхность нагрева размещено по центру в нижней части топки, а выходное газовое окно удаления дымовых газов из котла расположено в верхней боковой части цилиндрического корпуса котла.