ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2008 года по МПК F24H1/16 

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

Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, охватываемой кольцевой топкой и сообщенной с ней, кольцевое горелочное устройство, установленное в днище котла в зоне кольцевой топки, дымовую трубу, 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 кольцевой топке и во внутренней конвективной камере (авторское свидетельство СССР № 278712, МПК F22B 21/22, 1970).

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 кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, охватываемой кольцевой топкой и сообщенной с ней, кольцевое горелочное устройство, установленное в днище котла в зоне кольцевой топки, дымовую трубу, 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 кольцевой топке и во внутренней конвективной камере, согласно изобретению снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и крышкой котла, дымовая труба расположена во внутренней конвективной камере и сообщена с ней через кольцевое отверстие, образованное дымовой трубой с днищем котла, 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 корпуса котла, 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 спиральные трубки секций конвективной части могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от крышки к днищу 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, находящемся 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 кольцевой топкой 2 и внутренней конвективной камерой 3, охватываемой кольцевой топкой 2, отделенной от кольцевой топки 2 цилиндрической перегородкой 4 и сообщенной с ней через кольцевой зазор 5, образованный цилиндрической перегородкой 4 и крышкой 6 котла; кольцевое горелочное устройство 7, установленное в днище 8 котла в зоне кольцевой топки 2; дымовую трубу 9, расположенную во внутренней конвективной камере 3 и сообщенную с ней через кольцевое отверстие 10, образованное дымовой трубой 9 с днищем 8 котла; подводящий и отводящий коллекторы 11, 12, размещенные соответственно вблизи днища 8 котла и вблизи крышки 6 котла; и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам 11, 12 и включающие экранную и конвективную части 13, 14, расположенные соответственно в кольцевой топке 2 и во внутренней 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 корпуса 1 котла. 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. Цилиндрическая перегородка 4 со стороны кольцевой топки 2 выполнена из шамотного кирпича и выполняет роль вторичного излучателя по кольцу топки 2 снизу вверх. Со стороны внутренней конвективной камеры 3 на перегородку 4 наносится теплоизоляционный материал 25. Для полноты сгорания топлива в нижней части горелочного устройства 7 могут использоваться излучающие отражатели 26. Витки спиральных трубок 16 секций 15 экранной части 13 расположены по высоте кольцевой 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 крышки 6 к днищу 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 27, 28, находящемся 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 кольцевого горелочного устройства 7 топливная смесь поступает в кольцевую 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 усиливает перегородка 4, которая выполняет функцию вторичного излучателя равномерно по всей поверхности экранной части 13, тем самым обеспечивается устойчивый режим горения с большим коэффициентом рабочего регулирования и более полное окисление продуктов горения. Продукты горения, пройдя по кольцевой топке 2 снизу вверх, через кольцевой зазор 5 поступают во внутреннюю конвективную камеру 3. Проходя через нее сверху вниз, горячие продукты горения 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 отводятся из внутренней конвективной камеры 3 через кольцевое отверстие 10 в дымовую трубу 9. Движение горячих продуктов сгорания прямоточное. В кольцевой топке 2 нет потоков, движущихся в обратном направлении, факел пламени интенсивно охлаждается и по этой причине в зоне реакции имеют место более низкие температуры, сокращается время нахождения продуктов горения в зоне реакции, что снижает интенсивность образования NO_x. 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 перегородки 4. 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, 6 секций 19, 6 секций 20, каждая из которых выполнена в виде спиральной трубки с 6-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. 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 кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, охватываемой кольцевой топкой и сообщенной с ней, кольцевое горелочное устройство, установленное в днище котла в зоне кольцевой топки, дымовую трубу, 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 кольцевой топке и во внутренней конвективной камере. Кроме того, котел снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и крышкой котла. Дымовая труба расположена во внутренней конвективной камере и сообщена с ней через кольцевое отверстие, образованное дымовой трубой с днищем котла. 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 корпуса котла. 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. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, охватываемой кольцевой топкой и сообщенной с ней, кольцевое горелочное устройство, установленное в днище котла в зоне кольцевой топки, дымовую трубу, 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 кольцевой топке и во внутренней конвективной камере, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между кольцевой топкой и внутренней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и крышкой котла, дымовая труба расположена во внутренней конвективной камере и сообщена с ней через кольцевое отверстие, образованное дымовой трубой с днищем котла, 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 корпуса котла, 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 спиральные трубки секций конвективной части выполнены с шагом витков, уменьшающимся от крышки к днищу котла.3. Котел по п.2, отличающийся тем, что спиральные трубки секций конвективной части снабжены оребрением или накаткой.4. Котел по п.1, отличающийся тем, что диаметры подводящего и отводящего коллекторов превышают диаметры промежуточных труб, которые превышают диаметры трубок экранной и конвективной частей.5. Котел по п.1, отличающийся тем, что первая и третья промежуточные трубы выполнены с верхним уровнем, находящемся на одном горизонтальном уровне с входами трубок верхних секций экранной и конвективной частей.