EA030760B1

EA030760B1 - Водогрейный котел

Info

Publication number: EA030760B1
Application number: EA201700473A
Authority: EA
Inventors: Рахимжан Кабиевич Орумбаев; Андрей Анатольевич Кибарин; Шолпан Рахимжановна Орумбаева; Татьяна Викторовна Ходанова; Максим Сергеевич Коробков; Арман Салемович Касимов
Original assignee: Некоммерческое Акционерное Общество "Алматинский Университет Энергетики И Связи"
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2018-09-28
Also published as: EA201700473A1

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетике и используется в теплоснабжении жилых и промышленных комплексов. Водогрейный котел содержит фронтовой, тыльный, симметричные боковые экраны и конвективную часть. Трубы двух двусветных экранов выполнены Г-образными и отогнуты на 50°-55° от вертикали к правому и левому верхним перепускным коллекторам в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана. Левый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к правому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из левого верхнего перепускного коллектора. Правый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к левому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из правого верхнего перепускного коллектора. Восходящие Г-образные трубы двусветных экранов пересекаются поочередно друг с другом по середине топки перед первым конвективным пакетом. За первым конвективным пакетом высотой Нпоперечное сечение газохода котла уменьшено в 2,15-2,22 раза относительно топки. Второй конвективный пакет высотой (2,3-2,5)×Нрасполагается за первым пакетом по ходу продуктов сгорания.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и используется в теплоснабжении жилых и промышленных комплексов. Водогрейный котел содержит фронтовой, тыльный, симметричные боковые экраны и конвективную часть. Трубы двух двусветных экранов выполнены Г-образными и отогнуты на 50°-55° от вертикали к правому и левому верхним перепускным коллекторам в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана. Левый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к правому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из левого верхнего перепускного коллектора. Правый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к левому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Гобразными трубами, нисходящими из правого верхнего перепускного коллектора. Восходящие Гобразные трубы двусветных экранов пересекаются поочередно друг с другом по середине топки перед первым конвективным пакетом. За первым конвективным пакетом высотой Н_к поперечное сечение газохода котла уменьшено в 2,15-2,22 раза относительно топки. Второй конвективный пакет высотой (2,3-2,5)*Н_к располагается за первым пакетом по ходу продуктов сгорания.

030760

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам в районных котельных и ТЭЦ, и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых микрорайонов, промышленных зданий и комплексов.

В известном башенном водогрейном котле ПТВМ-100 отношение радиационной поверхности Н_р = 224 м² к конвективной поверхности Н_к (Н_р/Н_к) составляет всего 7,5%. Поэтому большая часть тепла от факела в топке не успевает восприниматься недостаточной радиационной поверхностью нагрева Н_р, и направляется на конвективные пакеты труб, которые не могут воспринять большое количества тепла и, сгорая, выходят из строя, такая неэкономичная работа значительно снижает производительность котла.

Известен башенный водогрейный котел КВ-ГМ-139,6-150 (ПТВМ-120Э) (производства ОАО "Дорогобужкотломаш" 139,6 МВт), где в модернизированной топке котла ПТВМ-100 устанавливается один двусветный экран с параллельно включенными экранными трубами с шагом 90 мм. Два верхних коллектора одного двусветного экрана разведены под углом 62° от вертикали и размещаются на уровне с верхними коллекторами фронтового и тыльного экранов. Трубы одного двусветного экрана через каждые 180мм поочередно разводятся к двум верхним коллекторам. Конвективная поверхность нагрева котла содержит два стандартных конвективных пакета расположенных непосредственно над топкой с постоянным поперечным сечением. В образовавшийся просвет между разведенными трубами с шагом 180мм одного двусветного экрана из топочного пространства на первые трубы конвективного пакета попадает большое количество тепла из топки. Первые ряды конвективных труб на половину не защищены от высокотемпературного факела. Для водогрейного котла КВ-ГМ-139,6-150 отношение площади радиационной поверхности Н_р к площади конвективной поверхности Н_кд увеличено до 11,2% (Каталог для проектирования. Котлы водогрейные мощностью от 11,63 до 209 МВт. Дорогобужкотломаш - том 2 - 2007 - с. 29-42).

Существенным недостатком конструкции и схемы циркуляции воды в водогрейном котле КВ-ГМ139,6-150 с одним двусветным экраном при работе на природном газе и мазуте является низкое отношение Нр/Нк = 11,2% и частичная защита первых рядов конвективных пакетов от факела из топки. Постоянное поперечное сечение в топке и в конвективной части котла. При этом максимально возможный расход воды через котел всего 2956 м³/ч.

Известен водогрейный котел задний экран, которого выполнен с уступом в месте сочленения топки и конвективного газохода и поэтому конвективный газоход имеет площадь поперечного сечения меньше площади поперечного сечения в топке. Площадь поперечного сечения газохода рассчитывается таким образом, чтобы была обеспечена скорость газов в конвективном газоходе, достаточная для эффективного теплосъема (патент RU № 2232354, МПК F24H 1/00, опубликовано 10.07.2004).

Недостатком конструкции водогрейного котла, является низкая тепловая эффективность работы котла. Из-за интенсивной теплоотдачи в конвективных пакетах труб любого котла резко уменьшается температура и объем газов в пределах пакетов труб. Поэтому сужение поперечного сечения необходимо реализовывать в пределах высоты непосредственно перед самими конвективными пакетами труб, а не по конструкциям газоходов, как это выполнено и образовано уступом фронтового или тыльного экрана топки котла.

Известен водогрейный котел, в котором два двусветных экрана поочередно размещены в топочном пространстве на расстоянии одной трети ширины топки, при этом в верхней 0,15-0,22 части высоты первого двусветного экрана трубы с верхним коллектором отогнуты на 55°-60° от вертикали к верхнему коллектору фронтового экрана, а в верхней 0,15-0,22 части высоты второго двусветного экрана трубы диаметром от 0.75ά_φ до 0.95Т_|р1. с верхним коллектором отогнуты на 55°-60° от вертикали к верхнему коллектору тыльного экрана, причем верхние коллектора двух двусветных экранов соединены между собой поперечными разряженными холодными рядами труб диаметром 0,476^ до 0,506^ и расположены перед первым конвективным пакетом, при этом отношение радиационной поверхности нагрева Нр с двумя двусветными экранами к конвективной поверхности нагрева котла Н_к составляет 15,9%, причем второй сужающийся конвективный пакет расположен после первого конвективного пакета и собран из наклоненных на 20°-25° от вертикали конвективных коллекторов в сторону труб конвективного пакета, экранные трубы двух боковых симметричных трапецеидальных экранов на уровне среднего конвективного коллектора между первым и вторым конвективными пакетами отогнуты на 20°-25° от вертикали в сторону труб второго конвективного пакета (Инновационный патент РК № 30150, МПК F24H 1/00, опубликовано 15.07.2015, бюл. № 7)

Недостатком конструкции водогрейного котла, принятого за прототип является ненадежность в эксплуатации и в обслуживании, связанная с определенными трудностями, которые возникают при замене поперечных разряженных холодных рядов труб диаметром от 0,476^ до 0,506^ труб.

Задача изобретения - разработка новой конструкции водогрейного котла работающего на природном газе, мазуте и твердом топливе, которая позволяет повысить эффективность, надежность и экономичность работы котла с возможностью размещения котла в старых ячейках, с привязкой к действующему технологическому оборудованию в существующих котельных.

Для решения технической задачи в водогрейном котле, состоящим из горелок, параллельно расположенных труб, соединенных с коллекторами, имеющими перегородки, собранных вместе с коллектора- 1 030760

ми в экраны, содержащие фронтовой, тыльный, симметричные боковые и два двусветных экрана с верхними, средними и нижними коллекторами и конвективной частью котла с конвективными пакетами труб, в соответствии с изобретением, трубы двусветных экранов выполнены Г-образными и отогнуты на 50°55° от вертикали к правому и левому верхним перепускным коллекторам в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана, причем левый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к правому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из левого верхнего перепускного коллектора, а правый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к левому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из правого верхнего перепускного коллектора, при этом восходящие Г-образные трубы обоих экранов пересекаются поочередно друг с другом в шахматном порядке ровно посередине топки перед первым конвективным пакетом, при этом после первого конвективного пакета поперечное сечение газохода котла уменьшено в 2,152,22 раза по сравнению с поперечным сечением топки, и в этом суженном сечении располагается второй конвективный пакет труб, высота которого выше первого конвективного пакета в 2,3-2,5 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение водогрейного котла с двумя двусветными экранами с поочередно пересекающимися Г-образными трубами и с суженным поперечным сечением и удлиненным вторым конвективным пакетом труб.

На фиг. 2 представлено продольное сечение по А-А по фиг. 1 водогрейного котла с двумя двусветными экранами с поочередно пересекающимися Г-образными трубами и с суженным поперечным сечением и удлиненным вторым конвективным пакетом.

На фиг. 3 представлена гидравлическая схема циркуляции воды водогрейного котла по фиг. 1 и 2 в основном режиме с расходом 1545 м³/ч.

На фиг. 4 представлена гидравлическая схема циркуляции воды водогрейного котла по фиг. 1 и 2 в пиковом двухходовом режиме с расходом 3090 м³/ч.

На фиг. 5 представлена гидравлическая схема циркуляции воды водогрейного котла по фиг. 1 и 2 в пиковом трехходовом режиме с расходом 4635 м³/ч.

Водогрейный котел содержит входной левый нижний коллектор 1 размещенный горизонтально, левый двусветный экран 2 размещенный вертикально, с Г-образными восходящими трубами 3 размещенными вертикально, размещенный горизонтально верхний правый перепускной коллектор 4 левого двусветного экрана 2, Г-образные нисходящие трубы 5 размещенные вертикально в рассечку с трубами правого двусветного экрана 6 размещенного вертикально, размещенный горизонтально нижний правый выходной коллектор 7 правого двусветного экрана 6, размещенный горизонтально нижний правый входной коллектор 8 правого двусветного экрана 6, размещенные вертикально правые Г-образные восходящие трубы 9 правого двусветного экрана 6, левый верхний перепускной коллектор 10 размещенный горизонтально, левые Г-образные нисходящие трубы 11 размещенные вертикально в рассечку с Г-образными восходящими трубами левого двусветного экрана 2, размещенный горизонтально нижний левый выходной коллектор 12 левого двусветного экрана 2, размещенный горизонтально нижний коллектор 13 тыльного экрана 14 размещенного вертикально и размещенный горизонтально верхний коллектор 15 тыльного экрана, размещенный горизонтально первый конвективный пакет 16 тыльной стороны, размещенные вертикально конвективные коллектора 17 первого конвективного пакета 16, средний конвективный коллектор 18 размещенный горизонтально с тыльной стороны, трубы 19 сужающей части газохода размещены под углом 50-55° от вертикали с тыльной стороны, нижний коллектор 20 второго конвективного пакета 21 размещенный горизонтально с тыльной стороны, размещенные вертикально конвективные коллектора 22 второго конвективного пакета 21, размещенный горизонтально верхний коллектор 23 второго конвективного пакета 21, размещенный горизонтально верхний симметричный короткий правый боковой коллектор 24 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, размещенные вертикально симметричные правые экранные трубы 26, размещенный горизонтально нижний симметричный короткий правый боковой коллектор 27 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, симметричные правые наклонные трубы 28 размещенные под углом 50-55° от вертикали, размещенный горизонтально симметричный верхний правый длинный коллектор 29 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, размещенные вертикально симметричные правые экранные трубы 30, размещенный вертикально симметричный правый боковой экран 31 с тремя вертикальными блоками Б1, Б2, Б3, размещенный горизонтально симметричный нижний правый боковой коллектор 32, соответственно по соображениям симметрии все обозначения начиная с позиции 24 и до позиции 32 правого бокового экрана переносятся с теми же обозначениями симметричного левого бокового экрана 31 размещенного вертикально с аналогичными и симметричными тремя вертикальными блоками Б1, Б2, Б3 для существенного упрощения цифровых обозначений. Поэтому симметричная левая часть водогрейного котла содержит размещенный горизонтально верхний симметричный короткий левый боковой коллектор 24 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, размещенные вертикально симметричные левые экранные трубы 26, размещенный горизонтально нижний симметричный короткий левый боковой коллектор 27 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, симметричные левые наклонные трубы 28 размещенные под углом 50-55° от вертикали, размещенный горизонтально симметричный верхний левый

- 2 030760

длинный коллектор 29 с вертикально размещенной по середине перегородкой 25, размещенные вертикально симметричные левые экранные трубы 30, симметричный левый боковой экран 31 с тремя вертикальными блоками Б1, Б2, Б3, размещенный горизонтально симметричный нижний левый боковой коллектор 32, размещенный горизонтально нижний коллектор 33 фронтового экрана, экранные трубы 34 фронтового экрана 35 размещенные вертикально, размещенный горизонтально верхний коллектор 36 фронтового экрана 35, размещенные вертикально конвективные коллектора 37 первого конвективного пакета 38 размещенного горизонтально с фронтовой стороны, размещенный горизонтально верхний конвективный коллектор 39 первого конвективного пакета 38, трубы 40 сужающейся части газохода с фронтовой стороны, размещенные под углом 50-55° от вертикали, размещенный горизонтально нижний коллектор 41, второй конвективный пакет 42 размещенный горизонтально с фронтовой стороны, размещенный горизонтально верхний коллектор 43 второго конвективного пакета 42 со стороны фронта и шестнадцать газомазутных горелок 44 размещенных горизонтально по восемь штук в два яруса в правом 31 и левом симметричных боковых экранах 31.

Расположение левого двусветного экрана 2 на одной трети ширины топки, с нижним входным коллектором 1 с Г-образными восходящими трубами 3 отогнутыми в верхней 0,15-0,22 части высоты двусветных экранов на 50°-55° от вертикали к правому верхнему перепускному коллектору 4, размещенными в рассечку с зеркальными Г-образными нисходящими трубами 11, с правым двусветным экраном 6 с зеркальными Г-образными восходящими трубами 9 отогнутыми на 50°-55° от вертикали к левому верхнему перепускному коллектору 10, пересекающимися по оси топки с Г-образными восходящими трубами 3 и размещенными в рассечку с Г-образными нисходящими трубами 5, с правым верхним перепускным коллектором 4 и с левым верхним перепускным коллектором 10, а также с нижним правым выходным коллектором 7, нижним правым входным коллектором 6 и левым нижним выходным коллектором 12, совместно со вторым конвективным пакетом 21 с тыльной стороны и вторым конвективным пакетом 42 с поперечным сечением в 2,15-2,22 раза меньшим, чем первый конвективный пакет, и высотой в 2,32,5 раза больше, чем высота первого конвективного пакета, причем отношение радиационной поверхности котла Н_р с учетом поверхности двух двусветных экранов с пересекающимися трубами к суммарной конвективной поверхности Н_к составляет 15,9% и позволяет полностью экранировать первый конвективный пакет 16 и 38 с тыльной и фронтовой стороны от мощного теплового воздействия высокотемпературного факела совместно с конвективным тепловым потоком из топочного пространства, а также увеличить радиационную поверхность нагрева на Н_р=255 м² и довести ее до БН_р = 479 м² Дополнительное восприятие тепла двумя двусветными экранами с пересекающимися экранными трубами и размещенными в рассечку в пределах топочного объема котла и от суженного, удлиненного второго конвективного пакета 21 и 42 с тыльной и фронтовой стороны обуславливает увеличение тепловой мощности нового водогрейного котла до 145 МВт (125 Гкал/ч).

По расчетам математической модели коэффициент теплоотдачи от газов к воде в конвективных трубах второго узкого конвективного пакета сохраняется на высоком уровне. Тепловая эффективность второго конвективного пакета остается на высоком уровне, за счет сохранения высокой скорости обтекания шахматных пучков труб, что отсутствует в серийных башенных и П-образных водогрейных и энергетических котлах. Для тепловых расчетов скорость газового потока по высоте конвективных пакетов усредняется до нормативных 10 м/с. Фактически на выходе из топки водогрейных котлов и на входе в первый конвективный пакет реальная скорость газового потока составляет до 17 м/с, а на выходе из последнего конвективного пакета снижается до 3 м/с.

В серийных водогрейных котлах этим объясняется низкая тепловая эффективность второй конвективной части, где температура газов падает существенно (от 950 до 160°C) и заметно снижается реальный объем газов, при этом скорость газового потока уменьшается до 3 м/с, что приводит к снижению коэффициента теплоотдачи от газов, который на два порядка меньше, чем коэффициент теплоотдачи воды к внутренним стенкам конвективных труб. В настоящее время все тепловые расчеты водогрейных и энергетических котлов выполняют с усреднением температуры газового потока в пределах высоты конвективных пакетов. При этом в пределах высоты конвективных пакетов живое сечение для прохода газов постоянно по всей высоте пакетов по конструктивным и технологическим особенностям котельных заводов.

Установка внутри топки водогрейного котла двух двусветных экранов с пересекающимися Гобразными восходящими экранными трубами и размещенными в рассечку поочередно с Г-образными нисходящими трубами - позволило упростить ремонт, обслуживание и процесс замены труб в условиях эксплуатации и одновременно сохранить отношение радиационной поверхности котла к конвективной Нр/Нк до 15,9%. Установка с уменьшением поперечного сечения в 2,15-2,22 раза второго конвективного пакета с одновременным увеличением его высоты в 2,3-2,5 раза относительно первого конвективного пакета позволяет довести тепловую мощность котла до 145 МВт (125 Гкал/ч).

Общее гидравлическое сопротивление котла по воде в контуре не увеличивается относительно базового основного режима, а также пиковых режимов с удвоенным и утроенным расходом воды через котел, из-за уменьшения количества последовательных ходов путем параллельного включения двух двусветных и боковых симметричных экранов по параллельным схемам в пиковом двухходовом и в пико- 3 030760

вом трехходовом режимах.

Схема циркуляции воды в новом водогрейном котле с расположением двух двусветных экранов с пересекающимися Г-образными восходящими экранными трубами в топке ровно посередине топки перед первым конвективным пакетом более эффективна и удобна для персонала котельной в условиях эксплуатации, удобна в обслуживании и ремонте котла. При проведении ремонтных работ не требуют больших затрат и крупных подъемных механизмов для осмотра и ремонта двусветных экранов и разряженных холодных труб.

Водогрейный котел работает следующим образом.

В основном режиме работы по фиг. 1, 2 и 3 водогрейного котла КВ-ГМ-125 вода с температурой 70°C и с расходом 772,5 м³/ч поступает в котел к левому входному нижнему коллектору 1 левого двусветного экрана внутри топки и поднимается вверх по левому двусветному экрану 2 по Г-образным отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты двусветного экрана по трубам 3 диаметром 60 мм до верхнего правого перепускного коллектора 4, из верхнего правого перепускного коллектора 4 вода опускается по Г-образным нисходящим трубам 5, отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана и опускается по правому двусветному экрану 6 до нижнего правого выходного коллектора 7, из нижнего правого выходного коллектора 7 второго двусветного экрана вода перепускается в нижний коллектор 13 тыльного экрана 14, а вторая половина потока воды с расходом 772,5 м³/ч поступает в нижний правый входной коллектор 8 правого двусветного экрана 6, где по правым зеркальным Г-образным восходящим трубам 9, размещенным поочередно в рассечку между Г образными нисходящими трубами 5, поднимается до левого верхнего перепускного коллектора 10, из левого верхнего перепускного коллектора 10 поток воды опускается по левым зеркальным Г-образным трубам 11, размещенным поочередно в рассечку между Г-образными восходящими трубами 3 левого двусветного экрана 2 и попадают в нижний левый выходной коллектор 12 из которого вода перепускается в нижний коллектор тыльного экрана, где два потока воды объединяются в один поток и с общим расходом 1545 м³/ч поднимается по трубам тыльного экрана 14 до верхнего коллектора 15 из которого попадает в первый конвективный пакет 16 и пройдя его по конвективным коллекторам 17 поднимается до среднего конвективного коллектора 18, далее поток воды поднимается по трубам 19 сужающейся части газохода и попадает в нижний коллектор 20 второго конвективного пакета 21 по конвективным коллекторам 22, после второго конвективного пакета 21 вода перепускается в верхний коллектор 23, далее из двух боковых торцов верхнего коллектора 23 поток воды делится на две равные части по 772,5 м³/ч и одна часть поступает в верхний симметричный короткий правый боковой коллектор 24 до перегородки 25 и по симметричным правым экранным трубам 26 опускается до нижнего симметричного короткого правого коллектора 27 до перегородки 25, где по симметричным правым наклонным на 50-55° от вертикали трубам 28 поток воды опускается до симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 и до перегородки 25, из симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 вода опускается вниз по симметричным правым экранным трубам 30 по блокам Б3 и половине блока Б2 симметричного правого бокового экрана 31 до симметричного нижнего правого бокового коллектора 32, в симметричном нижнем правом боковом коллекторе 32 половина потока воды перепускается во вторую симметричную часть правого бокового экрана 31 и по второй половине симметричных правых экранных труб 30 по блокам Б1 и второй половине блока Б2 поднимается до второй половины симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 за перегородкой 25, из второй половины симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 половина потока воды по половине симметричных правых наклоненных на 50-55° от вертикали труб 28 поднимается и поступает в нижний симметричный короткий правый коллектор 27 за перегородкой 25, из нижнего симметричного короткого правого коллектора 27 половина потока поднимается по половине симметричных правых экранных труб 26 и поступает в верхний симметричный короткий правый боковой коллектор 24 за перегородкой 25 из которого половина потока воды с расходом

772,5 м³/ч перепускается в правую половину верхнего коллектора 43 второго конвективного пакета 42. Совершенно в том же порядке вторая половина потока воды с расходом 772,5 м³/ч проходит все симметричные элементы симметричного левого бокового экрана 31 с совершенно одинаковыми экранными блоками Б1, Б2 и Б3, начиная со второй левой половины верхнего коллектора 23 второго конвективного пакета с тыльной стороны и по симметричному левому боковому экрану от позиции 24, 25, 26, 27, 28, 29,30, 31 до позиции 32 и обратно от позиции 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25 до позиции 24. Поэтому описание движения воды по симметричной левой части аналогичное, далее, два потока объединяются в общий поток с расходом 1545 м³/ч с верхних симметричных коротких правого и левого боковых коллекторов 24 и поступают в верхний коллектор 43 второго конвективного пакета 42 с фронтовой стороны котла, опускаясь одним потоком воды к нижнему коллектору 41 второго конвективного пакета, из которого по трубам 40 сужающейся части газохода вода опускается к верхнему конвективному коллектору 39 первого конвективного пакета 38 с фронтовой стороны, из верхнего конвективного коллектора 39 вода опускается по конвективным коллекторам 37 первого конвективного пакета 38 и поступает в верхний коллектор 36 фронтового экрана 35 и по экранным трубам 34 фронтового экрана вода поступает в нижний коллектор 33 фронтового экрана, из которого с двух торцевых сторон поток воды выводится из котла.

Топливо - природный газ или мазут подаются в топку через шестнадцать горелок 44 расположен- 4 030760

ных по восемь штук на двух симметричных и противоположных боковых экранах котла 31 в два яруса друг против друга, и поднимаясь вверх продукты сгорания поочередно омывают первый и второй конвективные пакеты труб.

В пиковом двухходовом режиме работы по фиг. 1, 2 и 4 водогрейного котла КВ-ГМ-125 удвоенный поток воды с расходом 3090м³/ч поступает в котел двумя равными потоками, один поток с расходом воды 1545м³/ч и температурой воды 110°C поступает с двух сторон в два двусветных экрана левый 2 и правый 6. В левый двусветный экран 2 с расходом по 386,2 м³/ч вода попадает с двух сторон в левый входной нижний коллектор 1 левого двусветного экрана внутри топки и поднимается вверх по левому двусветному экрану 2 по Г-образным, отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты двусветного экрана трубам 3 диаметром 60мм до верхнего правого перепускного коллектора 4, из верхнего правого перепускного коллектора 4 вода опускается по Г-образным нисходящим трубам 5, отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана и опускается по правому двусветному экрану 6 до нижнего правого выходного коллектора 7, из нижнего правого выходного коллектора 7 второго двусветного экрана вода перепускается в нижний коллектор 13 тыльного экрана 14, а вторая половина потока воды с расходом по 386,2 м³/ч поступает с двух сторон в нижний правый входной коллектор 8 правого двусветного экрана 6, где по правым Г-образным восходящим трубам 9, размещенным поочередно в рассечку между Г-образными нисходящими трубами 5, поднимается до левого верхнего перепускного коллектора 10, из левого верхнего перепускного коллектора 10 поток воды опускается по левым Г-образным трубам 11, размещенным поочередно в рассечку между Г-образными восходящими трубами 3 левого двусветного экрана 2 и попадают в нижний левый выходной коллектор 12 из которого вода перепускается в нижний коллектор тыльного экрана 13, где два потока воды по 772,5 м³/ч объединяются совместно со второй частью потока из нижнего правого выходного коллектора 7 и общим потоком с расходом 1545 м³/ч вода из нижнего коллектора 13 поднимается по тыльному экрану 14 и попадает в верхний коллектор 15, из верхнего коллектора 15 вода попадает в первый конвективный пакет 16 и по конвективным коллекторам 17 первого пакета попадает в средний конвективный коллектор 18, из среднего коллектора 18 по трубам 19 сужающейся части газохода вода поступает в нижний коллектор 20 и во второй конвективный пакет 21 и по конвективным коллекторам 22 второго конвективного пакета 21 вода поднимается к верхнему коллектору 23 из которого с двух сторон выводится из котла с температурой 150°C и с половиной расхода в 1545 м³/ч.

Вторая половина потока воды с расходом 1545 м³/ч и температурой 110°C с двух симметричных сторон по 772,5 м³/ч подается в нижний коллектор 33 и по экранным трубам 34 фронтового экрана 35 поднимается до верхнего коллектора 36 из которого по конвективным коллекторам 37 проходя первый конвективный пакет 38 поднимается до верхнего конвективного коллектора 39 и далее по трубам 40 сужающейся части газохода поднимается до нижнего коллектора 41 и поднимаясь по второму конвективному пакету 42 поступает в верхний коллектор 43 второго конвективного пакета из которого перепускается с двух симметричных сторон в верхние два симметричных коротких правый и левый боковые коллектора 24 (далее описание идентично и все обозначения одинаковые для симметричных правого и левого боковых экрана) до перегородки 25 и по симметричным правым экранным трубам 26 опускается до нижнего симметричного короткого правого коллектора 27 до перегородки 25, где по симметричным правым, наклоненным на 50-55° от вертикали трубам 28 поток воды опускается до симметричного верхнего правого (левого) длинного коллектора 29 и до перегородки 25, из симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 вода опускается вниз по симметричному правым (левым) экранным трубам 30 по блокам Б1 и половине блока Б2 симметричного правого бокового экрана 31 до симметричного нижнего правого (левого и т.д.) бокового коллектора 32, в симметричном нижнем правом боковом коллекторе 32 половина потока воды перепускается во вторую симметричную часть правого бокового экрана 31 и по второй половине симметричных правых экранных труб 30 по блокам Б3 и второй половине блока Б2 поднимается до второй половины симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 за перегородкой 25, из второй половины симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 половина потока воды поднимается по половине симметричных правых наклоненных на 50-55° от вертикали труб 28 и поднимается в нижний симметричный короткий правый коллектор 27 за перегородкой 25, из нижнего симметричного короткого правого коллектора 27 за перегородкой 25 половина потока поднимается по половине симметричных правых экранных труб 26 и поступает в верхний симметричный короткий правый боковой коллектор 24, за перегородкой 25 из которого, четвертая часть потока воды с расходом

772,5 м³/ч выводится из котла. Совершенно в том же порядке вторая половина потока воды с расходом

772,5 м³/ч проходит все симметричные элементы симметричного левого бокового экрана 31 с совершенно одинаковыми экранными блоками Б1, Б2 и Б3, начиная со второй левой половины верхнего коллектора 43 второго конвективного пакета 42 с фронтовой стороны и по симметричному левому боковому экрану от позиции 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 до позиции 32 и обратно от позиции 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25 до позиции 24. Поэтому описание движения воды по симметричной левой части аналогичная правой. Далее, два потока объединяются в общий поток с расходом 1545 м³/ч и с температурой воды 150°C с верхних симметричных коротких правого и левого боковых коллекторов 24 и выводится за пределы котла.

- 5 030760

В пиковом трехходовом режиме работы по фиг. 1, 2 и 5 водогрейного котла КВ-ГМ-125 с общим расходом воды 4635м³/ч первый поток воды с температурой 70°C и с расходом 1545м³/ч подается с двух сторон в два двусветных экрана левый 2 и правый 6. В левый двусветный экран 2 с расходом 772,5 м³/ч вода попадает с двух сторон по 386,2 м³/ч в левый входной нижний коллектор 1 левого двусветного экрана внутри топки и поднимается вверх по левому двусветному экрану 2 по Г -образным отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты двусветного экрана трубам 3 диаметром 60 мм до верхнего правого перепускного коллектора 4, из верхнего правого перепускного коллектора 4 вода опускается по Г-образным нисходящим трубам 5, отогнутым на 50°-55° от вертикали в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана и опускается по правому двусветному экрану 6 до нижнего правого выходного коллектора 7, из нижнего правого выходного коллектора 7 второго двусветного экрана вода с расходом 772,5 м³/ч и температурой 95°C выводится из котла. А вторая половина потока воды с расходом 772,5 м³/ч и температурой 70°C поступает с двух сторон в нижний правый входной коллектор 8 правого двусветного экрана 6, где по правым зеркальным Г -образным восходящим трубам 9, размещенным поочередно в рассечку между Г-образными нисходящими трубами 5, поднимается до левого верхнего перепускного коллектора 10, из левого верхнего перепускного коллектора 10 поток воды опускается по левым зеркальным Г-образным трубам 11, размещенным поочередно в рассечку между Г-образными восходящими трубами 3 левого двусветного экрана 2 и попадают в нижний левый выходной коллектор 12 из которого вода с расходом 772,5 м³/ч и температурой 95°C выводится из котла, а объединяясь с первой четвертью потока суммарный расход воды составит 1545 м³/ч.

Второй поток воды с расходом 1545 м³/ч и температурой 110°C с двух сторон по 772,5 м³/ч подается в нижний коллектор 13 тыльного экрана 14 и поступает в верхний коллектор 15 из которого с общим расходом воды 1545 м³/ч поступает в первый конвективный пакет 16 с тыльной стороны, далее по конвективным коллекторам 17 перепускается в средний конвективный коллектор 18 и по трубам 19 сужающейся части газохода поступает в нижний коллектор 20, далее проходит второй конвективный пакет 21 с тыльной стороны и по конвективным коллекторам 22 попадает в верхний коллектор 23, в верхнем коллекторе 23 поток воды делится на два равных потока по 772,5 м³/ч и по симметричным двум боковым экранам 31с симметричными экранными блоками Б1, Б2 и Б3 выполняет опускное движение. По правой симметричной стороне поток воды с расходом 772,5 м³/ч поступает в верхний симметричный короткий правый боковой коллектор 24 до перегородки 25 из которого поток воды с расходом 772,5 м³/ч по симметричным правым экранным трубам 26 опускается к нижнему симметричному короткому правому боковому коллектору 27 до перегородки 25 и далее по симметричным правым наклонным трубам 28 опускается до симметричного верхнего правого длинного коллектора 29 до перегородки 25 из которого по симметричным правым экранным трубам 30 опускается по симметричному правому боковому экрану 31 с экранными блоками Б3 и половине Б2 до симметричного нижнего правого бокового коллектора 32 из половины которого с тыльной стороны выводится вода из котла с расходом 772,5 м³/ч и температурой воды 150°C. Аналогично происходит движение воды с расходом 772,5 м³/ч и температурой воды 110°C по симметричной левой стороне симметричного левого бокового экрана 31 после верхнего коллектора второго конвективного пакета 21 с тыльной стороны в такой же последовательности позиций - 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 и далее объединяясь в один поток с расходом 1545 м³/ч и температурой воды 150°C.

Третий поток воды с расходом 1545 м³/ч и температурой 110°C с двух сторон подается в нижний коллектор 33 фронтового экрана 35 по экранным трубам 34 и поступает в верхний коллектор 36 фронтового экрана 35 и далее попадает по конвективным коллекторам 37 в первый конвективный пакет 38 и поднимается в верхний конвективный коллектор 39 первого пакета с фронтовой стороны, далее поток воды поднимается по трубам 40 сужающейся части газохода и попадает в нижний коллектор 41 и по второму конвективному пакету 42 поднимается к верхнему коллектору 43 второго конвективного пакета, в котором делится на два равных потока по 772,5 м³/ч и перепускается в симметричные левый 31 и правый 31 боковые экраны, из правой торцевой части половина потока воды с расходом 772,5 м³/ч поступает в симметричный верхний короткий правый боковой коллектор 24 до перегородки 25, далее из коллектора 24 поток воды с расходом 772,5 м³/ч опускается по половине симметричных правых экранных труб 26 до нижнего симметричного короткого правого бокового коллектора 27 до перегородки 25 и далее опускается по половине симметричных правых наклонных труб 28 поступает в симметричный верхний правый длинный коллектор 29 до перегородки 25, где опускаясь по половине симметричных правых экранных труб 30 вода опускается по экранным блокам Б1 и половине блока Б2 половины симметричного правого бокового экрана 31 попадает в половину нижнего симметричного правого бокового коллектора 32 из которого половина потока с расходом 772,5 м³/ч и температурой 150°C выводится за пределы котла.

При этом пиковый трехходовой режим работы нового водогрейного котла КВ-ГМ-125 позволяет пропустить суммарный расход воды в виде трех потоков теплоносителя до 4635 м³/ч.

Изобретение подтверждается тепловыми, гидравлическими и аэродинамическими расчетами по математической модели. Расчетами обосновывается прирост тепловой мощности котла за счет размещения двух двусветных экранов с пересекающимися Г-образными восходящими и нисходящими симметричными экранными трубами и увеличения радиационной поверхности Н_р к Н_к до 15,9% с более эффективным узким и удлиненным вторым конвективным пакетом по сравнению с поперечным сечением и дли- 6 030760

ной первого конвективного пакета.

В новом водогрейном котле КВ-ГМ-125 два двусветных экрана с пересекающимися Г-образными экранными трубами, размещенными в топке и включенными в гидравлический контур котла, могут работать в основном и в пиковых режимах с расходом воды 1545, 3090 и 4635 м³/ч.

Тепловыми и гидравлическими расчетами показано, что при входной температуре воды 70°C в правый (и левый) двусветный экран через пересекающиеся Г-образные чередующиеся экранные трубы с поочередным подъемно-опускным движением по правому (и левому) двусветным экранам обеспечивается надежная защита первых рядов труб первого конвективного пакета и дополнительно снимается большая лучистая составляющая выделенного в топке тепла и более надежная защита первых рядов труб первого конвективного пакета. А существенно сниженная температура газов и ее скорость после первого конвективного пакета во втором узком и удлиненном конвективном пакете работает более эффективно, чем второй конвективный пакет с неизмененным поперечным сечением. При этом реализуется основной режим работы нового водогрейного котла с расходом воды 1545 м³/ч.

Увеличение расхода воды в водогрейном котле в пиковом двухходовом режиме в два раза 3090 м³/ч и в пиковом трехходовом до 4635 м³/ч часто востребована в условиях эксплуатации может широко применяться на практике.

Например, с общим расходом воды 4635 м³/ч по трехходовой схеме циркуляции, первая треть расхода воды 1545 м³/ч пропускается по левому и правому двусветным экранам с пересекающимися экранными трубами, из которых выводится с температурой 95°C. Вторая треть расхода воды 1545 м³/ч пропускается по восходящей по фронтовому экрану вместе с конвективными пакетами фронтовой части и по симметричным половинам левого и правого боковым экранам. Третья часть потока с расходом воды 1545 м³/ч проходит по восходящему потоку по тыльному экрану и далее по симметричным половинам левого и правого боковым экранам.

При этом первая третья часть от общего потока воды через котел обязательно должна проходить по контуру с двумя двусветными экранами с пересекающимися экранными трубами в топке с входной температурой 70°C и с расходом 1545 м³/ч для увеличения количества воспринятого в топке тепла и одновременной эффективной защиты труб первого конвективного пакета от высокотемпературного воздействия из топки. Это достигается увеличением восприятия лучистой составляющей за счет дополнительной поверхности нагрева двух двусветных экранов с пересекающимися трубами и доведением радиационной поверхности Н_р до нормативной величины в 15,9% вместо 7,5%.

Повышается надежная работа водогрейного котла с минимальными температурными перекосами, с минимальными тепловыми и механическими напряжениями всех трубных экранов в топке котла. В пределах топочного объема водогрейного котла по приведенным схемам циркуляции снимается наибольшее количество тепла. Температура газового потока после конвективных пакетов труб снижается на 55-75°C и поэтому повышается КПД котла до 94%. Подача воды с температурой 70°C в первый и второй двусветный экран с пересекающимися экранными трубами в новом котле обеспечивает наиболее экономически выгодный температурный напор между водой в трубах экранов и продуктами сгорания. Новый водогрейный котел с двумя двусветными экранами в топке с пересекающимися экранными трубами и новыми схемами циркуляции воды увеличивает надежность и тепловую эффективность работы водогрейного котла. А разряженные наклонные трубы с каждой стороны в верхней части двусветных экранов упрощают ремонт, техническое обслуживание и замену экранных труб, в случае возникновения такой необходимости.

Простое увеличение расхода воды в серийных котлах с традиционными схемами циркуляции приводит к резкому росту гидравлического сопротивления и увеличению затрат электроэнергии на собственные нужды, что снижает экономичность работы известных водогрейных котлов.

Преимущества предлагаемой конструкции водогрейного котла, заключается в надежной, эффективной и экономичной работе котла работающего на природном газе, мазуте и твердом топливе с возможностью размещения котла в старых ячейках, с привязкой к действующему технологическому оборудованию в существующих котельных. При таком выполнении котел удобен в эксплуатации и в обслуживании, с минимальными затратами на ремонт, как в основном, так и в пиковых режимах работы.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Водогрейный котел, состоящий из горелок, параллельно расположенных труб, соединенных с коллекторами, имеющими перегородки, собранных вместе с коллекторами в экраны, содержащие фронтовой, тыльный, симметричные боковые и два двусветных экрана с верхними, средними и нижними коллекторами и конвективной частью котла с конвективными пакетами труб, отличающийся тем, что трубы двусветных экранов выполнены Г-образными и отогнуты на 50-55° от вертикали к правому и левому верхним перепускным коллекторам в верхней 0,15-0,22 части высоты экрана, причем левый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к правому верхнему перепускному коллектору в рассечку с Г-образными трубами, нисходящими из левого верхнего перепускного коллектора, а правый двусветный экран собран из Г-образных труб, восходящих к левому верхнему перепускному коллектору в рас- 7 030760

сечку с Г-образными трубами, нисходящими из правого верхнего перепускного коллектора, при этом восходящие Г-образные трубы обоих экранов пересекаются поочередно друг с другом в шахматном порядке ровно посередине топки перед первым конвективным пакетом.
2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что после первого конвективного пакета поперечное сечение газохода котла уменьшено в 2,15-2,22 раза по сравнению с поперечным сечением топки и в этом суженном сечении располагается второй конвективный пакет труб, высота которого выше первого конвективного пакета в 2,3-2,5 раза.

- 8 030760