ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2004 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве основного или пикового источника теплоснабжения.

Известен башенный водогрейный котел (Либерман Н.Б. и др. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1979), содержащий образованную трубными экранами топку и конвективный газоход с расположенными в нем конвективными поверхностями нагрева флажкового типа, среда в которых имеет перекрестное по отношению к топочным газам движение.

Недостатком водогрейного котла является низкая интенсивность конвективного теплообмена и повышенные требования к скоростям воды для обеспечения надежности, так как горячие газы после топки поступают непосредственно в конвективные поверхности нагрева.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является водогрейный одноходовой котел (свидетельство на ПМ №17076, опубл. 10.03.2001).

Котел имеет экранированную топку и конвективный газоход, боковые стены которого образованы расположенными вдоль хода газов вертикальными коллекторами встречно установленных поверхностей нагрева конвективного пакета, выполненных в виде флажков, а фронтовая и задняя стены являются продолжением соответствующих экранов топки. Котел имеет башенную компоновку, что позволяет, в необходимых случаях, разместить его на минимальной площади. В верхней части топки имеется защитная поверхность, выполненная из продолжения труб одного из экранов.

Недостатком прототипа является то, что только половина змеевиков конвективного пакета включена по противоточной схеме движения сред, вторая половина включена по прямоточной схеме, что не позволяет получить максимальный температурный напор между обогреваемой и греющей средой, и, соответственно, минимальную величину и минимальную металлоемкость всей поверхности нагрева, необходимую для обеспечения заданного теплосъема.

Предложенное изобретение решает задачу повышения эффективности теплосъема и уменьшения металлоемкости котла за счет применения конструктивных решений, обеспечивающих интенсивный конвективный теплообмен.

Для решения поставленной задачи в водогрейном котле, содержащем экранированную топку и расположенный над ней конвективный газоход, боковые стены которого образованы вертикальными коллекторами встречно установленных поверхностей нагрева конвективного пакета, выполненных в виде змеевиков или флажков, а фронтовая и задняя стены образованы продолжением соответствующих экранов топки, согласно изобретению, фронтовой или задний экран выполнен с уступом, обеспечивающим уменьшение площади поперечного сечения конвективного газохода по сравнению с площадью поперечного сечения топки, каждый из боковых экранов топки состоит из двух панелей с общим нижним и раздельными (входным и выходным) верхними коллекторами, один из которых - входной является также нижним коллектором конвективного пакета, при этом фронтовой и задний экраны имеют общий нижний коллектор, а верхний коллектор фронтового экрана и верхние коллекторы конвективного пакета подключены соответственно к трубам отвода и подвода воды.

Кроме того, в верхней части топки могут быть установлены ширмовые поверхности нагрева, входной коллектор которых перепускными трубами соединен с двумя боковыми экранами топки, а выходной коллектор соединен с задним экраном топки.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат - интенсификация конвективного теплообмена, а следовательно, повышение эффективности теплосъема и уменьшение металлоемкости водогрейного котла башенной компоновки, достигается, во-первых, за счет обеспечения противоточного движения нагреваемой среды по отношению к движению дымовых газов во всех поверхностях нагрева конвективного пакета и, во-вторых, за счет увеличения скорости самих газов в конвективном пакете.

Конструктивно указанный результат достигается за счет выполнения фронтового или заднего экрана с уступом, позволяющим уменьшить площадь поперечного сечения конвективного газохода по сравнению с площадью поперечного сечения топки, т.е. уменьшить глубину газохода, что увеличивает коэффициент теплопередачи за счет увеличения скорости топочных газов, проходящих через конвективный пакет. Уменьшение глубины газохода, кроме того, вызывает уменьшение количества труб, а значит, и уменьшение суммарного проходного сечения (по воде) труб конвективного пакета, расположенных на каждой стороне газохода, что при соответствующем предлагаемом подключении коллекторов по воде, позволяет подавать воду параллельно в оба верхних коллектора конвективного пакета с расходом, необходимым для надежного охлаждения труб конвективного пакета.

Таким образом, конвективный пакет выполнен двухпоточным, состоящим из двух параллельно включенных частей. При подаче воды одновременно в оба верхних коллектора этих частей и движении ее двумя параллельными потоками сверху вниз весь конвективный пакет становится противоточным.

Выполнение защитной поверхности из ширм, установленных на достаточно большом расстоянии друг от друга, обеспечивает малые скорости проходящих через нее газов и малую интенсивность обогрева, т.е. обеспечивает большую, по сравнению с прототипом, надежность самих труб ширмовой поверхности.

Сущность изобретения поясняется примером его использования в конструкции, иллюстрируемой фиг.1, на которой показан поперечный разрез; и фиг.2, на которой показан продольный разрез водогрейного котла.

Водогрейный котел (фиг.1, 2) содержит топку 1, конвективный газоход 2, конвективный пакет 3, содержащий встречно установленные поверхности нагрева 4 (в приведенном примере - флажкового типа), вертикальные коллекторы которых соединены и образуют газоплотные боковые стены газохода, боковые экраны 5 топки, каждый из которых состоит из двух панелей, фронтовой экран 6, задний экран 7, верхние коллекторы 8 конвективного пакета 3, коллекторы 9, являющиеся одновременно нижними выходными коллекторами конвективного пакета 3 и верхними входными коллекторами двух панелей боковых экранов 5, верхние выходные коллекторы 10 двух других боковых панелей, нижние коллекторы 11 боковых экранов 5, выполненные общими для двух панелей экрана. Фронтовой экран 6 и задний экран 7 имеют общий нижний коллектор 12 и отдельные верхний коллектор 13 фронтового экрана 6, и верхний коллектор 14 заднего экрана 7. При этом оба верхних коллектора 8 конвективного пакета соединены с трубами подачи воды (не показаны).

Задний экран 7 выполнен с уступом в месте сочленения топки 1 и конвективного газохода 2. Благодаря этому конвективный газоход 2 имеет площадь поперечного сечения меньше площади поперечного сечения топки. При этом площадь поперечного сечения газохода рассчитывается таким образом, чтобы была обеспечена скорость газов в конвективном газоходе, достаточная для эффективного теплосъема и уменьшения металлоемкости. В данном примере рассматривается наиболее простая в изготовлении конструкция с соотношением площадей 1:2.

В верхней части топки 1 могут быть установлены ширмовые поверхности нагрева 15, входной коллектор 16 которых перепускными трубами 17 сообщен с двумя боковыми экранами топки 5, а выходной коллектор 18 - с задним экраном 7 топки.

При отсутствии в водогрейном котле ширмовых поверхностей нагрева выходные коллекторы боковых экранов 5 топки соединяются перепускными трубами с задним экраном 7 топки.

Устройство работает следующим образом.

Образующийся от сгорания топлива в топке 1 восходящий поток топочных газов проходит через полурадиационные поверхности нагрева - ширмы 15, отдавая им часть тепла. Затем газы поступают в конвективный газоход 2, проходят через конвективный пакет 3, омывая поверхности нагрева 4, после чего выходят из котла.

Вода двумя параллельными потоками подается в верхние коллекторы 8 конвективного пакета и, опускаясь, проходит через встречно расположенные поверхности нагрева 4. При этом происходит противоточное движение топочных газов и воды и, следовательно, обеспечивается максимальный температурный напор. Поскольку нижние выходные коллекторы 9 конвективного пакета являются одновременно верхними коллекторами двух панелей боковых экранов 5, вода, выходя из этих коллекторов, параллельно проходит через боковые экраны 5, сначала опускаясь по одной (опускной) панели в нижний коллектор 11, а затем, поднимаясь по другой (подъемной) панели. Через перепускные трубы 17 вода попадает во входной коллектор ширм 16, где оба потока объединяются. Пройдя через ширмовые поверхности нагрева 15, вода из выходного коллектора 18 поступает в верхний входной коллектор 14 заднего экрана 7. Далее вода последовательно проходит через задний экран 7 (опускное движение) и через общий нижний коллектор 12 поступает во фронтовой экран 6 (подъемное движение), откуда, нагретая до требуемой температуры, выходит из котла через верхний коллектор 13 фронтового экрана.

Реализация заявляемой совокупности признаков в предлагаемой конструкции водогрейного котла башенного типа позволяет повысить эффективность теплосъема и уменьшить, благодаря этому, металлоемкость котла.

Изобретение предназначено для нагрева воды, может быть использовано в качестве основного или пикового источника теплоснабжения. Водогрейный котел содержит экранированную топку и расположенный над ней конвективный газоход, боковые стены которого образованы вертикальными коллекторами встречно установленных поверхностей нагрева конвективного пакета, а фронтовая и задняя стены образованы продолжением соответствующих экранов топки. Поверхности нагрева конвективного пакета выполнены в виде змеевиков или флажков. Экраны топки представляют собой фронтовой, задний и два боковых экрана. Фронтовой или задний экран выполнен с уступом, обеспечивающим уменьшение площади поперечного сечения конвективного газохода по сравнению с площадью поперечного сечения топки. Каждый из боковых экранов топки состоит из двух панелей с общим нижним и раздельными (входным и выходным) верхними коллекторами, один из которых - входной, является также нижним коллектором конвективного пакета. Фронтовой и задний экраны имеют общий нижний коллектор, а верхний коллектор фронтового экрана и верхние коллекторы конвективного пакета подключены соответственно к трубам отвода и подвода воды. Изобретение обеспечивает интенсификацию конвективного теплообмена. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий экранированную топку и расположенный над ней конвективный газоход, боковые стены которого образованы вертикальными коллекторами встречно установленных поверхностей нагрева конвективного пакета, а фронтовая и задняя стены образованы продолжением соответствующих экранов топки, отличающийся тем, что поверхности нагрева конвективного пакета выполнены в виде змеевиков или флажков, а экраны топки представляют собой фронтовой, задний и два боковых экрана, при этом фронтовой или задний экран выполнен с уступом, обеспечивающим уменьшение площади поперечного сечения конвективного газохода по сравнению с площадью поперечного сечения топки, каждый из боковых экранов топки состоит из двух панелей с общим нижним и раздельными (входным и выходным) верхними коллекторами, один из которых, входной, является также нижним коллектором конвективного пакета, при этом фронтовой и задний экраны имеют общий нижний коллектор, а верхний коллектор фронтового экрана и верхние коллекторы конвективного пакета подключены соответственно к трубам отвода и подвода воды.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части топки установлены ширмовые поверхности нагрева, входной коллектор которых перепускными трубами соединен с двумя боковыми экранами топки, а выходной коллектор соединен с задним экраном топки.