RU2196278C2

RU2196278C2 - Flame-tube boiler

Info

Publication number: RU2196278C2
Application number: RU2000108606A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Каменских; А.Н. Тюкавкин
Original assignee: Каменских Геннадий Георгиевич; Тюкавкин Александр Николаевич
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: thermal engineering; water heating. SUBSTANCE: flame-tube boiler has cylindrical shell with front and rear tube sheets; flame tube disposed in its water space; two-pass fire-tube bundle formed by first-pass fire-tube bundle whose inlet ends are secured in rear tube sheet holes and outlet ones, in front one, as well as by second-pass fire-tube bundle whose inlet ends are secured in front tube sheet holes; rear swivel chamber between flame tube and fire-tube bundle whose front wall is made in the form of tube sheet rigidly fixed to the latter; cooling chamber disposed between rear swivel chamber and gas duct in water space with fire-tube ends of second bundle passed through this chamber and through holes in rear tube sheet wherefrom they enter gas duct. Assembly including rear swivel chamber, cooling chamber, and gas duct has split in whose plane second-pass fire tubes have taper joint. Cooling chamber is provided with water discharge tube communicating with water space of boiler and with circulating inlet feedwater branch pipe; cooling chamber wall opposing flame tube is shielded by refractory wall. EFFECT: enhanced efficiency of burnt fuel heat utilization; enhanced reliability and repairability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в конструкциях жаротрубных котлов. The invention relates to heat engineering and can be used in designs of fire tube boilers.

Жаротрубный котел, в котором помещена жаровая труба и пучок дымогарных труб, известен (см. заявка 3130483, DR, заявл. 23.07.1981, Р3130483.4, опубл. 24.03.1983, F 22 B 7/12). Топочные газы из жаровой трубы поступают в дымогарные трубы через поворотную камеру, которая размещена в водяном объеме котла. Стенки этой камеры плотно приварены к заднему днищу барабана. Задняя стенка поворотной камеры образована плотно сваренными вертикальными плавниковыми трубами, которые нижними и верхними концами включены в водяной объем котла. Теплота, воспринимаемая задней стенкой поворотной камеры, отводится циркулирующей по трубам водой. В задней стенке поворотной камеры имеется лаз. A fire tube boiler in which a flame tube and a bundle of smoke tubes are placed is known (see application 3130483, DR, application no. 23.07.1981, P3130483.4, publ. 24.03.1983, F 22 B 7/12). Flue gases from the flame tube enter the smoke tubes through the rotary chamber, which is located in the water volume of the boiler. The walls of this chamber are tightly welded to the rear bottom of the drum. The rear wall of the rotary chamber is formed by tightly welded vertical fin pipes, which lower and upper ends are included in the water volume of the boiler. The heat absorbed by the rear wall of the pivoting chamber is removed by the water circulating through the pipes. In the rear wall of the PTZ camera there is a manhole.

Недостатком известного котла является то, что поворотная камера, задняя стенка которой образована плавниковыми трубами с циркулирующей по ним водой, размещена внутри корпуса котла таким образом, что может использовать только высокотемпературное тепло, образующееся в жаровой трубе. При такой схеме для получения приемлемых температур уходящих газов требуется значительное количество дымогарных труб. A disadvantage of the known boiler is that a pivoting chamber, the rear wall of which is formed by fin pipes with water circulating through them, is placed inside the boiler body in such a way that it can only use the high-temperature heat generated in the flame tube. With this scheme, a significant amount of smoke tubes is required to obtain acceptable flue gas temperatures.

Водогрейный котел, содержащий корпус, в водяном объеме которого помещены жаровая и дымогарные трубы, известны (см. Отраслевой каталог 20-90-09, "Котлы малой производительности", ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, М., 1990, с. 47, рис. 31). Жаровая труба выполнена с плоским днищем. Передняя водоохлаждаемая крышка собрана из двух эллиптических днищ и выполнена открывающейся. Дымовые газы из жаровой трубы направляются в поворотную камеру, образованную передней трубной доской и передней крышкой, затем поступают в дымогарные трубы и направляются в боров котла, соединенный с дымовой трубой. Вода подводится расположенным в верхней части котла и направленным в сторону задней трубной доски лотком. Часть воды отводится от нижней части водяной камеры на охлаждение передней крышки котла. Горячая вода из котла отводится через патрубок, расположенный в верхней части водяной камеры. A water boiler containing a casing in the water volume of which there are flame and smoke pipes is known (see Industry Catalog 20-90-09, "Boilers of Low Productivity", TSNIITEITYAZHMASH, M., 1990, p. 47, Fig. 31). The flame tube is made with a flat bottom. The front water-cooled cover is assembled from two elliptical bottoms and is made opening. Flue gases from the chimney are sent to the rotary chamber formed by the front tube plate and the front cover, then they enter the smoke tubes and are sent to the boiler burs connected to the chimney. Water is supplied by the tray located in the upper part of the boiler and directed towards the rear tube plate. Part of the water is diverted from the bottom of the water chamber to cool the front cover of the boiler. Hot water from the boiler is discharged through a pipe located in the upper part of the water chamber.

Недостатком известного котла является то, что утилизация тепла на фронте котла в высокотемпературной зоне при реверсивной жаровой трубе дает незначительный положительный эффект, так как снижать температуру уходящих газов, то есть повышать КПД котла, необходимо за счет подогрева питательной воды уходящими газами, имеющими уже невысокую температуру. Следующий недостаток - большая трудоемкость обслуживания котла, заключающаяся в том, что при чистке жаровой трубы и дымогарных труб от сажистых отложений с фронта котла следует отсоединить горелочное устройство, слить воду из котла, разъединить трубопроводы и только после этого убрать фронтовую часть котла. Аналогичная трудоемкость возникает и при демонтаже борова для обслуживания задней части котла. A disadvantage of the known boiler is that heat recovery at the front of the boiler in the high-temperature zone with a reversible flame tube gives an insignificant positive effect, since it is necessary to reduce the temperature of the flue gases, that is, to increase the boiler efficiency, by heating the feed water with flue gases that already have a low temperature . The next drawback is the great laboriousness of servicing the boiler, which consists in the fact that when cleaning the flame tube and smoke tubes from soot deposits from the front of the boiler, the burner should be disconnected, the water should be drained from the boiler, the pipelines should be disconnected, and only then the front part of the boiler should be removed. A similar complexity arises when disassembling a hog to service the rear of the boiler.

Котел, содержащий цилиндрический корпус с входным патрубком подвода воды, водяной объем со свободной конвекцией, жаровую и дымогарные трубы, поворотную камеру от жаровой трубы к дымогарным трубам, передняя стенка которой выполнена в виде трубной доски для дымогарных труб, известен (см. патент RU, 2131553, заявка 97117845/06, МКИ6 F 22 B 7/12, 1997). На трубной доске котла в водяном объеме установлена охлаждающая камера с проходящими сквозь нее дымогарными трубами, имеющая жесткое крепление с трубной доской, соединенная с входным патрубком питательной воды и имеющая два выходных отверстия по периферии жаровой трубы. A boiler containing a cylindrical body with an inlet nozzle for supplying water, a free-convection water volume, heat and smoke pipes, a rotary chamber from the heat pipe to the smoke pipes, the front wall of which is made in the form of a pipe board for smoke pipes, is known (see RU patent, 2131553, application 97117845/06, MKI6 F 22 B 7/12, 1997). On the boiler tube plate in the water volume there is a cooling chamber with smoke tubes passing through it, having a rigid mount with a tube plate, connected to the feed water inlet pipe and having two outlet openings along the periphery of the flame tube.

Недостатком известного котла является то, что подогрев питательной воды, циркулирующей в охлаждающей камере, осуществляется высокотемпературными дымовыми газами, непосредственно направляющимися из жаровой трубы в дымогарные трубы, проходящие сквозь камеру охлаждения, что не способствует повышению КПД котла. A disadvantage of the known boiler is that the feed water circulating in the cooling chamber is heated by high-temperature flue gases directly sent from the flame tube to the smoke tubes passing through the cooling chamber, which does not increase the efficiency of the boiler.

Наиболее близким технологическим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности проходит изобретение по патенту 2131553 (97117845/06), которое примем за прототип. The closest technological solution to the invention according to the technical essence of the invention is the invention according to patent 2131553 (97117845/06), which we take as a prototype.

Основная задача - повысить эффективность использования тепла сгоревшего топлива за счет снижения температуры уходящих газов путем непосредственной передачи тепла питательной воде при ее входе в котел, упростить обслуживание котла, повысить его надежность и удоборемонтность. The main task is to increase the efficiency of using the heat of the burned fuel by lowering the temperature of the exhaust gases by directly transferring heat to the feed water at its entrance to the boiler, to simplify the maintenance of the boiler, to increase its reliability and maintainability.

Для решения указанной задачи предложен котел, содержащий цилиндрический корпус с трубной доской, в водяном объеме которого расположены жаровая труба и пучок дымогарных труб, поворотная камера от жаровой трубы к пучку дымогарных труб, передняя стенка которой выполнена в виде упомянутой трубной доски для пучка дымогарных труб, имеющего жесткое крепление с последней, охлаждающую камеру с проходящими сквозь нее концами дымогарных труб и снабженную патрубком подвода питательной воды. В корпусе котла расположена передняя трубная доска. Кроме упомянутого пучка дымогарных труб первого хода в водяном объеме котла расположен дополнительный пучок дымогарных труб второго хода, образующий с пучком дымогарных труб первого хода двухходовой пучок дымогарных труб, установленный вокруг жаровой трубы и расположенный равномерно по концентрической окружности. Входные концы дымогарных труб первого хода закреплены в отверстиях задней трубной доски, а выходные - в передней. Входные концы дымогарных труб второго хода закреплены в отверстиях передней трубной доски, а выходные проходят через охлаждающую камеру, расположенную между поворотной камерой и газовым коробом, а также через отверстия задней трубной доски и выходят в полость газового короба. To solve this problem, a boiler is proposed that contains a cylindrical body with a tube plate, in the water volume of which there is a flame tube and a bundle of smoke tubes, a rotary chamber from the flame tube to a beam of smoke tubes, the front wall of which is made in the form of the aforementioned tube board for a beam of smoke tubes, having a rigid mount with the latter, a cooling chamber with the ends of the smoke tubes passing through it and equipped with a feed water supply pipe. The front tube board is located in the boiler body. In addition to the above-mentioned smoke tube bundle of the first stroke, an additional beam of smoke tubes of the second stroke is located in the boiler water volume, which forms a two-way smoke tube bundle installed around the flame tube and arranged uniformly along a concentric circle with the smoke tube of the first stroke. The input ends of the smoke tubes of the first stroke are fixed in the holes of the rear tube plate, and the output ends are in the front. The input ends of the second-stage smoke tubes are fixed in the openings of the front tube plate, and the weekend passes through the cooling chamber located between the rotary chamber and the gas box, and also through the holes of the rear tube plate and enters the cavity of the gas box.

Узел, включающий заднюю поворотную камеру, охлаждающую камеру и газовый короб, выполнен отъемным, в плоскости разъема которого дымогарные трубы второго хода имеют конусный разъем. Стенка охлаждающей камеры, противолежащая жаровой трубе, защищена экраном из огнеупорного материала, при этом охлаждающая камера снабжена трубой отвода воды, сообщенной с водяным объемом котла. С фронта котла расположена кольцевая поворотная камера и горелка, примыкающая к жаровой трубе через оголовок, футерованный огнеупорным материалом. The assembly, including the rear rotary chamber, the cooling chamber and the gas box, is detachable, in the plane of the connector of which the smoke tubes of the second stroke have a conical connector. The wall of the cooling chamber, opposite the flame tube, is protected by a screen of refractory material, while the cooling chamber is equipped with a water drain pipe in communication with the boiler water volume. From the front of the boiler there is an annular rotary chamber and a burner adjacent to the flame tube through a head lined with refractory material.

Сопоставительный анализ с известными аналогами и прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with known analogues and prototype allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

При использовании изобретения получим следующий технический результат: повышение КПД котла, снижение затрат на обслуживание и ремонт, а также повышение надежности. When using the invention, we obtain the following technical result: increased boiler efficiency, reduced maintenance and repair costs, as well as increased reliability.

Водоподогреватели питательной воды (экономайзеры), располагающиеся в конце газового тракта котельных агрегатов, известны (см. Отраслевой каталог "Котлы малой и средней мощности и топочные устройства", НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, М., 1987, с. 66, рис. 57). Feed water heaters (economizers) located at the end of the gas path of boiler units are known (see the Industry Catalog "Boilers of Small and Medium Power and Furnace Devices", NIIEINFORMENERGOMASH, M., 1987, p. 66, Fig. 57).

Признаки ". ..вокруг жаровой трубы установлены равномерно расположенные по концентрической окружности двухходовой пучок дымогарных труб..." известны (см. патент RU, 2062395, заявка 93032484/06, F 22 В 7/12, 1993). The signs of "... around a flame tube are installed equally spaced along a concentric circumference of a two-way bundle of smoke tubes ..." are known (see patent RU, 2062395, application 93032484/06, F 22 B 7/12, 1993).

Признаки "...охлаждающая камера расположена между задней поворотной камерой и газовым коробом...", а также "...узел, включающий заднюю поворотную камеру, охлаждающую камеру и газовый короб, выполнен отъемным..." и еще "... в плоскости разъема дымогарные трубы второго хода имеют конусный разъем..." в данной области техники, опубликованных в Бюллетенях изобретений глубиной поиска 35 лет, не обнаружены. The signs "... the cooling chamber is located between the rear rotary chamber and the gas box ...", as well as "... the unit including the rear rotary chamber, the cooling chamber and the gas box is made detachable ..." and more .. . in the plane of the connector smoke tubes of the second stroke have a conical connector ... "in the technical field, published in the Bulletins of inventions with a search depth of 35 years, were not found.

Исходя из технической сущности предлагаемого изобретения, приходим к выводу, что реализация предложенных и известных признаков в совокупности с признаками, изложенными в ограничительной части формулы, делает изобретение экономичным, надежным, простым в обслуживании и ремонте, способствует получению новых потребительских свойств объекта изобретения, что подтверждается достижением указанного технического результата, а это дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". Based on the technical nature of the invention, we conclude that the implementation of the proposed and well-known features, together with the features set forth in the restrictive part of the formula, makes the invention economical, reliable, easy to maintain and repair, contributes to new consumer properties of the object of the invention, which is confirmed the achievement of the specified technical result, and this gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of the invention "inventors third level. "

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен главный вид котла; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - узел А на фиг.1. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the main view of the boiler; figure 2 is a section bB in figure 1; figure 3 - node a in figure 1.

Жаротрубный котел содержит цилиндрический корпус 1, к которому спереди примыкает трубная доска 2, а сзади трубная доска 3. Пространство, ограниченное корпусом 1 и трубными досками 2 и 3, заполнено водой. Внутри водяного объема корпуса котла 1 размещены жаровая труба 4 и расположенный по концентрической окружности вокруг жаровой трубы 4 двухходовой пучок дымогарных труб 5 и 6. Входные концы дымогарных труб первого хода 5 закреплены в отверстиях задней трубной доски 3, а выходные - в передней 2. Входные концы дымогарных труб второго хода 6 закреплены в отверстиях передней трубной доски 2, а выходные проходят через отверстия задней трубной доски 3, и проходя сквозь заднюю поворотную 8 и охлаждающую 7 камеры, попадают в полость газового короба 9. Узел, включающий заднюю поворотную камеру 8, охлаждающую камеру 7 и газовый короб 9, выполнен отъемным. В месте разъема дымогарные трубы второго хода 6 имеют конусный разъем 11. Газовый короб 9 соединен с дымовой трубой 23. Стенка 12 охлаждающей камеры 7, противолежащая жаровой трубе 4, снабжена огнеупорным экраном 13. Охлаждающая камера 7 снабжена патрубком 14 подвода питательной воды и трубой 15 отвода подогретой воды в водяной объем котла. The fire tube boiler contains a cylindrical body 1, to which the tube plate 2 adjoins in front and the tube plate 3 at the back. The space bounded by the case 1 and the tube plates 2 and 3 is filled with water. Inside the water volume of the boiler body 1 there is a flame tube 4 and a two-way bundle of smoke tubes 5 and 6 arranged in a concentric circle around the flame tube 4. The inlet ends of the first exit smoke tubes 5 are fixed in the openings of the rear tube plate 3, and the output ones in the front 2. Input the ends of the smoke tubes of the second stroke 6 are fixed in the holes of the front tube plate 2, and the weekend passes through the holes of the rear tube plate 3, and passing through the rear rotary 8 and cooling chamber 7, enter the cavity of the gas box 9. Node, including a rear rotary chamber 8, a cooling chamber 7 and a gas box 9, is made detachable. In the place of the connector, the smoke tubes of the second stroke 6 have a conical connector 11. The gas duct 9 is connected to the chimney 23. The wall 12 of the cooling chamber 7, opposite the flame tube 4, is equipped with a refractory screen 13. The cooling chamber 7 is equipped with a pipe 14 for supplying feed water and a pipe 15 drainage of heated water into the water volume of the boiler.

Передняя часть жаровой трубы 4 имеет оголовок 16 для крепления горелки 17. К передней трубной доске 2 примыкает поворотная камера 18 кольцеобразной формы, взаимодействующая с оголовком 16, оснащенным огнеупорным кольцом 19. Патрубок 20 служит для слива воды из котла. Котел снабжен патрубком отвода горячей воды 21 и установлен на опорную раму 22. На газовый короб 9 и переднюю поворотную камеру 18 установлены съемные крышки 10 и 24. The front part of the flame tube 4 has a head 16 for fastening the burner 17. A rotary chamber 18 of an annular shape adjoins the front tube board 2 and interacts with the head 16 equipped with a refractory ring 19. A pipe 20 is used to drain water from the boiler. The boiler is equipped with a branch pipe for discharging hot water 21 and is mounted on the support frame 22. On the gas box 9 and the front rotary chamber 18, removable covers 10 and 24 are installed.

Работа котла осуществляется следующим образом. Топочные газы от горелки 17 распространяются по всей длине жаровой трубы 4, и, отдавая тепло ее стенкам, поступают в заднюю поворотную камеру 8, откуда, повернув на 180^o, устремляется в дымогарные трубы первого хода 5. При выходе из дымогарных труб первого хода 5 топочные газы через переднюю поворотную камеру 18, сделав поворот на 180^o, проходят в дымогарные трубы второго хода 6, по которым сквозь заднюю поворотную камеру 8, охлаждающую камеру 7 и газовый короб 9 дымовые газы выходят в дымовую трубу 23. При движении по дымогарным трубам второго хода 6, проходящими сквозь охлаждающую камеру 7, топочные газы отдают низкотемпературное тепло питательной воде, которая по трубе 15 поступает в водяной объем котла. Таким образом охлаждающая камера 7 (имеется в виду охлаждение топочных газов) выполняет функцию экономайзера. Нагрев питательной воды, проходящей через охлаждающую камеру 7, осуществляется также через ее стенки, граничащие с задней поворотной камерой 8 и газовым коробом 9.The operation of the boiler is as follows. The flue gases from the burner 17 propagate along the entire length of the flame tube 4, and, giving heat to its walls, enter the rear rotary chamber 8, from where, turning 180 ^o , rushes into the smoke pipes of the first stroke 5. When leaving the smoke pipes of the first stroke 5 flue gases through the front rotary chamber 18, turning 180 ^o , pass into the smoke tubes of the second stroke 6, through which through the rear rotary chamber 8, the cooling chamber 7 and the gas box 9, the flue gases exit into the chimney 23. When moving through smoke pipes second move 6, p ohodyaschimi through the cooling chamber 7, the flue gases give low-temperature heat feed water which enters through the pipe 15 to the water volume of the boiler. Thus, the cooling chamber 7 (meaning cooling of the flue gases) serves as an economizer. The feed water passing through the cooling chamber 7 is also heated through its walls bordering the rear rotary chamber 8 and the gas box 9.

Количество дымогарных труб первого хода 5 относительно больше, чем второго 6 из соображений, что площадь проходного сечения должна уменьшаться пропорционально уменьшению объема газов. The number of smoke tubes of the first stroke 5 is relatively larger than the second 6 for reasons that the area of the passage should decrease in proportion to the decrease in gas volume.

Подогрев питательной воды в охлаждающей камере способствует более полному использованию тепла уходящих топочных газов и, следовательно, повышению КПД котла, а заполнение его водяного объема подогретой водой снижает термические напряжения поверхностей нагрева и, соответственно, повышает его надежность. Отъемный узел, включающий заднюю поворотную камеру 8, охлаждающую камеру 7 и газовый короб 9, позволяет уменьшить затраты на обслуживание и ремонт котла, а съемные крышки 10 и 24 дают возможность производить очистку котла от сажевых отложений без слива воды из котла. Heating the feed water in the cooling chamber contributes to a more complete use of the heat of the exhaust flue gases and, therefore, increases the efficiency of the boiler, and filling its water volume with heated water reduces the thermal stresses of the heating surfaces and, accordingly, increases its reliability. A detachable unit, including a rear rotary chamber 8, a cooling chamber 7 and a gas box 9, allows to reduce the cost of maintenance and repair of the boiler, and removable covers 10 and 24 make it possible to clean the boiler of soot deposits without draining the water from the boiler.

Регулировкой подачи топлива и воздуха в связи с расходом воды можно добиться оптимального режима работы котла. By adjusting the supply of fuel and air in connection with the flow of water, it is possible to achieve the optimal mode of operation of the boiler.

Claims

A fire tube boiler containing a cylindrical body with a tube plate, in the water volume of which there is a flame tube and a bundle of smoke tubes, a rear rotary chamber from the flame tube to a bundle of smoke tubes, the front wall of which is made in the form of the aforementioned tube board for a beam of smoke tubes, having a rigid mount with the latter, a cooling chamber installed in the water volume with the ends of the smoke pipes passing through it and equipped with a pipe for supplying feed water circulating in it, characterized in that in the front of the boiler is located in the boiler housing, and the said pipe is the rear, in addition to the above-mentioned bundle of smoke pipes of the first stroke, the input ends of which are fixed in the holes of the rear pipe, and the output ends in the front, in the water volume of the boiler there is an additional bundle of smoke pipes of the second the course, fixed by the input ends in the openings of the front tube plate and forming a two-way bundle of smoke tubes with a first-course smoke tube installed around the flame tube and located numbered in a concentric circle, and through the cooling chamber located between the rear rotary chamber and the gas duct, only the output ends of the second-stage smoke tube bundle pass through the openings of the rear tube plate and exit into the gas duct cavity, and the assembly including the rear rotary the chamber, the cooling chamber and the gas box, is detachable, in the plane of the connector of which the smoke tubes of the second-beam beam have a conical connector, while the wall of the cooling chamber is opposite ApoB tube protected by a refractory material, and a cooling chamber is provided with water discharge pipe communicating with a water volume of the boiler.