ПАРОВОЙ КОТЕЛ Российский патент 2000 года по МПК F22B21/04 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к конструкции парового котла с использованием выбранного им пара в технологических производствах и теплоснабжении промышленных и сельских теплопотребляющих объектов.

Известен котел, содержащий верхний и нижний барабаны, соединенные между собой трубами, образующими конвективную поверхность. К верхнему барабану подключены верхние боковые коллекторы, а к нижнему - нижние боковые коллекторы, расположенные с наклоном к фронту котла и соединенные между собой теплообменными трубами, образующими боковые экраны [1].

Известен также паровой котел, содержащий экранированную топочную камеру, верхний и нижний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб, нижние и верхние продольные коллекторы одним концом подключенные к нижнему и верхнему барабанам и соединенные между собой теплообменными вертикальными трубами с образованием боковых экранов, а также подовый, фронтальный и потолочный экраны [2].

Недостатком известных котлов является малый теплосъем в топочной камере котла и, как следствие, низкий КПД котла.

Цель изобретения - повышение КПД котла за счет увеличения съема тепла в топочной камере и повышение надежности работы котла за счет улучшения циркуляции воды.

Поставленная цель достигается тем, что в паровом котле, содержащем экранированную топочную камеру, верхний и нижний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб, нижние и верхние продольные коллекторы одним концом подключенные к нижнему и верхнему барабанам и соединенные между собой теплообменными вертикальными трубами с образованием боковых экранов, а также подовый, фронтальный и потолочный экраны, топка котла выполнена секционной, разделена на секции двусветными многорядными экранами, при этом фронтальные - передние, верхние и нижние коллекторы выполнены сплошными и соединены передним экраном, а продольных коллекторов два и более, подпитка котла водой организована в нижний барабан и продольные нижние коллекторы, через перфорированные трубы, проходящие через них, а барабаны расположены перпендикулярно продольной оси котла.

Кроме того, котел в конвективной части может дополнительно иметь газонаправляющие перегородки.

Котел может быть дополнительно снабжен пароперегревателем. Котел может дополнительно иметь перепускные трубы, соединяющие продольные и поперечные - фронтальные коллекторы.

Котел дополнительно может иметь двойные топочные экраны (фронтальный, подовый, боковые, задний и потолочный).

Котел дополнительно может иметь топку, состоящую из двух и более секций.

Котел может иметь дополнительно панельные экраны с металлическими проставками между теплообменными трубами в секциях топочной камеры.

Котел дополнительно может быть выполнен с защитным антикоррозионным покрытием.

Котел может быть изготовлен из антикоррозионного материала.

На фиг. 1 представлена конструкция парового котла, где нижний барабан 1 расположен под верхним барабаном 2 и соединены конвективным пучком теплообменных труб (не показано), барабаны расположены перпендикулярно продольной оси котла, а продольные нижний 3 и верхний 4 коллекторы соединены по всей длине топочной камеры двусветными многорядными экранами 5 в несколько рядов, делящими топку котла на две секции, в свою очередь к нижнему 3 и верхнему 4 продольным коллекторам подсоединены по обе стороны одним концом теплообменные трубы подового 6 и потолочного 7 экранов, а другим концом к трубам боковых 8-9 экранов; в конце топки к продольным коллекторам 3,4 по обе стороны присоединены секции нижних 10-11 и секции верхних 12-13 задних коллекторов, к которым снизу и сверху присоединены концы экранных труб заднего 14 топочного экрана (показаны пунктиром), при этом нижний барабан 1 и верхний барабан 2 после заднего экрана 14 соединяются конвективным пучком труб.

Окружностями и буквой Г обозначено предполагаемое расположение горелочных устройств, а перфорированная труба 15 подпитки котла водой проходит через нижний барабан 1 и нижний продольный коллектор 3 по всей его длине. В котлах малой тепловой мощности задние секции коллекторов 10, 11, 12, 13 и задний экран 14 могут не устанавливаться, а в паровых котлах средней тепловой мощности задний экран 14 может быть выполнен двухрядным, при этом в самом теплонапряженном месте топочной камеры, между горелочными устройствами устанавливаются многорядные двусветные экраны. На фиг. 1 не показан передний - фронтальный экран и поперечные сплошные (цельные) коллекторы, расположенные перпендикулярно продольным коллекторам.

На фиг. 2 представлена часть конструкции предлагаемого котла с передними (фронтальными) цельными коллекторами и перепускными трубами.

Передний экран 16 соединяется с нижним цельным (сплошным, не секционным) передним коллектором 17 и верхним передним (сплошным, не секционным) цельным коллектором 18, при этом продольные коллекторы проходят сверху и снизу по всей длине топочной камеры по центру топки, перпендикулярно цельным передним коллекторам, нижний продольный коллектор 19 соединяется с нижним передним цельным коллектором 17 при помощи перепускной трубы 20 (труб), а верхний продольный коллектор 21 соединяется с передним верхним цельным коллектором 18 при помощи перепускных труб 22, при этом перепускные трубы 20, 22, соединяющие цельные передние 17, 18 и продольные 19, 21 коллекторы могут лежать в любой плоскости, вертикальной, горизонтальной и наклонной, причем в данной конструкции котла, подовый 23, боковой 24 и потолочный 25 экраны имеют дополнительно еще один ряд труб и выполнены двухрядными, а передние фронтальные экранные трубы 16 котла разведены под четыре горелочных устройства, (на фиг. 2 показана часть экрана с разводкой фронтальных труб под два горелочных устройства в одной секции топочной камеры котла), продольные коллекторы 19, 21 котла соединены между собой по всей длине топочной камеры 26 многорядным двусветным экраном 27, расположенным между четырех горелочных устройств, при этом двусветный многорядный экран 27 делит топочную камеру 26 на две секции, а подпитка котла водой осуществляется через перфорированную трубу 28, проходящую через нижний барабан и нижний продольный коллектор 19 по всей его длине.

На фиг. 3 изображено соединение продольных коллекторов с цельными передними коллекторами.

Нижние продольные коллекторы 29, 30 и верхние продольные коллекторы 31, 32 соединяются непосредственно с нижним цельным 33 и верхним цельным 34 коллекторами, при этом нижние продольные 29, 30 и верхние продольные 31, 32 коллекторы соединяются между собой многорядными двусветными экранами 35, 36, расположенными между горелочными устройствами, (на фиг. 3 не показаны), а соединение переднего - фронтального, подового, бокового и потолочного экранов идентично конструкции части котла, представленного на фиг. 2, причем трубы переднего экрана 37 могут соединять передние коллекторы 33-34 в два ряда, т.е. передний экран может быть выполнен двухрядным.

На фиг. 4 представлено соединение продольных и передних коллекторов.

Передний цельный верхний коллектор 38 соединяется непосредственно с продольными коллекторами 39, 40 котла (вид сверху).

На фиг. 5 показано соединение переднего нижнего цельного коллектора 41 с продольными нижними коллекторами 42, 43, в которых проходят перфорированные трубы 44, 45, подпитки котла водой, переднего, подового и двусветных экранов топки котла. (Передний подовый и двусветные экраны показаны частично и на фиг. 5 не обозначены).

На фиг. 6 показана часть конструкции котла с расположением продольных верхних коллекторов по концам верхнего барабана и одним центральным нижним продольным коллектором.

Данный вариант конструкции котла с секционной топкой предполагает расположение нижнего продольного коллектора 46 по центру топочной камеры котла, а верхние продольные коллекторы 47, 48 расположены в верхней части топочной камеры 49 по ее боковым сторонам, при этом соединение продольных коллекторов 46, 47, 48 экранами трубами осуществлено с образованием подового 50, боковых 51, 52, потолочных 53, 54, и многорядного двусветного 55 экранов, причем продольные коллекторы 46, 47, 48 в начале топки одним концом соединяются с передними коллекторами, нижним и верхним, а другим концом соединяются с нижним и верхним барабаном котла, при этом схема конструкции котла не исключает установку дополнительного нижнего продольного коллектора, который расположен параллельно существующему 46 и коллекторы расположены по обе стороны от центральной продольной оси топочной камеры; перфорированная труба 56 подпитки котла водой. (Коллекторы 47, 48 соединены по концам верхнего барабана котла).

На фиг. 7 показана часть конструкции котла с верхним центральным продольным коллектором и нижними продольными коллекторами, расположенными по концам нижнего барабана котла.

Конструкция парового котла с секционной топкой и двумя нижними продольными коллекторами 57, 58, имеет верхний центральный продольный коллектор 59, проходящий над топкой, и соединенный одним концом с верхним барабаном, при этом нижние продольные коллекторы 57, 58 расположены и соединены по концам нижнего барабана, а одним концом коллекторы 57, 58, 59, в начале топочной камеры соединены с нижним и верхним передними коллекторами, причем верхних продольных коллекторов может быть два, которые параллельны и расположены по обе стороны от центральной продольной оси топочной камеры, при этом каждая секция топки котла 60 сформирована подовым 61, боковым 62, потолочным 63, и многорядным двусветным 64 экранами; (экранные подовые 61 и потолочные 63 трубы могут быть выполнены с наклоном, автор-заявитель лишь для простоты изображения на чертежах-схемах изображает их как горизонтальные).

На фиг. 8 представлена конструкция котла с продольными коллекторами, расположенными по концам нижнего и верхнего барабанов котла.

Нижние продольные коллекторы 65, 66 расположены в нижней части топочной камеры и одним концом в конце топки соединены с нижним барабаном котла, (на фиг. 8 барабаны котла не показаны), верхние продольные коллекторы 67, 68 расположены в верхней части топки и одним концом в конце топки соединены с верхним барабаном котла, а в начале топочной камеры продольные коллекторы соединяются соответственно с нижним и верхним передними коллекторами (на фиг. 8 не показаны), причем верхние продольные коллекторы 65, 66 соединяются с верхними продольными коллекторами 67, 68, многорядными боковыми 69, 70 экранами; при этом секционная топка формируется за счет подовых 71, 72 вертикальных двусветных многорядных 73 и потолочных 74, 75 экранов, в свою очередь соединенных между собой, а снизу подовые 71, 72 экраны соединяются с нижними продольными 65, 66 коллекторами, а сверху потолочные 74, 75 экраны соединяются с верхними продольными 67, 68 коллекторами.

На фиг. 9 изображена конструкция котла с установкой двусветных многорядных экранов на нижнем и верхнем продольных центральных коллекторах.

Нижний продольный коллектор 76 расположен внизу топочной камеры вдоль продольной, центральной оси котла, а верхний продольный коллектор 77 расположен над топочной камерой котла в одной вертикальной плоскости с нижним продольным коллектором 76, оба коллектора соединены двусветными многорядными экранами 78, 79, причем нижний коллектор 76 соединен с обеих сторон с подовым экраном 80, а верхний коллектор 77 соединен с обеих сторон с потолочным экраном 81, которые в свою очередь соединены с боковыми экранами 82, 83 котла, экраны выполнены двухрядными, а котел имеет три и более горелочных устройств (обозначены буквой Г).

На фиг. 10 представлена конструкция котла (вид сбоку), где не показаны боковые, подовые, потолочные и многорядные двусветные экраны, при этом продольные коллекторы нижние 84 и верхние 85 соединены с передними фронтальными нижним 86 и верхним 87 коллекторами путем гиба или отводами, при этом передний экран 88 может быть выполнен двухрядным, а задние коллекторы нижний 89 и верхний 90 соединяются с боковыми продольными нижними 84 и верхними 85, причем на задних коллекторах установлен многорядный задний топочный экран 91, а нижний барабан 92 соединен с верхним барабаном 93 конвективным пучком труб 94; причем нижняя образующая поверхность нижних продольных коллекторов 84 лежит в плоскости нижней образующей нижнего барабана, при этом коллекторы фронтальные 86, 87 могут соединяться с боковыми нижними и верхними продольными коллекторами 84, 85 не только путем гиба или отводами, но и непосредственной врезкой фронтальных коллекторов в продольные боковые коллекторы.

На фиг. 11 изображено соединение боковых продольных нижних и верхних коллекторов 84, 85 с фронтальными передними нижними и верхними коллекторами 86, 87 путем гиба или отвода (см. фиг. 10 и нумерацию коллекторов), а задние коллекторы 89, 90 нижний и верхний соединяются сваркой, магистрально с нижними и верхними боковыми коллекторами 84, 85 (их четыре) под углом 90^o непосредственно коллектор в коллекторе (на фиг. 11 не показано).

На фиг. 12 представлен паровой котел с двумя барабанами, расположенными в конце секционной топочной камеры, один над другим и соединенные между собой конвективным пучком труб (на фиг. 12 не показано), на верхнем барабане 95 котла установлены (соединены одним концом) верхние продольные коллекторы 96, 97, 98, которые задним концом соединены с верхним барабаном 95, а передним (другим концом) коллекторы 96, 97, 98 соединены с передним верхним передним фронтальным коллектором (на фиг. 12 не показано), причем соединение верхних продольных коллекторов 96, 97, 98 с передним верхним фронтальным коллектором возможно непосредственно; - коллекторы - коллектор, или при помощи перепускных труб. На нижнем барабане 99 котла установлены нижние продольные ответные коллекторы 100, 101, 102, которые сзади топочной камеры котла как и верхние продольные коллекторы 96, 97, 98, также соединяются с нижним барабаном 99 котла, а передним концом продольные нижние - ответные коллекторы 100, 101, 102 соединяются с нижним передним фронтальным коллектором (на фиг. 12 не показан), аналогично верхним продольным коллекторам, в свою очередь фронтальный передний нижний и верхний коллекторы соединены фронтальным экраном, при этом нижние продольные коллекторы расположены таким образом, что их нижние образующие лежат в одной горизонтальной плоскости с нижней образующей нижнего барабана, причем топка котла имеет три секции 103, 104, 105, в которых происходит сгорание топлива от индивидуальных горелочных устройств, установленных на фронте котла. Такая конструкция котла, по мнению автора, позволяет применить новый термин и котлы такого типа можно называть - как котлы с параллельными топками, которые разделяются двусветными экранами 106, 107, при этом каждая топка может быть независима от соседней топки, если ее внешние - подовые 108,109, 110, 111, боковые 116, 117, двусветные 106, 107, и потолочные экраны 112, 113, 114, 115 выполнены панельные с металлическими проставками между экранными трубами внешних рядов, хотя бы боковых секций 103-105 или центральной поточной секции 104, причем котел может иметь все вышеперечисленные экраны многорядными. (Например, два боковых коллектора соединяются тремя рядами труб, вместо двух, как показано на фиг. 12).

На фиг. 13 показано соединение продольных верхних и нижних коллекторов 118, 119, 120 котла с передними - фронтальными верхними и нижними коллекторами 121, 122, распложенными по концам продольных коллекторов в начале топочной камеры, при этом передние фронтальные верхние и нижние коллекторы соединяются передним фронтальным экраном топочной камеры, на фиг. 13 показано соединение верхних продольных коллекторов с передними верхними фронтальными коллекторами, а нижние продольные и передние нижние коллекторы соединяются аналогично. (На фиг. 13 не показано).

Котел может иметь конструкцию, когда верхние продольные и (или) нижние продольные коллекторы, или те и другие установлены наклонно в любую из сторон.

На фиг. 14 показана конструкция котла, которая имеет четыре секции топочной камеры, при этом горелочные устройства обозначены буквой Г и могут быть расположены в разных плоскостях по горизонтали и вертикали, а продольные верхние и нижние коллекторы котла могут присоединяться к барабанам не в одной горизонтальной плоскости.

Например, на нижнем барабане (фиг. 14) центральный нижний продольный коллектор расположен ниже боковых продольных нижних коллекторов, т.е. лежит не в одной горизонтальной плоскости, в которой расположены нижние боковые продольные коллекторы котла (аналогично могут быть расположены и верхние продольные коллекторы котла т.е. не находиться в одной плоскости по горизонтали).

Питательные перфорированные трубы могут проходить через нижний барабан котла и нижние продольные коллекторы на фиг. 14 обозначены пунктирными окружностями, котел может иметь многорядные топочные боковые, подовые, потолочные и многорядные двусветные экраны.

В конвективной части котла могут быть дополнительно установлены газонаправляющие перегородки.

Котел может дополнительно иметь пароперегреватель, теплообменные змеевиковые трубы которого расположены между рядами труб конвективного пучка котла.

Котел может быть изготовлен из антикоррозионного материала.

Котел и его поверхность нагрева могут быть защищены - покрыты слоем антикоррозионного материала.

(Например, оцинкованные, эмалированные трубы).

Котел может иметь панельные экраны, с металлическими проставками между труб (например, боковые внешние экраны, средний ряд между двусветным экраном, внешние ряды труб средней секции котла и т.п.).

Паровой котел работает следующим образом.

Питательная вода поступает в нижний барабан 1 котла и продольный нижний 3 (нижние) коллектор (коллекторы) по перфорированной трубе 15, проходящей через нижний барабан 1 и продольный нижний коллектор 3 котла, кипение воды и парообразование происходит во всех топочных экранах котла - в подовом 6, в боковых 8, 9, в потолочном 7, во фронтальном (на фиг. 1 не показан) в заднем экране 14 и в многорядном двусветном экране 5, а также в верхнем продольном коллекторе 4; причем парообразование происходит и во всех теплообменных трубах конвективного пучка, соединяющего нижний 1 и верхний 2 барабаны котла, ввиду того, что подпитка котла организована через нижние точки котла, нижний барабан 1 и продольный нижний коллектор 3 котла; что в целом существенно влияет на увеличение выработки пара котлом, относительно конструкции котла прототипа.

Таким образом, выработанный котлом пар, пройдя внутри барабанное сепарационное устройство из верхнего барабана 2 котла направляется к потребителям. Продукты сгорания - дымовые газы, из топочной секционной камеры котла проходят задний экран топки 14 и конвективную часть котла и направляются в воздухоподогреватель, а далее через дымосос продукты сгорания поступают в дымовую трубу.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 866330, кл. F 22 B 21/04, 1981.

2. Патент РФ N 2084759, кв. F 22 B 21/04, 1997.

Котел предназначен для выработки пара и может быть использован в теплоэнергетике для теплоснабжения промышленных и сельских объектов. Котел имеет два барабана, верхний и нижний, соединенные между собой конвективным пучком теплообменных труб, барабаны расположены перпендикулярно продольной оси котла, топочная камера котла секционная, полностью экранированная, имеет один и более двусветных многорядных экранов, причем передние - фронтальные коллекторы сплошные, соединены фронтальным экраном. Подпитка котла водой организована в нижний барабан и продольные нижние коллекторы через перфорированные трубы. Такая конструкция парового котла увеличивает его коэффициент полезного действия за счет увеличения теплосъема. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Паровой котел, содержащий экранированную топочную камеру, верхний и нижний барабаны, соединенные между собой конвективным пучком труб, нижние и верхние продольные коллекторы одним концом подключенные к нижнему и верхнему барабанам и соединенные между собой теплообменными вертикальными трубами с образованием боковых экранов, а также подовый, фронтальный и потолочный экраны, отличающийся тем, что топка котла секционная, разделенная на секции двусветными многорядными экранами, при этом фронтальные - передние, верхние и нижние коллекторы сплошные и соединены передним экраном, а продольных коллекторов два и более, подпитка котла водой организована в нижний барабан и продольные нижние коллекторы, через перфорированные трубы, проходящие через них, а барабаны расположены перпендикулярно продольной оси котла. 2. Котел по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в конвективной части котла установлены газонаправляющие перегородки. 3. Котел по пп. 1-3, отличающийся тем, что имеет пароперегреватель. 4. Котел по пп. 1-4, отличающийся тем, что снабжен перепускными трубами, соединяющими продольные и поперечные - фронтальные коллекторы. 5. Котел по пп. 1-5, отличающийся тем, что имеет двухрядные экраны, фронтальный, подовый, боковые, задний и потолочный. 6. Котел по пп. 1-6, отличающийся тем, что топочная камера котла состоит из двух и более секций. 7. Котел по пп. 1-7, отличающийся тем, что имеет панельные экраны с металлическими проставками между теплообменными трубами. 8. Котел по пп. 1-8, отличающийся тем, что металлоконструкции котла выполнены с антикоррозионным покрытием. 9. Котел по пп. 1-8, отличающийся тем, что металлоконструкции котла изготовлены из антикоррозионного материала.