ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2001 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах теплоцентралей, промышленных котельных и котельных жилищно-коммунальных объектов.

Известны водогрейные котлы с вертикальным корпусом, в котором размещены топка, потолочный экран из труб и боковые экраны из радиационных и конвективных панелей (патент СССР N 1760997, кл. F 24 H 1/34, приоритет 8.08.90 г.). Конвективная панель выполнена из чередующихся опускных и подъемных труб, причем каждые две смежные трубы тангенциальными патрубками подключены к соответствующей трубе радиационной панели.

Основным недостатком известного котла является его невысокий КПД, т.к. закручивание водяного потока происходит только в трубах радиационных панелей. Кроме того, известный котел сложен в изготовлении.

Известен водогрейный котел, содержащий топочную камеру, экранированную трубами, конвективный трубный пучок, экономайзер и закручивающее устройство потока воды, выполненное в виде перепускных труб, соединяющих между собой смежные трубы экранов, конвективного пучка и экономайзера и расположенных тангенциально к их осям (патент RU N 2059937 кл. F 24 H 1/00, приоритет 18.08.92 г.). В зависимости от компоновки котельной водогрейный котел может устанавливаться как горизонтально, так и вертикально с размещением труб в радиационной части вертикально или горизонтально. Вода входит в котел со стороны экономайзера, проходит, вращаясь, последовательно все трубы его, поступает в конвективную часть и из нее, пройдя вращаясь последовательно все трубы, попадает в нижний коллектор, растекаясь по нему через греющие и перепускные трубы, поднимается по передней, боковым и верхней панелям к верхнему коллектору на выход из котла.

К недостаткам известного водогрейного котла следует отнести:
при последовательном подключении всех труб для улучшения коэффициента теплопередачи от стенки трубы к воде необходимо обеспечить большую скорость движения воды в тангенциальном вводе, что приведет к большим потерям давления или при увеличении диаметра тангенциальных патрубков к снижению эффекта закручивания потока;
повышенная вероятность аварий, т.к. отсутствует пароотвод и особенно при вертикальном расположении труб появляются вверху "карманы", не заполненные водой, а внизу - заполненные илом;
параллельный выпуск воды из экономайзера, конвективной и радиационной частей в верхний коллектор усложняет задачу получения высокой температуры воды на выходе из котла.

Предложен водогрейный котел, включающий топочную камеру, подводящие и отводящие коллекторы, радиационные и конвективные панели, содержащие нагревательные трубы, заглушенные с торцов, питательные трубки, соединяющие нагревательные трубы, и отстойники с механизмами их очистки.

Сущность изобретения заключается в том, что котел содержит отстойники с механизмами их очистки, нагревательные трубы радиационной и конвективной панелей объединены в модули, подключенные параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, а нагревательные трубы в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой соединены между собой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками, при этом площадь проходного сечения переходных трубок не превышает 50% от площади сечения питательных. Питательные и переходные трубки выполнены в виде радиально-тангенциальных вводов. Каждый модуль может быть снабжен дополнительной трубой с тангенциальными патрубками, которая размещена внутри подводящей нагревательной трубы и соединена с подводящим коллектором. Заглушки торцов верхней части нагревательных труб выполнены вогнутыми до уровня расположения верхних питательных и переходных трубок. Отводящие нагревательные трубы соединены тангенциально с отводящим коллектором, а подводящие коллекторы на входе имеют завихрители, выполненные, например, в виде тангенциального ввода.

Наличие отстойников с механизмами их очистки позволяет собирать и удалять отложения твердых частиц из котла, не отправляя их в систему отопления.

Объединение нагревательных труб радиационных и конвективных панелей в модули, подключенных параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, позволяет иметь рациональные проходные сечения питательных трубок и скорости воды в них.

Соединение нагревательных труб в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками обеспечивает: а) заполнение верхних частей нагревательных труб водой без оставления воздушных мешков; б) удаление отстоя из нагревательных труб в отстойник.

Уменьшение сечения переходных трубок по сравнению с питательными более чем на 50% обеспечивает нормальную циркуляцию основного объема воды в нагревательных трубах.

Выполнение питательных и переходных трубок в виде радиально-тангенциальных вводов обеспечивает вращательное движение воды в нагревательных трубах и упрощает сварку модулей.

Наличие дополнительных труб с тангенциальными патрубками, размещенных внутри подводящих нагревательных труб, обеспечивает в них вращение потока воды.

Выполнение заглушек вогнутыми до уровня расположения питательных и переходных трубок обеспечивает удаление пузырьков воздуха из нагревательных труб.

Соединение отводящих нагревательных труб тангенциально с отводящим коллектором, а установка на входе в подводящий коллектор завихрителя обеспечивает вращательное движение потока в подводящих и отводящих коллекторах.

В зависимости от компоновки котельной трубы могут быть установлены как вертикально, так и горизонтально. Предложенная конструкция котла технологична в изготовлении и имеет высокую эффективность и надежность в эксплуатации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид водогрейного котла спереди, на фиг. 2 - сечение I-I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение II-II на фиг. 2, на фиг. 4 - сечение III-III на фиг. 2, на фиг. 5 - верхний торец нагревательной трубы в продольном разрезе.

Водогрейный котел содержит топочную катеру 1, потолочный экран 2 и боковые экраны, включающие радиационные панели 3, конвективные панели 4, подводящие коллекторы 5 и отводящие коллекторы 6. Каждая панель содержит ряд нагревательных труб, причем трубы обеих панелей объединены в автономные модули 7, включающие, например, по три нагревательные трубы 8, 9, 10 конвективной панели и по три нагревательные трубы 11, 12, 13 радиационной панели. Каждый модуль содержит подводящую нагревательную трубу 8 и отводящую нагревательную трубу 12. Модули параллельно подключены к подводящим 5 и отводящим 6 коллекторам. Подвод воды в модуль осуществляют с помощью дополнительной трубы 14, имеющей тангенциальные патрубки 15, конец которой с патрубками размещен внутри подводящей нагревательной трубы 8, а другой соединен с подводящим коллектором 5, вода в который подается от магистрали через завихритель 19, выполненный, например, в виде тангенциального ввода.

Отводящая нагревательная труба 12 модуля соединена тангенциально через трубку 16 с отводящим коллектором 6, что обеспечивает в нем вращательное движение воды. Отводящий коллектор 6 последовательно соединен с потолочным экраном 2.

Нагревательные трубы в модуле между входной 8 и выходной 12 нагревательными трубами соединены последовательно по верху и по низу чередующимися между собой по высоте и длине питательными 17 и переходными 18 трубками, выполненными в виде радиально-тангенциальных вводов. Для того, чтобы основной поток воды в нагревательных трубах шел продольно вверх или вниз, площадь проходных сечений переходных трубок не должна превышать 50% от площади сечений питательных трубок. При значительной длине нагревательных труб в их средней части может дополнительно устанавливаться один или несколько рядов питательных трубок.

Нагревательные трубы с торцов имеют заглушки 20, причем заглушки верхних торцов выполнены вогнутыми до уровня размещения верхних питательных и переходных трубок 17, 18.

Для направления газа из топки в конвективную часть котла радиационная часть котла от конвективной изолирована на длину нагревательных труб пластинками 21, перекрывающими зазоры между нагревательными трубами. На фиг. 2 эти пластины условно не показаны.

Соединение нагревательных труб в модуле через питательные трубки осуществляется либо последовательно, либо по последовательно-параллельной схеме, т. е. в модуле образуются две параллельные ветви, в которых трубы соединены последовательно: подводящая нагревательная труба 8 - труба 10 - труба 13 - труба 12 и вторая: труба 8 - труба 9 - труба 11 и отводящая труба 12.

Для удаления твердых частиц, образующихся при нагревании воды, в нижней части котла имеется отстойник 22 с продувочной трубой 23 для его очистки.

Работа водогрейного котла осуществляется следующим образом. Продукты сгорания их топочной камеры 1 поднимаются вверх и через зазор между трубами 5, 6 и верхними торцами нагревательных труб проходят вниз по каналам, образованным трубами радиационной и конвективной панелей и обмуровкой котла, и поступают в газоход 24. Вода от сетевого насоса (не показан) поступает по трубе 25 через завихритель 19 в подводящие коллекторы 5, где приобретает вращательное движение, и далее по дополнительным трубам 14 через подводящие нагревательные трубы 8 в каждый модуль 7. Из дополнительных труб 14 по тангенциальным патрубкам 15 вода поступает в подводящие нагревательные трубы 8. Сечение тангенциальных патрубков 15 выбирается из условия технически приемлемого гидравлического сопротивления котла, так как чем меньше сечение, тем выше гидравлическое сопротивление, но тем выше скорость вращательного движения и, соответственно, выше коэффициент теплопередачи. Из этих же условий выбирается сечение питательных трубок 17.

Поток воды в модуле при последовательно-параллельном соединении нагревательных труб разделяется на два основных и четыре вспомогательных потока (при последовательном соединении соответственно один основной и два вспомогательных). Два основных потока через питательные трубки 17 последовательно проходят по нагревательным трубам в продольном направлении. Первый основной поток: подводящая труба 8 (направление потока вниз) - труба 9 (направление потока вверх) - труба 11 (потока вниз) - отводящая нагревательная труба 12 (поток вверх). Аналогично второй основной поток: трубы 8 - 10 - 13 - 12.

Четыре вспомогательных потока (два верхних и два нижних) проходят нагревательные трубы модуля последовательно в поперечном направлении через переходные трубки 18 и питательные 17. Первый верхний поток: труба 8 - переходная трубка 18 - труба 9 - питательная трубка 17 - труба 11 - переходная трубка 18 - труба 12. Аналогично второй верхний вспомогательный поток и два нижних. Наличие верхних вспомогательных потоков обеспечивает полное заполнение водой верхних частей нагревательных труб 8, 11, 13, а нижние вспомогательные потоки обеспечивают перемещение твердого осадка из нагревательных труб в отводящую трубу 12, где он попадает в отстойник 22 и по мере накопления удаляется через патрубок 23.

Прогретая вода из модулей 7, через отводящие нагревательные трубы 12 поступает в трубки 16, откуда тангенциально поступает в отводящий коллектор 6 и далее в потолочный экран и на выход из котла в магистраль горячей воды.

В подводящем 5 и отводящем 6 коллекторах вода наряду с поступательным имеет вращательное движение. В коллекторе 5 это достигается за счет завихрителя 19, установленного на входе, а в коллекторе 6 за счет тангенциального ввода труб 16.

Вращательное движение воды в коллекторах 5, 6 предотвращает образование в них отложений, что увеличивает надежность работы котла.

Вода в нагревательных трубах также имеет вращательное движение, которое достигается за счет питательных 17 и переходных 18 трубок, выполненных в виде радиально-тангенциальных вводов. Вращающийся поток в нагревательных трубах обеспечивает повышение коэффициента теплопередачи и препятствует образованию отложений на стенках труб.

Вогнутая форма заглушек на верхних торцах нагревательных труб обеспечивает сброс через переходные и питательные трубки 17, 18 воздушных пузырьков, которые при вращении воды собираются в центральной части трубы.

Водогрейный котел данной конструкции имеет высокую надежность и эффективность в работе, долговечен и технологичен в изготовлении.

Котел предназначен для нагрева воды и может быть использован в промышленных котельных и котельных жилищно-коммунальных объектов. Котел содержит топочную камеру, подводящие и отводящие коллекторы, радиационные и конвективные панели, содержащие нагревательные трубы с заглушками на торцах, которые объединены в модули и подключены параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, и питательные трубки, соединяющие нагревательные трубы. Нагревательные трубы в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой соединены между собой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками, при этом площадь проходного сечения переходных трубок не превышает 50% от площади сечения питательных. Конструкция котла обеспечивает высокую эффективность и надежность эксплуатации. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Водогрейный котел, включающий топочную камеру, подводящие и отводящие коллекторы, радиационные и конвективные панели, содержащие нагревательные трубы с заглушками на торцах, питательные трубки, соединяющие нагревательные трубы, отличающийся тем, что он содержит отстойники с механизмами их очистки, нагревательные трубы радиационных и конвективных панелей объединены в модули, подключенные параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, а нагревательные трубы в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой соединены между собой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками, при этом площадь проходного сечения переходных трубок не превышает 50% от площади сечения питательных. 2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что питательные и переходные трубки выполнены в виде радиально-тангенциальных вводов. 3. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной трубой с тангенциальными патрубками, которая размещена внутри подводящей нагревательной трубы каждого модуля и соединена с подводящим коллектором. 4. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что заглушки торцов в верхней части нагревательных труб выполнены вогнутыми до уровня расположения верхних питательных и переходных трубок. 5. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что отводящие нагревательные трубы соединены тангенциально с отводящим коллектором, а подводящие коллекторы на входе снабжены завихрителями, выполненными, например, в виде тангенциального ввода.