ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2008 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах.

Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, выполненное в корпусе котла, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней камере (патент РФ №2153626, МПК F22B 21/06, 2000).

Однако известный котел характеризуется недостаточными КПД, надежностью, прочностью, компактностью и технологичностью, а также сложен в изготовлении.

Задачей изобретения является повышение КПД котла, его надежности, прочности, компактности и технологичности, а также упрощение в его изготовлении.

Поставленная задача решается тем, что водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, выполненное в корпусе котла, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, согласно изобретению снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла, выпускное отверстие выполнено в корпусе котла вблизи его крышки, экранная часть образована секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с первой промежуточной трубой, выходом - со второй промежуточной трубой и примыкающей к внутренней поверхности цилиндрической перегородки, а конвективная часть образована внутренними и внешними секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с третьей промежуточной трубой, выходом - с четвертой промежуточной трубой, причем трубка внутренней секции расположена внутри спирали трубки внешней секции, первая и третья промежуточные трубы подключены к подводящему коллектору, а вторая и четвертая промежуточные трубы - к отводящему коллектору.

Поставленная задача решается также тем, что водогрейный котел может быть дополнительно снабжен коническим излучателем, расположенным на днище котла в зоне топки.

Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки секций конвективной части могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища к крышке котла.

Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки секций конвективной части могут быть снабжены оребрением или накаткой.

Поставленная задача решается также тем, что диаметры подводящего и отводящего коллекторов могут превышать диаметры промежуточных труб, которые превышают диаметры трубок экранной и конвективной частей.

Поставленная задача решается также тем, что первая и третья промежуточные трубы могут быть выполнены с верхним уровнем, находящимся на одном горизонтальном уровне с входами трубок верхних секций экранной и конвективной частей.

На фиг.1 представлен предлагаемый водогрейный котел.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

На фиг.3 - гидравлическая схема предлагаемого водогрейного котла.

Предлагаемый водогрейный котел содержит вертикально расположенный корпус 1 с топкой 2 и внешней конвективной камерой 3, охватывающей топку 2, отделенной от нее цилиндрической перегородкой 4 и сообщенной с ней через кольцевой зазор 5, образованный цилиндрической перегородкой 4 и днищем 6 котла, горелку 7, установленную в крышке 8 котла в зоне топки 2, конический излучатель 9 из огнеупорного материала, расположенный на днище 6 котла в зоне топки 2, выпускное отверстие 10, выполненное в корпусе 1 котла вблизи его крышки 8, подводящий и отводящий коллекторы 11, 12, размещенные соответственно вблизи днища 6 котла и вблизи крышки 8 котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам 11, 12 и включающие экранную и конвективную части 13, 14, расположенные соответственно в топке 2 и во внешней конвективной камере 3. Экранная часть 13 образована секциями 15 (фиг.3), каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки 16, входом соединенной с первой промежуточной трубой 17, выходом - со второй промежуточной трубой 18 и примыкающей к внутренней поверхности цилиндрической перегородки 4. Конвективная часть 14 образована внутренними и внешними секциями 19, 20 (фиг.3), каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки 21, 22, входом соединенной с третьей промежуточной трубой 23, выходом - с четвертой промежуточной трубой 24, причем трубка 21 внутренней секции 19 расположена внутри спирали трубки 22 внешней секции 20, первая и третья промежуточные трубы 17, 23 подключены к подводящему коллектору 11, а вторая и четвертая промежуточные трубы 18, 24 - к отводящему коллектору 12. Витки спиральных трубок 16 секций 15 экранной части 13 расположены по высоте топки 2 равномерно, обеспечивая максимально экранированную поверхность. Для обеспечения оптимальной высокой скорости дымовых газов и высокого коэффициента теплопередачи спиральные трубки 21, 22 секций 19, 20 конвективной части 14 могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища 6 к крышке 8 котла. Для повышения коэффициента теплопередачи и теплообмена в конвективной части 14 спиральные трубки 21, 22 секций 19, 20 могут быть снабжены оребрением или накаткой. Из расчета оптимальной скорости (не менее 2 м/сек) прохождения воды, обеспечивающей безнакипной режим работы котла, диаметры подводящего и отводящего коллекторов 11, 12 могут превышать диаметры промежуточных труб 17, 18, 23, 24, которые превышают диаметры трубок 16, 21, 22 экранной и конвективной частей 13, 14. Для предотвращения образования воздушных мешков в конвективной части котла первая и третья промежуточные трубы 17, 23 могут быть выполнены с верхним уровнем 25, 26, находящимся на одном горизонтальном уровне с входами трубок 16, 21, 22 верхних секций 15, 19, 20 экранной и конвективной частей 13, 14.

Водогрейный котел работает следующим образом.

Из горелки 7 топливная смесь поступает в топку 2, где происходит горение топлива с выделением тепла. Часть выделившегося тепла за счет излучения от факела поглощается водоохлаждаемыми поверхностями секций 15 экранной части 13. Дополнительно теплопередачу в нижней относительно холодной части топки 2 усиливает конический излучатель 9, нагревающийся от потока горячих газов, выходящих из топки 2, и обеспечивающий равномерное распределение газового потока по кольцевому зазору 5. Через кольцевой зазор 5 горячие продукты горения поступают во внешнюю конвективную камеру 3, проходят ее снизу вверх и отдают тепло водоохлаждаемым поверхностям секций 19, 20 конвективной части 14. По мере охлаждения газов уменьшается их физический объем, однако постепенно уменьшающееся живое сечение за счет сокращения шага между витками секций 19, 20 обеспечивает поддержание высокой скорости газов для обеспечения высокой скорости теплообмена в конвективной части 14. Охлажденные дымовые газы собираются и отводятся из внешней конвективной камеры 3 через выпускное отверстие 10. Нагреваемая вода через подводящий коллектор 11 подается в нижнюю часть котла и далее распределяется снизу вверх по двум вертикальным промежуточным трубам 17, 23, соответственно, в секции 15 экранной части 13 и секции 19, 20 конвективной части 14. Из трубы 17 вода проходит через несколько параллельно подключенных секций 15 (например, 6 секций, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки с 6-ю витками) экранной части 13 снизу вверх и нагревается за счет лучистого теплообмена от факела горения топки 2 и дополнительно от конического излучателя 9. В секциях 15 экранной части 13 поддерживается высокая скорость воды для исключения образования накипи. Пройдя экранную часть 13, нагретая вода отводится снизу вверх по вертикальной трубе 18. Из трубы 23 нагреваемая вода распределяется по нескольким параллельно подключенным секциям 19, 20 (например, по три секции 19, по три секции 20, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки с 10-ю витками) конвективной части 14 и проходит снизу вверх, нагреваясь за счет конвективной теплопередачи от проходящих дымовых газов. В секциях 19, 20 конвективной части 14 также обеспечивается высокая скорость воды для предотвращения образования накипи. Пройдя конвективную часть 14, нагретая вода отводится снизу вверх по вертикальной трубе 24. Диаметры и длины всех трубопроводов и спиралей подбираются с целью обеспечения высокой скорости прохождения воды для предотвращения образования накипи при одинаковом гидравлическом сопротивлении в параллельных потоках воды. Нагретая вода из труб 18, 24 поступает в отводящий коллектор 12 и далее потребителю.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах. Котел содержит вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, выполненное в корпусе котла, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере. Кроме того, котел снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла. Выпускное отверстие выполнено в корпусе котла вблизи его крышки. Экранная часть образована секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с первой промежуточной трубой, выходом - со второй промежуточной трубой и примыкающей к внутренней поверхности цилиндрической перегородки. Конвективная часть образована внутренними и внешними секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с третьей промежуточной трубой, выходом - с четвертой промежуточной трубой, причем трубка внутренней секции расположена внутри спирали трубки внешней секции. Первая и третья промежуточные трубы подключены к подводящему коллектору, а вторая и четвертая промежуточные трубы - к отводящему коллектору. Такое выполнение котла позволяет повысить его КПД, надежность, компактность и упростить его изготовление. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, выполненное в корпусе котла, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла, выпускное отверстие выполнено в корпусе котла вблизи его крышки, экранная часть образована секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с первой промежуточной трубой, выходом - со второй промежуточной трубой и примыкающей к внутренней поверхности цилиндрической перегородки, а конвективная часть образована внутренними и внешними секциями, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки, входом соединенной с третьей промежуточной трубой, выходом - с четвертой промежуточной трубой, причем трубка внутренней секции расположена внутри спирали трубки внешней секции, первая и третья промежуточные трубы подключены к подводящему коллектору, а вторая и четвертая промежуточные трубы - к отводящему коллектору.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен коническим излучателем, расположенным на днище котла в зоне топки.3. Котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что спиральные трубки секций конвективной части выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища к крышке котла.4. Котел по п.3, отличающийся тем, что спиральные трубки секций конвективной части снабжены оребрением или накаткой.5. Котел по п.1, отличающийся тем, что диаметры подводящего и отводящего коллекторов превышают диаметры промежуточных труб, которые превышают диаметры трубок экранной и конвективной частей.6. Котел по п.1, отличающийся тем, что первая и третья промежуточные трубы выполнены с верхним уровнем, находящимся на одном горизонтальном уровне с входами трубок верхних секций экранной и конвективной частей.