ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F22B21/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике и отопительной технике и может быть использовано в водогрейных котлах, используемых для водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.

Вертикальные водотрубные котлы, как правило, содержат горелку, вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенные внутри корпуса топку и конвективные поверхности нагрева, выполненные из прямолинейных теплообменных труб, входящих своими концами в отверстия перепускных нижнего и верхнего кольцевых коллекторов (пат.РФ № 2146790, 7 F 24 Н 1/00, публ. 2000 г.; «Котлы и котельные установки для промышленной и коммунальной энергетики». Отраслевой каталог. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1998, с. 38-39).

Недостатком известных котлов является низкая надежность и малая длительность работы теплообменных труб из-за интенсивных накипеотложений, чрезмерного перегрева и разрушения теплообменных труб, происходящих вследствие малых скоростей циркулирующей воды.

Для повышения надежности и длительности работы теплообменных труб водогрейных котлов в кольцевых коллекторах устанавливают внутренние поперечные перегородки, расположенные в шахматном порядке для многократного подъемно-опускного движения воды последовательно по всем теплообменным трубам со скоростями, гарантирующими отсутствие поверхностного кипения воды, сопровождающегося интенсивными накипеотложениями, что увеличивает срок службы котла (пат. РФ № 2146789, 7 F 24 H 1/00, публ. 2000 г.).

Известен водотрубный котел (пат. РФ №1163084, 4 F 22 В 21/04, публ. 1985 г.), содержащий верхний и нижний барабаны, сообщенные между собой подъемными и опускными трубами конвективного пучка и подключенные к верхним и нижним коллекторам боковых экранов топки, а также соединенную с верхним барабаном линию питательной воды, в котором для предотвращения перегрева экранов линия питательной воды дополнительно соединена с нижним барабаном трубопроводом, выходной участок которого заведен в полость этого барабана.

Из уровня техники не выявлено водогрейного котла, которому была бы присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого устройства.

В настоящее время одним из путей обеспечения теплового хозяйства жилищно-коммунального комплекса водогрейными котлами может явиться переоборудование паровых котлов, поскольку в связи с резким сокращением промышленного производства, уменьшением количества промышленных предприятий происходит высвобождение пригодных к дальнейшей эксплуатации паровых котлов.

Наиболее близким по технической сущности и конструктивному выполнению к заявляемому котлу является паровой котел типа Е(ДЕ), принятый за прототип (Паровые и водогрейные котлы. Эксплуатация и ремонт. М., НПО ОСТ, 2000 г., с. 29-32).

Котел типа Е(ДЕ) состоит из трубной системы, топки и каркаса с обшивкой. Трубная система состоит из двух барабанов (верхнего и нижнего), расположенных на одной вертикальной оси и соединенных между собой пучком труб, образующих конвективную поверхность нагрева, двух боковых экранов топки - правого и левого, а также фронтового и заднего экранов.

Топочная камера отделяется от конвективного пучка труб газоплотной перегородкой, образованной из труб, установленных вплотную и сваренных между собою. В задней части перегородки выполнено окно для прохода топочных (дымовых газов). Дымовые газы проходят по всему сечению конвективного пучка, выходят через переднюю стенку в газовый короб, размещенный над топочной камерой, и по нему поступают в расположенный за котлом экономайзер.

Поверхности нагрева котла, расположенные в топке и воспринимающие тепло преимущественно излучением, называются радиационными поверхностями нагрева, все остальные поверхности нагрева, в которых преобладает теплообмен соприкосновением горячих газов с поверхностью нагрева, - конвективными.

Циркуляционная схема всех паровых котлов типа Е(ДЕ) одинакова и включает четыре экрана - фронтовой, задний и два боковых. Контуры боковых экранов и конвективного пучка котлов всех типоразмеров, а также фронтового экрана котлов паропроизводительностью 16 и 25 т/час замкнуты непосредственно на барабаны. Контуры заднего экрана всех котлов и фронтового экрана котлов паропроизводительностью 4, 6,5 и 10 т/час объединены нижним (горизонтальным) раздаточным и верхним (наклонным) собирающим коллектором, присоединенными к барабанам. Другие концы коллекторов объединены необогреваемой рециркуляционной трубой.

Котел Д(Е) работает следующим образом. Питательную воду подают в верхний барабан котла, где она смешивается с котловой водой и по опускным трубам конвективного пучка, наиболее удаленным от топочной камеры, нагреваясь теплом отходящих газов и одновременно охлаждая их, поступает в нижний барабан, в котором также смешивается с котловой водой. Из нижнего барабана часть воды поступает в подъемные трубы конвективного пучка и, нагреваясь, поднимается в верхний барабан. Другая часть воды по экранным трубам также поступает в верхний барабан, нагреваясь теплом топки. Питательная вода вместе с котловой циркуляционной попадает в верхний барабан по трубам боковых экранов и конвективного пучка за счет естественной циркуляции в виде пароводяной смеси. В верхнем барабане котла происходит отделение пара от воды. Котловая вода по части труб конвективного пучка стекает в нижний барабан, а пар отводится потребителю.

Технической задачей, положенной в основу данного изобретения, является расширение типового ряда водогрейных котлов.

Поставленная техническая задача решается двумя вариантами.

Согласно первому варианту выполнения техническая задача достигается тем, что в вертикальном водотрубном котле, содержащем два барабана, сообщенные между собой трубами конвективного пучка, промежутками между рядами которых образован, по меньшей мере, один автономный газоход, примыкающую к пучку топку, ограниченную трубчатыми фронтовым, задним, боковыми правым и левым экранами, в одном из барабанов размещены раздающий, собирающий и перепускной, а в другом - промежуточные коллекторы, разделенные перегородками на секции, при этом каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части экранных труб с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая в свою очередь посредством другой части экранных труб сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора, образуя контур радиационного нагрева, а каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с секцией собирающего коллектора одного контура и с секцией раздающего коллектора другого контура, кроме того, барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки таким образом, что каждый отсек одного барабана сообщен частью труб конвективного пучка с двумя отсеками другого, образуя контур конвективного нагрева, при этом первый контур конвективного нагрева сообщен с последним контуром радиационного нагрева через секцию промежуточного или собирающего коллектора, первая секция раздающего коллектора снабжена патрубком ввода воды, а последний отсек контура конвективного нагрева - патрубком отвода теплоносителя (горячей воды).

На фиг. 1 представлен вид котла спереди, на фиг. 2 - циркуляционная схема котла - радиационный контур (обозначен линией с белой стрелкой) в изометрическом изображении, на фиг.З - циркуляционная схема котла - конвективный контур (обозначен линией с темной стрелкой) в изометрическом изображении.

Вертикальный водотрубный котел содержит верхний 1 и нижний 2 барабаны, соединенные между собой трубами конвективного пучка 3, образующими конвективную поверхность нагрева, топку 4, образованную трубами правого бокового экрана 5, левого бокового экрана 6, а также фронтального и заднего экранов (на фиг. 1 не показаны).

В нижнем барабане 2 размещены раздающий 7, собирающий 8 и перепускной 9 коллекторы, а в верхнем барабане 1 - промежуточный коллектор 10. Коллекторы 7 -10 в свою очередь разделены перегородками 11 на секции таким образом, что коллекторы 7, 8 и 10 сообщены между собой трубами правого 5 и левого 6 экранов топки, а перепускной коллектор 9 объединяет трубы предыдущего опускного звена радиационного контура с подъемным звеном последующего радиационного контура. Барабаны 1 и 2 разделены сплошными перегородками 12 на отсеки 13, при этом один отсек барабана (например, верхнего) сообщен частью труб конвективного пучка 3 с двумя отсеками 13 другого (нижнего).

Вертикальный водотрубный котел работает следующим образом.

Сетевая вода поступает в котел через трубопровод в нижнем барабане 2 в первую секцию по ходу подачи воды раздающего коллектора 7, объединяющего в себе часть труб правого экрана топки 5. Через указанные трубы (подъемное звено контура радиационного нагрева) вода поступает в передний отсек промежуточного коллектора 10, расположенный в верхнем барабане и объединяющий часть труб правого 5 и левого 6 экранов топки, и далее опускается по части труб левого экрана топки 6 (опускное звено контура радиационного нагрева) в собирающий коллектор 8 нижнего барабана 2.

Через перепускной коллектор 9, соединяющий первую секцию собирающего коллектора 8 и вторую секцию раздающего коллектора 7, вода поступает в следующую секцию раздающего коллектора 7, откуда через следующую часть труб правого экрана топки 5 поднимается во второй отсек промежуточного коллектора верхнего барабана 10 и т.д.

Последовательно совершая подъемное ( по трубам правого экрана топки 5) и опускное ( по трубам левого экрана топки 6) движения и нагреваясь за счет тепла топки, вода проходит по трубам 5 и 6 и через последнюю опускную часть труб контура радиационного нагрева попадает в трубы конвективной поверхности нагрева (трубы конвективного пучка - см. фиг. 3).

По трубам конвективного пучка 3 вода, нагреваясь теплом отходящих газов, поднимает первый отсек 13 верхнего барабана 1, из которого, опускаясь, попадает в следующий отсек 13 нижнего барабана.

Совершая последовательно подъемно-опускное движение, вода в трубах конвективного пучка догревается теплом отходящих дымовых газов и через последний отсек барабана отводится потребителю.

В конструкции котла по первому варианту раздающий, собирающий и перепускной коллекторы размещены в нижнем барабане котла, а промежуточный - в верхнем. Однако возможно размещение раздающего, собирающего и перепускного коллекторов в верхнем барабане, а промежуточного в нижнем. В этом случае подвод сетевой воды осуществляют в верхний барабан.

Кроме того, при необходимости, каждая секция раздающего коллектора может быть сообщена с соответствующей секцией промежуточного коллектора посредством части труб либо фронтового, либо заднего, либо левого бокового экранов, либо любой их комбинации, а последняя сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора посредством труб правого экрана.

Либо каждая секция раздающего коллектора может быть сообщена с соответствующей секцией промежуточного коллектора посредством части труб правого бокового экрана, а последняя сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора посредством части труб либо фронтового, либо заднего, либо левого бокового экранов или любой их комбинации.

Согласно второму варианту выполнения поставленная техническая задача достигается тем, что в вертикальном водотрубном котле, содержащем два барабана, сообщенные между собой трубами конвективного пучка, промежутками между рядами которых образован по меньшей мере один автономный газоход, примыкающую к пучку топку, ограниченную трубчатыми фронтовым, задним, боковыми правым и левым экранами, в первом барабане размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции, барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки, при этом каждая секция раздающего коллектора первого барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов или их композицией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком второго барабана, который в свою очередь посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком первого, образуя контур нагрева, при этом каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком первого барабана одного контура и секцией раздающего коллектора последующего контура, кроме того, секция раздающего коллектора первого контура нагрева снабжена патрубком ввода воды, а последний отсек одного из барабанов - патрубком отвода теплоносителя (горячей воды).

На фиг. 4 представлен вид котла спереди, на фиг. 5 - циркуляционная схема котла в изометрическом изображении, при этом радиационная часть контура нагрева, образованная подъемными трубами экранов топки, обозначена линией с белой стрелкой, а конвективная часть контура нагрева, образованная опускными трубами конвективного пучка, - линией с темной стрелкой.

Вертикальный водотрубный котел содержит верхний 1 и нижний 2 барабаны, соединенные между собой трубами конвективного пучка 3, образующими конвективную поверхность нагрева, топку 4, образованную трубами правого бокового экрана 5, левого бокового экрана 6, а также фронтального и заднего экранов (на фиг. 1 не показаны).

В нижнем барабане 2 размещены раздающий 7, собирающий 8 и перепускной 9 коллекторы, а в верхнем барабане 1 - промежуточный коллектор 10. При этом в данном варианте конструктивного выполнения заявляемого котла функцию собирающего коллектора 8 выполняют непосредственно отсеки 13 нижнего барабана 2, а функцию промежуточного коллектора 10 - отсеки 13 верхнего барабана 1. Коллектор 7 разделен перегородками 11 на секции, сообщенные между собой трубами правого 5 и левого 6 экранов топки. Перепускной коллектор 9 объединяет трубы конвективного пучка 3 и экранные трубы 5 и 6. Барабаны 1 и 2 в свою очередь разделены сплошными перегородками 12 на отсеки 13.

Согласно второму варианту котел работает следующим образом. Сетевая питательная вода поступает в котел через трубопровод в нижнем барабане 2 в первую секцию раздающего коллектора 7, объединяющего в себе часть труб правого 5 и левого 6 боковых экранов топки. Через эти трубы (подъемное звено контура нагрева) вода поступает, нагреваясь теплом радиационных поверхностей топки, в промежуточный коллектор 10 (13), расположенный в верхнем барабане 1. Отсюда через часть труб конвективного пучка 3 вода опускается (опускное звено контура нагрева) в собирающий коллектор 8 (13) нижнего барабана 2, нагреваясь по ходу теплом отходящих газов.

Через перепускной коллектор 9, соединяющий первую секцию собирающего коллектора 8 (13) и последующую секцию раздающего коллектора 7, вода одновременно поступает в следующую часть труб правого 5 и левого 6 экранов топки и, нагреваясь, поднимается в следующий отсек промежуточного коллектора 10 (13) верхнего барабана 1, откуда по трубам конвективного пучка 3 опускается, нагреваясь теплом дымовых газов, в очередную секцию собирающего коллектора 8 (13) нижнего барабана 2 и т.д. и через последний отсек нижнего барабана отводится потребителю.

В конструкции котла по второму варианту раздающий, собирающий и перепускной коллекторы также размещены в нижнем барабане котла, а промежуточный - в верхнем. Однако возможно размещение раздающего, собирающего и перепускного коллекторов в верхнем барабане, а промежуточного в нижнем. В этом случае подвод сетевой воды осуществляют в верхний барабан.

Выполнение в барабанах котла коллекторов с перегородками и сплошных перегородок позволяет обеспечить принудительную циркуляцию воды в трубах.

Количество воды, проходящей через котел, зависит от теплопроизводительности котла, величины нагрева воды, поступаемой в котел (температурного графика). Количество же контуров, число подъемных и опускных труб, включаемых в каждый контур нагрева, зависит от расхода воды через котел и определяется расчетным путем из условия обеспечения следующих значений скоростей воды:

- для труб топки и конвективного пучка, расположенного в зоне температур дымовых газов более 900°С, при движении воды снизу вверх (подъемное звено контура) не менее 0,3-1,0 м/с, при движении воды сверху вниз (опускное звено контура) не менее 0,6-1,0 м/с.

- для труб конвективного пучка, расположенного в зоне температур дымовых газов от 500 до 900°С, для подъемного звена контура не менее 0,2-0,3 м/с, для опускного звена контура не менее 0,4-0,7 м/с;

- для труб конвективного пучка, расположенного в зоне температур дымовых газов менее 500°С, для подъемного звена контура не менее 0,1 м/с, для опускного звена контура не менее 0,2-0,4 м/с.

Движение воды в котле начинается с труб топки. Подвод воды в котел может быть организован одним или более патрубками. При подводе воды несколькими патрубками движение воды организуется параллельными потоками (спиралями).

Таким образом, предлагаемая конструкция котла позволяет расширить типовой ряд котлов.

Промышленная применимость. Предлагаемое изобретение может найти применение в отопительной технике, а также может быть использовано при переводе паровых котлов на водогрейный режим.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в отопительной технике. Котел содержит два барабана, сообщенные между собой трубами конвективного пучка, по меньшей мере, один автономный газоход, топку, ограниченную трубчатыми фронтовым, задним, боковыми правым и левым экранами. В одном из барабанов размещены раздающий, собирающий и перепускной, а в другом - промежуточный коллекторы, разделенные перегородками на секции. Каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части экранных труб с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая посредством другой части экранных труб сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора, образуя контур радиационного нагрева, а каждый последующий контур радиационного нагрева связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с секцией собирающего коллектора одного контура радиационного нагрева и с секцией раздающего коллектора другого контура радиационного нагрева. Барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки таким образом, что каждый отсек одного барабана сообщен частью труб конвективного пучка с двумя отсеками другого, образуя контур конвективного нагрева. Первый отсек контура конвективного нагрева сообщен с последним контуром радиационного нагрева через секцию промежуточного или собирающего коллектора, первая секция раздающего коллектора снабжена патрубком ввода сетевой воды, а последний отсек контура конвективного нагрева - патрубком отвода теплоносителя. По второму варианту выполнения котла в первом барабане размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции, барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки, при этом каждая секция раздающего коллектора первого барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов или их композицией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком второго барабана, который в свою очередь посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком первого, образуя контур нагрева. Каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком первого барабана одного контура и секцией раздающего коллектора последующего контура. Секция раздающего коллектора первого контура нагрева снабжена патрубком ввода сетевой воды, а последний отсек одного из барабанов - патрубком отвода теплоносителя. Конструкция котла позволяет организовать многократное подъемно-опускное движение воды в трубах. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вертикальный водотрубный котел, содержащий два барабана, сообщенных между собой трубами конвективного пучка, промежутками между рядами которых образован, по меньшей мере, один автономный газоход, примыкающую к пучку топку, ограниченную трубчатыми фронтовым, задним, боковыми правым и левым экранами, отличающийся тем, что в одном из барабанов размещены раздающий, собирающий и перепускной, а в другом - промежуточный коллекторы, разделенные перегородками на секции, при этом каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части экранных труб с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая, в свою очередь, посредством другой части экранных труб сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора, образуя контур радиационного нагрева, а каждый последующий контур радиационного нагрева связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с секцией собирающего коллектора одного контура радиационного нагрева и с секцией раздающего коллектора другого контура радиационного нагрева, кроме того, барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки таким образом, что каждый отсек одного барабана сообщен частью труб конвективного пучка с двумя отсеками другого, образуя контур конвективного нагрева, при этом первый отсек контура конвективного нагрева сообщен с последним контуром радиационного нагрева через секцию промежуточного или собирающего коллектора, первая секция раздающего коллектора снабжена патрубком ввода сетевой воды, а последний отсек контура конвективного нагрева - патрубком отвода теплоносителя.2. Вертикальный водотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что каждая секция раздающего коллектора сообщена с соответствующей секцией промежуточного коллектора посредством части труб либо фронтового, либо заднего, либо левого бокового экранов, либо любой их комбинации, а последняя сообщена с соответствующей секцией приемного коллектора посредством труб правого экрана.3. Вертикальный водотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что каждая секция раздающего коллектора сообщена с соответствующей секцией промежуточного коллектора посредством части труб правого бокового экрана, а последняя сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора посредством части труб либо фронтового, либо заднего, либо левого бокового экранов или любой их комбинации.4. Вертикальный водотрубный котел, содержащий два барабана, сообщенных между собой трубами конвективного пучка, промежутками между рядами которых образован, по меньшей мере, один автономный газоход, примыкающую к пучку топку, ограниченную трубчатыми фронтовым, задним, боковыми правым и левым экранами, отличающийся тем, что в первом барабане размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции, барабаны разделены поперечными перегородками на отсеки, при этом каждая секция раздающего коллектора первого барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов или их комбинацией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком второго барабана, который, в свою очередь, посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком первого, образуя контур нагрева, при этом каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком первого барабана одного контура и секцией раздающего коллектора последующего контура, кроме того, секция раздающего коллектора первого контура нагрева снабжена патрубком ввода сетевой воды, а последний отсек одного из барабанов - патрубком отвода теплоносителя.