КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ПРЯМОТОЧНЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ И ТЕПЛООБМЕННИК АКТИВНОЙ ЗОНЫ КОТЛА Российский патент 2005 года по МПК F22B33/18 F22B27/08 F28D7/02 

Группа изобретений относится к котловым установкам, прямоточным водотрубным паровым котлам и теплообменникам активной зоны котла.

Из уровня техники известно техническое решение по патенту RU 2090805, F 24 D 17/00, 20.09.1997, [1], содержащее, по меньшей мере, один котел, оснащенный автоматизированными горелками, бойлер, теплообменники, проходящие через котел и бойлер, систему подачи воздуха и газа, контуры питательной воды и сетевого пара, блок управления, систему подачи газа, содержащую трубопроводы, подводящие газ к горелкам, при этом контур питательной воды соединен с емкостью подпитки и оснащен насосом нагнетания питательной воды.

Недостатком известной котельной установки [1] является ее громоздкость. Котельная установка [1] принята за наиболее близкий аналог изобретения “Котельная установка”.

Из авторского свидетельства СССР №1793144, МПК F 22 B 1/18, 27/16, дата публикации 07.02.93, на изобретение “Теплогенератор Ломанова”, [2], известен котел, содержащий корпус с размещенной в торце горелкой, с камерой сгорания, систему подвода топлива и воздуха к горелке, корпус котла выполнен многослойным, с размещением между слоями, образующими силовую конструкцию корпуса, охладителя, в качестве которого использована питательная вода.

Недостатком котла по изобретению [2] является отсутствие экономайзера и теплообменников в активной зоне, что снижает производительность котла и энергосъем пара с единицы объема котла.

Из заявки Великобритании №2151344, МПК F 22 B 1/00, F 23 M 5/08, дата публикации 17.07.1985 г., [3], известен прямоточный водотрубный паровой котел, содержащий корпус с размещенной в торце горелкой, камерой сгорания, теплообменниками в активной зоне, соединенными с экономайзером, систему подвода топлива и воздуха к горелке. Недостатком котла по изобретению [3] является подвод питательной воды в горизонтальный котел сверху и отвод пара снизу, что приводит к необходимости укреплять корпус в местах подвода и отвода трубопроводов с питательной водой. Это увеличивает габариты и массу корпуса котла, уменьшая энергосъем пара с единицы объема котла. Данное изобретение принято за наиболее близкий аналог изобретения “Прямоточный водотрубный паровой котел”.

Из патента США 4550687, МПК F 22 B 33/00, НПК 122/1С, опубликовано 05.11.1985 г., [4], известен теплообменник активной зоны, содержащий, по меньшей мере, одну трубку, соединенную с расположенными рядом подающей и приемной трубными досками и выполненную со спиральным и спрямленным участками. Недостатком известного теплообменника является выполнение спрямленного участка трубки проходящей вдоль центра спирального участка, что снижает жесткость теплообменной трубки и не позволяет уложить трубки в спиральные оболочки, чем ограничивается интенсивность теплосъема. Данное изобретение [4] принято за наиболее близкий аналог изобретения “Теплообменник активной зоны котла”.

Решаемой группой изобретений технической задачей является повышение энергосъема с единицы объема котла. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и веса котельной установки, прямоточного водотрубного парового котла и теплообменника его активной зоны в целом, что позволяет придать котлу и котельной установке компактность по сравнению с котлами и парогенераторами аналогичной производительности.

Сущность группы изобретений заключается в следующем.

Котельная установка содержит, по меньшей мере, один котел, оснащенный автоматизированными горелками, бойлер, теплообменники, проходящие через котел и бойлер, систему подачи воздуха и газа, контуры питательной воды и сетевого пара, блок управления, систему подачи газа, содержащую трубопроводы, подводящие газ к горелкам, при этом контур питательной воды соединен с емкостью подпитки и оснащен насосом нагнетания питательной воды. Кроме того, котельная установка содержит экономайзер с проходящим через него теплообменником, упомянутая система подачи воздуха содержит воздуходувку, соединенную с горелками, все агрегаты котельной установки закреплены на единой платформе, корпус котла содержит несколько обечаек, полости между которыми предназначены для заполнения охладителем, в качестве которого используется питательная вода и воздух, причем полость, предназначенная для заполнения питательной водой, включена в контур питательной воды между насосом питательной воды и экономайзером, полость, предназначенная для заполнения воздухом, соединена с воздуходувкой и горелками камеры сгорания котла, размещенный в котле теплообменник выполнен в виде коаксиально расположенных спиральных оболочек, каждая из которых образована теплообменными трубками, соединенными с подающей и приемной трубными досками, расположенными в торце котла, при этом оболочки с меньшим диаметром смещены в сторону камеры сгорания, выполненной в виде двух последовательно расположенных полостей, с установленными в торце горелками.

Котел, содержит корпус с размещенной в торце горелкой, камерой сгорания и теплообменником в активной зоне, систему подвода топлива и воздуха к горелке. Камера сгорания выполнена в виде двух последовательно расположенных полостей с установленной в ее торце горелкой, трубки упомянутого теплообменника соединены с подающей и приемной трубными досками, установленными в торце корпуса, противоположном торцу с горелкой, корпус котла выполнен из нескольких обечаек с образованием между ними полостей, предназначенных для заполнения охладителем, в качестве которого используется, по меньшей мере, питательная вода и воздух, причем полость, предназначенная для заполнения питательной водой, соединена с подающей трубной доской упомянутого теплообменника, а полость, предназначенная для заполнения воздухом, соединена с воздуходувкой и форсунками горелки.

Корпус котла может быть соединен с экономайзером, теплообменник которого соединен с полостью корпуса котла, предназначенной для заполнения питательной водой, и далее с подающей трубной доской.

Наружная полость может быть заполнена тепло-звукоизолирующим материалом.

Горелка может содержать запальную свечу и запальную форсунку, внутренний и внешний кольцевые газовые коллекторы, оснащенные форсунками и соединенные с источником топлива посредством управляемых клапанов, причем форсунки внешнего кольцевого коллектора установлены в торце котла со смещением в сторону активной зоны.

Запальная форсунка может быть оснащена автономным источником топлива и размещена внутри торца корпуса котла, а форсунки внутреннего и внешнего кольцевого коллектора могут быть выполнены с завихрителями воздуха.

Теплообменник активной зоны содержит теплообменную трубку, соединенную с подающей и приемной трубными досками и выполненную с двумя участками, первым и вторым, при этом второй участок является спиральным. Кроме того, теплообменник содержит несколько упомянутых трубок, которые на первом участке выполнены касающимися трубки на втором участке, кроме того, трубки на втором участке уложены в спиральные оболочки, при этом между поверхностями оболочек образованы зазоры.

Внутри центральной оболочки может быть установлен с зазором к ее поверхности вытеснитель, полость которого соединена с источником питательной воды, при этом вытеснитель может быть выполнен цилиндрическим.

На первом участке теплообменная трубка может быть выполнена в виде спирали, шаг витков которой больше шага витков второго участка теплообменной трубки.

Шаг спирали на первом участке теплообменной трубки может быть выполнен как постоянным, так и переменным, увеличивающимся по мере удаления от трубной доски.

По меньшей мере, одна теплообменная трубка теплообменника на первом участке может быть выполнена прямолинейной, направленной вдоль образующей обечайки второго участка и соприкасающейся с участками труб, уложенными в спиральную оболочку. Теплообменные трубки на первом участке могут быть выполнены в виде цилиндрической оболочки.

Между поверхностями вытеснителя и центральной оболочки могут быть расположены первые участки теплообменных трубок.

Выполнение котельной установки, содержащей, по меньшей мере, один котел, каждый из которых оснащен горелками и экономайзером, бойлер, систему подачи воздуха и газа, контуры питательной воды и сетевого пара, блок управления, при этом выполнение системы подачи воздуха содержащей воздуходувку, соединенную с горелками, систему подачи газа, трубопроводы, подводящие газ к горелкам, выполнение контура питательной воды соединенным с емкостью подпитки и оснащенным насосом нагнетания питательной воды, включающим теплообменники, проходящие через котел, экономайзер, бойлер, обеспечивает теплообмен в бойлере между питательной водой и сетевой водой, превращая ее в пар, используемый для отопления, получения промышленного пара и т.п.

Выполнение корпуса каждого котла котельной установки содержащим несколько обечаек с заполнением полости между ними охладителем, в качестве которого используется питательная вода и воздух, соединение полости, заполненной питательной водой, с экономайзером и далее с подающей трубной доской теплообменника активной зоны, и полости, заполненной воздухом, с воздуходувкой и форсунками горелки обеспечивает охлаждение корпуса котла, что позволяет уменьшить его массу при сохранении прочности.

Размещение в котле теплообменника, выполненного в виде коаксиально расположенных спиральных оболочек, каждая из которых образована теплообменными трубками, соединенными с подающей и приемной трубными досками, расположенными рядом в торце котла, противоположном торцу с горелками, а также смещение оболочки с меньшим диаметром в сторону камеры сгорания и выполнение камеры сгорания в виде двух последовательно расположенных полостей с установленными в торце горелками обеспечивает повышение теплосъема с единицы объема котла, что приводит к уменьшению габаритов котла и котельной установки в целом по сравнению с котельными установками аналогичной производительности. Это позволяет установить все агрегаты котельной установки на единой платформе, обеспечивая компактность и удобство монтажа котельной установки.

Выполнение парового котла содержащим корпус с размещенной в торце горелкой, с камерой сгорания, теплообменником в активной зоне, соединенным с экономайзером, систему подвода топлива и воздуха к горелке обеспечивает функционирование котла как прямоточного водотрубного. Выполнение камеры сгорания в виде двух последовательно расположенных полостей с установленными в торце горелками, активной зоны, содержащей теплообменник, соединенный с подающей и приемной трубными досками, расположенными в торце корпуса, противоположном торцу с горелками, обеспечивает интенсивный теплообмен между факелом горелки, состоящим из двух зон: внутренней, образуемой посредством внутреннего контура форсунок, и внешней, сформированной посредством внешнего контура форсунок, а также компактность котла в связи с расположением подающей и приемной трубных досок со стороны торца, противоположного торцу с форсунками при размещении теплообменников на границе факела в камере сгорания, с совмещением активной зоны камеры сгорания и потока дымовых газов с омываемыми трубками теплообменника.

Выполнение корпуса котла содержащим несколько обечаек, с образованием между ними полостей, предназначенных для заполнения охладителем, в качестве которого используются, по меньшей мере, питательная вода и воздух, соединение полости для питательной воды с контуром питательной воды обеспечивает плавное изменение температуры в конструкции корпуса и на стенках котла и постепенный нагрев питательной воды. Это уменьшает температурные напряжения в корпусе котла. Соединение полости, заполненной воздухом, с воздуходувкой и форсунками горелки обеспечивает предварительный подогрев воздуха, подаваемого к форсункам, и в то же время уменьшает перепад температур на обечайках и корпусе котла, что способствует снижению температурных напряжений в корпусе котла и позволяет снизить объем и массу котла в целом.

Заполнение наружной полости тепло-звукоизолирующим материалом способствует снижению теплопотерь корпуса котла и, следовательно, повышению теплоотдачи питательной воде, а также повышению уровня комфорта в помещении, где установлен котел.

Выполнение горелки котла содержащей запальную свечу, внутренний и внешний кольцевые газовые коллекторы, оснащенные форсунками и соединенные с источником топлива посредством управляемых клапанов, со смещением форсунки внешнего кольцевого коллектора в сторону активной зоны обеспечивает формирование факела, состоящего из внутренней и внешней зоны горения, что способствует повышению интенсивности теплообмена с питательной водой в теплообменнике в активной зоне. Наличие управляемых клапанов обеспечивает возможность изменения параметров и конфигурации факела, что позволяет регулировать производительность котла.

Оснащение запальной форсунки автономным источником топлива и ее размещение внутри торца цилиндрического корпуса котла способствует упрощению отладки и проверки работоспособности котла после монтажа, ремонта или его остановки. Выполнение форсунок с вихреобразователями воздуха способствует лучшему сгоранию топлива.

Выполнение теплообменника активной зоны содержащим, по меньшей мере, одну трубку, соединенную с расположенными рядом подающей и приемной трубными досками и выполненную со спиральным и спрямленным участками, обеспечивает компактность теплообменника. Выполнение, по меньшей мере, одной трубки на спрямленном участке касающейся трубки на спиральном участке, а также укладка спиральных участков трубок в спиральные оболочки обеспечивает жесткость и компактность теплообменника. Расположение оболочек с зазорами между собой для прохождения дымовых газов, образованными между поверхностями оболочек и спрямленными участками трубок, обеспечивает повышение интенсивности теплообмена за счет увеличения площади оболочек и увеличения расхода питательной воды за счет выполнения спирали спирального участка оболочек многозаходной и увеличения тем самым суммарного проходного сечения всех теплообменных трубок при уменьшении потерь напора на сопротивление за счет снижения длины каждой трубки.

Установка внутри оболочки с зазором к ее поверхности вытеснителя, полость которого соединена с источником питательной воды, уменьшает площадь проходного сечения для дымовых газов, позволяет формировать скорость и температуру потока дымовых газов, необходимые для эффективного теплообмена с охладителем в оболочках теплообменника.

Выполнение теплообменной трубки в виде двух спиралей с разным шагом витков при шаге спирали с большим шагом как постоянным, так и переменным, увеличивающимся по мере удаления от трубной доски, увеличивает скорость прохождения дымовых газов в канале, образованном соседними оболочками и витками спирали с большим шагом смежных трубок теплообменника, причем неравномерный шаг обеспечивает изменение поперечного сечения и, следовательно, переменной скорости протекания в канале дымовых газов и теплопередачи охладителю в теплообменнике.

Выполнение, по меньшей мере, одной трубки теплообменника на первом участке прямолинейной, направленной вдоль образующей обечайки второго участка и соприкасающейся с трубками, уложенными в спиральную оболочку, повышает технологичность сборки трубок в оболочку.

Выполнение трубки на спиральном участке в виде цилиндрической оболочки упрощает технологию изготовления и сборки теплообменника.

Выполнение вытеснителя цилиндрическим с расположением между вытеснителем и оболочкой прямолинейных участков теплообменных трубок обеспечивает технологичность изготовления и компактность теплообменника.

Группа изобретений поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 представлена функциональная схема котельной установки при использовании 1-го котла.

На фиг.2 показана котельная установка при виде сверху.

На фиг.3 показана котельная установка при виде сбоку.

На фиг.4 показан продольный разрез прямоточного водотрубного парового котла.

На фиг.5 дан узел А на фиг.4.

На фиг.6 дано сечение Б-Б на фиг.4.

На фиг.7 дано сечение В-В на фиг.4.

На фиг.8 дан вид Г на фиг.4.

На фиг.9 дано сечение Д-Д на фиг.4.

На фиг.10 показан теплообменник без вытеснителя в сборе в изометрии.

На фиг.11 показан теплообменник с коническим вытеснителем в сборе в изометрии.

На фиг.12 показан теплообменник с цилиндрическим вытеснителем в сборе в изометрии.

На фиг.13 показана трубка теплообменника в изометрии.

Котельная установка, прямоточный водотрубный паровой котел и теплообменник устроены следующим образом.

Котельная установка (фиг.1) содержит, по меньшей мере, один котел 1, экономайзер 2, бойлер 3, систему подачи воздуха и газа, контуры 4 и 5 соответственно питательной воды и сетевого пара (воды), блок управления 6.

Система подачи воздуха содержит воздуходувку 8, соединенную с горелками 7 котла 1. Контур 4 питательной воды соединен с емкостью подпитки 9 и оснащен насосом 10 нагнетания питательной воды, включает теплообменники, проходящие через котел 1, экономайзер 2, бойлер 3, обеспечивая теплообмен в котле 1 и экономайзере 2 между дымовыми газами и питательной водой, в бойлере 3 между питательной водой и сетевой водой, превращая ее в пар, используемый для отопления, получения промышленного пара и т.п. Воздуходувка 8 и насос 10 могут приводиться в действие общей энергоустановкой, например электродвигателем 11 (фиг.1), собственными энергоустановками или от вала турбины, установленной в котле (не показано).

Котел 1 (фиг.4) содержит корпус 12, горелку 7, камеру сгорания 13, активную зону 14 с размещенным в ней теплообменником 15, подающую 16 и приемную 17 трубные доски. Корпус 12 может соединяться с экономайзером 2, который может оснащаться глушителем 18 и трубой 19 для дымовых газов.

Конструкция корпуса 12 выполнена со стенками 20, внутренней 21, средней 22 и внешней 23 обечайками с образованием между ними полостей 24, 25 и 26. Полость 24 предназначена для заполнения питательной водой и образована, например, стенкой 20 корпуса 12 и внутренней обечайкой 21 в отсеке 27 корпуса 12, соответствующем положению камеры сгорания 13, и отсеке 28, частично или полностью соответствующем активной зоне 14 котла 1. Полость 25 предназначена для заполнения воздухом и образована, например, между внутренней 21 и средней 22 обечайками отсеков 27, 28 корпуса 12, соответствующих камере сгорания 13 и активной зоне 14, а также стенкой 20 корпуса 12 и средней обечайкой 22 торцевого отсека 29, в котором расположены трубные доски 17, 18. Полость 26 заполнена тепло-звукоизолирующим материалом, например базальтовой ватой, и образована между внешней 26 и средней 25 обечайками. Отсеки 27, 28 и 29 корпуса 12 соединены между собой фланцами соответственно 30 и 31. Отсек 29 соединен с экономайзером 2 фланцем 32.

Возможно и другое выполнение корпуса 12 котла, однако, представленная выше конструкция является предпочтительной.

Полость 24 включена в контур 4 питательной воды между насосом 10 питательной воды и экономайзером 2 и обеспечивает охлаждение стенки 20 корпуса 12 котла 1. Соединение полости 26 с воздуховодом, подводящим воздух от воздуходувки 8 к горелке 7 камеры сгорания 13 котла 1, также способствует охлаждению корпуса 12 и снижению температурных напряжений и деформаций за счет обеспечения плавного перепада температур в конструкции корпуса 12, содержащего стенку 20 и обечайки 21, 22 и 23.

В предпочтительном варианте выполнения котельная установка содержит котел 1, бойлер 3, систему подачи газа и воздуха, блок управления 6, контуры питательной воды 4 и сетевого пара (воды) 5. Корпус 12 котла 1 соединен по фланцу 32 с экономайзером 2. В одном торце корпуса 12 котла 1 установлена горелка 7, а на противоположном торце подающая 16 и приемная 17 трубные доски, соединенные с теплообменником 15, образованным коаксиально установленными спиральными оболочками 33, собранными из трубок 34 (фиг.10). Контур 4 питательной воды содержит емкость 9 подпитки, насос 10, подающий питательную воду к полости 24 между стенкой 20 и внутренней обечайкой 21 корпуса 12 котла 1, далее к теплообменникам экономайзера 2, затем с теплообменником 15 активной зоны 14 котла 1 и с теплообменником бойлера 3, и, наконец, соединяется трубопроводом с насосом 10. Система подачи газа и воздуха содержит воздуходувку 8, нагнетающую воздух в полость 26 корпуса 12 котла 1, соединенную с горелкой 7.

Котел 1 содержит горелку 7, оснащенную запальными свечой 35 (фиг.6) и форсункой 36, внутренним 37 и внешним 38 кольцевыми газовыми коллекторами, оснащенными форсунками 39 и 40 (фиг.8) и клапанами 41 и 42. Форсунки 36, 39 и 40 выполнены с вихреобразователями (фиг.5), например, шнекоцентробежными, для лучшего сгорания топлива.

Запальные свеча 35 и форсунка 36 расположены в углублении торца корпуса 12 котла 1, форсунки 39 внутреннего кольцевого газового коллектора 37 расположены в торце корпуса 12 котла 1, а форсунки 40 внешнего кольцевого газового коллектора 38 расположены в торце корпуса 12 со смещением в сторону активной зоны 14 котла 1. Клапаны 41 и 42 могут выполняться как управляемыми, так и неуправляемыми, настроенными на давления срабатывания.

Такое выполнение горелки 7 обеспечивает формирование в камере сгорания 13 факела, состоящего из внутренней и внешней зоны, что способствует повышению интенсивности теплообмена в активной зоне 14 с теплообменником 15 и полостями 24 и 25 через стенку 20 и обечайку 21. Наличие управляемых клапанов 41 и 42 обеспечивает возможность изменения параметров и конфигурации факела, что позволяет регулировать производительность котла 1.

Запальная форсунка 35 оснащена автономным источником топлива (не обозначено) и размещена внутри торца корпуса 12 котла 1, что способствует упрощению отладки и проверки работоспособности котла 1 после монтажа, ремонта или его остановки.

В предпочтительном варианте выполнения котла 1 (фиг.4) его корпус 12 собран из отсеков 27, 28, 29, соединенных между собой по фланцам 30, 31. Секции 27 и 28 корпуса 12 функционально соответствуют горелке 7, камере сгорания 13 и активной зоне 14, секция 29 соответствует торцу корпуса 12 с трубными досками 16 и 17. Секции 27, 28 и 29 корпуса 12 оснащены рубашкой охлаждения, образованной полостями 24 и 25, заполненными соответственно питательной водой и воздухом и включенными в контур 4 питательной воды и подачи воздуха от воздуходувки 7 к форсункам 36, 39 и 40 горелки 7, и полостью 26, заполненной теплозвукоизолирующим материалом (не обозначен).

Секция корпуса 29 в месте размещения теплообменника 15 соединена с корпусом экономайзера 2 посредством фланца 32. Экономайзер 2 оснащен глушителем 18 и трубой 19 для дымовых газов. Секция 29 корпуса 12 в торце соединена с подающей 16 и приемной 17 трубными досками.

Горелка 7 содержит внутренний 37 и внешний 38 кольцевые коллекторы с форсунками 39 и 40, расположенными со смещением в сторону активной зоны 14 и формирующими в камере сгорания 13 внутреннюю и внешнюю зоны горения.

Теплообменник 15 расположен в активной зоне 14 котла 1 и состоит из коаксиально расположенных спиральных оболочек 33 с зазором для прохождения дымовых газов и со смещением оболочек 33 меньшего диаметром в сторону камеры сгорания 13. Каждая обечайка 33 образована одной и более теплообменными трубками 34, концы которых соединены с подающей 16 и приемной 17 трубными досками. Каждую трубку 34 условно можно разделить на спрямленный 43 и спиральный 44 (фиг.13) участки. Трубные доски 16 и 17 расположены рядом и соединены с торцем корпуса 12, противоположном торцу с горелкой 7. Трубка 34 на участке 43 расположена вдоль касательной к трубкам 34, образующим оболочку 33. При таком выполнении теплообменника 15 создается зазор между оболочками 33 для прохождения дымовых газов.

Теплообменник 15 активной зоны 14 может оснащаться вытеснителем 45 (фиг.11, 12). Вытеснитель 45 выполнен с полостью, соединенной с источником питательной воды, например, с трубными досками 16 и 17 либо с полостью 24 корпуса 12 котла 1.

Выполнение трубки 34 на первом участке 43 теплообменника 15 в виде спирали, соприкасающейся с трубкой 34 на спиральном участке 44, с шагом витков, большим шага витков на спиральном участке 44 каждой трубки 34 теплообменника 15, обеспечивает закручивание потока дымовых газов, что увеличивает теплопередачу питательной воде в трубках 34. Выполнение шага спирали на участке 43 трубки 34 постоянным упрощает технологию изготовления теплообменника 15, в то время как при переменном шаге меняется интенсивность теплообмена из-за изменения скорости перемещения дымовых газов по мере прохождения теплообменника 15, что позволяет оптимизировать теплоотдачу и, следовательно, повысить КПД котла 1. При этом при увеличении шага на участке 43 трубки 34 по мере отдаления от подающей трубной доски 16 происходит более плавный нагрев питательной воды в теплообменнике 15.

Выполнение теплообменника 15 с одной прямолинейной трубкой 34 на первом участке 43, направленной вдоль образующей 2-го участка 44 оболочки 33 (фиг.13) и соприкасающейся с трубками 34, уложенными в спиральную оболочку, обеспечивает технологичность изготовления и сборки теплообменника 15, поскольку прямолинейные участки 43 являются опорами для трубок 34 спирального участка 44 теплообменника 15.

Выполнение теплообменника 15 с трубками 34 на участке 44 изогнутыми в виде цилиндрической оболочки 33 упрощает изготовление оснастки для укладки трубок 34 теплообменника 15 и технологичность сборки оболочек 33 теплообменника 15.

Выполнение теплообменника 15 с расположенным внутри центральной оболочки 33 вытеснителем 45, охлаждаемым питательной водой, обеспечивает увеличение площади центральной оболочки 33 и повышает жесткость теплообменника 15 в целом, что упрощает монтаж теплообменника 15 в котле 1. Вытеснитель 45 может выполняться с конической (фиг.11) или цилиндрической поверхностью.

Выполнение центральной оболочки 33 и вытеснителя 45 с цилиндрической поверхностью (фиг.12) с расположением между вытеснителем 45 и центральной оболочкой 33 прямолинейных трубок 34 на первом участке 43 существенно упрощает технологию изготовления теплообменника 15 в целом и его монтаж в активной зоне 14 котла 1.

Выполнение теплообменника 15 со смещением в сторону трубной доски 16 и 17 начала спирального участка 44 каждой из оболочек 33 по мере увеличения их диаметра позволяет оптимизировать теплопередачу теплообменнику 15 при взаимодействии с дымовыми газами путем выбора площади поверхности каждой из оболочек 33.

В предпочтительном варианте выполнения теплообменник 15 содержит оболочки 33 с коническими образующими, составленные рядом трубок 34, каждая из которых на участке 43 соединена с подающей трубной доской 16 и выполнена в виде спирали с увеличивающимся шагом по мере удаления от торца с трубными досками 16, 17 и соприкасающейся с трубками 34 на внутренней поверхности оболочки 33 на спиральном участке 44, соединенном с приемной трубной доской 17.

Котельная установка, котел и теплообменник работают следующим образом.

Перед запуском котельной установки заполняется контур 4 необходимым количеством питательной воды: из емкости 9 подпитки насосом 10 питательная вода подается в полость 24 рубашки охлаждения корпуса 12 котла 1, затем в теплообменник экономайзера 2, далее в теплообменник 15 активной зоны 14 и теплообменник бойлера 3. Также заполняется контур 5 сетевого пара (воды).

Запуск котла 1 осуществляется путем подачи топлива к запальной форсунке 36, электротока на запальную свечу 35, которая воспламеняет топливо. Одновременно подается газ и воздух воздуходувкой 8 к форсункам 39 и 40 внутреннего 37 и внешнего 38 кольцевых коллекторов горелки 7. После превышения давления срабатывают управляемые клапаны 41 и 42, подающие газ к форсункам 39 и 40, и поступающая в камеру сгорания 13 смесь газа с воздухом воспламеняется от пламени запальной форсунки 36, образуя факел пламени. Дымовые газы омывают стенки 20 корпуса 12 котла 1, теплообменник 15 активной зоны 14 котла 1 и теплообменник экономайзера 2, нагревают питательную воду, превращая ее в пар, который поступает в теплообменник бойлера 3. В бойлере 3 вырабатывается сетевой пар, подаваемый к потребителю. Питательная вода и воздух в полостях 24 и 25 корпуса 12 котла 1 охлаждают стенки 20, уменьшая температурные напряжения в корпусе 12.

После начала функционирования горелки 7 запальная форсунка 36 выключается, и горелка 7 работает в автоматическом режиме. В случае недостатка питательной воды в контур 4 из емкости 9 подпитки через управляемый клапан (не показан) насосом 10 подается недостающее количество питательной воды.

При работе котла 1 дымовые газы проходят в каналах, образованных участком 43 трубок 34 и оболочками 33 активной зоны 14, омывая теплообменник 15. При выполнении участка 43 трубок 34 в виде спирали с шагом, превышающим шаг спирали спирального участка 44 трубок 34, путь, проходимый дымовыми газами, увеличивается. При этом повышается теплоотдача теплообменнику 15 в активной зоне 14, что способствует увеличению КПД котла 1 и котельной установки.

При выполнении оболочек 33 теплообменника 15 с конической образующей (фиг.11) и смещением оболочки 33 большего диаметра в сторону трубных досок 16, 17 также повышается проходимый путь и омываемая площадь оболочек 33 теплообменника 15. Наличие вытеснителя 45 с конической поверхностью увеличивает площадь оболочек 33 теплообменника 15.

Выполнение теплообменника 15 с вытеснителем 45, оболочек 33 цилиндрическими, а участка 43 трубок 34 прямолинейными, направленными вдоль цилиндрической образующей, упрощает технологию изготовления теплообменника 15 и технологию сборки котла 1 при некотором снижении КПД котельной установки.

Затем дымовые газы поступают в экономайзер 2, соединенный с отсеком 29 корпуса 12 котла 1 посредством фланца 32, и омывают теплообменники экономайзера 2 и далее через глушитель 18 и трубу 19 выводятся из котла 1.

Существующий уровень техники позволяет изготовить котельные установки, котлы и теплообменники активной зоны на специализированном предприятии. При этом может использоваться каждое изобретение в отдельности, однако их совместное использование позволяет обеспечить технологичность изготовления теплообменника и котла, а также компактность и высокий энергосъем в котле и котельной установке в целом.

Изобретения предназначены для производства пара и могут быть использованы в котельной технике. Котельная установка содержит котел с горелками, бойлер, теплообменники, проходящие через котел и бойлер, экономайзер с проходящим через него теплообменником. Все агрегаты котельной установки закреплены на единой платформе. Корпус котла содержит несколько обечаек, полости между которыми предназначены для заполнения питательной водой и воздухом. Полость, предназначенная для заполнения питательной водой, включена в контур питательной воды между насосом питательной воды и экономайзером. Полость, предназначенная для заполнения воздухом, соединена с воздуходувкой и горелками. Размещенный в котле теплообменник выполнен в виде коаксиально расположенных спиральных оболочек, каждая из которых образована теплообменными трубками, соединенными с подающей и приемной трубными досками. Оболочки с меньшим диаметром смещены в сторону камеры сгорания, выполненной в виде двух последовательно расположенных полостей. Теплообменные трубки теплообменника котла выполнены с двумя участками, при этом трубки на первом участке выполнены касающимися трубки на втором участке, а на втором участке трубки уложены в спиральные оболочки, между поверхностями которых образованны зазоры. Изобретения позволяют уменьшить габариты и вес котельной установки, котла и теплообменника активной зоны котла. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Котельная установка содержит, по меньшей мере, один котел, оснащенный автоматизированными горелками, бойлер, теплообменники, проходящие через котел и бойлер, систему подачи воздуха и газа, контуры питательной воды и сетевого пара, блок управления, систему подачи газа, содержащую трубопроводы, подводящие газ к горелкам, при этом контур питательной воды соединен с емкостью подпитки и оснащен насосом нагнетания питательной воды, отличающаяся тем, что она содержит экономайзер с проходящим через него теплообменником, упомянутая система подачи воздуха содержит воздуходувку, соединенную с горелками, все агрегаты котельной установки закреплены на единой платформе, корпус котла содержит несколько обечаек, полости между которыми предназначены для заполнения охладителем, в качестве которого используются питательная вода и воздух, причем полость, предназначенная для заполнения питательной водой, включена в контур питательной воды между насосом питательной воды и экономайзером, полость, предназначенная для заполнения воздухом, соединена с воздуходувкой и горелками камеры сгорания котла, размещенный в котле теплообменник выполнен в виде коаксиально расположенных спиральных оболочек, каждая из которых образована теплообменными трубками, соединенными с подающей и приемной трубными досками, расположенными в торце котла, при этом оболочки с меньшим диаметром смещены в сторону камеры сгорания, выполненной в виде двух последовательно расположенных полостей, с установленными в торце горелками.2. Котел, содержащий корпус с размещенной в торце горелкой, камерой сгорания и теплообменником в активной зоне, систему подвода топлива и воздуха к горелке, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена в виде двух последовательно расположенных полостей с установленной в ее торце горелкой, трубки упомянутого теплообменника соединены с подающей и приемной трубными досками, установленными в торце корпуса, противоположном торцу с горелкой, корпус котла выполнен из нескольких обечаек с образованием между ними полостей, предназначенных для заполнения охладителем, в качестве которого используются, по меньшей мере, питательная вода и воздух, причем полость, предназначенная для заполнения питательной водой, соединена с подающей трубной доской упомянутого теплообменника, а полость, предназначенная для заполнения воздухом, соединена с воздуходувкой и форсунками горелки.3. Котел по п.2, отличающийся тем, что корпус котла соединен с экономайзером, теплообменник которого соединен с полостью корпуса котла, предназначенной для заполнения питательной водой, и далее с подающей трубной доской.4. Котел по п.2 или 3, отличающийся тем, что наружная полость заполнена теплозвукоизолирующим материалом.5. Котел по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что горелка содержит запальную свечу и запальную форсунку, внутренний и внешний кольцевые газовые коллекторы, оснащенные форсунками и соединенные с источником топлива посредством управляемых клапанов, причем форсунки внешнего кольцевого коллектора установлены в торце котла со смещением в сторону активной зоны.6. Котел по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что запальная форсунка оснащена автономным источником топлива и размещена внутри торца корпуса котла.7. Котел по п. 5 или 6, отличающийся тем, что форсунки внутреннего и внешнего кольцевых коллекторов выполнены с завихрителями воздуха.8. Теплообменник активной зоны, содержащий теплообменную трубку, соединенную с подающей и приемной трубными досками и выполненную с двумя участками, первым и вторым, при этом второй участок является спиральным, отличающийся тем, что он содержит несколько упомянутых трубок, которые на первом участке выполнены касающимися трубки на втором участке, кроме того, трубки на втором участке уложены в спиральные оболочки, при этом между поверхностями оболочек образованы зазоры.9. Теплообменник по п.8, отличающийся тем, что внутри центральной оболочки установлен с зазором к ее поверхности вытеснитель, полость которого соединена с источником питательной воды.10. Теплообменник по п. 8 или 9, отличающийся тем, что на первом участке теплообменная трубка выполнена в виде спирали, шаг витков которой больше шага витков второго участка теплообменной трубки.11. Теплообменник по п.10, отличающийся тем, что шаг спирали на первом участке теплообменной трубки выполнен постоянным.12. Теплообменник по п.10, отличающийся тем, что шаг спирали на первом участке теплообменной трубки выполнен переменным.13. Теплообменник по п.12, отличающийся тем, что шаг спирали на первом участке теплообменной трубки выполнен увеличивающимся по мере удаления от трубной доски.14. Теплообменник по п.8 или 9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна теплообменная трубка теплообменника на первом участке выполнена прямолинейной, направленной вдоль образующей обечайки второго участка и соприкасающейся с участками труб, уложенными в спиральную оболочку.15. Теплообменник по любому из пп. 8-14, отличающийся тем, что теплообменные трубки на первом участке выполнены в виде цилиндрической оболочки.16. Теплообменник по любому из пп. 8-15, отличающийся тем, что вытеснитель выполнен цилиндрическим.17. Теплообменник по п.16, отличающийся тем, что между поверхностями вытеснителя и центральной оболочки расположены первые участки теплообменных трубок.