секционный водогрейный котел

Формула изобретения

Секционный водогрейный котел, включающий снабженные подводящими и отводящими патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору, при этом подводящие патрубки сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами нижнего коллектора, а посредством струйных сопел, установленных на входе в одну или на входах в несколько горизонтальных труб верхнего коллектора, с верхним коллектором, отличающийся тем, что между верхним и нижним коллекторами установлены трубы рециркуляции, на входах в которые в верхнем коллекторе установлены струйные сопла для обеспечения многократной круговой циркуляции воды во всех топочных и конвективных секциях, причем конвективные поверхности нагрева выполнены разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к водогрейным котлам малой и средней мощности.

Известен водогрейный котел, содержащий верхний и нижний коллекторы, снабженные подводящим и отводящим патрубками и разделенные перегородками на отдельные секции, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева. Котел дополнительно снабжен раздающими и собирающими коллекторами с подводящим и отводящим патрубками, сообщенными через дополнительные отводы с отсеками коллекторов. Собирающие трубопроводы могут иметь переменное проходное сечение (авторское свидетельство СССР 974057, кл. F 24 Н 1/14, опубл. 15.11.82 г.).

В известной конструкции поперечные перегородки, установленные в коллекторах, разделяют котел на ряд контуров с последовательным подъемно-опускным движением воды в них. Это движение воды происходит по необогреваемым или по обогреваемым трубам. Конструкция котла с необогреваемыми трубами приводит к перерасходу металла. В случае использования обогреваемых опускных труб приходится осуществлять опускное движение воды по высокофорсированным теплонапряженным трубам, что приводит к необходимости обеспечения повышенных скоростей воды и, соответственно, к увеличению гидравлического сопротивления котла.

Установка поперечных перегородок в коллекторах известной конструкции котла ликвидирует продольные токи воды, охлаждающие обогреваемые участки коллекторов, что способствует также отложению в них шлама.

При внезапной остановке сетевых насосов может происходить "запаривание" части контуров котла, то есть вскипание в них воды. В этом случае при последующем пуске происходит конденсация пара в трубной системе котла, что приводит к гидравлическим ударам и может вызвать разрушение элементов котла, арматуры и трубопроводов теплосети.

В известной конструкции проблема "запаривания" котла решалась с помощью установки собирающих трубопроводов, сообщенных с отсеками коллекторов и с подводящим и отводящим патрубками. При этом с патрубками трубопроводы сообщены через запорные органы, которые следует при внезапном останове сетевых насосов быстро открыть во избежании "запаривания" котла. Требование быстрого вмешательства в работу котла при внезапной ситуации осложняет схему перетока воды из котла в сеть и, как следствие, снижает его надежность.

Известна конструкция секционного водогрейного котла, наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой, в которой устранены недостатки вышеприведенного аналога.

Секционный водогрейный котел включает снабженные подводящим и отводящим патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб. Секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору. Подводящий патрубок сетевой воды сообщен с нижними горизонтальными трубами части секций посредством струйных сопел, установленных в нижнем коллекторе на входе в каждую горизонтальную трубу секций. По вертикальным трубам этих секций происходит подъемное движение воды в котле. Для подъемного движения воды обычно выбирают трубы топочных экранов и первые по ходу газов трубы первых нескольких конвективных поверхностей нагрева, то есть наиболее теплонапряженные трубы этих поверхностей нагрева. Подводящий патрубок сетевой воды также сообщен посредством струйных сопел, установленных в верхнем коллекторе с одной или несколькими верхними горизонтальными трубами остальных секций, не задействованных в подъемном движении воды. По вертикальным трубам этой секции (или секций) происходит опускное движение воды в котле. Количество секций, подключенных посредством струйных сопел, расположенных в верхнем коллекторе, определяется в каждом конкретном случае в зависимости от проходных сечений секций. В секциях, не снабженных струнными соплами, может происходить как подъемное, так и опускное движение воды (полезная модель РФ 5845, кл. F 24 Н 1/10, опубл. 16.01.98 г. - прототип).

В приведенной конструкции котел не разделен на ряд последовательных контуров с подъемно-опускным движением воды в них. Вода одновременно подается с помощью струйных сопел в верхний и нижний коллекторы и в котле создается многократная круговая циркуляция воды за счет эжекции соплами воды из коллекторов, что обеспечивает помимо интенсивного охлаждения труб также и интенсивное движение воды по коллекторам, что препятствует отложению в них шлама.

При внезапном останове сетевых насосов "запаривания" котла не происходит, так как в этом случае вся вода (или пароводяная смесь) путем принудительной циркуляции будет отведена из котла через отводящий патрубок в сеть.

Однако в известной конструкции струйные сопла, установленные на входе в каждую горизонтальную трубу секции, имеют сравнительно небольшой диаметр (6-10 мм) проходного отверстия, определяемый из расчета пропорциональности расхода соответствующему тепловосприятию каждой секции. Это может привести в процессе эксплуатации к забиванию этих сопел, что снижает надежность работы водогрейного котла и требует частой чистки сопел, то есть остановки котла.

Скорости дымовых газов в конвективных пучках, состоящих из прямоугольных секций и выполненных из гладких труб, снижаются по мере прохождения газов по тракту котла из-за снижения температуры газов. Это приводит к снижению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева, а следовательно, и эффективности их использования из-за снижения коэффициента теплопередачи, а при сжигании твердых топлив может привести еще и к заносу золой конвективных поверхностей нагрева, что также снижает эффективность их использования.

Указанные выше недостатки приводят к снижению КПД котла.

Технической задачей изобретения является создание новой конструкции секционного водогрейного котла, обладающей повышенной надежностью и высоким КПД.

Техническая задача решается тем, что в секционном водогрейном котле, включающем снабженные подводящими и отводящими патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору, при этом подводящие патрубки сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами нижнего коллектора, а посредством струйных сопел, установленных на входе в одну или на входах в несколько горизонтальных труб верхнего коллектора, с верхним коллектором, согласно изобретению между верхним и нижним коллекторами установлены трубы рециркуляции, на входах в которые в верхнем коллекторе установлены струйные сопла для обеспечения многократной круговой циркуляции воды во всех топочных и конвективных секциях, причем конвективные поверхности нагрева выполнены равновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла.

В таком секционном водогрейном котле установка между верхним и нижним коллекторами труб рециркуляции предполагает размещение в верхнем коллекторе на входах труб рециркуляции струйных сопел с диаметрами проходных отверстий, способствующих устранению их забивания при эксплуатации, что, устраняя необходимость установки струйных сопел с малыми проходными отверстиями на входе в каждую нижнюю горизонтальную трубу топочных и части конвективных секций, обеспечивает во всех секциях многократную круговую циркуляцию воды, существенно повышая надежность работы струйных сопел, а следовательно, и всей гидравлической системы котла в целом.

Выполнение конвективных поверхностей нагрева разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла приводит к постоянству скоростей дымовых газов в конвективных пучках, а следовательно, к увеличению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева и к уменьшению заноса золой поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив.

Эти обстоятельства повышают эффективность использования конвективных поверхностей нагрева, а следовательно, повышают КПД котла.

Сопоставительный анализ заявляемой конструкции секционного водогрейного котла и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемой конструкции по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентным и научно-техническим источникам информации не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

Использование конструкции по заявляемому изобретению в области теплоэнергетики обеспечивает ей соответствие критерию "промышленная применимость".

Конструкция по предлагаемому изобретению изображена на чертежах, где на фиг.1 представлен общин вид котла, на фиг.2 - вид на котел спереди, на фиг.3 - разрез по А-А, на фиг.4 - разрез по Б-Б, на фиг.5 - разрез по В-В, на фиг. 6 - разрез по Г-Г.

Секционный водогрейный котел включает снабженные подводящими 1 и отводящими 2 патрубками сетевой воды верхний 3 и нижний 4 коллекторы, к которым подключены трубы 5 экранов и конвективные поверхности 6 нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций 7, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции 7 подключены нижними горизонтальными трубами 8 к нижнему коллектору 4, а верхними горизонтальными трубами 9 к верхнему коллектору 3, при этом подводящие патрубки 1 сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами 8 секций 7 посредством струйных сопел 10 верхнего коллектора 3, установленных на входах труб рециркуляции 11, расположенных между верхним 3 и нижним 4 коллекторами, а также сообщенные посредством струйных сопел 12, установленных на входе в одну или несколько горизонтальных труб 9 верхнего коллектора 3, при этом конвективные поверхности 6 нагрева выполнены разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла.

При работе секционного водогрейного котла сетевая вода подается через подводящие патрубки 1 в нижний коллектор 4 через струйные сопла 10 верхнего коллектора 3, установленные на входах труб рециркуляции 11, а также к струйным соплам 12 верхнего коллектора 3. Из коллектора 4 сетевая вода поступает в нижние горизонтальные трубы 8 прямоугольных секций 7 и по вертикальным высоконагруженным трубам топочных экранов 5 и высоконагруженным трубам конвективных поверхностей нагрева 6 поступает в верхний коллектор 3, осуществляя подъемное движение воды. Одновременно сетевая вода через струйные сопла 12 поступает в горизонтальные трубы 9 верхнего коллектора 3 и оттуда - в нижний коллектор 4 и в нижние горизонтальные трубы 8, осуществляя опускное движение воды и обеспечивая многократную круговую циркуляцию воды во всех топочных и конвективных секциях 7.

Подъемное движение сетевой воды по вертикальным высоконагруженным трубам экранов 5 и трубам конвективных поверхностей 6 происходит в районе высокофорсированных топочных экранов и первых рядов труб первых по ходу газов конвективных поверхностей нагрева. В слабонагруженных секциях конвективных поверхностей нагрева может происходить как подъемное, так и опускное движение воды.

Нагретая в котле вода отводится потребителю через отводящие патрубки 2, установленные на верхнем коллекторе 3.

При этом выполнение конвективных поверхностей 6 нагрева разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла стабилизирует скорости дымовых газов в конвективных пучках и поэтому увеличивает тепловосприятие конвективных поверхностей 6 и уменьшает их занос золой при сжигании твердых топлив, повышая КПД котла.