RU2278333C2

RU2278333C2 - Steam-water boiler

Info

Publication number: RU2278333C2
Application number: RU2004128358/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Попов (RU); Александр Васильевич Попов; Анатолий Иванович Богданов (RU); Анатолий Иванович Богданов; Сергей Анатольевич Петриков (RU); Сергей Анатольевич Петриков
Original assignee: ООО "ОКБ Теплосибмаш"; Анатолий Иванович Богданов; Сергей Анатольевич Петриков; Александр Васильевич Попов
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-06-20
Also published as: RU2004128358A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: steam-water boiler comprises pressure-tight housing partially filled with water, cylindrical furnace mounted under the water level and provided with the convective pipe bank and distributor for steam-water phase arranged above the furnace, and steam-water piping heater divided into two sections corresponding to heat carriers to be heated. The housing of the boiler is sectional and has cylindrical shell with furnace and steam chamber with heater mounted on the shell. The convective pipe bank is made of vertical pipes for water circulation mounted in the shank part of the housing of the furnace. The steam-water phase is distributed by the top perforated part of the shell between the furnace and steam-water heater. One section of the heater is mounted in a separate section of the steam chamber and is connected with the other section through the steam line with control valve connected with the temperature gauge of water heated in the separate section of the steam chamber.

EFFECT: enhanced efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к котельной технике и может использоваться в системах отопления и горячего водоснабжения зданий и помещений.The invention relates to boiler equipment and can be used in heating systems and hot water supply of buildings and premises.

Известны водогрейные котлы (например, патент РФ №2133925, 1999 г., F 24 Н 1/22), содержащие топочную камеру для нагрева жидкого теплоносителя (каким в большинстве применений является вода) и встроенный пароводяной трубчатый подогреватель, обогреваемый от топочной камеры.Water-heating boilers are known (for example, RF patent No. 2133925, 1999, F 24 H 1/22) containing a combustion chamber for heating a liquid heat carrier (which in most applications is water) and a built-in steam-water tube heater heated from the combustion chamber.

Недостатками данного котла являются невысокая надежность и слабая эффективность, обусловленные низкой скоростью воды в котле и, как следствие, низкой теплопередачей и повышенной склонностью к накипеобразованию на топочной камере.The disadvantages of this boiler are its low reliability and poor efficiency, due to the low speed of the water in the boiler and, as a result, low heat transfer and an increased tendency to scale formation on the combustion chamber.

Известны также водогрейные котлы (патент РФ №2188982, 2002 г., F 22 В 27/16; патенты Японии № JP 5173155, 1992 г., B 01 D 003/10, №JP 6049467 и № JP 6049468, 1994 г., C 10 L 3/06), содержащие парогенератор с топкой и пароводяной подогреватель, соединенные паровой и конденсатной линиями, обеспечивающие безнакипный режим работы топочных поверхностей и высокую интенсивность теплообмена.Water boilers are also known (RF patent No. 2188982, 2002, F 22 B 27/16; Japanese patents No. JP 5173155, 1992, B 01 D 003/10, No. JP 6049467 and No. JP 6049468, 1994, C 10 L 3/06), containing a steam generator with a furnace and a steam-water heater, connected by steam and condensate lines, ensuring a non-scale operation of the furnace surfaces and high heat transfer rate.

Недостатками данных котлов являются сложность и громоздкость конструкции.The disadvantages of these boilers are the complexity and cumbersome design.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является пароводяной конденсационный котел низкого давления, содержащий цилиндрический герметичный корпус, частично заполненный жидким теплоносителем, погруженные в жидкий теплоноситель топочную камеру и дымогарные трубы, соединенные между собой поворотной камерой, и теплообменник, расположенный над поверхностью жидкого теплоносителя, под углом к поверхности жидкого теплоносителя установлена пластина для организации направленного движения паровой фазы теплоносителя к подогревателю (патент РФ №2080516, 1997 г., F 22 В 7/00). Для обеспечения двухцелевой работы котла одновременно для теплоснабжения и горячего водоснабжения подогреватель разделен на две секции с заданным соотношением мощностей.The closest in technical essence of the invention is a low-pressure steam-water condensing boiler containing a cylindrical sealed housing partially filled with a liquid coolant, a combustion chamber immersed in a liquid coolant and smoke tubes connected by a rotary chamber, and a heat exchanger located above the surface of the liquid coolant, under a plate is installed at an angle to the surface of the liquid coolant to organize the directed movement of the vapor phase of the coolant of Tell to the heater (RF patent №2080516, 1997, F 22 B 7/00). To ensure the dual-purpose operation of the boiler at the same time for heat supply and hot water supply, the heater is divided into two sections with a given power ratio.

Недостатком данного котла является низкая эффективность теплообмена в дымогарных трубах, сложность регулирования температуры нагреваемых теплоносителей при двухцелевой работе, например на отопление и горячее водоснабжение. Наличие поворотной камеры, соединяющей топочную камеру и дымогарные трубы, усложняет конструкцию и ремонтопригодность котла, увеличивает его габариты и массу.The disadvantage of this boiler is the low efficiency of heat transfer in smoke pipes, the difficulty of regulating the temperature of the heated fluids during dual-purpose operation, for example, for heating and hot water supply. The presence of a rotary chamber connecting the combustion chamber and smoke tubes complicates the design and maintainability of the boiler, increases its dimensions and weight.

Задачей заявляемого изобретения является повышение тепловой эффективности и надежности водогрейного котла, совершенствование эффективности управления им, снижение металлоемкости и габаритов, а также улучшение ремонтопригодности.The task of the invention is to increase the thermal efficiency and reliability of the boiler, improving the efficiency of its management, reducing metal consumption and dimensions, as well as improving maintainability.

Поставленная задача решается тем, что водогрейный котел, содержащий герметичный корпус, частично заполненный водой, ниже уровня которой размещены цилиндрическая топочная камера с конвективным пучком, над топочной камерой размещен распределитель парожидкостной фазы и двухсекционный подогреватель, в соответствии с изобретением корпус котла выполнен составным из цилиндрической обечайки с топочной камерой и установленной на обечайке паровой камеры с двухсекционным пароводяным подогревателем. Распределителем парожидкостной фазы является верхняя перфорированная часть обечайки между топочной камерой и пароводяным подогревателем. Одна секция подогревателя размещена в отдельном отсеке паровой камеры и соединена с другой секцией паровой линией. На паровой линии установлен регулирующий клапан, подключенный к датчику температуры воды, нагретой в секции, находящейся в отдельном отсеке паровой камеры. Конвективный пучок выполнен из вертикальных труб, размещенных в хвостовой части корпуса топочной камеры. Цилиндрическая часть корпуса котла под подогревателем перфорирована для прохода и распределения парожидкостной фазы.The problem is solved in that the boiler containing a sealed housing, partially filled with water, below the level of which a cylindrical combustion chamber with a convective beam is placed, a vapor-liquid phase distributor and a two-section heater are placed above the combustion chamber, in accordance with the invention, the boiler body is made of a cylindrical shell with a combustion chamber and a steam chamber mounted on the shell with a two-section steam-water heater. The distributor of the vapor-liquid phase is the upper perforated part of the shell between the combustion chamber and the steam-water heater. One section of the heater is located in a separate compartment of the steam chamber and is connected to another section by a steam line. On the steam line there is a control valve connected to the temperature sensor of the water heated in the section located in a separate compartment of the steam chamber. The convective bundle is made of vertical pipes located in the rear of the furnace chamber. The cylindrical part of the boiler body under the heater is perforated for passage and distribution of the vapor-liquid phase.

Повышение тепловой эффективности котла достигается за счет более интенсивной, чем в дымогарных трубах, теплоотдачи при поперечном обтекании вертикальных труб конвективного пучка дымовыми газами и высокой теплоотдачи при кипении теплоносителя, циркулирующего с высокой скоростью, без застойных зон, в трубах конвективного пучка и кольцевом зазоре между топочной камерой и цилиндрической обечайкой корпуса котла.An increase in the boiler’s thermal efficiency is achieved due to more intense heat transfer than in smoke pipes when transverse flow of vertical convective beam pipes with flue gases and high heat transfer when boiling coolant circulating at high speed, without stagnant zones, in convective beam pipes and the annular gap between the furnace chamber and cylindrical shell of the boiler body.

Отсутствие застойных зон кипящего теплоносителя исключает опасность накипеобразования на стенках топочной камеры и ее пережога, повышая надежность котла.The absence of stagnant zones of boiling coolant eliminates the danger of scale formation on the walls of the combustion chamber and its burnout, increasing the reliability of the boiler.

Улучшение эффективности управления котлом при двухцелевой работе обеспечивается раздельным, независимым регулированием режимов работы секций подогревателя за счет изменения как расхода топлива, так и греющего пара.Improving the efficiency of boiler control during dual-purpose operation is ensured by separate, independent regulation of the operating modes of the heater sections due to changes in both fuel consumption and heating steam.

Уменьшение габаритов котла и металлоемкости достигается за счет снижения его удельной теплообменной поверхности и компактного размещения топочной камеры и конвективного пучка в одном корпусе, без поворотной камеры дымовых газов.Reducing the dimensions of the boiler and metal consumption is achieved by reducing its specific heat transfer surface and compact placement of the combustion chamber and convective beam in one housing, without a rotary flue gas chamber.

Ремонтопригодность котла повышается за счет обеспечения возможности извлечения топочной камеры с конвективным пучком через вырез в торцевых стенках.The maintainability of the boiler is increased by providing the ability to remove the combustion chamber with a convective beam through a cutout in the end walls.

Использование составного корпуса котла из цилиндрической перфорированной обечайки с топочной камерой и соединенной с ней паровой камерой с водонагревателем обеспечивает жесткость корпуса котла и равномерное распределение пара по паровой камере.The use of a composite boiler body from a cylindrical perforated shell with a combustion chamber and a steam chamber connected to it with a water heater ensures the rigidity of the boiler body and uniform distribution of steam over the steam chamber.

На фиг.1 представлен общий вид котла. На фиг.2 - разрез по А-А. На фиг.3 - разрез по Б-Б.Figure 1 presents a General view of the boiler. Figure 2 is a section along aa. Figure 3 is a section along BB.

Котел содержит корпус, частично заполненный водой, состоящий из цилиндрической обечайки 1 и паровой камеры 2, топочную камеру 3 с горелочным устройством 4 и вертикальным конвективным пучком теплообменных труб 5, вваренных в хвостовую часть корпуса камеры 3. В камере 2 размещен трубчатый подогреватель 6. В цилиндрической обечайке 1 под камерой 2 вырезаны перфорационные отверстия 7 для прохода пара к подогревателю и возврата конденсата в зону кипения. Подогреватель 6 разделен на две секции 8 и 9 по нагреваемым теплоносителям. Секция 9 помещена в отдельный отсек 10, соединенный паровой линией 11 с паровым пространством секции 8, и конденсатной линией 12 с корпусом котла, ниже уровня воды. На паровой линии 11 установлен регулирующий клапан 13, соединенный по исполнительному механизму с датчиком 14 температуры нагретой воды в секции 9. Котел снабжен патрубками отвода дымовых газов 15, подвода и отвода нагреваемых теплоносителей 16, 17, 18 и 19, патрубком вакуумирования и отвода неконденсирующихся газов 20.The boiler contains a housing partially filled with water, consisting of a cylindrical shell 1 and a steam chamber 2, a combustion chamber 3 with a burner 4 and a vertical convective bundle of heat transfer tubes 5, welded into the tail of the chamber 3. In the chamber 2 there is a tubular heater 6. B perforated holes 7 are cut out for the cylindrical shell 1 under the chamber 2 for steam to pass to the heater and return condensate to the boiling zone. The heater 6 is divided into two sections 8 and 9 according to the heated coolants. Section 9 is placed in a separate compartment 10, connected by a steam line 11 to the steam space of section 8, and a condensate line 12 with the boiler body, below the water level. A control valve 13 is installed on the steam line 11, which is connected via an actuator to the heated water temperature sensor 14 in section 9. The boiler is equipped with flue gas outlet pipes 15, inlet and outlet of heated fluids 16, 17, 18 and 19, a vacuum pipe and the discharge of non-condensable gases twenty.

Котел работает следующим образом.The boiler operates as follows.

Перед пуском котел заполняется водой выше уровня топочной камеры 3 и вакуумируется через патрубок 20. Топливо подается в топочное устройство 4. Нагреваемая до более высокой температуры вода, например на отопление, подается через патрубок 16 в секцию 8 подогревателя 6. Нагреваемая до более низкой температуры вода, например на горячее водоснабжение, подается через патрубок 17 в секцию 9 подогревателя 6. Продукты сгорания топлива из горелочного устройства 4 проходят через топочную камеру 3, омывают конвективный пучок 5 и выводятся из котла через патрубок 15. Теплота от горячих дымовых газов передается через стенку топочной камеры и теплообменные трубы конвективного пучка к кипящей воде, циркулирующей в трубах и кольцевом зазоре между топочной камерой и цилиндрической обечайкой 1 корпуса котла. Водяные пары проходят через отверстия 7 перфорированной части обечайки 1, равномерно распределяясь по поверхности кипения, и поступают в секцию 8 трубчатого водонагревателя для конденсации и нагрева воды отопления. Нагретая вода из секции 8 через патрубок 18 отводится потребителю. Регулирование температуры нагретой в секции 8 воды осуществляется изменением расхода топлива через горелочное устройство 4. Часть пара из секции 8 по паровой линии 11 через регулирующий клапан 13 поступает в секцию 9 для нагрева воды, например горячего водоснабжения. Нагретая вода из секции 9 через патрубок 19 отводится потребителю. Регулирование температуры нагретой в секции 9 воды осуществляется изменением расхода пара через регулирующий клапан 13 по сигналу от датчика температуры 14. При натекании воздуха в котел, работающий под вакуумом, через неплотности в корпусе, для исключения негативного влияния воздуха на процесс теплообмена при конденсации и коррозионных процессов, периодически включается отсос неконденсирующихся газов через патрубок 20.Before start-up, the boiler is filled with water above the level of the combustion chamber 3 and is evacuated through the pipe 20. Fuel is supplied to the furnace 4. Water heated to a higher temperature, for example, for heating, is supplied through the pipe 16 to section 8 of the heater 6. Water heated to a lower temperature , for example, for hot water supply, is supplied through the pipe 17 to the heater section 9 6. The products of fuel combustion from the burner 4 pass through the combustion chamber 3, wash the convective beam 5 and are removed from the boiler through cuttings 15. The heat from the hot flue gas is passed through the wall of the combustion chamber and convective heat exchange tube bundle for a boiling water circulating in the tubes and the annular gap between combustion chamber and the cylindrical shell 1 of the boiler body. Water vapor passes through the holes 7 of the perforated part of the shell 1, uniformly distributed over the boiling surface, and enters the section 8 of the tubular water heater for condensation and heating of the heating water. Heated water from section 8 through the pipe 18 is discharged to the consumer. The temperature of the water heated in section 8 is controlled by changing the fuel consumption through the burner 4. Part of the steam from section 8 through the steam line 11 through the control valve 13 enters section 9 for heating water, for example, hot water. Heated water from section 9 through the pipe 19 is discharged to the consumer. The temperature of the water heated in section 9 is controlled by changing the steam flow through the control valve 13 by a signal from the temperature sensor 14. When air leaks into the boiler, operating under vacuum, through leaks in the housing, to eliminate the negative effect of air on the heat exchange process during condensation and corrosion processes , periodically turns on the suction of non-condensable gases through the pipe 20.

Процессы кипения и конденсации теплоносителя осуществляются в герметичном корпусе котла без потерь теплоносителя на продувку, поэтому котел не требует постоянной подпитки водой и, соответственно, дополнительных средств для подготовки питательной воды. Котел работает под низким давлением, равным давлению насыщенного пара с температурой конденсации, близкой к температуре нагретой в подогревателе воды. Давление изменяется и поддерживается автоматически, в зависимости от температуры нагрева и снимаемой нагрузки, и не требует специальных средств для его поддержания, кроме первоначального вакуумирования котла и периодической откачки воздуха, проникающего через неплотности котла при работе под вакуумом.The processes of boiling and condensation of the coolant are carried out in a sealed boiler body without loss of coolant for purging, so the boiler does not require constant replenishment of water and, accordingly, additional funds for the preparation of feed water. The boiler operates at a low pressure equal to the saturated vapor pressure with a condensation temperature close to the temperature of the water heated in the heater. The pressure changes and is maintained automatically, depending on the heating temperature and the load removed, and does not require special means to maintain it, except for the initial evacuation of the boiler and periodic pumping of air that enters through the boiler leaks when working under vacuum.

Использование заявляемого изобретения позволяет повысить тепловую эффективность котла, снизить массогабаритные характеристики, оптимизировать процесс управления им, улучшить условия эксплуатации и ремонта.Using the claimed invention allows to increase the thermal efficiency of the boiler, reduce weight and size characteristics, optimize its control process, improve operating and repair conditions.

Claims

Steam-water boiler containing a sealed case, partially filled with water, with a cylindrical combustion chamber with a convective beam located below the water level and a vapor-liquid phase distributor and a steam-water tube heater, divided into two sections according to the heated coolants, located above the furnace, characterized in that the boiler body made of a composite of a cylindrical shell with a combustion chamber and mounted on the shell of the steam chamber with the aforementioned heater, while convective The bundle is made of vertical pipes in which water is circulated installed in the rear of the furnace chamber body, the vapor-liquid phase distributor is the upper perforated part of the shell between the furnace chamber and the steam-water heater, and one section of the heater is located in a separate compartment of the steam chamber and connected to another section a steam line with a control valve connected to a water temperature sensor heated in a separate compartment of the steam chamber.