КОТЕЛ ЖАРОТРУБНО-ДЫМОГАРНЫЙ Российский патент 2006 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к области котлостроения, в частности к выпуску (производству) котлов для систем теплоснабжения.

Известны конструкции котлов жаротрубно-дымогарного типа с центральной жаровой трубой и последовательно к ней присоединенным пучком дымогарных труб. С целью компенсации температурных напряжений жаровая труба выполняется с линзовыми компенсаторами "волнистая", или при "гладких" жаровых трубах дымогарный пучок выполняется гнутым /Котлы строительной серии BWK 200-350-450. При эксцентричном или концентричном расположении жаровой трубы дымогарный пучок компонуют параллельно, и в этом случае жаровые трубы применяют также "волнистые" /П.И.Рябов. Передвижные паровые котлы. М.: Энергия. 1971, 320 с./.

При хорошей компенсирующей способности такой конструкции технология изготовления котлов трудоемкая и оправдывает себя в котлах высоких температурных параметров теплоносителя.

Наиболее близким по конструктивному исполнению является котел ВК-21 /А.С.Макаров и др. Водогрейные котлы для передвижных котельных установок. Водоснабжение и санитарная техника. №4. 1990. М.: Изд. литературы - по строительству/, имеющий центральную жаровую трубу и пучок дымогарных труб, расположенных концентрично с жаровой трубой. Компенсация температурных напряжений осуществляется креплением задней стенки жаровой трубы к трубной доске через анкерные связи. Число ходов дымовых газов по дымогарным трубам - два.

Котел имеет недостаточно хорошую разгрузку от температурных напряжений жаровой трубы, и при этом ухудшается процесс теплообмена в топке и во втором газоходе котла. Это вызвано тем, что поток охлажденных дымовых газов возвращается к устью горелки, экранируя стенки трубы, а во втором газоходе, имеющем большее "живое" сечение для прохода дымовых газов, чем в первом газоходе, снижается интенсивность теплопередачи.

Техническим результатом заявляемого изобретения является компенсация температурных напряжений в жаровой трубе и дымогарных трубах; устойчивая работа горелки; хорошее перемешивание продуктов сгорания, обеспечивающее высокую степень сгорания топлива; высокая интенсивность теплопередачи.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой конструкции котла жаровая труба выполняется полутупиковой. Трубы первого газохода выполняются более короткими, чем остальные, и их длина не более 2 м и могут размещаться по одной и более концентрическим окружностям вокруг жаровой трубы. С целью компенсации температурных деформаций дымогарные трубы расположены под углом к оси жаровой трубы путем поворота трубной доски на угол α, который определяется в зависимости от длин дымогарных труб. С целью интенсификации теплообмена наружный ряд дымогарных труб разделен на сектора сегментными газоплотными перегородками, образующими 3-4 ходовое движение дымовых газов. С целью снижения потерь тепла на наружное охлаждение изолирующий кожух охлаждается воздухом, пропускаемым между корпусом и кожухом и подается в горелочное устройство.

На фиг.1 показана конструкция котла; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Котел жаротрубно-дымогарный имеет жаровую трубу 1 и дымогарный пучок труб 2, расположенных концентрично. Полутупиковая жаровая труба имеет поворотную камеру 3 с водоохлаждаемой задней стенкой 4. Жаровая труба и трубы первого газохода 5, образованного дымогарными трубами, расположенными на внутренней окружности, крепятся в трубных досках передней 6 и промежуточной 7, а дымогарные трубы остальных газоходов 8, расположенные по наружной окружности, крепятся в передней и задней 9 трубных досках. Задняя трубная доска соединена с задней стенкой поворотной камеры анкерными связями 10. Жаровая труба с дымогарными трубками помещена в обечайку 11, образующую водяную камеру. Обечайка закрывается с торца водоохлаждаемой крышкой 12, в которой монтируют горелочное устройство 13. Котел имеет штуцера в обечайке и крышках для подвода 14 и отвода воды 15, опорожнения котла и продувки его водяного объема 16, удаления воздуха 17, установки контрольно-измерительных приборов и гляделки 18, отвода дымовых газов 19 и предохранительных "взрывных" клапанов 20.

Для периодической очистки водяного объема от шлама на обечайке предусмотрены лючки 21. Снаружи обечайку закрывают съемный кожухом 22, под которым движется воздух, подаваемый в горелочное устройство.

Дымогарные трубы расположены под углом к оси жаровой трубы путем смещения отверстий трубных досок на угол α в зависимости от длины труб и их расположения.

Котел работает следующим образом. Жидкое или газообразное топливо, смешанное с воздухом в горелке, сгорает в топке котла, образованной жаровой трубой. Тепло через стенку жаровой трубы передается воде. Дымовые газы, образующиеся в топке, из поворотной камеры поступают в трубы первого газохода, а далее проходят через трубы второго газохода и удаляются через дымовую трубу. Теплоотдачу в газоходах интенсифицируют кольцевой накаткой на поверхности труб, являющейся турбулизаторами потока, или путем установки турбулизаторов - вставок. Нагреваемая вода поступает в переднюю водоохлаждаемую крышку, а из нее в кольцевое пространство между жаровой трубой и обечайкой.

Охлаждение защитного кожуха производят воздухом, проходящим под съемным кожухом и подаваемым затем в горелочное устройство, в связи с чем снижаются потери на наружное охлаждение.

При работе котла температура стенки жаровой трубы и дымогарных труб определяется по формуле

где t_cp - средняя температура дымовых газов: для дымогарных труб - t_cp=0,5(t′+t′′); для жаровой трубы - t_cp=0,5(t_a+t′);

t_в - средняя температура воды, t_в=0,5(t₁+t₂);

t_a - адиабатная (теоретическая) температура в топке (жаровой трубе);

t′, t′′ - температура дымовых газов на входе в трубный пучок и на выходе из него соответственно;

t₁, t₂ - температура воды на выходе из котла и на входе в котел соответственно. Требуемая величина компенсирующего удлинения дымогарных труб определяется по формуле

где β - коэффициент температурного расширения материала труб;

Δt - разность средней температуры жаровой трубы и дымогарных труб.

Компенсация температурных напряжений, вызванная удлинением жаровой трубы, происходит при повороте задней трубной доски, при котором "выбирается" монтажный угол поворота, для этого дымогарные трубы, расположенные под углом к оси жаровой трубы путем поворота задней трубной доски относительно передней трубной доски на угол α, который определяется в зависимости от длин дымогарных труб.

Тогда требуемый монтажный угол поворота задней трубной доски относительно передней определяется по формуле

где L - длина дымогарных труб, м.

Например, для котла, работающего на газе, значения расчетных параметров следующие: t_a=1708°C; t'=980°С, t"=190°С; t₁=115°С, t₂=70°С; L=2M; β=12·10^-61/°C (для стали 20).

Тогда средняя температура дымовых газов для дымогарных труб t_cp=0,5(t'+t")=0,5(980+180)=585°C; для жаровой трубы t_cp=0,5(t_a+t')=0,5(1708+980)=1344°С; средняя температура воды t_в=0,5(t₁+t₂)=0,5(115+70)=92,5°С; разность средней температуры жаровой трубы и дымогарных труб Δt=1344-585=759°С.

Требуемая величина компенсирующего удлинения дымогарных труб Δ=β·Δt=12·10^-6·759=0,0091 м.

Требуемый монтажный угол поворота задней трубной доски относительно передней α=arccos L/(L+Δ)=arcos 2/(2+0,0091)=6°.

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в системах теплоснабжения. Котел содержит водоохлаждаемые жаровую трубу с поворотной камерой и концентрично расположенные дымогарные трубы, закрепленные в трубных досках и помещенные в цилиндрическую обечайку, закрываемую с торцов водоохлаждаемыми крышками и покрытую изолирующим кожухом. Дымогарные трубы расположены под углом к оси жаровой трубы путем поворота задней трубной доски относительно передней трубной доски на угол α, который определяется в зависимости от длины дымогарных труб. Изобретение обеспечивает компенсацию температурных напряжений в жаровой трубе и дымогарных трубах и высокую интенсивность теплопередачи. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Котел жаротрубно-дымогарный, содержащий водоохлаждаемые жаровую трубу с поворотной камерой и концентрично расположенные дымогарные трубы, закрепленные в трубных досках и помещенные в цилиндрическую обечайку, закрываемую с торцов водоохлаждаемыми крышками и покрытую изолирующим кожухом, отличающийся тем, что дымогарные трубы расположены под углом к оси жаровой трубы путем поворота задней трубной доски относительно передней трубной доски на угол α, который определяется в зависимости от длины дымогарных труб.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что жаровая труба имеет поворотную камеру, концентричную с жаровой трубой, с диаметром, большим диаметра окружности, описанной вокруг труб первого газохода.3. Котел по п.1, отличающийся тем, что изолирующий кожух охлаждается воздухом, пропускаемым между корпусом и кожухом, и подается в горелочное устройство.