RU37803U1 - Водогрейный водотрубный котел - Google Patents

Description

МПК7 F22B 21/00, F24H 1/00.

Водогрейный водотрубный котел.

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям водогрейных аппаратов, и может быгь использована в централизованных системах отопления и горячего водоснабжения.

Известны водогрейные газомазутные теплофикационные котлы П-образной и башенной компоновки, описанные в книге Бордюков А.П., Гинзбург-Шик Л.Д. Тепломеханическое оборудование тепловых электростанций. М., Энергия, 1978г., стр. 109... 111. Котел типа ПТВМ-30 П-образной компоновки содержит топку, на боковых стенках которой навстречу друг другу расположены горелки по три на каждой стенке. Все стены топки и боковые стенки конвективной шахты экранированы трубами. На выходе газов из топки в конвективную шахту трубы заднего экрана разведены в четыре ряда и образуют фестон. Башенный газомазутные котлы ПТВМ-50, ПТМВ-100 предназначены к работе с естественной тягой. Котлы серии ПТВМ имеют сравнительно большую удельную материалоемкость, низкую эксплуатационную надежность и недостаточно высокий к.п.д.

Известен стальной водогрейный котел, запщщенный авторским свидетельством СССР №413344, МПК F24H 1/00, публ. 1962г., содержащий топочную камеру с передним, задним, подводом, потолочным и боковыми экранами, соединенными вертикальными и горизонтальными распределительными коллекторами, причем боковые экраны вьшолнены из горизонтальных труб. Недостатками такого котла являются недостаточный съем тепла в топочной камере из-за того, что излучение факела горелочного устройства, например форсунки, приходится на задний экран, который меньше высоты котла, наличие части необогреваеМых внешних коллекторов, расположенных позади заднего экрана, вьшесенного за пределы топочной камеры и зашищенных обмуровкой, что снижает КПД котла в целом, и наличие большого числа соединяющих экранов поверхности коллекторов, что приводит к большим трудозатратам по изготовлению котла, увеличению его металлоемкости и усложнению конструкции.

Из описания к патенту Российской Федерации №2105246, МПК6 Р24П 1/00, публ.

1998г., известен водогрейный котел, который включает топочную камеру,iпередние, внутренний задний, внешний задний, потолочный, подовый, два боковых экраны, вертикальные и два горизонтальных коллектора, причем он имеет три передних экрана, один из которых внутренний, а два внешних, а также два вертикальных и два горизонтальных передних коллектора, причем один вертикальный и один горизонтальный коллекторы соединены друг с другом и имеют каждый по перегородке в виде

шайбы без отверстия, при этом передние внешние экраны соединены с двумя вертикальными передними коллекторами, а два горизонтальных передних коллектора соединены: один с внутренним передним экраном, а другой - с подовым экраном. Недостатки этого котла - сложность конструкпии, повьпиенная металлоемкость, неполное использование тепловой энергии горячих газов.

Водогрейный стальной котел, зашишенный патентом Российской Федерации №2113660, МПК6 F24H 1/00, публ. 1998г., содержит корпус, вьшолненный с двойными стенками, образуюшими объем для воды, с патрубком для подключения к водопроводу и краном для отбора нагретой воды. В топке на кронштейнах установлен водонагреватель, снабженный патрубками для автономного подключения к системе отопления, верхний патрубок снабжен конусом и кожухом с изоляцией. Водонагреватель выполнен в виде секций, скрепленных между собой переходными патрубками и установленных с наклонами под углом 2-3° и со смещениями смежных секций к противоположным стенкам корпуса. Такое вьшолнение котла позволяет автономно использовать водонагреватель и увеличивает поверхность теплоотдачи за счет увеличения ходов для дымовых газов. Котлы подобной . конструкции из-за малой мощности используются лишь для индивидуального обогрева помещений.

Известны водогрейные котлы, содержащие снабженный слоем теплоизоляции корпус, обрамляющий подключенную к системе теплопотребления водяную рубащку топки с конвективным газоходом в верхней части, подключенньм к газоотводящему патрубку с шибером, причем топка в нижней части снабжена топливосжигающим устройством в виде колосниковой рещетки, а в верхней части выполнена с пережимом в виде наклонного охлаждаемого козырька (см. например, авторское свидетельство СССР №1028962, МПКЗ F24H 1/00, публ. 1983г.,патент Российской Федерации №2038542, МПК6 F24H 1/08, 1/16, публ. 1995г.) Указанные котлы удобны при использовании для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, так как в процессе эксплуатации легко очищаются от отложений как по газовой, так и по водяной стороне, вследствие несложного доступа как в топку, так и в водяную рубашку из-за прямолинейных стенок и той и другой, что значительно упрощает их ревизию. Кроме того, указанные котлы достаточно просты в изготовлении, так как не требуют сложной оснастки. Однако теплосъем в указанных котлах недостаточно эффективен, так как горячие газы прямолинейно через пережим уходят из топки и не успевают в достаточной степени отдать свое тепло. В водяной рубашке прямолинейное течение воды образует на стенах в зоне топки так называемый пограничный слой, заторможенный поверхностью

стенки и экранирующий эффективную теплоотдачу через стенку нагреваемой воде. Поэтому такие котлы могут использоваться только как индивидуальные обогревательные.

Из описания к свидетельству Российской Федерации №10839, F 22 В 21/02, МПК6 F23C 1/04, публ. 1999г., известен водотрубный котел, включающий горелочное устройство, радиационную камеру с фронтовой панелью с проемами для горелок или загрузки твердого топлива и с задней панелью, газоходы конвективной части с поверхностями нагрева, выполненными в виде секций с продольно установленными нижними и верхними коллекторами, с газовыми перегородками, и ограждающие поверхности, отличающийся тем, что каждая секция конвективных газоходов имеет по меньщей мере по два ряда теплообменных труб, а газовые перегородки выполнены 0,2 0,9 длины котла и установлены газоплотно в задней части поперечно плоскости рядов труб, при этом между трубами газоплотно прикреплены проставки по наружной поверхности котла и в рядах труб, примыкающих к оси котла, с образованием проемов между трубами выше газовых перегородок задней части котла. Этот котел отличается повышенной сложностью и имеет недостаточно высокую эксплуатационную надежность.

Известен водогрейный водотрубный котел, содержащий топку, преимущественно для слоевого сжигания твердого топлива с колосниковой решеткой в нижней части, перекрытую сверху сводом, опускные шахты и снабженного соединенными между собой многоходовыми трубными водяными коллекторами для пропуска нагреваемой воды, конвективными поверхностями нагрева и экранами для радиационного нагрева воды из труб (см. Болотин И.С. и др. Упрощенные конструкции отопительных котлов. - М.: Изд-во Минкомхоза РСФСР, 1948, с. 84). Иедостатком конструкций такого котла является недоиспользование возможностей противотока при теплообмене между газообразными продуктами сгорания топлива и водой в трубной системе котла и надежность при аварийном отключении электроэнергии и остановке циркуляционных насосов, вызывающей полное нарущение циркуляции воды, множественные гидроудары, вибрацию трубной системы и разрушение обмуровки котла. Анализ динамики коэффициентов теплообмена в зависимости от увеличения скорости движения воды показывает, что это положительное явление не перекрывает проигрьппа от организации смешанного взаимного движения топочных газов и воды и характера облучения и обтекания топочными газами трубных поверхностей, а многоходовая схема движения воды с неизбежностью приводит к зонам противоположных потоков естественной и искусственной циркуляции воды в трубах. Водогрейный водотрубный котел, защищенный патентом Российской Федерации №2034193, МПК6 F22B 21/00, публ. 1995г.,

дополнительно имеет камеру дожигания летучих веществ, но не лишен недостатков описанного ранее водотрубного водогрейного котла.

В патенте Российской Федерации №2079777, МПК6 F22B 21/00, публ. 1997г. описан водогрейный котел, энергетическая эффективность которого достигается тем, что поверхности конвективного нагрева и все топочные радиационные экраны (боковые, передний, задний, дополнительные верхние экраны, формирующие свод камеры дожигания), выполнены в виде автономных монтажных модулей, одноходовых по воде. При этом входные и выходные патрубки в каждом модуле вварены по диагонали модуля снизу-вверх по ходу воды. Каждый модуль установлен с автономным уклоном к горизонту в направлении, противоположном направлению движения воды в трубах. Все модули соединены друг с другом последовательно по воде, движущейся в трубах противоположно ходу газов, а модули задних топочных экранов снабжены опускными коллекторами от центральных коллекторов модулей верхних экранов камеры дожигания. Модули верхних экранов в своих высших точках снабжены наро-воздухоспускными трубками с воздухосборниками и вентилями. Низшие точки модулей экранов имеют продувочные линии с вентилями, этим предзттреждается разрушение котла при аварийной остановке циркулярного насоса. Недостаток такого котла - сложность конструкции из-за большой номенклатуры трубных соединений и, как следствие, низкая ремонтопригодность.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является одноходовой по газу водогрейный котел, содержащий топку и расположенный над ней конвективный газоход, выполненный из ширм, входные и выходные коллектора которых расположены вдоль хода газов, отличающийся тем, что трубы одного из экранов в верхней части отгибаются на 90° до противоположного экрана с поворотом их на 180° и разведением для прохода газов в конвективный газоход с последующей заводкой в ограждение конвективного газохода, при этом защитная поверхность вьшолняется из продолжения труб экрана с наиболее низкой температурой нагреваемой воды (см. описание к свидетельству Российской Федерации на полезную модель №17076, МПК7 F24H 1/12, публ. 2001г.). Недостаток этого котла - невысокая эксплуатационная надежность, повьппенная металлоемкость и пониженная энергетическая эффективность.

Задача, решаемая полезной моделью - повьппение энергетической эффективности, снижение металлоемкости и повышение эксплуатационной надежности.

включающий П-образные ширмовые нагревательные новерхности, нричем тоночная камера образована фронтовым, задним и боковыми газоплотными экранами, фронтовой и задний экраны в верхней части на уровне 0,5 ... 0,9 длины имеют изгиб внутрь тоночной камеры, при этом площадь нормального сечения конвективного газохода равна 0,4 ... 0,9 площади нормального сечения топочной камеры. Между боковыми экранами конвективного газохода и боковыми экранами топочной камеры включен дополнительный коллектор, фронтовые и задние экраны топочной камеры и конвективного газохода совместно с ширмовыми поверхностями включены но схеме с подъемным движением воды, а боковые экраны топочной камеры и конвективного газохода по схеме с опускным движением воды. Дополнительные коллекторы могут быть включены между фронтовыми экранами топочной камеры и конвективного газохода, а так же между задними экранами. В топочной камере могут быгь размещены дополнительные разделительные двухсветовые экраны, включенные параллельно боковым экранам топочной камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен заявленный котел вид сбоку, на фиг.2 - то же вид спереди, на фиг.З - то же вид сверху, на фиг.4 разрез по А-А, на фиг.З - фронтовой экран конвективного газохода, на фиг.6 четырехходовая схема движения воды, на фиг.7 - двухходовая схема движения воды.

Позиции на чертежах обозначают:

1- топочная камера;

2- конвективный газоход;

3- ширмовая нагревательная поверхность фронтового экрана конвективного газохода;

4- ширмовая нагревательная поверхность заднего экрана конвективного газохода;

5- фронтовой экран топочной камеры;

6- задний экран топочной камеры;

7- изгиб фронтового экрана тоночной камеры;

8- изгиб заднего экрана топочной камеры;

9- фронтовой экран конвективного газохода;

10- задний экран конвективного газохода;

11- собирающий коллектор бокового экрана топочной камеры;

12- раздающий коллектор бокового экрана конвективного газохода;

13- дополнительный коллектор бокового экрана конвективного газохода;

16- дополнительный коллектор фронтового экрана топочной камеры;

17- боковые экраны топочной камеры;

18- боковые экраны конвективного газохода;

19- раздающий коллектор заднего экрана топочной камеры;

20- собирающий коллектор заднего экрана конвективного газохода;

21- дополнительный экран заднего экрана топочной камеры;

22- выходной газоход;

23- разделяющий двухсветовой экран;

24- направления подачи в топочную камеру газомазутного топлива. Заявленный водогрейный водотрубный котел (фиг.1 ... 3) относится к прямоточным

теплофикационным водогрейным котлам и содержит топочную камеру 1, образованную газоплотными фронтовым 5, задним 6 и боковыми 17 экранами, и конвективный газоход 2, образованный фронтовым 9 и задним 10 экранами с ширмовыми нагревательными поверхностями 4 и 5 соответственно и боковыми экранами 18. -Боковые экраны 17 топочной камеры 1 и боковые экраны 18 конвективного газохода 2 соединены через дополнительные коллекторы 13. Также через дополнительные экраны 16 и 21 соответственно могут быть соединены фронтовые экраны 5 с 9 и задние экраны 6 с 10. Нижние коллекторы фронтового и заднего экранов топочной камеры 1 (14 и 19 соответственно) являются раздающими, верхние коллекторы фронтового и заднего экранов конвективного газохода 2 (15 и20 соответственно) -собирающими. Шжние коллекторы И боковых экранов 17 топочной камеры 1 являются собирающими, верхние коллекторы 12 боковых экранов 18 конвективного газохода 2 - раздающими. Движение воды в фронтальных и задних экранах топочной камеры и конвективного газохода осуществляется подъемным, а в боковых экранах - опускньм. Ширмовые нагревательные поверхности 3 и 4 размещены в конвективном газоходе 2 вертикально-перчаточно (фиг.З). Соседние щирмовые нагревательные пловерхности (фиг.З) смещены по вертикали и образуют общий шахматный конвективный пакет. Газомазутные горелки (на чертежах не показаны) вбрасьшают горючую смесь в топочную камеру со стороны фронтового 5 и заднего 6 экранов (позиция 24 на фиг.4). Отличительной особенностью заявленного водогрейного водотрубного котла, помимо наличия дополнительных коллекторов 13, 16 и 21, является то, что фронтовой 5 и задний экраны топочпой камеры 1 в верхней части на уровне 0,5 ...0,9 от пода имеют изгибы 7 и 8 соответственно внутрь топочной камеры и за счет этих изгибов площадь нормального сечения конвективного газохода 2 сужается до 0,4 ... 0,9 площади нормального сечения топочной камеры 1. Вследствие этих отличий

сокращается длина лучевоспринимающего участка лобовых труб нижнего конвективного пакета, повышается скорость дымовых газов и соответственно более эффективно используются ширмовые нагревательные поверхности 3, 4. Наличие дополнительных коллекторов обеспечивает более равномерное распределение воды по трубам экранов и ее перемешивание, что суш;ественно снижает возможность возникновения гидравлических разверок и гидроударов. Металлоемкость снижается за счет сокращения суммарной длины труб конвективных поверхностей нагрева.

Работа котла. Основным топливом является природный газ, который сжигается в ггазомазутных горелках, размещенных симметрично в фронтовом и заднем экранах топочной камеры, для уменьшения габаритов которой в ней может быть размещен разделительный двухсветовой экран 24 (фиг.4). Котел может работать в двух режимах основном и пиковом. Движение воды в котле в основном режиме работы (фиг.6) осуществляется по схеме: подвод холодной воды, раздаюпщй коллектор 14, трубы фронтового экрана 5, дополнительный коллектор 16 трубы фронтового экрана 9 с ширмовыми поверхностями 3, собирающий коллектор 15, раздающий коллектор 12, трубы боковой поверхности 18, дополнительный коллектор 13, трубы боковой поверхности 17, собирающий коллектор 11, раздающий коллектор 19, трубы заднего экрана 6, дополнительный коллектор 21, трубы заднего экрана 10 с шармовыми поверхностями 4, собирающий коллектор 20, раздающий коллектор 12, трубы боковой поверхности 18, дополнительный коллектор 13, трубы боковой поверхности 17, собирающий коллектор 11, отвод горячей воды. В пиковом режиме используется двухходовая схема движения воды (фиг. 7): подвод холодной воды, собирающие коллекторы 14 и 19, трубы фронтового 5 и заднего 6 экранов, дополнительные коллекторы 16 и 21, трубы фронтового 9 и заднего 10 экранов с щирмовыми поверхностями 3 и 4, собирательные коллекторы 15 и 20, раздающие коллекторы 12, трубы трубы боковых поверхностей 18, дополнительные коллекторы 13, трубы боковых поверхностей 17, собирающие коллекторы И, отвод горячей воды.

В сравнении с прототипом в результате применения измененной конструкпии котла и схемы циркуляции воды в котле снижается металлоемкость конвективной части, снижается температура воды на входе в нижний конвективный пакет, снижаются тепловые и гидравлические неравномерности между параллельными трубами конвективных пакетов и экранов, что является важным условием в обеспечении надежной и продолжительной работы котла, при этом КПД котла составляет не менее 93%.

Claims (4)

1. Водогрейный водотрубный котел, содержащий топочную камеру и расположенный над ней конвективный газоход, включающий ?-образные ширмовые нагревательные поверхности, причем топочная камера образована фронтовым, задним и боковыми газоплотными экранами, отличающийся тем, что фронтовой и задний экраны в верхней части на уровне 0,5-0,9 длины имеют изгиб внутрь топочной камеры, при этом площадь нормального сечения конвективного газохода равна 0,5-0,9 площади нормального сечения топочной камеры.

2. Водогрейный водотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что между боковыми экранами конвективного газохода и боковыми экранами топочной камеры включен дополнительный коллектор, фронтовые и задние экраны топочной камеры и конвективного газохода совместно с ширмовыми нагревательными поверхностями включены по схеме с подъемным движением воды, а боковые экраны топочной камеры и конвективного газохода по схеме - с опускным движением воды.

3. Водогрейный водотрубный котел по п.2, отличающийся тем, что дополнительные коллекторы включены: один между фронтовыми экранами топочной камеры и конвективного газохода, а другой - между задними экранами топочной камеры и конвективного газохода.

4. Водогрейный водотрубный котел по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в топочной камере дополнительно размещен разделительный двухсветовой экран, включенный по воде параллельно боковым экранам топочной камеры.