Водогрейный котел

(51)7 24 1/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(76) Орумбаев Рахимжан Кабиевич Чижов Владимир Эвальдович Жакаев Аманжол Шарипович Календарев Ахат Нихатович(57) Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам, и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий и сооружений. Водогрейный котел обладает повышенной надежностью за счет снижения величин изгибающих моментов, действующих на экраны котла, а также повышения их жесткости. Для этого в водогрейном котле, состоящем из горелок, конвективных пакетов, фронтового, фестонного, боковых и тыльного экранов, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб, соединенных между собой мембранами,трубы, образующие экраны и ряды конвективных пакетов, соединены между собой мембранами, расположенными и присоединенными к трубам в шахматном порядке по всему ряду каждого экрана и пакетов. 11229 Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам, и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения, в отопительных и промышленноотопительных котельных в качестве основных источников горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий и сооружений, а также на ТЭЦ(теплоэлектроцентралях) в качестве источников тепла для работы в основном и пиковом режимах. Известен водогрейный котел типа- ГМ - 35 150 (ТУ 108.1448-87) тепловой производительностью 35 МВт (30 Гкал/час). Котел содержит горелки,параллельно расположенные трубы, соединенные с коллекторами (камерами), в которых размещены перегородки для организации потоков теплоносителей (ходов). Трубы вместе с коллекторами собраны в топочные экраны фронтовой, фестонный (поворотный), боковые и тыльный. Конвективная часть котла содержит конвективные пакеты, собранные из-образных труб, соединенных с коллекторами. В котле предусмотрен подвод и отвод воды из входных и выходных коллекторов. Трубы экранов и конвективные пакеты соединены электродуговой сваркой между собой проставками (мембранами), расположенными с одной стороны экранов и конвективных пакетов, образуя цельносварные экраны, причем электросварные швы выполнены только с одной стороны цельносварных экранов и конвективных пакетов. Это приводит к большим остаточным термическим напряжениям, которые, в свою очередь,создают значительные изгибающие моменты в поперечном сечении цельносварных экранов конвективных пакетов. В результате, при работе водогрейного котла в высокотемпературных условиях указанные изгибающие моменты приводят к повреждению экранов и конвективных пакетов и выходу из строя водогрейного котла в целом. Особенно значительно влияние изгибающего момента на надежность экранов и конвективных пакетов, и, соответственно, котла при изменениях нагрузки (качественной и количественной) или при регулировках расходов и перепусках воды между котлами в котельной в условиях эксплуатации, т.к. в этом случае изгибающий момент - переменного действия. Задача изобретения - разработка водогрейного котла с цельносварными трубными экранами и конвективными пакетами для работы на природном газе и мазуте, обеспечивающего надежную работу при изменениях нагрузки (качественной и количественной) или при регулировках расходов и перепусках воды между котлами в котельной в условиях эксплуатации за счет снижения величин изгибающих моментов, действующих на экраны и конвективные пакеты котла, а также повышения их жесткости. Для этого в водогрейном котле, состоящем из горелок, конвективных пакетов, фронтового, фестонного, боковых и тыльного экранов, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб, соединенных между собой мембранами,согласно изобретению, трубы, образующие экраны,соединены между собой мембранами, расположен ными поочередно в шахматном порядке по всему ряду труб каждого экрана - одна мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним с внутренней стороны экрана, а другая - последующая мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним снаружи экрана, и трубы, образующие ряды конвективных пакетов,соединены между собой мембранами, расположенными поочередно в шахматном порядке по каждому ряду труб - одна мембрана расположена между соседними трубами и приварена к ним с внутренней стороны ряда конвективного пакета, а другая последующая мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним с наружной стороны ряда конвективного пакета. На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого котла с разнесенными экранами на фиг. 2 представлена схема соединения труб с мембранами в цельносварные экраны водогрейного котла по сечению А-А на фиг. 1 на фиг. 3 представлен фрагмент соединения труб с мембранами в цельносварные экраны и конвективные пакеты а) известное соединение б) соединение, выполненное в соответствии с изобретением на фиг. 4, полученная расчетным путем эпюра внутренних температурных напряжений цельносварного экрана для а) известного соединения труб и б) соединения в соответствии с изобретением, при этом на оси Х - величины температурных напряжений, а по оси У - ширина мембран. Водогрейный котел содержит фронтовой цельносварной экран 1, фестонный цельносварной экран 2,боковые цельносварные экраны 3 и 4 и тыльный цельносварной экран 5, которые собраны из параллельно расположенных в ряд труб 6, соединенных между собой мембранами 7. Конвективные пакеты 8 и 9 котла выполнены аналогично и собраны из образных труб 10 и приваренных к ним мембран 7,при этом трубы пакетов 8, 9 соединены с коллекторами 11. Трубы 6 фронтового цельносварного экрана 1 размещены вертикально, причем, если, например, одна мембрана 7 размещена между первой и второй трубами 6 и приварена к ним с внутренней стороны экрана, то другая мембрана 7 должна быть размещена между второй и третьей трубами 6 и приварена к ним с наружной стороны экрана, а следующая мембрана 7 размещена между третьей и четвертой трубами 6 и приварена к ним с внутренней стороны экрана, и так по всему ряду фронтового экрана в шахматном порядке. Трубы 6 фронтового экрана 1 подсоединены к фронтовой нижней камере 13 и фронтовой верхней камере 14, размещенным горизонтально. В фронтовой нижней 13 камере размещены перегородки 26. Трубы 6 фестонного цельносварного экрана 2 размещены вертикально и к ним приварены мембраны 7 аналогично как в фронтовом экране 1. Трубы 6 подсоединены к фестонной верхней камере 15 и нижней камере 16, размещенным горизонтально,2 11229 при этом в фестонной нижней камере 16 размещены перегородки 26. Трубы 6 боковых цельносварных экранов 3 и 4 размещены вертикально, а мембраны 7 размещены и приварены в шахматном порядке аналогично фронтовому 1 и фестонному 2 экранам. Трубы 6 боковых цельносварных экранов 3 и 4 подсоединены к верхним боковым камерам 17, 18 и нижним боковым камерам 19, 20, соответственно, размещенным горизонтально. Трубы 6 тыльного цельносварного экрана 5 размещены вертикально, причем мембраны 7 размещены и приварены к трубам аналогично фронтальному 1, фестонному 2, боковым экранам 3, 4. Трубы 6 тыльного цельносварного экрана 5 подсоединены к тыльной верхней камере 21 и нижней тыльной камере 22, размещенным горизонтально. В нижней тыльной камере 22 размещены перегородки 26. Трубы (-образные) 10 конвективных пакетов 8,9 размещены горизонтально и подсоединены к вертикально расположенным коллекторам 11, а сами коллекторы 11 подсоединены к средним боковым камерам 23, 24, 27, 28, при этом в каждом ряду конвективных пакетов 8, 9 мембраны 7 размещены между трубами 6 поочередно в шахматном порядке одна мембрана 7 расположена между соседними трубами 6 и приварена к ним с внутренней стороны ряда конвективного пакета, а другая - последующая мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним с наружной стороны ряда конвективного пакета 8, 9. В коллекторах 11 размещены перегородки 25. Позицией 29 обозначены горелки. Экраны 1, 2, 3, 4, а также конвективные пучки 8,9 соединены, образуя котел, следующим образом нижняя камера фронтового экрана 1 соединена с нижней камерой 16 фестонного экрана 2, которая, в свою очередь, соединена с нижней камерой 19 левого бокового экрана 3, а средняя камера 23 левого бокового экрана 3 соединена с нижней камерой 22 тыльного экрана 5, соединенного со средней камерой 24 конвективного пучка 8. Расположение перегородок 26 в камерах и перегородок 25 в коллекторах обусловлено созданием последовательного движения воды в экранах и конвективных пучках котла. Водогрейный котел работает следующим образом. Вода в котел поступает в нижнюю камеру 13 фронтового цельносварного экрана 1 и с помощью перегородки 26 по части труб 6, соединенных мембранами 7, направляется в верхнюю камеру 14 фронтового экрана 1. В верхней камере 14 вода разворачивается на 180 и по меньшей части труб 6 опускается в камеру 13. Из нижней камеры 13 фронтового экрана 1 вода перепускается (на фиг. 1 показано стрелкой) в нижнюю камеру 16 цельносварного фестонного экрана 2. Поднимаясь по большей части труб 6 фестонного экрана 2, с помощью перегородки 26 вода направляется в верхнюю камеру 15. В верхней камере 15 вода разворачивается на 180 и по меньшей части труб 6 опускается обратно в нижнюю камеру 16. Из нижней камеры 16 фестонного экрана 2 поток воды перепускается в нижнюю камеру 19 бокового экрана (левого со стороны фронта) 3. По трубам 6 левого бокового экрана 3 вода поднимается в верхнюю камеру 17. Из верхней камеры 17 вода по трубам 6 опускается к средней камере 27 левого бокового экрана 3. Из средней камеры 27 вода последовательно опускается по коллекторам 11, образным трубам 10 конвективного пакета 8 в среднюю камеру 23 левого бокового экрана 3 и далее перепускается в нижнюю тыльную камеру 22, где с помощью перегородки 26 по большей части труб 6 направляется в верхнюю тыльную камеру 21. В верхней тыльной камере 21 вода разворачивается на 180 и по меньшей части труб 6 поступает в нижнюю тыльную камеру 22. Из нижней тыльной камеры 22 вода поступает в среднюю боковую камеру 24 правого бокового экрана 4 и последовательно поднимается и проходит элементы конвективного пакета коллекторы 11, -образные трубы 10 - и поступает в среднюю камеру 28 бокового правого экрана 4. Из средней камеры 28 бокового правого экрана 4 вода по трубам 6 поднимается до верхней боковой камеры 18. Из верхней боковой камеры 18 по трубам 6 вода опускается в нижнюю боковую камеру 20, откуда выводится в систему отопления. Изобретение подтверждается аналитическими расчетами температурных профилей и эпюр изгибающего момента в поперечном сечении цельносварного экрана для известного соединения труб с мембранами и соединения их в соответствии с изобретением. На фиг. 4 показано, что эпюры изгибающего момента взаимно уравновешиваются в поперечном сечении цельносварного экрана котла в случае выполнения его в соответствии с изобретением, при этом результирующий изгибающий момент,действующий на цельносварные экраны (фронтовой,фестонный, боковые) и конвективные пакеты, неравномерно снижается примерно на 32 по сравнению с известным соединением труб с мембранами за счет компенсации действующих в различных направлениях изгибающих моментов, полученных изза остаточного напряжения сварных швов, выполненных с наружной и внутренней стороны экранов или конвективных пакетов. Кроме того, помимо снижения внутренних напряжений, оставшихся после сварки, снижается величина изгибающих моментов на экраны и конвективные пакеты при изменении нагрузки, поскольку увеличена жесткость экранов и конвективных пакетов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водогрейный котел, состоящий из горелок, конвективных пакетов, фронтового, фестонного, боковых и тыльного экранов, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб,соединенных между собой мембранами, отличающийся тем, что трубы, образующие экраны, соединены между собой мембранами, расположенными 3 11229 поочередно в шахматном порядке по всему ряду труб каждого экрана - одна мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним с внутренней стороны экрана, а другая - последующая мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним снаружи экрана, и трубы, образующие ряды конвективных пакетов, соединены между собой мембранами, расположенными поочередно в шахматном порядке по каждому ряду труб - одна мембрана расположена между соседними трубами и приварена к ним с внутренней стороны ряда конвективного пакета, а другая - последующая мембрана расположена между двумя соседними трубами и приварена к ним с наружной стороны ряда конвективного пакета.