КОТЕЛ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2000 года по МПК F22B15/00 F24H1/00 

Изобретение относится к области получения тепла или пара и может использоваться при создании прямоточных паровых и водогрейных котлов.

Известны стальные водогрейные котлы с принудительной циркуляцией [1, стр. 249-255, рис. 6-9], имеющие выполненные из стальных труб топочную камеру и конвективную часть. Трубы в топочной камере располагаются вертикально. В конвективной части поверхность нагрева выполнена пакетами, которые набраны П-образно изогнутыми трубами, установленными горизонтально. Трубы вводятся в коллекторы, которые одновременно используются для переброса потоков воды.

Недостатками этих котлов являются:
сложность конструкции, так как необходимо применение большого количества типоразмеров труб, в том числе изогнутых и специальных труб для переброса потоков воды, при создании других котлов типоразмерного ряда требуется значительная переработка проектной документации;
трудности в эксплуатации из-за необходимости применения большого количества воздушников и дренажей, которые нужно открывать при заполнении или опорожнении котла;
по тепловой схеме котел не эффективен, т.к. движение потоков воды и дымовых газов в конвективной части не является чисто противоточным, а из-за применения большого количества коротких труб в них имеют место значительные тепловые и гидравлические разветки;
значительные металлозатраты, т.к. применяются неоребренные трубы.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, выбранным в качестве прототипа, является котел с принудительной циркуляцией [2], имеющий выполненные из горизонтальных преимущественно прямых труб топку и конвективную часть. При этом на трубах, образующих топку, установлены продольные элементы-плавники. Продольные плавники, прямые или выполненные в виде дуги, вварены между трубами. Трубы соединяются с помощью фронтовой и задней водяных камер сложной конструкции в два последовательных хода по воде. Так как количество секций небольшое, то соответственно требуется меньшее количество дренажей и воздушников, поэтому котел более прост по конструкции и в эксплуатации.

Недостатками прототипа являются:
сложность конструкции котла, так как необходимо применение фронтовой и задней водяных камер сложной конструкции, при создании других котлов типоразмерного ряда требуется практически полная переработка проектной документации;
из-за большого количества параллельно включенных труб здесь в значительной мере проявятся тепловые и гидравлические разверки;
по тепловой схеме котел не эффективен т.к. движение потоков воды и дымовых газов в конвективной части не является чисто противоточным;
Целью изобретения является упрощение конструкции котла, проектных и подготовительных работ как при создании собственно котла, так и при проектировании других котлов типоразмерного ряда; повышение тепловой эффективности котла; уменьшение тепловых и гидравлических разверок в схеме.

Поставленная цель достигается тем, что в известном котле [2] с принудительной циркуляцией, имеющем выполненные из горизонтальных, преимущественно прямых труб, топку и конвективную часть, причем на трубах, образующих топку, установлены продольные элементы, ориентированные по образующей топки, по предлагаемому изобретению продольные элементы на трубах выполнены в виде двух симметричных ребер, трубы соединены между собой коленами и/или коллекторами с образованием в топке и конвективной части двух параллельных водяных трактов, при этом в топке упомянутые тракты размещены симметрично относительно друг друга.

Дополнительно топочная камера располагается над конвективной частью, и вода подается снизу, противоточно по отношению дымовым газам.

Кроме того, в каждом тракте поток воды может разветвляться на два или несколько параллельных участков, а ребра могут быть установлены и на трубах конвективной части, при этом они ориентированы по потоку дымовых газов.

При выполнении топочной камеры и конвективной части котла по предлагаемому изобретению из однотипных элементов: прямых труб, соединенных коленами и/или коллекторами, существенно упрощается конструкция котла, а так же проектные и подготовительные работы. Причем не только при создании собственно котла, но и при проектировании других котлов типоразмерного ряда.

Применение только простейших элементов в совокупности с возможностью их соединения в два одинаковых параллельных водяных тракта, которые в топочной камере и/или в конвективной части могут разветвляться на два или несколько параллельных участков, позволяет не только иметь малые тепловые и гидравлические разверки в схеме, но и при всей простоте проектных и подготовительных работ обеспечить создание сложных конструкций как топочной камеры, так и собственно котла в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.

Если на трубах установлены симметрично по два продольных ребра, причем ребра в топке ориентируют по образующей топочной камеры, а в конвективной части - по потоку дымовых газов, то повышается тепловая эффективность котла и упрощается его конструкция. Эти ребра можно приваривать предварительно автоматической сваркой на станках. При этом в предлагаемом котле трубы не взаимосвязаны, их можно легко заменять в ремонте, а при сборке котла требуется минимум сварочных работ.

Когда топочная камера располагается над конвективной частью и вода подается снизу, то в предлагаемом котле легко реализуется наиболее эффективная, противоточная по отношению к дымовым газам тепловая схема.

На фиг. 1, 2 показан в продольном и поперечном разрезах вариант схемы предлагаемого котла.

Предлагаемый котел с принудительной циркуляцией имеет топочную камеру 1 и конвективную часть 2, набранные только из горизонтальных, преимущественно прямых труб 3, соединенных между собой коленами 4 и/или коллекторами 5. На фиг. 2 стрелками 6 показано, что благодаря соединению труб 3 в два одинаковых параллельных тракта воды, вода движется двумя потоками. Это позволяет иметь симметричную трубную систему котла и за счет этого уменьшить тепловые и гидравлические разверки в схеме, которые характерны для котлов с большим числом коротких параллельных участков.

Применение однотипных простейших элементов 3, 4, 5 в совокупности с возможностью их соединения в два одинаковых параллельных водяных тракта, которые к тому же в топочной камере и/или в конвективной части могут разветвляться на два или несколько параллельных участков, при всей простоте проектных и подготовительных работ, позволяет легко обеспечить создание таких сложных конструкций, как топочная камера и собственно котел в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.

На трубах 3 установлены симметрично по два продольных ребра 7, причем ребра в топке ориентируют по образующей топочной камеры 1, а в конвективной части 2 - по потоку дымовых газов. Благодаря применению ребер повышается тепловая эффективность котла и снижаются металлозатраты. Оребренные трубы не связаны между собой по длине и могут быть легко заменены при ремонте котла.

Котел оснащается воздушным 8 и дренажным 9 кранами и подключен к потребителю тепла питательной 10 и отводящей 11 линиями. В предлагаемом исполнении котла достаточно установить только в самых верхней и нижней точках по одному воздушнику 8 и дренажу 9.

В изображенном варианте топочная камера 1 располагается над конвективной частью 2, и вода подается снизу, т. е. противоточно по отношению дымовым газам и этим легко, без применения специальных труб для переброса потоков воды реализуется наиболее эффективная противоточная тепловая схема котла.

Конструктивно котел обрамляется обмуровкой 12, а котельная установка включает дымосос 13, дымовую трубу 14, горелку 15 и другие элементы.

Предлагаемая котельная установка работает следующим образом.

Топливо и воздух подаются через горелку 15, и топливо сгорает в топочной камере 1 с выделением тепла. Продукты сгорания охлаждаются, передавая тепло ребрам 7 и трубам 3 в топочной камере 1 и в конвективной части 2, и затем дымососом 13 через дымовую трубу 14 сбрасываются в атмосферу. Обмуровка 12 служит для изоляции котла от внешней среды, устраняет его дымление и тепловые потери.

Через трубы 3 тепло воспринимается водой, которая поступает от потребителя тепла по питательной 10 и подается к нему по отводящей 11 линиям. В пределах котла вода движется двумя потоками, как показано стрелками 6 внутри труб 3, колен 4 и коллекторов 5. При эксплуатации котла для заполнения его водой открывают воздушный 8, а для слива воды дренажный 9 краны.

Использование предлагаемого котла с принудительной циркуляцией по сравнению с прототипом [2] позволяет:
упростить конструкцию котла за счет применения однотипных простейших элементов 3, 4, 5;
упростить проектные и подготовительные работы, уменьшить тепловые и гидравлические разверки в схеме и обеспечить создание сложных конструкций топочной камеры и собственно котла в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями, но без необходимости применения нескольких типоразмеров сложных фронтовой и задней водяных камер и без глубокой переработки проектной документации, благодаря возможности соединения труб в два одинаковых параллельных водяных тракта, которые к тому же в топочной камере и/или в конвективной части могут разветвляться на два или несколько участков;
повысить эффективность тепловой схемы котла за счет возможности легкого обеспечения чисто противоточного движения потоков воды и дымовых газов в конвективной части.

ЛИТЕРАТУРА
1. Роддатис К.Ф. Котельные установки. -М.: "Энергия", 1977.

2. Патент FR N 2296149 от 27.08.1976, МКИ F 24 H 1/44.

Котел предназначен для получения тепла и пара. Котел содержит топку и конвективную часть, выполненные из горизонтальных, преимущественно прямых труб, которые соединены между собой коленами или коллекторами. В топке и конвективной части образуется два параллельных водяных тракта, причем в топке упомянутые тракты размещены симметрично относительно друг друга, при этом на трубах образующих топку установлены два симметричных ребра. Конструкция котла обеспечивает повышение тепловой эффективности котла и уменьшение тепловых и гидравлических разверток в схеме. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Котел с принудительной циркуляцией, имеющий выполненные из горизонтальных, преимущественно прямых, труб топку и конвективную часть, при этом на трубах, образующих топку, установлены продольные элементы, ориентированные по образующей топки, отличающийся тем, что продольные элементы на трубах выполнены в виде двух симметричных ребер, трубы соединены между собой коленами и/или коллекторами с образованием в топке и конвективной части двух параллельных водяных трактов, причем в топке упомянутые тракты размещены симметрично относительно друг друга. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что топка располагается над конвективной частью и вода подается снизу, противоточно по отношению к дымовым газам. 3. Котел по п.1, отличающийся тем, что в каждом тракте поток воды может разветвляться на два или несколько параллельных участков. 4. Котел по п.1, отличающийся тем, что ребра могут быть установлены на трубах конвективной части, при этом они ориентированы по потоку дымовых газов.