EA035780B1 - Water-heating boiler - Google Patents
Water-heating boiler Download PDFInfo
- Publication number
- EA035780B1 EA035780B1 EA201900294A EA201900294A EA035780B1 EA 035780 B1 EA035780 B1 EA 035780B1 EA 201900294 A EA201900294 A EA 201900294A EA 201900294 A EA201900294 A EA 201900294A EA 035780 B1 EA035780 B1 EA 035780B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- collector
- screen
- pipes
- boiler
- wall
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
- F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам, и может быть использовано в системах децентрализованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий и комплексов.The invention relates to heat power engineering, namely to hot water boilers, and can be used in decentralized heat supply and hot water supply systems for residential and industrial buildings and complexes.
Известны водогрейные котлы КВ-Г-6,5-150 и КВ-ГМ-6.5-150, работающие на природном газе и с резервным топливом - мазутом с номинальным расходом воды через котел 80,4 м3/ч и температурным графиком 70-150°С. При увеличении расхода воды больше номинального в два раза (160,8 м3/ч) в указанных котлах гидравлическое сопротивление котла возрастает более чем в два раза 0,52 МПа (5,2 кгс/см2), что неприемлемо из экономических соображений. При этом температура воды на выходе из котла снижается до 110°С, и стенки труб конвективных пакетов при сжигании мазута могут быть занесены смолистыми отложениями. Конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов КВ-Г-6,5-150 и КВ-ГМ-6.5-150 выполнена из плотных шахматных пакетов труб диаметром 28x3 мм с относительными шагами - поперечным σι=2,285 и продольным σ2=1,178 с постоянным поперечным сечением по всей высоте конвективных пакетов котла. При этом максимальная пропускная способность теплоносителя (воды) через водогрейный котел в основном режиме работы для КВ-ГМ-7,56 составляет 80,4 м3/ч. (Справочник по котельным установкам малой производительности /Под ред. К.Ф. Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488с; Каталог для проектирования котельных. Том 2, 4-е издание, 2007г., с.3-7; ОАО Дорогобужкотломаш (www.dkm.ru); ОАО Бийский котельный завод (www.bikz.ru).Known hot water boilers KV-G-6.5-150 and KV-GM-6.5-150, operating on natural gas and with a reserve fuel - fuel oil with a nominal water flow through the boiler 80.4 m3 / h and a temperature schedule of 70-150 ° FROM. With an increase in water flow more than the nominal two times (160.8 m 3 / h) in these boilers, the hydraulic resistance of the boiler more than doubles 0.52 MPa (5.2 kgf / cm 2 ), which is unacceptable for economic reasons. In this case, the temperature of the water leaving the boiler is reduced to 110 ° C, and the walls of the pipes of the convective packets during the combustion of fuel oil can be brought in by resinous deposits. The convective heating surface of hot water boilers KV-G-6.5-150 and KV-GM-6.5-150 is made of dense staggered tube packages with a diameter of 28x3 mm with relative steps - transverse σι = 2.285 and longitudinal σ 2 = 1.178 with a constant cross-section along the entire height of the boiler convection packages. At the same time, the maximum throughput of the coolant (water) through the hot water boiler in the main operating mode for KV-GM-7.56 is 80.4 m 3 / h. (Handbook on boiler plants of low efficiency / Ed. By K.F. Roddatis. - M .: Energoatomizdat, 1989. - 488s; Catalog for the design of boiler rooms. Volume 2, 4th edition, 2007, p. 3-7; OJSC Dorogobuzhkotlomash (www.dkm.ru); OJSC Biysk Boiler Plant (www.bikz.ru).
Основными недостатками известных водогрейных котлов КВ-Г-6,5-150 и КВ-ГМ-6,5-150 с круговыми схемами циркуляции воды (вода последовательно обходит по экранам котла) являются недостаточная радиационная поверхность и малый объем топочной камеры VT=16,2 м3. При работе на резервном топливе - мазуте - объем топочной камеры VT=18,9 м3, это значительно снижает надежность работы котла и эффективность сжигания и дожигания мазута разного качества в пределах малого топочного пространства. Основной причиной ограничения пропускной способности теплоносителя (воды) через котел является последовательное движение воды по всем экранам котла и особенно по конвективным пакетам труб, этим объясняется низкий уровень тепловой эффективности конвективных пакетов труб, так как вторая половина конвективных пакетов работает с меньшим температурным напором и меньшей тепловой эффективностью.The main disadvantages of the well-known hot water boilers KV-G-6.5-150 and KV-GM-6.5-150 with circular water circulation schemes (water sequentially bypasses through the boiler screens) are insufficient radiation surface and small volume of the combustion chamber VT = 16, 2 m 3 . When operating on a reserve fuel - fuel oil - the volume of the combustion chamber V T = 18.9 m 3 , this significantly reduces the reliability of the boiler and the efficiency of combustion and afterburning of fuel oil of different quality within a small furnace space. The main reason for limiting the throughput of the coolant (water) through the boiler is the sequential movement of water along all the screens of the boiler and especially along the convective pipe packages, this explains the low level of thermal efficiency of convective pipe packages, since the second half of the convective packages operates with a lower temperature head and lower thermal efficiency.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является водогрейный котел серии КСГн-2,32, состоящий из горелки и параллельно расположенных труб, соединенных с коллекторами, имеющими перегородки, и собранных в топочный, наружный, потолочный и фронтовой экраны, при этом топочный экран имеет первый и второй коллекторы, в каждом из которых размещены первая и вторая перегородки, при этом перегородки в коллекторах топочного экрана выполнены так, что топочный экран по ходу движения воды разделен на участки, причем на каждом предыдущем участке количество параллельных труб меньше, чем на последующем. (Предварительный Патент РК №18797, МПК F24H 1/00, опубликовано 17.09.2007 г., бюл. №9).The closest to the invention in technical essence is a hot water boiler of the KSGn-2.32 series, consisting of a burner and parallel pipes connected to collectors with partitions and assembled into a furnace, external, ceiling and front screens, while the combustion wall has the first and the second collectors, each of which contains the first and second partitions, while the partitions in the collectors of the combustion wall are made so that the combustion wall is divided into sections in the direction of water movement, and in each previous section the number of parallel pipes is less than in the next one. (Provisional Patent of the Republic of Kazakhstan No. 18797, IPC F24H 1/00, published on September 17, 2007, bulletin No. 9).
Основной недостаток прототипа - низкое КПД из-за отсутствия нижнего экрана, что ведет к потере примерно 22% от общей радиационной поверхности нагрева топочной части котла и влияет на изменение соотношения тепла, воспринятого радиационной поверхностью Нр нагрева и конвективной поверхностью нагрева Нк котла, а также длительная эксплуатация водогрейных котлов серии КСГ н без нижнего экрана ведет к перегреву незащищенных от факела из топки внутренних стенок короба газохода и к существенному увеличению температуры уходящих газов, а гидравлическая схема, при которой организация подачи (холодной) воды сразу в нижнюю часть внутреннего цельносварного U-образного экрана, опоясывающего зону с высокой температурой вокруг ядра факела, приводит к конденсации стенок холодных труб.The main disadvantage of the prototype is the low efficiency due to the absence of the lower screen, which leads to a loss of about 22% of the total radiation heating surface of the furnace part of the boiler and affects the change in the ratio of heat received by the radiation heating surface H p and the convective heating surface H to the boiler, and also, long-term operation of hot water boilers of the KSG n series without a lower screen leads to overheating of the inner walls of the flue duct unprotected from the flame from the firebox and to a significant increase in the temperature of the flue gases, and the hydraulic circuit, in which the organization of (cold) water supply immediately to the lower part of the -shaped screen encircling the high-temperature zone around the torch core leads to condensation of the walls of the cold pipes.
Задача изобретения - создание нового водогрейного котла с эффективной гидравлической схемой, позволяющей повысить ремонтопригодность, надежность и КПД котла.The objective of the invention is to create a new hot water boiler with an effective hydraulic circuit, which makes it possible to increase the maintainability, reliability and efficiency of the boiler.
Технический результат - повышение ремонтопригодности и надежности водогрейного котла с одновременным повышением его КПД за счет увеличения тепловой эффективности топочных экранов и конвективной части;The technical result is an increase in the maintainability and reliability of a hot water boiler with a simultaneous increase in its efficiency due to an increase in the thermal efficiency of the furnace walls and the convective part;
возможности изменять и реализовывать оптимальный профиль котла в зависимости от вида топлива;the ability to change and implement the optimal boiler profile depending on the type of fuel;
возможности регулировать тепловую мощность в широком диапазоне от 20 до 120% номинальной мощности котла;the ability to regulate the thermal power in a wide range from 20 to 120% of the rated power of the boiler;
устранения конденсата на трубах экранов и в топочной и в конвективной части.elimination of condensate on the pipes of the screens and in the furnace and in the convective part.
Для достижения технического результата водогрейный котел, содержащий призматическую топку, состоящий из параллельных труб с коллекторами, имеющими перегородки, которые собраны в топочный, наружный, потолочный, фронтовой U-образные экраны, и конвективной частью, согласно изобретению в вертикальной плоскости наружный двусветный конвективный экран совмещен с цельносварным внутренним топочным экраном, при этом каждый из них соединен с первым и со вторым вертикальными коллекторами, причем параллельные трубы наружного двусветного конвективного экрана смещены вертикально вверх на половину продольного шага s2/2 от труб цельносварного внутреннего топочного экраTo achieve the technical result, a hot water boiler containing a prismatic furnace, consisting of parallel pipes with collectors having partitions that are assembled into a furnace, external, ceiling, front U-shaped screens, and a convective part, according to the invention in the vertical plane, the external two-beam convective screen is combined flue-welded to the inner screen, each of them connected to the first and second vertical headers, wherein the outer tube parallel convective two tiers of windows of the screen are displaced vertically by half the longitudinal pitch s 2/2 from the pipe welded inner deflecting wall
- 1 035780 на и расположены от них на расстоянии s1 по всему U-образному периметру, а наружная теплоизолированная стенка-отражатель расположена на расстоянии s1 от параллельных труб наружного двусветного конвективного экрана и по периметру образует шахматный двухрядный элемент канала, при этом цельносварной потолочный экран с тыльным верхним коллектором, фронтовой экран с нижним коллектором и нижний экран с тыльным коллектором повернут на 90° относительно совмещенных в вертикальной плоскости топочных экранов с параллельными трубами каждого из экранов соединены последовательно, образуя котел, а также установлен верхний тыльный коллектор между правым и левым верхними продольными боковыми коллекторами, при этом левый продольный боковой коллектор последовательно соединен с левым наружным фронтовым коллектором, а правый наружный фронтовой коллектор с нижним фронтовым перепускным патрубком соединен с правым внутренним фронтовым коллектором с двумя перегородками и сверху соединен с выходным патрубком котла; к тому же в каждом ходе количество параллельных труб уменьшается при приближении к высокотемпературной области вокруг яркого факела в топке и увеличивается при удалении от высокотемпературной зоны от факела.- 1 035780 on and located from them at a distance s 1 along the entire U-shaped perimeter, and the outer heat-insulated reflector wall is located at a distance s1 from the parallel pipes of the outer double-height convective screen and along the perimeter forms a checkerboard two-row channel element, while the all-welded ceiling screen with the rear upper collector, the front screen with the lower collector and the lower screen with the rear collector are rotated 90 ° relative to the vertical aligned combustion screens with parallel pipes of each of the screens are connected in series, forming a boiler, and the upper rear collector is also installed between the right and left upper longitudinal side manifolds, while the left longitudinal side manifold is connected in series with the left outer front manifold, and the right outer front manifold with the lower front bypass pipe is connected to the right inner front manifold with two baffles and is connected from above to the output boiler nozzle; in addition, in each stroke, the number of parallel pipes decreases when approaching the high-temperature region around the bright flame in the furnace and increases with distance from the high-temperature zone from the flame.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена гидравлическая схема водогрейного котла с разнесенными для наглядности экранами с указанием рассчитанного количества труб с расходом воды 60 м3/ч.FIG. 1 shows a hydraulic diagram of a hot water boiler with screens spaced for clarity, indicating the calculated number of pipes with a water flow rate of 60 m 3 / h.
На фиг. 2 представлен общий вид собранного водогрейного котла с газоходом и частью теплоизолированного отражателя.FIG. 2 shows a general view of an assembled hot water boiler with a gas duct and part of a heat-insulated reflector.
Водогрейный котел (фиг. 1, фиг. 2) содержит элементы, размещенные горизонтально: правый верхний входной коллектор 1, правый верхний боковой продольный коллектор 2, верхний тыльный коллектор 3, верхние два перепускных патрубка 4 предохранительного клапана, верхний коллектор 5 предохранительного клапана, верхний (потолочный) экран 6, средний фронтовой коллектор 8, нижний фронтовой коллектор 10, нижний экран 11, нижний тыльный коллектор 12, левый верхний боковой продольный коллектор 13, фронтовой перепускной патрубок 19, перегородки 27 вертикальных коллекторов 14, 18, 20 и 24, заглушки 28 вертикальных коллекторов 14, 18, 20 и 24, газоход 32, предохранительный клапан 34, окно для визуального наблюдения 35. А также элементы, расположенные вертикально: фронтовой экран 7, фронтовые два перепускных патрубка 9, левый наружный фронтовой коллектор 14, левый наружный двусветный экран 15, наружный тыльный двусветный экран 16, правый наружный двусветный экран 17, правый наружный фронтовой коллектор 18, правый внутренний фронтовой коллектор 20, правый внутренний цельносварной экран 21, внутренний тыльный цельносварной экран 22, левый внутренний цельносварной экран 23, левый внутренний фронтовой коллектор 24, перегородки 25 горизонтальных коллекторов 3, 5 и 10, заглушки 26 горизонтальных коллекторов 2, 3, 5, 10, 12 и 13, воздухоотводящие вентили 30, дренажные вентили 31, отводящий короб 33 газохода с фланцем, сечение части теплоизолированного кожуха наружного теплового отражателя 36, фронтовой проем для установки горелки 37. Расположение двух совмещенных в вертикальной плоскости топочных U-образного двусветного наружного конвективного 15, 16 и 17 и цельносварного внутреннего топочного U-образного 21, 22 и 23 экранов, каждый из которых соединен соответственно с наружными первым 14 (левый) и вторым 18 (правый), с внутренним первым 20 (правый) и вторым 24 (левый) вертикальными коллекторами с горизонтальными перегородками 27 и заглушками 28, а повернутый на 90° относительно совмещенных U-образных топочных экранов 15, 16, 17, 21, 22 и 23 цельносварной U-образный потолочный 6, фронтовой 7 и нижний 11 экраны с горизонтальными коллекторами 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 с вертикальными перегородками 25 и заглушками 26 соединены последовательно с горизонтальными коллекторами с вертикальными перегородками.The hot water boiler (Fig. 1, Fig. 2) contains elements placed horizontally: the upper right inlet manifold 1, the right upper lateral longitudinal manifold 2, the upper rear manifold 3, the upper two bypass pipes 4 of the safety valve, the upper manifold 5 of the safety valve, the upper (ceiling) baffle 6, middle front manifold 8, bottom front manifold 10, bottom baffle 11, bottom rear manifold 12, left upper lateral longitudinal manifold 13, front bypass 19, partitions 27 vertical manifolds 14, 18, 20 and 24, plugs 28 vertical collectors 14, 18, 20 and 24, gas duct 32, safety valve 34, window for visual observation 35. As well as elements located vertically: front screen 7, front two bypass pipes 9, left outer front collector 14, left outer double-height screen 15, outer rear double-colored screen 16, right outer double-colored screen 17, right outer front collector 18, right inner front manifold 20, right inner all-welded screen 21, inner rear all-welded screen 22, left inner all-welded screen 23, left inner front manifold 24, baffles 25 for horizontal collectors 3, 5 and 10, plugs 26 for horizontal collectors 2, 3, 5, 10, 12 and 13, air vent valves 30, drain valves 31, exhaust duct 33 of the gas duct with a flange, cross-section of part of the insulated casing of the external heat reflector 36, front opening for installing the burner 37. Location of two U-shaped double-height furnaces aligned in the vertical plane external convective 15, 16 and 17 and all-welded internal furnace U-shaped 21, 22 and 23 screens, each of which is connected respectively to the external first 14 (left) and second 18 (right), with the internal first 20 (right) and second 24 (left) vertical collectors with horizontal baffles 27 and plugs 28, and rotated by 90 ° relative to the combined U-shaped combustion screens 15, 16, 17, 21, 22 and 23 all-welded U-shaped ceiling 6, front 7 and lower 11 screens with horizontal collectors 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 with vertical partitions 25 and plugs 26 are connected in series with horizontal collectors with vertical baffles.
Установка труб наружного двусветного конвективного U-образного экрана 15, 16 и 17 по периметру топки, кроме фронта, выше на половину продольного шага (по направлению движения газового потока) s2/2 относительно труб внутреннего цельносварного топочного U-образного экрана 21, 22 и 23 и на расстоянии s1 по всему U-образному периметру от теплоизолированного кожуха котла с наружным тепловым отражателем 36, при такой компоновке вместе экраны образуют наиболее эффективный шахматный двухрядный трубный элемент конвективного канала с наружной теплоизолированной стенкойотражателем.Installation pipes outer two tiers of windows convective U-shaped screen 15, 16 and 17 to the furnace perimeter except for the front, above half the longitudinal pitch (in the direction of movement of the gas flow) s 2/2 relative to tubing internal welded flue U-shaped screen 21, 22 and 23 and at a distance s1 along the entire U-shaped perimeter from the heat-insulated boiler shell with an external heat reflector 36, with such an arrangement, the screens together form the most effective staggered double-row tubular element of the convection channel with an outer heat-insulated reflector wall.
Заявленная гидравлическая схема и порядок соединения для совмещенных цельносварных потолочного, фронтового и нижнего U-образных экранов и соединенных параллельными трубами и горизонтальными коллекторами, далее по нисходящей параллельных труб двусветного наружного конвективного U-образного экрана и по восходящей параллельных труб цельносварного внутреннего топочного Uобразного экрана с вертикальными коллекторами является оптимальной и надежной схемой циркуляции воды в котле, позволяет эффективно работать в условиях эксплуатации, как в форсированном режиме с максимальным расходом воды, например с нагрузкой 120% от номинальной тепловой мощности котла 230 кВт и водогрейного котла 5,8 МВт (5,0 Гкал/ч), так и в основном 100% режиме с расходом воды 60 т/ч для котла 5,8 МВт и с расходом воды 4,58 т/ч для котла 230 кВт. При этом в водогрейных котлах достигнута устойчивая работа на минимальной нагрузке в 20% от номинальной тепловой мощности котла 46 кВт (230 кВт) и 1,16 МВт (5,8 МВт).The declared hydraulic diagram and connection procedure for combined all-welded ceiling, front and lower U-shaped screens and connected by parallel pipes and horizontal collectors, then along the descending parallel pipes of the double-height external convective U-shaped screen and along the ascending parallel pipes of the all-welded internal furnace U-shaped screen with vertical collectors is an optimal and reliable circuit of water circulation in the boiler, it allows you to work effectively under operating conditions, as in a forced mode with a maximum water consumption, for example, with a load of 120% of the rated thermal power of the boiler 230 kW and a hot water boiler 5.8 MW (5.0 Gcal / h), and in the main 100% mode with a water consumption of 60 t / h for a 5.8 MW boiler and with a water consumption of 4.58 t / h for a 230 kW boiler. At the same time, in hot water boilers, stable operation was achieved at a minimum load of 20% of the nominal heat output of the boiler 46 kW (230 kW) and 1.16 MW (5.8 MW).
- 2 035780- 2 035780
Для водогрейного котла тепловой мощностью 5,8 МВт (5,0 Гкал/ч) максимальный расход воды при 120 % нагрузке и последовательном включении совмещенных U-образных экранов может достигать до 85 м3/ч, а для водогрейного котла тепловой мощностью 230 кВт максимальный расход воды при 120% нагрузке от номинальной может составить до 5,5 м3/ч при рекомендованной и основанной на гидравлических расчетах схем циркуляции с обязательной перестановкой вертикальных перегородок 25 и горизонтальных перегородок 27. Такой широкий диапазон работы с варьированием и изменением расхода воды в традиционных типовых водогрейных котлах с классической схемой компоновки, где отдельно компонуется топка котла и отдельно собирается конвективная часть котла, реализовать не представляется возможным. Такая возможность достигается только в водогрейных котлах с компоновкой совмещенных U-образных экранов и предлагаемой конструкцией котла с новой гидравлической схемой циркуляции теплоносителя (воды) по контуру котла и возможностью регулировать тепловую мощность в широком диапазоне от 20 и до 120% номинальной нагрузки водогрейного котла. Одновременно устраняется возникновение конденсации на трубах экранов в топочной и в конвективной части на всех режимах работы котла и появляется возможность варьирования отношением длины топки к поперечному сечению топки, а также отношением радиационной поверхности к конвективной поверхности. Фактически новая конструкция позволяет конструкторам изменять и реализовывать оптимальный профиль котла в зависимости от конкретного вида сжигаемого топлива, т.е. делает возможным варьировать и одновременно оптимизировать выбранные геометрические параметры топки и совмещенной конвективной части, что крайне сложно выполнять на классических водогрейных котлах призматической или цилиндрической формы, где размеры жестко привязаны и, как показал опыт, не реализовывалось в котельной практике.For a hot water boiler with a thermal power of 5.8 MW (5.0 Gcal / h), the maximum water consumption at 120% load and sequential switching on of the combined U-shaped screens can reach up to 85 m 3 / h, and for a hot water boiler with a thermal power of 230 kW the maximum the water consumption at 120% load from the nominal can be up to 5.5 m 3 / h with the recommended circulation schemes based on hydraulic calculations with the obligatory rearrangement of the vertical baffles 25 and horizontal baffles 27. Such a wide range of work with variation and change in the water flow rate in traditional It is not possible to implement typical hot water boilers with a classic layout, where the boiler furnace is assembled separately and the convective part of the boiler is assembled separately. This possibility is achieved only in hot water boilers with the arrangement of combined U-shaped screens and the proposed boiler design with a new hydraulic circuit for the circulation of the coolant (water) along the boiler circuit and the ability to regulate the heat output in a wide range from 20 to 120% of the rated load of the hot water boiler. At the same time, the occurrence of condensation on the tubes of the screens in the furnace and in the convective part is eliminated in all operating modes of the boiler and it becomes possible to vary the ratio of the furnace length to the furnace cross-section, as well as the ratio of the radiation surface to the convective surface. In fact, the new design allows designers to change and implement the optimal boiler profile depending on the specific type of fuel burned, i.e. makes it possible to vary and at the same time to optimize the selected geometric parameters of the furnace and the combined convective part, which is extremely difficult to perform on classical hot water boilers of a prismatic or cylindrical shape, where the dimensions are rigidly tied and, as experience has shown, was not implemented in boiler room practice.
Водогрейный котел (на примере двух котлов тепловой мощности 320 кВт и до 5,8 МВт) по фиг. 1 и фиг. 2 может обеспечивать в основном отопительном режиме надежную работу с расходом воды от 1,1 до 5,5 м3/ч для котла КСГн-320 и от 12 до 85 м3/ч для котла КСГн-5,8 МВт. При этом перепад температуры по воде может составлять от максимального А^ол = 1вых - 1вх = 150 - 70 = 80°С для котла КСГн-5,8 и до минимального АСин = 1вых - 1вх = 90 - 70 = 20°С для котла КСГн-320. В новой конструкции котла реализуется гидравлическая схема, при которой (холодная) вода из системы отопления предварительно и в последовательном порядке омывает вначале потолочный, фронтовой, нижний и обратно из нижнего и фронтового возвращается в тыльную часть потолочного экрана и предварительно нагревается до температуры, превышающей конденсацию для всех режимов работы котла. Причем в дальнейшем параллельное движение воды по U-образным трубам совмещенных экранов обеспечивается таким образом, что в каждом ходе количество параллельных труб уменьшается при приближении к высокотемпературной области вокруг яркого факела в топке и количество труб увеличивается при удалении от высокотемпературной зоны от факела. В соответствие с этим скорость движения воды увеличивается по мере приближения к зоне факела и уменьшается при удалении от зоны факела. Для примера с расходом 60 м3/ч скорость воды изменяется от 1,16 до 2,1 м/с (по фиг. 1), в зависимости от температуры и теплового напряжения в зоне факела топки.A hot water boiler (for example, two boilers with a thermal power of 320 kW and up to 5.8 MW) according to Fig. 1 and FIG. 2 can provide, in the main heating mode, reliable operation with a water flow rate from 1.1 to 5.5 m 3 / h for the KSGn-320 boiler and from 12 to 85 m 3 / h for the KSGn-5.8 MW boiler. In this case, the temperature difference in water can be from the maximum A ^ ol = 1 out - 1 in x = 150 - 70 = 80 ° C for the KSGn-5.8 boiler and to the minimum ASin = 1 out - 1 in = 90 - 70 = 20 ° С for boiler KSGn-320. In the new design of the boiler, a hydraulic circuit is implemented in which (cold) water from the heating system preliminarily and in a sequential order washes first the ceiling, front, bottom and back from the bottom and front, returns to the rear of the ceiling screen and is preheated to a temperature exceeding condensation for all boiler operating modes. Moreover, in the future, the parallel movement of water along the U-shaped pipes of the combined screens is ensured in such a way that in each stroke the number of parallel pipes decreases when approaching the high-temperature region around the bright flame in the furnace and the number of pipes increases with distance from the high-temperature zone from the flame. Accordingly, the speed of water movement increases as it approaches the flame zone and decreases with distance from the flame zone. For example, with a flow rate of 60 m 3 / h, the water velocity varies from 1.16 to 2.1 m / s (according to Fig. 1), depending on the temperature and thermal stress in the flame zone of the furnace.
При заявляемой гидравлической схеме циркуляции теплоносителя (воды) симметрично и равномерно снижается (повышается) температура металла стенок топочных и двусветных конвективных труб, а это способствует поддержанию максимального температурного напора на протяжении движения теплоносителя. Причем общее гидравлическое сопротивление котла по воде в общем контуре меньше относительно номинального режима, чем в классических конструкциях водогрейных котлов, из-за изменения количества труб по каждому ходу.With the inventive hydraulic circuit of the coolant (water) circulation, the temperature of the metal of the walls of the furnace and double-height convective pipes decreases (increases) symmetrically and uniformly, and this helps to maintain the maximum temperature head during the movement of the coolant. Moreover, the total hydraulic resistance of the boiler to water in the general circuit is less relative to the nominal mode than in classical designs of hot water boilers, due to the change in the number of pipes for each stroke.
Водогрейный котел с новой гидравлической схемой, которая реализуется за счет совмещенных Uобразных конфигураций экранов и их расположения со сдвигом труб наружного U-образного экрана на s2/2 относительно труб цельносварного внутреннего U-образного экрана и отстоящего от него на s1 и одновременно отстоящего на s1 от теплоизолированного кожуха наружного теплового отражателя более эффективен в работе, так как 100% поверхности труб двух экранов обтекаются с двух сторон и работают в активном теплообмене в отличие от серийных котлов.Boiler with new hydraulic circuit, which is realized by combining Uobraznyh configurations of screens and their arrangement with a shift pipe outer U-shaped screen on s 2/2 relative to pipe welded inner U-shaped screen and spaced from it by s1 and simultaneously spaced on s1 from the heat-insulated casing of the external heat reflector is more efficient in operation, since 100% of the surface of the pipes of the two screens flow from both sides and work in active heat exchange, unlike serial boilers.
Ремонтопригодность предлагаемого водогрейного котла обеспечивается за счет удобства обслуживания не только в условиях эксплуатации, но и в условиях ремонта, так как облегчается доступ ко всем поверхностям нагрева котла при снятии теплоизоляционного кожуха наружного теплового отражателя. При проведении ремонтных работ не требуется больших затрат и механизмов для ремонта поверхностей нагрева.The maintainability of the proposed hot water boiler is ensured due to the ease of maintenance not only under operating conditions, but also under repair conditions, since access to all heating surfaces of the boiler is facilitated when the heat-insulating casing of the external heat reflector is removed. When carrying out repair work, large costs and mechanisms are not required for repairing heating surfaces.
Водогрейный котел работает следующим образом.The hot water boiler works as follows.
В основном режиме отопления вода, например, с расходом 60 м3/ч для КСГн-5,8 (или 5,5 м3/ч для КСГн-320) поступает с правой верхней фронтовой части котла по входному правому коллектору 1 и через верхний правый боковой продольный коллектор 2 попадает в верхний тыльный коллектор 3 до перегородки 25 и далее по правому верхнему перепускному патрубку 4, половине верхнего коллектора 5 и по параллельным трубам верхнего потолочного экрана 6 поступает в правые параллельные трубы фронтового экрана 7, далее поток воды опускается по правой стороне фронтового среднего коллектора 8 до перегородки 25 и далее по правому перепускному патрубку 9, параллельным трубам фронтового экрана 7In the main heating mode, water, for example, with a flow rate of 60 m 3 / h for KSGn-5.8 (or 5.5 m 3 / h for KSGn-320) comes from the upper right front part of the boiler through the input right collector 1 and through the upper the right lateral longitudinal manifold 2 enters the upper rear manifold 3 up to the partition 25 and further along the right upper bypass pipe 4, half of the upper manifold 5 and through the parallel pipes of the upper ceiling screen 6 enters the right parallel pipes of the front screen 7, then the water flow goes down along the right the side of the front middle collector 8 to the partition 25 and further along the right bypass pipe 9, parallel to the pipes of the front screen 7
- 3 035780 вода поступает в правую часть фронтового нижнего коллектора 10 до перегородки 25, далее из фронтового нижнего коллектора 10 поток попадает в правую часть нижнего экрана. 11 и по параллельным трубам поступает в тыльный нижний коллектор 12, проходя по всему тыльному нижнему коллектору 12 поток воды разворачивается на 180° и возвращается уже по левой части нижнего экрана 11 к фронтовому нижнему коллектору 10 после перегородки 25. Из левой части фронтового нижнего коллектора 10 поток воды поднимается по левому перепускному патрубку 9, по левой части фронтового проема 37 для горелки и левой части параллельных труб фронтового экрана 7 и далее через левую часть фронтового среднего коллектора 8 после перегородки 25 поток воды поднимается к левой части потолочного экрана 6 и попадает в левую часть верхнего коллектора 5 предохранительного клапана 34 и по левому верхнему перепускному патрубку 4 и параллельным трубам потолочного экрана попадает в левую часть верхнего тыльного экрана 3. Далее вода перепускается в левый верхний боковой продольный коллектор 13 по которому попадает в левый наружный фронтовой коллектор 14 до горизонтальной перегородки 27 и проходит по параллельным трубам левого наружного двусветного экрана 15, поворачивает на 90° и проходит по параллельным трубам наружного тыльного двусветного экрана 16 и, поворачивая на 90° по параллельным трубам наружного правого двусветного экрана 17, попадает в правый наружный фронтовой коллектор 18 и по нему опускается до горизонтальной перегородки 27, из правого наружного фронтового коллектора 18 поток воды движется по большему количеству параллельных труб правого наружного двусветного экрана 17 и, поворачивая на 90°, дальше движется по параллельным трубам наружного тыльного двусветного экрана 16, далее, повернувшись на 90°, по параллельным трубам левого наружного двусветного экрана 15 попадает во левый наружный фронтовой коллектор 14 ниже горизонтальной перегородки 27, далее поток воды опускается по левому наружному фронтовому коллектору 14 до заглушки 28 и по параллельным трубам левого наружного двусветного экрана 15 после поворота на 90° попадает в параллельные трубы наружного тыльного двусветного экрана 16, после которого поворачивает на 90° и по параллельным трубам правого наружного двусветного экрана 17 попадает в правый наружный фронтовой коллектор 18. Из правого наружного фронтового коллектора 18 вода перепускается в правой нижней части фронтовым перепускным патрубком 19 в правый внутренний фронтовой коллектор 20 до горизонтальной перегородки 27 и далее по параллельным трубам правого внутреннего цельносварного экрана 21 поворачивает на 90° и попадает в параллельные трубы внутреннего тыльного цельносварного экрана 22, поворачивая на 90°, по параллельным трубам левого внутреннего цельносварного экрана 23 вода попадает в левый внутренний фронтовой коллектор 24 до горизонтальной перегородки 27, из левого внутреннего фронтового коллектора 24, второй восходящий поток воды движется по параллельным трубам левого внутреннего цельносварного экрана 23 и поворачивает на 90°, далее поток воды движется по параллельным трубам внутреннего тыльного цельносварного экрана 22 и поворачивает на 90°, по трубам правого внутреннего цельносварного экрана 21 попадает в правый внутренний фронтовой коллектор 20 выше горизонтальной перегородки 27, поднявшись по коллектору 20, поток воды проходит по большему числу параллельных труб правого внутреннего цельносварного экрана 21 и поворачивает на 90° и проходит по параллельным трубам внутреннего тыльного цельносварного экрана 22, повернувшись на 90°, поток воды по параллельным трубам левого внутреннего цельносварного экрана 23 попадает в левый внутренний фронтовой коллектор 24 выше горизонтальной перегородки 27, далее, поднимаясь вверх по коллектору 24 до заглушки 28, поток воды по большему числу параллельных труб левого внутреннего цельносварного экрана 23 поворачивает на 90° и далее проходит по параллельным трубам внутреннего тыльного цельносварного экрана 22 и еще раз повернув на 90° по параллельным трубам правого внутреннего цельносварного экрана 21 попадает в верхнюю часть правого внутреннего фронтового коллектора 20 до заглушки 28 и из верхней части правого внутреннего фронтового коллектора 20 поток воды выводится выходным патрубком 29 из котла. При заполнении котла водой воздух из трубной части выводится в самых верхних точках через воздухоотводящие патрубки 30, а шлам и возможный мусор из трубной системы котла сливается всего через два дренажных вентиля 31. Трубная система котла устанавливается непосредственно на газоход 32, продукты сгорания выводятся из котла через отводящий короб и фланец газохода 33. При возможных срывах факела или пульсациях горения газового (жидкого) топлива избыток давления газов в топке котла сбрасывается через предохранительный клапан 34. Продукты сгорания после горелки из объема топки одновременно проходят в U-образное поперечное сечение, образованное между цельносварным внутренним топочным экраном 21, 22 и 23 и U-образным наружным кожухом наружного теплового отражателя 36, между которыми на равном расстоянии размещается U-образный двусветный наружный конвективный экран 15, 16 и 17, трубы которого омываются поперечным газовым потоком, опускающимся вниз к газоходу 32 и далее 33, окно для визуального наблюдения 35 служит для контроля режима горения топлива в топке.- 3 035780 water enters the right side of the front lower collector 10 to the partition 25, then from the front lower collector 10 the flow enters the right side of the lower screen. 11 and through parallel pipes enters the rear lower collector 12, passing through the entire rear lower collector 12, the water flow turns 180 ° and returns along the left side of the lower screen 11 to the front lower collector 10 after the partition 25. From the left side of the front lower collector 10 the water flow rises along the left bypass pipe 9, along the left side of the front opening 37 for the burner and the left side of the parallel pipes of the front screen 7 and then through the left side of the front middle collector 8 after the partition 25, the water flow rises to the left side of the ceiling screen 6 and enters the left part of the upper manifold 5 of the safety valve 34 and along the left upper bypass pipe 4 and the parallel pipes of the ceiling screen enters the left side of the upper rear screen 3. Then the water is bypassed into the left upper lateral longitudinal manifold 13 through which it enters the left outer front manifold 14 to the horizontal partition 27 and passes through parallel pipes of the left outer double-height screen 15, turns 90 ° and passes through the parallel pipes of the outer rear double-height screen 16 and, turning 90 ° along the parallel pipes of the outer right double-height screen 17, falls into the right outer front collector 18 and goes down to horizontal partitions 27, from the right outer front collector 18, the water flow moves along a large number of parallel pipes of the right outer double-height screen 17 and, turning 90 °, further moves along the parallel pipes of the outer rear double-height screen 16, then, turning 90 °, along parallel pipes of the left outer double-height screen 15 enters the left outer front collector 14 below the horizontal partition 27, then the water flow descends along the left outer front collector 14 to the plug 28 and through the parallel pipes of the left outer double-height screen 15 after turning 90 ° into the parallel pipes of the outer rear dvus water screen 16, after which it turns 90 ° and through parallel pipes of the right outer double-height screen 17 enters the right outer front manifold 18. From the right outer front manifold 18, water is bypassed in the lower right part by the front bypass pipe 19 into the right inner front manifold 20 to horizontal baffle 27 and further along the parallel pipes of the right inner all-welded screen 21 turns 90 ° and enters the parallel pipes of the inner rear all-welded screen 22, turning 90 °, through the parallel pipes of the left inner all-welded screen 23 water enters the left inner front collector 24 to horizontal partition 27, from the left inner front collector 24, the second upward flow of water moves along parallel pipes of the left inner all-welded screen 23 and turns by 90 °, then the water flow moves along parallel pipes of the inner rear all-welded screen 22 and turns It flows by 90 °, through the pipes of the right inner all-welded screen 21 enters the right inner front collector 20 above the horizontal partition 27, rising along the collector 20, the water flow passes through a larger number of parallel pipes of the right inner all-welded screen 21 and turns 90 ° and passes along parallel pipes of the inner rear all-welded screen 22, having turned 90 °, the water flow through the parallel pipes of the left inner all-welded screen 23 enters the left inner front collector 24 above the horizontal partition 27, then, rising up the collector 24 to the plug 28, the water flow is larger number of parallel pipes of the left inner all-welded screen 23 turns 90 ° and then passes through the parallel pipes of the inner rear all-welded screen 22 and once again turns 90 ° along the parallel pipes of the right inner all-welded screen 21 into the upper part of the right inner front manifold 20 to the zag drain 28 and from the upper part of the right inner front collector 20, the water flow is removed by the outlet pipe 29 from the boiler. When the boiler is filled with water, the air from the pipe part is removed at the highest points through the air outlet pipes 30, and sludge and possible debris from the boiler pipe system is drained through only two drain valves 31. The boiler pipe system is installed directly on the gas duct 32, the combustion products are removed from the boiler through exhaust duct and flue gas duct flange 33. In case of possible flame breakdowns or pulsations of gas (liquid) fuel combustion, excess gas pressure in the boiler furnace is discharged through the safety valve 34. Combustion products after the burner from the furnace volume simultaneously pass into the U-shaped cross section formed between the all-welded an internal combustion wall 21, 22 and 23 and a U-shaped outer casing of an external heat reflector 36, between which a U-shaped double-height external convection screen 15, 16 and 17 is located at an equal distance, the pipes of which are washed by a transverse gas flow descending down to the gas duct 32 and further 33, window for visual Observation 35 serves to control the fuel combustion in the furnace.
Приведенная гидравлическая схема циркуляции воды в котле по фиг. 1 в совмещенных U-образных экранах с меньшим числом параллельно включенных труб в каждом последующем ходе и соответственно с большими скоростями воды в трубах вокруг высокотемпературной зоны ядра факела и последующее уменьшение скорости воды с увеличенным числом труб по мере снижения температуры продуктов сгорания и снижение скорости воды в нижней конвективной части путем увеличения числа параллельноThe given hydraulic circuit of water circulation in the boiler according to FIG. 1 in aligned U-shaped screens with a smaller number of pipes connected in parallel in each successive stroke and, accordingly, with high water velocities in pipes around the high-temperature zone of the flame core and a subsequent decrease in the water velocity with an increased number of pipes as the temperature of the combustion products decreases and the water velocity in lower convective part by increasing the number of parallel
- 4 035780 включенных U-образных труб в серийных водогрейных котлах не применялось.- 4,035,780 included U-pipes were not used in serial hot water boilers.
Изобретение подтверждается гидравлическими и тепловыми расчетами при расходе воды 60 м3/ч для котлов КСГн-5,8 (или 5,5 м3/ч для КСГн -320), которые обосновывают наиболее оптимальный эффективный нагрев воды при заявляемых конструктивных схемах включения совмещенных U-образных поверхностях нагрева, и предполагает более надежную работу с количественным регулированием расхода воды.The invention is confirmed by hydraulic and thermal calculations with a water flow rate of 60 m 3 / h for boilers KSGn-5.8 (or 5.5 m 3 / h for KSGn -320), which substantiate the most optimal efficient heating of water with the claimed design schemes for switching on combined U -shaped heating surfaces, and assumes more reliable operation with quantitative regulation of water flow.
Тепловыми и гидравлическими расчетами доказано, что увеличение расхода воды и, соответственно, числа рядов труб в U-образном двусветном наружном конвективном экране и сдвинутом вверх на s2/2 относительно труб U-образного внутреннего цельносварного топочного экрана, соответственно по позициям 15, 16 и 17 по периметру топки позволяет снизить температуру уходящих газов за котлом на 2040°С, что увеличивает КПД котла на 2,0-3,5%. Это достигается размещением и использованием 100% поверхности всех труб в зоне высоких температур и активном теплообмене двух совмещенных Uобразных экранов, что трудно выполнить в традиционных профилях котлов.Thermal and hydraulic calculations proved that the increase in water consumption and consequently the number of pipe rows in the U-shaped two rows of windows outer convective screen and the shifted upward on s 2/2 relative to pipe U-shaped internal welded flue screen, respectively on positions 15, 16 and 17 along the perimeter of the furnace allows to reduce the flue gas temperature behind the boiler by 2040 ° C, which increases the boiler efficiency by 2.0-3.5%. This is achieved by placing and using 100% of the surface of all pipes in the high temperature zone and active heat exchange of two aligned U-shaped screens, which is difficult to accomplish in traditional boiler profiles.
Для повышения тепловой эффективности топочных экранов включенных по общепринятым схемам в традиционных серийных котлах, пришлось бы увеличить радиационную и конвективную поверхности нагрева и габариты котлов более чем на 20%. Это приводит к увеличению габаритов и веса металла (трубной части) классических водогрейных котлов. В реальных условиях эксплуатации в котельных это приводит к увеличению трудозатрат на ремонт и дополнительному расходу электроэнергии на собственные нужды.To increase the thermal efficiency of furnace walls included according to generally accepted schemes in traditional serial boilers, it would be necessary to increase the radiation and convective heating surfaces and the dimensions of the boilers by more than 20%. This leads to an increase in the dimensions and weight of the metal (pipe part) of classic hot water boilers. In real operating conditions in boiler houses, this leads to an increase in labor costs for repairs and additional electricity consumption for own needs.
Таким образом, преимущество заявляемого водогрейного котла заключается в конструктивном совмещении конвективной части наружного двусветного экрана по периметру цельносварного внутреннего топочного экрана и реализации эффективной гидравлической схемы циркуляции теплоносителя (воды), которая позволяет повысить надежность, ремонтопригодность и КПД котла.Thus, the advantage of the inventive hot water boiler lies in the constructive combination of the convective part of the outer double-height screen along the perimeter of the all-welded internal combustion screen and the implementation of an effective hydraulic circuit for the circulation of the coolant (water), which improves the reliability, maintainability and efficiency of the boiler.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ20180712 | 2018-10-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201900294A1 EA201900294A1 (en) | 2020-04-30 |
| EA035780B1 true EA035780B1 (en) | 2020-08-10 |
Family
ID=70483833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201900294A EA035780B1 (en) | 2018-10-09 | 2019-05-06 | Water-heating boiler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA035780B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0533856B1 (en) * | 1991-04-10 | 1995-02-08 | Abb Sunrod Aktiebolag | Water tube boiler |
| RU2059938C1 (en) * | 1993-01-11 | 1996-05-10 | Борис Николаевич Гроздов | Steel hot-water boiler |
| RU2132023C1 (en) * | 1997-07-18 | 1999-06-20 | Воронежская государственная архитектурно-строительная академия | Hot-water boiler |
| RU169032U1 (en) * | 2016-09-26 | 2017-03-01 | АО "Бийский котельный завод" | WATER BOILER |
-
2019
- 2019-05-06 EA EA201900294A patent/EA035780B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0533856B1 (en) * | 1991-04-10 | 1995-02-08 | Abb Sunrod Aktiebolag | Water tube boiler |
| RU2059938C1 (en) * | 1993-01-11 | 1996-05-10 | Борис Николаевич Гроздов | Steel hot-water boiler |
| RU2132023C1 (en) * | 1997-07-18 | 1999-06-20 | Воронежская государственная архитектурно-строительная академия | Hot-water boiler |
| RU169032U1 (en) * | 2016-09-26 | 2017-03-01 | АО "Бийский котельный завод" | WATER BOILER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201900294A1 (en) | 2020-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2418246C1 (en) | Hot-water boiler | |
| JPH0313482B2 (en) | ||
| US4993368A (en) | Boiler tube structure | |
| CN103743095A (en) | Self-supporting single-channel fuel oil/gas corner tube type hot water boiler | |
| RU2386905C1 (en) | Heat generator | |
| RU2213307C2 (en) | Water boiler | |
| EA035780B1 (en) | Water-heating boiler | |
| RU171327U1 (en) | Hydronic boiler with advanced heat exchanger | |
| RU2625367C1 (en) | Hot-water boiler | |
| RU194591U9 (en) | Water tube boiler | |
| RU184599U1 (en) | TUBE BOILER | |
| RU84512U1 (en) | WATER BOILER, STEEL, FIRE TUBE WITH SMOKE PIPES | |
| RU43951U1 (en) | WATER BOILER | |
| RU2146789C1 (en) | Vertical water-tube water boiler | |
| RU34235U1 (en) | Hot water tube heat exchanger | |
| RU2146790C1 (en) | Water-tube water boiler | |
| RU2052733C1 (en) | Vertical hot-water boiler | |
| RU2139475C1 (en) | Hot-water boiler | |
| US3229672A (en) | Boiler and a boiler element with combustion under pressure | |
| RU218987U1 (en) | WATER BOILER | |
| RU210866U1 (en) | BOILER WITH DIATHERM OIL | |
| RU2059938C1 (en) | Steel hot-water boiler | |
| RU199261U1 (en) | Boiler | |
| RU2725918C1 (en) | Hot-water boiler | |
| RU185158U1 (en) | Gas oil steam boiler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |