КОТЕЛ ДЫМОГАРНЫЙ С РЕВЕРСИВНЫМ ПОТОКОМ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ И ВОДООХЛАЖДАЕМЫМ ДНИЩЕМ ТОПОЧНОЙ КАМЕРЫ Российский патент 2025 года по МПК F24H1/00 F22B7/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области промышленной энергетики, а именно к конструкциям дымогарных котлов с реверсивным потоком дымовых газов.

Уровень техники

Из уровня техники известны жаротрубные водогрейные котлы (Котел водогрейный ТТ50, https://www.entroros.ru/produktsiya/kotly-vodogreynye/, 18.05.2024). Сжигание топлива происходит в жаровой трубе, образовавшиеся дымовые газы движутся по одному или двум ходам дымогарных труб соответственно, при этом отдавая часть своей энергии теплоносителю, циркулирующему в объеме котла. Одиночная производительность котлов варьируется от 210 кВт до 80 МВт. Рабочее давление до 16 бар. Температура подачи до 170°С. Котлы предназначены для организации теплоснабжения зданий и сооружений, а также для обеспечения технологических процессов различного назначения.

Недостатком является то, что в таких котлах применяется анкерное крепление реверсивной топочной камеры. Данная схема менее надежна ввиду большего количества точек крепления топки к трубной доске. В этом случае при образовании отложений в зоне крепления анкеров к топке и трубной доске возникают избыточные тепловые нагрузки в сварных швах, что приводит к выходу из строя оборудования.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей является создание надежного котла, конструкция которого предполагает наличие узла, с высокой эффективностью охлаждающего водой днище топочной камеры, позволяющего равномерно снимать тепло в объеме, образованном указанным узлом, снизить тепловые потери в окружающую среду, и исключить необходимость в наличии дополнительных элементов, образующих множественные точки напряжения в местах сварки этих элементов, приводящих к нарушению конструкции и выходу котла из строя.

Технический результат заключается в увеличении надежности и срока службы котла, а также обеспечении эффективного охлаждения днища топочной камеры.

Технический результат достигается за счёт того, что котел дымогарный с реверсивным потоком дымовых газов и водоохлаждаемым днищем топочной камеры содержит топочную камеру, днище топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн, соединенный одной стороной с внешней поверхностью днища топочной камеры, и сферический элемент, соединенный с другой стороной водоохлаждаемого кронштейна, причем по всей длине окружности кронштейна выполнены отверстия, днище топочной камеры выполнено сферическим, а соединенные между собой внешняя поверхность днища топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн и сферический элемент, образуют зону прохождения котловой воды.

Кроме того, внешний диаметр сферического элемента выполнен меньшим диаметра водоохлаждаемого кронштейна, а днище топочной камеры выполнено большим диаметром, чем диаметр водоохлаждаемого кронштейна.

Кроме того, указанные сферический элемент, водоохлаждаемый кронштейн и днище топочной камеры соединены между собой посредством сварки.

Кроме того, водоохлаждаемый кронштейн одной стороной приварен к наружной поверхности днища топочной камеры по периметру окружности их соприкосновения, а со второй стороны в водоохлаждаемый кронштейн вставлен сферический элемент, который приварен к внутренней окружной поверхности водоохлаждаемого кронштейна.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - Конструкция дымогарного котла с узлом охлаждения днища топочной камеры в разборном виде;

Фиг. 2 - Конструкция дымогарного котла с узлом охлаждения днища топочной камеры в собранном виде, в разрезе;

Фиг. 3 - Конструкция узла охлаждения днища топочной камеры, в разрезе.

На фигуре обозначены следующие элементы:

1 - топочная камера котла;

2 - днище (дно топочной камеры);

3 - водоохлаждаемый кронтштейн;

4 - сферический элемент (шайба);

5 - задняя трубная доска.

Осуществление изобретения

При нагреве котла с «холодного» состояния до рабочих параметров (вода в котле с температурой 20°C нагревается до температур 90-95°С для низкотемпературных водогрейных котлов, и до 200°С для котлов с перегретой водой и паровых котлов), возникает температурное линейное расширение, что приводит к повышенной нагрузке на обечайку (внешний корпус) котла и днище его топочной камеры.

Предлагаемый котел содержит соединенные между собой посредством сварки топочную камеру, днище (задняя стенка) которой, с наружной стороны, снабжено узлом охлаждения, образующий зону, ограниченную днищем (дном топочной камеры), водоохлаждающим кронштейном и сферическим элементом в виде шайбы, позволяющие котловой воде попадать в эту зону и эффективно охлаждать самый термически нагруженный участок топки по всей его длине, что увеличивает надежность и срок службы котла.

В котлах аналогичной конструкции применяется анкерное крепление реверсивной топочной камеры. Данная схема менее надежна ввиду большего количества точек крепления топки к трубной доске. В этом случае при образовании отложений в зоне крепления анкеров к топке и трубной доске возникают избыточные тепловые нагрузки в сварных швах, что приводит к выходу из строя оборудования. В предлагаемом решении не используются указанные анкеры.

Котел выполнен с реверсивным потоком дымовых газов и включает (фиг. 1) цилиндрический корпус с горелочным устройством (не показано), с передней (не показано) и задней трубными досками, в водяном объеме которого расположены топочная камера и дымогарные трубы. Топочная камера 1 имеет днище 2 сферической формы, присоединяемый к нему водоохлаждаемый кронштейн 3 с отверстиями и сферический элемент 4, присоединяемый к кронштейну 3, выполненный в виде сферической шайбы.

Указанные сферический элемент, водоохлаждаемый кронштейн и днище топочной камеры соединены между собой посредством сварки таким образом, что водоохлаждаемый кронштейн одной стороной приварен к наружной поверхности днища топочной камеры по периметру окружности их соприкосновения, а со второй стороны в водоохлаждаемый кронштейн вставлен сферический элемент, который приварен к внутренней окружной поверхности водоохлаждаемого кронштейна. Такое сварное соединение дополнительно может увеличивать надежность и срок службы котла, являясь самым оптимальным и надежным, при этом все швы доступны для визуального осмотра и ремонта (после нескольких лет эксплуатации).

Элемент 4 имеет форму сферы, изогнутой наружу, для формирования равно-параллельного зазора между сферическим элементом и днищем сферическим, что позволяет равномерно снимать тепло в объеме между днищем и сферическим элементом, позволяет запрограммировать тепловые расширения сферического элемента (шайбы).

Водоохлаждаемый кронштейн 3 установлен между сферическим элементом 4 и днищем 2 сферическим. Кронштейн изготовлен из металлического листа, по всей длине которого, на одинаковом расстоянии друг от друга, вырезаны отверстия для прохождения котловой воды. В процессе работы котла и охлаждения днища вода находится как с наружной части кронштейна, так и с внутренней (вода соприкасается с внутренней поверхностью (плоскостью) и с внешней поверхностью (плоскостью) кронштейна). Диаметр кронштейна, охлаждаемого водой, может быть подобран исходя из расчета на прочность и диаметра жаровой трубы. Ширина кронштейна может быть подобрана из условий:

• достаточное охлаждение водой дна жаровой трубы;

• исходя из теплотехнических расчетов (необходимая поверхность нагрева жаровой трубы и дымогарных труб) и тогда остаток перекрывается кронштейном;

• исходя из конструктива, так как при большем диаметре жаровой трубы высота днища больше, и кронштейн должен быть больше.

Сферический элемент 4 представляет из себя лист металла, вырезанный по окружности и имеющий форму шайбы. Соединен с днищем топочной камеры, с его внешней стороны, с помощью водоохлаждаемого кронштейна.

Также кронштейн выполняет функцию анкера, т.е. функцию поддержания и позиционирования всей конструкции (топка - днище топочной камеры - кронштейн -сферический элемент (шайба) в трубной доске 5 котла. Такая конструкция позволяет увеличить надежность и срок службы котла путем исключения множественных трубчатых анкеров крепления топки к трубной доске, в случае применения которых возникают множественные точки напряжения в местах сварки, что приводит к повреждению конструкции.

Кронштейн изготавливают из металлического листа, по всей длине которого вырезают отверстия. После подготовки отверстий и кромок, лист вальцуется. Кромки листа свариваются между собой.

Сферическую форму шайбы выполняют посредством штамповки. Далее выполняется штамповка в специальной пресс-форме с помощью которой придается определенный радиус гиба. Радиус гиба сферического элемента (шайбы) может повторять радиус гиба днища топочной камеры, которые вместе с расстоянием между ними подбираются в соответствии с определенными параметрами. Радиус гиба сферического элемента (шайбы) может зависеть от полученного расстояния между верхней точкой (вершиной сферы) и элементами облицовки котла, при этом радиус гиба днища топочной камеры может зависеть от диаметра топочной камеры, который может увеличиваться по мере роста мощности котла.

Элементы (днище и шайба) выполнены сферической формы, а например не плоской, поскольку такой формой элементы более надежны и устойчивы к нагружению давлением с одной стороны и более устойчивы к разнице давлений между внутренней и наружными поверхностями.

Внешний диаметр сферического элемента выполняется с минусовым допуском (меньшим диаметра кронштейна) для обеспечения возможности вставки сферического элемента в кронштейн. Затем сферический элемент вставляется в кронштейн и приваривается. Далее данный узел приваривается по окружности ко днищу сферическому. Дно топочной камеры (днище) всегда выполняется большим диаметром, чем кронштейн, т.к. кронштейн приваривается к наружной поверхности днища по периметру окружности соприкосновения двух элементов.

Соответственно, между двумя элементами (днищем и шайбой) появляется пространство, в котором посредством выполненных в кронштейне отверстий и естественной циркуляции (за счет разницы температур в нижней и верхней частях котла) обеспечивается проток котловой воды. Тепловые потоки движутся снизу вверх, соответственно более нагретая вода поступает в нижние отверстия кронштейна, омывает (охлаждает) днище (дно топочной камеры) и выходит через верхние отверстия кронштейна. Необходимо это для эффективного охлаждения дна сферического, с внутренней стороны которого протекает процесс сжигания топлива горелочным устройством. Как следствие - снижение тепловых потерь в окружающую среду от сжигания топлива через сферический элемент, снижение температурных напряжений, повышение надежности и срока службы котла.

Вышеописанная конструкция котла с зоной охлаждения, выполненной с помощью вышеуказанных элементов с наружной стороны его топочной камеры, повышает надежность котла и срок его службы, при этом обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение дна топочной камеры, позволяет запрограммировать тепловые расширения сферического элемента.

Изобретение относится к области промышленной энергетики, а именно к конструкциям дымогарных котлов с реверсивным потоком дымовых газов. Котел дымогарный с реверсивным потоком дымовых газов и водоохлаждаемым днищем топочной камеры содержит топочную камеру, днище топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн, соединенный одной стороной с внешней поверхностью днища топочной камеры, и изогнутый наружу сферический элемент, соединенный с другой стороной водоохлаждаемого кронштейна. По всей длине окружности кронштейна выполнены отверстия. Днище топочной камеры выполнено сферическим. Радиус гиба сферического элемента повторяет радиус гиба сферического днища топочной камеры, а соединенные между собой внешняя поверхность днища топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн и сферический элемент образуют зону прохождения котловой воды. Технический результат заключается в увеличении надежности и срока службы котла и обеспечении эффективного охлаждения дна топочной камеры. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Котел дымогарный с реверсивным потоком дымовых газов и водоохлаждаемым днищем топочной камеры, характеризующийся тем, что содержит топочную камеру, днище топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн, соединенный одной стороной с внешней поверхностью днища топочной камеры, и изогнутый наружу сферический элемент, соединенный с другой стороной водоохлаждаемого кронштейна, причем по всей длине окружности кронштейна выполнены отверстия, днище топочной камеры выполнено сферическим, радиус гиба сферического элемента повторяет радиус гиба сферического днища топочной камеры, а соединенные между собой внешняя поверхность днища топочной камеры, водоохлаждаемый кронштейн и сферический элемент, образуют зону прохождения котловой воды.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что внешний диаметр сферического элемента выполнен меньшим диаметра водоохлаждаемого кронштейна, а днище топочной камеры выполнено большим диаметром, чем диаметр водоохлаждаемого кронштейна.

3. Котел по п.1, отличающийся тем, что указанные сферический элемент, водоохлаждаемый кронштейн и днище топочной камеры соединены между собой посредством сварки.

4. Котел по п.1, отличающийся тем, что водоохлаждаемый кронштейн одной стороной приварен к наружной поверхности днища топочной камеры по периметру окружности их соприкосновения, а со второй стороны в водоохлаждаемый кронштейн вставлен сферический элемент, который приварен к внутренней окружной поверхности водоохлаждаемого кронштейна.