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

Изобретение относится к теплоэнергетике и отопительной технике и может быть использовано в котлах, работающих одновременно в паровом и водогрейном режимах, используемых для водо- и пароснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.

Из уровня техники не выявлено пароводогрейных котлов, которые одновременно могли бы работать и в паровом, и в водогрейном режимах и которым была бы присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности признаков заявляемого устройства.

В настоящее время одним из путей обеспечения теплового хозяйства жилищно-коммунального комплекса пароводогрейными 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 разработка конструкции вертикального водотрубного котла, который мог бы работать одновременно как в паровом, так и в водогрейном режиме.

Поставленная техническая задача решается двумя вариантами.

Согласно первому варианту выполнения техническая задача достигается тем, что в вертикальном водотрубном котле, содержащем 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, в нижнем барабане размещены раздающий, собирающий и перепускной коллекторы, а в верхнем - промежуточный коллектор, разделенные перегородками на секции, при этом каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части труб правого экрана с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая, в свою очередь, посредством части труб левого бокового экрана 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, первая секция раздающего коллектора и нижний барабан снабжены патрубками ввода сетевой воды, последняя секция перепускного или собирающего коллектора - патрубком отвода горячей сетевой воды, а верхний барабан - патрубками ввода питательной воды и отвода пара.

На фиг.1 представлен вид котла спереди, на фиг.2 - циркуляционная схема котла - радиационный контур - (обозначен линией с белой 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.

Предлагаемая конструктивная схема котла позволяет использовать его в пароводогрейном режиме.

При этом конвективная часть котла - конвективный пучок труб и часть экранных труб топки - работает в таком же паровом режиме, что и в котле-прототипе (на чертежах не показано), т.е. питательную воду подают в верхний барабан котла 1. Далее по опускным трубам конвективного пучка 3 вода, нагреваясь теплом отходящих дымовых газов, опускается в нижний барабан 2. Перемешавшись с котловой, циркуляционная вода поднимается по подъемной части труб конвективного пучка в верхний барабан, где происходит разделение образовавшейся пароводяной смеси. Пар отводят потребителю, циркуляционная вода стекает в нижний барабан 2.

Часть экранных труб котла по первому варианту работает в водогрейном режиме. Сетевая вода поступает в раздающий коллектор 7 нижнего барабана 2 и далее в трубы правого бокового экрана топки 5. Нагреваясь теплом топки, вода поступает в соответствующую секцию промежуточного коллектора 10, а оттуда по опускным трубам левого бокового экрана топки 6 - в приемный коллектор 8 нижнего барабана 2. Через секцию перепускного коллектора 9, сообщенную одновременно с секцией приемного коллектора 8 этого контура и секцией раздаточного коллектора 7 последующего контура, вода по подъемным трубам 5 правого бокового экрана топки поднимается в соответствующий отсек промежуточного коллектора 10 барабана 1 и далее вниз по опускным трубам левого бокового экрана топки 6. Последняя секция собирающего коллектора 10 снабжена патрубком отвода горячей сетевой воды потребителю.

Согласно второму варианту выполнения поставленная техническая задача достигается тем, что в вертикальном водотрубном котле, содержащем 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, барабаны разделены сплошной перегородкой на две части - паровую и водогрейную таким образом, что паровая часть верхнего барабана сообщена с паровой частью нижнего барабана только частью труб конвективного пучка, а водогрейная часть верхнего барабана сообщена с водогрейной частью нижнего барабана как оставшейся частью труб конвективного пучка, так и частью экранных труб, кроме того, в водогрейной части нижнего барабана размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции, водогрейная часть барабанов в свою очередь разделена поперечными перегородками на отсеки, при этом каждая секция раздающего коллектора водогрейной части нижнего барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов топки или их композицией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком водогрейной части верхнего барабана, который в свою очередь посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком нижнего, образуя контур нагрева, при этом каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком водогрейной части верхнего 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 водогрейной части нижнего барабана - патрубком отвода теплоносителя (горячей воды).

На фиг.3 представлен вид котла сбоку, на фиг.4 - циркуляционная схема котла (контур нагрева, причем радиационная часть контура обозначена линией с белой стрелкой - подъемные трубы экранов топки, а конвективная часть контура - линией с темной стрелкой - опускные трубы конвективного пучка) 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). Верхний барабан снабжен патрубками ввода питательной воды и отвода пара, а нижний - патрубками ввода сетевой воды и отвода горячей сетевой воды.

В нижнем барабане 2 размещены раздающий 7, собирающий 8 и перепускной 9 коллекторы, а в верхнем барабане 1 - промежуточный коллектор 10. Барабаны 1 и 2 разделены сплошными перегородками 12 на отсеки 13.

При этом в данном варианте конструктивного выполнения заявляемого котла функцию собирающего коллектора 8 выполняют отсеки 13 нижнего барабана 2, а функцию промежуточного коллектора 10 - отсеки 13 верхнего барабана 1. Коллектор 7 разделен перегородками 11 на секции, сообщенные между собою трубами правого 5 и левого 6 экранов топки. Коллектор 9 объединяет между собой трубы конвективного пучка 3.

Согласно второму варианту котел работает следующим образом. Конвективная часть котла (конвективные части верхнего и нижнего барабанов, сообщенные частью труб конвективного пучка) работает в том же режиме, что и в котле-прототипе, т.е. питательную воду подают в верхний барабан котла 1. Далее по опускным трубам конвективного пучка 3 вода, нагреваясь теплом отходящих дымовых газов, опускается в нижний барабан 2. Перемешавшись с котловой, циркуляционная вода поднимается по подъемной части труб конвективного пучка в верхний барабан, где происходит разделение образовавшейся пароводяной смеси. Пар отводят потребителю через конвективную часть верхнего барабана, циркуляционная вода стекает в конвективную часть нижнего барабана.

Водогрейная часть котла (водогрейные части верхнего и нижнего барабанов, сообщенные частью экранных труб топки и оставшейся частью труб конвективного пучка) работают следующим образом.

Сетевая 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.

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

Перераспределение количества поверхностей нагрева как конвекционного, так и радиационного контуров, относящихся к паровой и водогрейной частям котла, зависит соответственно от их номинальных теплопроизводительностей и определяется расчетным путем.

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 также 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°С 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).

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

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано для водо- и паро-снабжения зданий. Котел содержит два барабана, сообщенных между собой трубами конвективного пучка, один автономный газоход, топку, ограниченную трубчатыми передним, задним, боковыми правым и левым экранами. В нижнем барабане размещены раздающий, собирающий и перепускной коллекторы, а в верхнем - промежуточный коллектор, разделенные перегородками на секции. Каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части труб правого экрана с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая посредством части труб левого бокового экрана сообщена с соответствующей секцией собирающего коллектора, образуя контур радиационного нагрева. Каждый последующий контур связан с предыдущим через секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с секцией собирающего коллектора одного контура и с секцией раздающего коллектора другого контура. Первая секция раздающего коллектора и нижний барабан снабжены патрубками ввода воды, последняя секция перепускного или собирающего коллектора - патрубком отвода горячей сетевой воды, а верхний барабан - патрубками ввода питательной воды и отвода пара. Во втором варианте выполнения котла барабаны разделены сплошной перегородкой на две части - паровую и водогрейную таким образом, что паровая часть верхнего барабана сообщена с паровой частью нижнего барабана только частью труб конвективного пучка, а водогрейная часть верхнего барабана сообщена с водогрейной частью нижнего барабана как оставшейся частью труб конвективного пучка, так и частью экранных труб. В водогрейной части нижнего барабана размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции. Водогрейная часть барабанов в свою очередь разделена поперечными перегородками на отсеки. Каждая секция раздающего коллектора водогрейной части нижнего барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов топки или их композицией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком водогрейной части верхнего барабана, который посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком нижнего, образуя контур нагрева. Каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком водогрейной части верхнего барабана одного контура и секцией раздающего коллектора последующего контура. Секция раздающего коллектора первого контура нагрева снабжена патрубком ввода сетевой воды, верхний барабан снабжен патрубками ввода питательной воды и отвода пара, а последний отсек водогрейной части нижнего барабана - патрубками ввода сетевой воды и отвода теплоносителя. Изобретение обеспечивает одновременную работу котла как в паровом, так и в водогрейном режиме. 2 н.п.ф-лы, 4 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 передним, задним, боковыми правым и левым экранами, отличающийся тем, что в нижнем барабане размещены раздающий, собирающий и перепускной коллекторы, а в верхнем - промежуточный коллектор, разделенные перегородками на секции, при этом каждая секция раздающего коллектора сообщена посредством части труб правого экрана с соответствующей секцией промежуточного коллектора, которая, в свою очередь, посредством части труб левого бокового экрана 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, первая секция раздающего коллектора и нижний барабан снабжены патрубками ввода воды, последняя секция перепускного или собирающего коллектора - патрубком отвода горячей сетевой воды, а верхний барабан - патрубками ввода питательной воды и отвода пара.2. 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, барабаны разделены сплошной перегородкой на две части - паровую и водогрейную таким образом, что паровая часть верхнего барабана сообщена с паровой частью нижнего барабана только частью труб конвективного пучка, а водогрейная часть верхнего барабана сообщена с водогрейной частью нижнего барабана как оставшейся частью труб конвективного пучка, так и частью экранных труб, кроме того, в водогрейной части нижнего барабана размещены раздающий и перепускной коллекторы, разделенные перегородками на секции, водогрейная часть барабанов, в свою очередь, разделена поперечными перегородками на отсеки, при этом каждая секция раздающего коллектора водогрейной части нижнего барабана сообщена посредством части труб правого и левого экранов топки или их композицией с трубами переднего или заднего экранов с соответствующим отсеком водогрейной части верхнего барабана, который, в свою очередь, посредством части труб конвективного пучка сообщен с соответствующим отсеком нижнего, образуя контур нагрева, при этом каждый последующий контур связан с предыдущим через соответствующую секцию перепускного коллектора, сообщенную одновременно с отсеком водогрейной части верхнего барабана одного контура и секцией раздающего коллектора последующего контура, кроме того, секция раздающего коллектора первого контура нагрева снабжена патрубком ввода сетевой воды, верхний барабан снабжен патрубками ввода питательной воды и отвода пара, а последний отсек водогрейной части нижнего барабана - патрубками ввода сетевой воды и отвода теплоносителя.