RU2177117C2

RU2177117C2 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2177117C2
Application number: RU99120521/06A
Authority: RU
Inventors: П.Н. Мельников; Г.А. Дашковский
Original assignee: Мельников Павел Николаевич; Дашковский Георгий Абрамович
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: hot-water boilers; applicable in industrial boiler houses and boiler houses of housing municipal facilities. SUBSTANCE: boiler has furnace, supplying and discharging headers, radiation and convection panels containing heating tubes with plugs at their ends. Heating tubes are combined into modules and connected in parallel to supplying and discharging headers. Boiler also has supplying tubes connecting heating tubes. Heating tubes within module, in spaces between supplying and discharging tubes, are connected with one another successively, at the top and bottom by alternating supplying and adapting tubes. In this case, area of flow section of adapting tubes does not exceed 50% of that of supplying tubes. EFFECT: higher efficiency and operating reliability due to improved design of boiler. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах теплоцентралей, промышленных котельных и котельных жилищно-коммунальных объектов. The invention relates to a power system and can be used in boilers of heating plants, industrial boiler houses and boiler houses and communal facilities.

Известны водогрейные котлы с вертикальным корпусом, в котором размещены топка, потолочный экран из труб и боковые экраны из радиационных и конвективных панелей (патент СССР N 1760997, кл. F 24 H 1/34, приоритет 8.08.90 г.). Конвективная панель выполнена из чередующихся опускных и подъемных труб, причем каждые две смежные трубы тангенциальными патрубками подключены к соответствующей трубе радиационной панели. Known hot water boilers with a vertical body, in which there is a firebox, a ceiling screen made of pipes and side screens made of radiation and convection panels (USSR patent N 1760997, class F 24 H 1/34, priority 8.08.90). The convective panel is made of alternating lowering and lifting pipes, and each two adjacent pipes are connected by tangential pipes to the corresponding pipe of the radiation panel.

Основным недостатком известного котла является его невысокий КПД, т.к. закручивание водяного потока происходит только в трубах радиационных панелей. Кроме того, известный котел сложен в изготовлении. The main disadvantage of the known boiler is its low efficiency, because the twisting of the water flow occurs only in the pipes of the radiation panels. In addition, the known boiler is difficult to manufacture.

Известен водогрейный котел, содержащий топочную камеру, экранированную трубами, конвективный трубный пучок, экономайзер и закручивающее устройство потока воды, выполненное в виде перепускных труб, соединяющих между собой смежные трубы экранов, конвективного пучка и экономайзера и расположенных тангенциально к их осям (патент RU N 2059937 кл. F 24 H 1/00, приоритет 18.08.92 г.). В зависимости от компоновки котельной водогрейный котел может устанавливаться как горизонтально, так и вертикально с размещением труб в радиационной части вертикально или горизонтально. Вода входит в котел со стороны экономайзера, проходит, вращаясь, последовательно все трубы его, поступает в конвективную часть и из нее, пройдя вращаясь последовательно все трубы, попадает в нижний коллектор, растекаясь по нему через греющие и перепускные трубы, поднимается по передней, боковым и верхней панелям к верхнему коллектору на выход из котла. A well-known hot water boiler containing a combustion chamber shielded by pipes, a convective tube bundle, an economizer and a swirling device for the flow of water, made in the form of bypass pipes connecting adjacent pipes of the screens, convective beam and economizer and located tangentially to their axes (patent RU N 2059937 CL F 24 H 1/00, priority 18/08/92). Depending on the layout of the boiler room, the hot water boiler can be installed both horizontally and vertically with pipes placed in the radiation part vertically or horizontally. Water enters the boiler from the economizer’s side, passes through all its pipes in series, enters the convection part and from it, after all pipes passes in series, it enters the lower collector, spreads through it through heating and overflow pipes, rises along the front, side and upper panels to the upper manifold to exit the boiler.

К недостаткам известного водогрейного котла следует отнести:
при последовательном подключении всех труб для улучшения коэффициента теплопередачи от стенки трубы к воде необходимо обеспечить большую скорость движения воды в тангенциальном вводе, что приведет к большим потерям давления или при увеличении диаметра тангенциальных патрубков к снижению эффекта закручивания потока;
повышенная вероятность аварий, т.к. отсутствует пароотвод и особенно при вертикальном расположении труб появляются вверху "карманы", не заполненные водой, а внизу - заполненные илом;
параллельный выпуск воды из экономайзера, конвективной и радиационной частей в верхний коллектор усложняет задачу получения высокой температуры воды на выходе из котла.The disadvantages of the known hot water boiler include:
when all pipes are connected in series, in order to improve the heat transfer coefficient from the pipe wall to the water, it is necessary to ensure a high speed of water movement in the tangential inlet, which will lead to large pressure losses or an increase in the diameter of the tangential nozzles to reduce the effect of swirling the flow;
increased probability of accidents, as there is no vapor drainage and especially with a vertical pipe arrangement, "pockets" appear on the top, not filled with water, and below them - filled with sludge;
the parallel discharge of water from the economizer, convective and radiation parts into the upper collector complicates the task of obtaining a high temperature of water at the outlet of the boiler.

Предложен водогрейный котел, включающий топочную камеру, подводящие и отводящие коллекторы, радиационные и конвективные панели, содержащие нагревательные трубы, заглушенные с торцов, питательные трубки, соединяющие нагревательные трубы, и отстойники с механизмами их очистки. A water boiler is proposed that includes a combustion chamber, inlet and outlet collectors, radiation and convective panels containing heating pipes, plugged from the ends, feeding pipes connecting the heating pipes, and sedimentation tanks with cleaning mechanisms.

Сущность изобретения заключается в том, что котел содержит отстойники с механизмами их очистки, нагревательные трубы радиационной и конвективной панелей объединены в модули, подключенные параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, а нагревательные трубы в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой соединены между собой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками, при этом площадь проходного сечения переходных трубок не превышает 50% от площади сечения питательных. Питательные и переходные трубки выполнены в виде радиально-тангенциальных вводов. Каждый модуль может быть снабжен дополнительной трубой с тангенциальными патрубками, которая размещена внутри подводящей нагревательной трубы и соединена с подводящим коллектором. Заглушки торцов верхней части нагревательных труб выполнены вогнутыми до уровня расположения верхних питательных и переходных трубок. Отводящие нагревательные трубы соединены тангенциально с отводящим коллектором, а подводящие коллекторы на входе имеют завихрители, выполненные, например, в виде тангенциального ввода. The essence of the invention lies in the fact that the boiler contains sedimentation tanks with mechanisms for cleaning them, the heating pipes of the radiation and convection panels are combined into modules connected in parallel to the inlet and outlet manifolds, and the heating pipes within the module in the spaces between the inlet and outlet pipes are connected to each other in series along the top and bottom alternating feed and transition tubes, while the area of the passage section of the transition tubes does not exceed 50% of the cross-sectional area tatelnyh. The feed and adapter tubes are made in the form of radial tangential entries. Each module can be equipped with an additional pipe with tangential nozzles, which is placed inside the inlet heating pipe and connected to the inlet manifold. The end caps of the upper part of the heating pipes are made concave to the level of the arrangement of the upper feeding and transition pipes. The outlet heating pipes are connected tangentially to the outlet manifold, and the inlet collectors at the inlet have swirls made, for example, in the form of a tangential input.

Наличие отстойников с механизмами их очистки позволяет собирать и удалять отложения твердых частиц из котла, не отправляя их в систему отопления. The presence of sedimentation tanks with cleaning mechanisms allows you to collect and remove deposits of solid particles from the boiler without sending them to the heating system.

Объединение нагревательных труб радиационных и конвективных панелей в модули, подключенных параллельно к подводящим и отводящим коллекторам, позволяет иметь рациональные проходные сечения питательных трубок и скорости воды в них. The combination of the heating pipes of the radiation and convection panels into modules connected in parallel to the inlet and outlet manifolds makes it possible to have rational flow sections of the supply tubes and the water velocity in them.

Соединение нагревательных труб в пределах модуля в промежутках между подводящей и отводящей трубой последовательно по верху и по низу чередующимися между собой питательными и переходными трубками обеспечивает: а) заполнение верхних частей нагревательных труб водой без оставления воздушных мешков; б) удаление отстоя из нагревательных труб в отстойник. The connection of the heating pipes within the module between the inlet and outlet pipes sequentially along the top and bottom of the alternating supply and transition pipes ensures: a) filling the upper parts of the heating pipes with water without leaving air bags; b) removal of sludge from the heating pipes into the sump.

Уменьшение сечения переходных трубок по сравнению с питательными более чем на 50% обеспечивает нормальную циркуляцию основного объема воды в нагревательных трубах. Reducing the cross section of the transition tubes compared to nutrient by more than 50% ensures the normal circulation of the main volume of water in the heating pipes.

Выполнение питательных и переходных трубок в виде радиально-тангенциальных вводов обеспечивает вращательное движение воды в нагревательных трубах и упрощает сварку модулей. The implementation of the feed and adapter tubes in the form of radial tangential entries provides rotational movement of water in the heating pipes and simplifies the welding of modules.

Наличие дополнительных труб с тангенциальными патрубками, размещенных внутри подводящих нагревательных труб, обеспечивает в них вращение потока воды. The presence of additional pipes with tangential nozzles located inside the inlet heating pipes ensures the rotation of the water flow in them.

Выполнение заглушек вогнутыми до уровня расположения питательных и переходных трубок обеспечивает удаление пузырьков воздуха из нагревательных труб. The execution of the plugs concave to the level of the location of the feed and transition tubes ensures the removal of air bubbles from the heating pipes.

Соединение отводящих нагревательных труб тангенциально с отводящим коллектором, а установка на входе в подводящий коллектор завихрителя обеспечивает вращательное движение потока в подводящих и отводящих коллекторах. The connection of the outlet heating pipes tangentially with the outlet manifold, and the installation of a swirler at the inlet to the inlet manifold provides rotational flow in the inlet and outlet manifolds.

В зависимости от компоновки котельной трубы могут быть установлены как вертикально, так и горизонтально. Предложенная конструкция котла технологична в изготовлении и имеет высокую эффективность и надежность в эксплуатации. Depending on the layout of the boiler pipe, they can be installed either vertically or horizontally. The proposed design of the boiler is technological in manufacture and has high efficiency and reliability in operation.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид водогрейного котла спереди, на фиг. 2 - сечение I-I на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение II-II на фиг. 2, на фиг. 4 - сечение III-III на фиг. 2, на фиг. 5 - верхний торец нагревательной трубы в продольном разрезе. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a front view of a boiler, FIG. 2 is a section I-I in FIG. 1; in FIG. 3 is a section II-II in FIG. 2, in FIG. 4 is a section III-III in FIG. 2, in FIG. 5 - the upper end of the heating pipe in longitudinal section.

Водогрейный котел содержит топочную катеру 1, потолочный экран 2 и боковые экраны, включающие радиационные панели 3, конвективные панели 4, подводящие коллекторы 5 и отводящие коллекторы 6. Каждая панель содержит ряд нагревательных труб, причем трубы обеих панелей объединены в автономные модули 7, включающие, например, по три нагревательные трубы 8, 9, 10 конвективной панели и по три нагревательные трубы 11, 12, 13 радиационной панели. Каждый модуль содержит подводящую нагревательную трубу 8 и отводящую нагревательную трубу 12. Модули параллельно подключены к подводящим 5 и отводящим 6 коллекторам. Подвод воды в модуль осуществляют с помощью дополнительной трубы 14, имеющей тангенциальные патрубки 15, конец которой с патрубками размещен внутри подводящей нагревательной трубы 8, а другой соединен с подводящим коллектором 5, вода в который подается от магистрали через завихритель 19, выполненный, например, в виде тангенциального ввода. The hot water boiler contains a heating boat 1, a ceiling screen 2 and side screens, including radiation panels 3, convective panels 4, inlet headers 5 and outlet headers 6. Each panel contains a series of heating pipes, and the pipes of both panels are combined into stand-alone modules 7, including for example, three heating pipes 8, 9, 10 of the convective panel and three heating pipes 11, 12, 13 of the radiation panel. Each module contains an inlet heating pipe 8 and an outlet heating pipe 12. The modules are connected in parallel to the inlet 5 and outlet 6 collectors. The water supply to the module is carried out using an additional pipe 14 having tangential nozzles 15, the end of which with the nozzles is placed inside the inlet heating pipe 8, and the other is connected to the inlet collector 5, the water into which is supplied from the main through a swirl 19 made, for example, in form of tangential input.

Отводящая нагревательная труба 12 модуля соединена тангенциально через трубку 16 с отводящим коллектором 6, что обеспечивает в нем вращательное движение воды. Отводящий коллектор 6 последовательно соединен с потолочным экраном 2. The outlet heating pipe 12 of the module is connected tangentially through the tube 16 to the outlet manifold 6, which provides a rotational movement of water in it. The outlet manifold 6 is connected in series with the ceiling screen 2.

Нагревательные трубы в модуле между входной 8 и выходной 12 нагревательными трубами соединены последовательно по верху и по низу чередующимися между собой по высоте и длине питательными 17 и переходными 18 трубками, выполненными в виде радиально-тангенциальных вводов. Для того, чтобы основной поток воды в нагревательных трубах шел продольно вверх или вниз, площадь проходных сечений переходных трубок не должна превышать 50% от площади сечений питательных трубок. При значительной длине нагревательных труб в их средней части может дополнительно устанавливаться один или несколько рядов питательных трубок. The heating pipes in the module between the inlet 8 and the outlet 12 heating pipes are connected in series along the top and bottom alternating in height and length of the feeding 17 and transitional 18 pipes made in the form of radial tangential inputs. In order for the main water flow in the heating pipes to go longitudinally up or down, the area of the passage sections of the adapter pipes should not exceed 50% of the cross-sectional area of the feed pipes. With a significant length of the heating pipes in their middle part, one or more rows of feeding pipes can be additionally installed.

Нагревательные трубы с торцов имеют заглушки 20, причем заглушки верхних торцов выполнены вогнутыми до уровня размещения верхних питательных и переходных трубок 17, 18. The heating pipes from the ends have plugs 20, and the plugs of the upper ends are made concave to the level of placement of the upper feeding and transition tubes 17, 18.

Для направления газа из топки в конвективную часть котла радиационная часть котла от конвективной изолирована на длину нагревательных труб пластинками 21, перекрывающими зазоры между нагревательными трубами. На фиг. 2 эти пластины условно не показаны. To direct the gas from the furnace to the convection part of the boiler, the radiation part of the boiler from the convection part is isolated to the length of the heating pipes by plates 21 overlapping the gaps between the heating pipes. In FIG. 2, these plates are conventionally not shown.

Соединение нагревательных труб в модуле через питательные трубки осуществляется либо последовательно, либо по последовательно-параллельной схеме, т. е. в модуле образуются две параллельные ветви, в которых трубы соединены последовательно: подводящая нагревательная труба 8 - труба 10 - труба 13 - труба 12 и вторая: труба 8 - труба 9 - труба 11 и отводящая труба 12. The heating pipes in the module are connected through the feed pipes either sequentially or in a series-parallel manner, i.e., two parallel branches are formed in the module, in which the pipes are connected in series: heating pipe 8 — pipe 10 — pipe 13 — pipe 12 and second: pipe 8 - pipe 9 - pipe 11 and outlet pipe 12.

Для удаления твердых частиц, образующихся при нагревании воды, в нижней части котла имеется отстойник 22 с продувочной трубой 23 для его очистки. To remove solid particles formed by heating water, in the lower part of the boiler there is a sump 22 with a purge pipe 23 for cleaning it.

Работа водогрейного котла осуществляется следующим образом. Продукты сгорания их топочной камеры 1 поднимаются вверх и через зазор между трубами 5, 6 и верхними торцами нагревательных труб проходят вниз по каналам, образованным трубами радиационной и конвективной панелей и обмуровкой котла, и поступают в газоход 24. Вода от сетевого насоса (не показан) поступает по трубе 25 через завихритель 19 в подводящие коллекторы 5, где приобретает вращательное движение, и далее по дополнительным трубам 14 через подводящие нагревательные трубы 8 в каждый модуль 7. Из дополнительных труб 14 по тангенциальным патрубкам 15 вода поступает в подводящие нагревательные трубы 8. Сечение тангенциальных патрубков 15 выбирается из условия технически приемлемого гидравлического сопротивления котла, так как чем меньше сечение, тем выше гидравлическое сопротивление, но тем выше скорость вращательного движения и, соответственно, выше коэффициент теплопередачи. Из этих же условий выбирается сечение питательных трубок 17. The operation of the boiler is as follows. The combustion products of their combustion chamber 1 rise up and through the gap between the pipes 5, 6 and the upper ends of the heating pipes pass down the channels formed by the pipes of the radiation and convection panels and the boiler lining, and enter the gas duct 24. Water from the mains pump (not shown) enters through a pipe 25 through a swirler 19 into the supply manifolds 5, where it acquires a rotational movement, and then through additional pipes 14 through the supply heating pipes 8 to each module 7. From the additional pipes 14 through the tangential pipes 15, water enters the inlet heating pipes 8. The section of the tangential nozzles 15 is selected from the condition of the technically acceptable hydraulic resistance of the boiler, since the smaller the section, the higher the hydraulic resistance, but the higher the speed of rotational motion and, accordingly, the higher the heat transfer coefficient. From the same conditions, the cross section of the feeding tubes 17 is selected.

Поток воды в модуле при последовательно-параллельном соединении нагревательных труб разделяется на два основных и четыре вспомогательных потока (при последовательном соединении соответственно один основной и два вспомогательных). Два основных потока через питательные трубки 17 последовательно проходят по нагревательным трубам в продольном направлении. Первый основной поток: подводящая труба 8 (направление потока вниз) - труба 9 (направление потока вверх) - труба 11 (потока вниз) - отводящая нагревательная труба 12 (поток вверх). Аналогично второй основной поток: трубы 8 - 10 - 13 - 12. The flow of water in the module with a series-parallel connection of the heating pipes is divided into two main and four auxiliary flows (in series connection, respectively, one main and two auxiliary). The two main flows through the feed tubes 17 sequentially pass along the heating pipes in the longitudinal direction. The first main stream: inlet pipe 8 (downward flow direction) - pipe 9 (upward flow direction) - pipe 11 (downward flow) - outlet heating pipe 12 (upward flow). Similarly, the second main stream: pipes 8 - 10 - 13 - 12.

Четыре вспомогательных потока (два верхних и два нижних) проходят нагревательные трубы модуля последовательно в поперечном направлении через переходные трубки 18 и питательные 17. Первый верхний поток: труба 8 - переходная трубка 18 - труба 9 - питательная трубка 17 - труба 11 - переходная трубка 18 - труба 12. Аналогично второй верхний вспомогательный поток и два нижних. Наличие верхних вспомогательных потоков обеспечивает полное заполнение водой верхних частей нагревательных труб 8, 11, 13, а нижние вспомогательные потоки обеспечивают перемещение твердого осадка из нагревательных труб в отводящую трубу 12, где он попадает в отстойник 22 и по мере накопления удаляется через патрубок 23. Four auxiliary flows (two upper and two lower) pass the heating pipes of the module sequentially in the transverse direction through the adapter tubes 18 and the feed pipes 17. The first upper stream: pipe 8 - adapter pipe 18 - pipe 9 - feed pipe 17 - pipe 11 - adapter pipe 18 - pipe 12. Similarly, the second upper auxiliary stream and two lower. The presence of the upper auxiliary flows ensures that the upper parts of the heating pipes 8, 11, 13 are completely filled with water, and the lower auxiliary flows ensure the movement of solid sediment from the heating pipes to the discharge pipe 12, where it enters the sump 22 and is removed through the pipe 23 as it accumulates.

Прогретая вода из модулей 7, через отводящие нагревательные трубы 12 поступает в трубки 16, откуда тангенциально поступает в отводящий коллектор 6 и далее в потолочный экран и на выход из котла в магистраль горячей воды. Heated water from the modules 7, through the outlet heating pipes 12 enters the tubes 16, from which it tangentially enters the outlet manifold 6 and then to the ceiling screen and to the exit from the boiler to the hot water main.

В подводящем 5 и отводящем 6 коллекторах вода наряду с поступательным имеет вращательное движение. В коллекторе 5 это достигается за счет завихрителя 19, установленного на входе, а в коллекторе 6 за счет тангенциального ввода труб 16. In the inlet 5 and outlet 6 collectors, the water along with the translational has a rotational motion. In the collector 5, this is achieved by the swirl 19 installed at the inlet, and in the collector 6 due to the tangential input of the pipes 16.

Вращательное движение воды в коллекторах 5, 6 предотвращает образование в них отложений, что увеличивает надежность работы котла. The rotational movement of water in the collectors 5, 6 prevents the formation of deposits in them, which increases the reliability of the boiler.

Вода в нагревательных трубах также имеет вращательное движение, которое достигается за счет питательных 17 и переходных 18 трубок, выполненных в виде радиально-тангенциальных вводов. Вращающийся поток в нагревательных трубах обеспечивает повышение коэффициента теплопередачи и препятствует образованию отложений на стенках труб. The water in the heating pipes also has a rotational movement, which is achieved due to the nutrient 17 and transitional 18 tubes, made in the form of radial tangential entries. The rotating flow in the heating pipes provides an increase in the heat transfer coefficient and prevents the formation of deposits on the walls of the pipes.

Вогнутая форма заглушек на верхних торцах нагревательных труб обеспечивает сброс через переходные и питательные трубки 17, 18 воздушных пузырьков, которые при вращении воды собираются в центральной части трубы. The concave shape of the plugs on the upper ends of the heating pipes ensures the discharge of air bubbles through the transition and feeding tubes 17, 18, which, when the water rotates, collects in the central part of the pipe.

Водогрейный котел данной конструкции имеет высокую надежность и эффективность в работе, долговечен и технологичен в изготовлении. A hot water boiler of this design has high reliability and efficiency in operation, is durable and technologically advanced in manufacture.

Claims

1. A water boiler, including a combustion chamber, inlet and outlet collectors, radiation and convection panels, containing heating pipes with plugs at the ends, feeding pipes connecting the heating pipes, characterized in that it contains sedimentation tanks with cleaning mechanisms, radiation heating pipes and convection panels are combined into modules connected in parallel to the inlet and outlet collectors, and the heating pipes within the module in the spaces between the inlet and outlet pipes are connected They are interconnected sequentially along the top and bottom of alternating feeding and transitional tubes, while the area of the passage section of the transitional tubes does not exceed 50% of the cross-sectional area of the nutrient tubes.

2. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the feed and adapter tubes are made in the form of radial tangential inputs.

3. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that it is provided with an additional pipe with tangential nozzles, which is placed inside the inlet heating pipe of each module and connected to the inlet collector.

4. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the end caps in the upper part of the heating pipes are made concave to the level of the arrangement of the upper feeding and transition pipes.

5. The hot water boiler according to claim 1, characterized in that the outlet heating pipes are connected tangentially to the outlet manifold, and the inlet collectors at the inlet are provided with swirlers made, for example, in the form of a tangential input.