Водогрейный котел

(51) 24 1/00 (2010.01) 24 1/22 (2010.01) 24 1/40 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ в промышленно-отопительных котельных в качестве основных источников тепла. Задача изобретения - разработка водогрейного котла, обеспечивающего надежную работу при изменениях количественной и качественной нагрузки котла в условиях эксплуатации за счет выравнивания температур стенок труб в секциях конвективной части котла, выполненных в виде пучков труб с относительным неравномерным шагом труб в конвективном пучке. Для этого в водогрейном котле, состоящем из газо-мазутной горелки, прямоугольной топки с фронтовым, нижним, потолочным, фестонным,двумя боковыми и тыльным экранами, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб, соединенных между собой мембранами, симметричных конвективных секций труб нагрева, согласно изобретению, конвективные секций труб нагрева выполнены в виде шахматных пучков труб с неравномерным относительным шагом (2) труб, при этом между третьей и четвертой трубами 2/ 2,28, между шестой и седьмой трубами 2/3,15, а между остальными трубами 2/,18, где 2-относительный шаг труб, - расстояние между осями труб,- диаметр труб в шахматном пучке.(72) Орумбаев Рахимжан Кабиевич Орумбаева Шолпан Рахимжановна Глазырин Василий Александрович Алмазов Георгий Георгиевич(73) Орумбаев Рахимжан Кабиевич Орумбаева Шолпан Рахимжановна Алмазов Георгий Георгиевич(56) Описание, характеристики, вспомогательное оборудование на поставку водогрейных водотрубных котлов КВ-ГМ-58,2-150, КВ-ГМ-116,3150 и КВ-ГМ-139,6-150. Сайт в Интернете(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 с установкой 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 с установкой в промышленно-отопительных котельных в качестве основных источников тепла. Известен водогрейный котел типа КВ-ГМ тепловой мощностью 11,63 МВТ (10 Гкал/час) с газо-мазутной горелкой РГМГ-10 или ГМ-10(Каталог для проектирования котельных., ОАО Дорогобужкотломаш, Том 2, изд.4, с. 10-11). Котел состоит из двух блоков - топочного и конвективного. Топочный блок - горизонтальная топка содержит горелку,параллельно расположенные трубы, которые собраны в топочные экраны фронтовой,нижний,фестонный,потолочный, тыльный и два боковых. Конвективная часть котла содержит левую и правую конвективные секции, собранные из- образных труб,соединенных с коллекторами. В котле предусмотрен подвод и отвод воды из входных и выходных коллекторов. Трубы экранов топки котла соединены между собой мембранами в диаметральной плоскости автоматической электродуговой сваркой,причем электросварные швы выполнены только с одной стороны экранов по заводским технологическим условиям. В конвективных пакетах из- образных труб восприятие тепловых потоков в левой и правой секциях отличается, так как температура воды в левой секции отличается на 20-25 от правой конвективной секции. Это происходит вследствие того, что конвективные секции включены в схеме циркуляции воды в известном водогрейном котле последовательно. Конвективная часть котла забирает половину тепла от всей тепловой мощности котла, а поскольку одна половина конвективной части котла включена по циркуляции последовательно до второй части, поэтому следует учитывать различную температуру стенок труб и воспринимаемого конвективного теплового потока между разными секциями конвективных пучков труб в пределах конвективной части котла, что является недостатком известного водогрейного котла. Выравнивание температур двух конвективных секций приведет к увеличению коэффициента теплоотдачи,снижению температурных напряжений и снижению уровня загрязнений конвективных труб в котлах и от решения этой задачи повысится надежность и работоспособность водогрейных котлов. При работе водогрейного котла с обычными газо-мутными горелками РГМГ-10 или ГМ-10 на мазуте в номинальном режиме более крупные фракции мазута не успевают полностью выгореть. В результате - значительная часть несгоревших частичек мазута осаждается на трубах в пределах топки и более холодных (на 20-25) трубах конвективных секций труб нагрева. Во избежание интенсивного отложения несгоревших частичек мазута и низкотемпературной кислотной коррозии труб конвективного пучка температура воды в 2 конвективной части труб водогрейных котлов практически всегда нормируется в пределах не ниже 130- 150. Задача изобретения - разработка водогрейного котла, обеспечивающего надежную работу при изменениях количественной и качественной нагрузки котла в условиях эксплуатации за счет выравнивания температур стенок труб в секциях конвективной части котла, выполненных в виде пучков труб с относительным неравномерным шагом труб в конвективном пучке. Для этого в водогрейном котле, состоящем из газо-мазутной горелки, прямоугольной топки с фронтовым, нижним, потолочным, фестонным,двумя боковыми и тыльным экранами, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб, соединенных между собой мембранами, симметричных конвективных секций труб нагрева, согласно изобретению, конвективные секций труб нагрева выполнены в виде шахматных пучков труб с неравномерным относительным шагом (2) труб, при этом между третьей и четвертой трубами 2/ 2,28, между шестой и седьмой трубами 2/3,15, а между остальными трубами 2/,18, где 2 -относительный шаг труб,- расстояние между осями труб,- диаметр труб в шахматном пучке. Экспериментально установлена необходимость неравномерного относительного шага труб в конвективном шахматном пучке труб, которые располагаются в наиболее заносимой золой и сажей части котла. Реализация неравномерных относительных шагов труб в конвективном шахматном пучке труб позволяет варьировать и скоростью потока воды в наиболее теплонапряженных рядах труб конвективного пучка и увеличивать надежность котла в целом. Указанная конструкция конвективных секций обеспечит выравнивание температурного поля и соответственно температурных напряжений по всему котлу, значительно увеличит надежность работы и упростит очистку и обслуживание в процессе эксплуатации водогрейных котлов. При этом коэффициент теплоотдачи не изменяется,поскольку в первых рядах конвективного шахматного пучка труб достаточно высокий уровень теплоотдачи из-за существенной лучистой составляющей высокотемпературного газового потока. Параллельное движение воды по равным конвективным секциям практически делает равными и температуры стенок труб в шахматном пучке и коэффициенты теплоотдачи для всех труб двух конвективных секций. Дополнительно все топочные экраны котла имеют равные температурные напряжения, а сам водогрейный котел находится в сбалансированном по тепловым напряжениям состоянии. Увеличение параметров неравномерного шага более 22,28 или 3,15 в большую сторону от указанных пределов резко снижает теплоотдачу и соответственно тепловую эффективность конвективного шахматного пучка труб из-за падения скорости воды, а уменьшение указанных параметров менее 21,18 или 1,2 усложняет очистку конвективного шахматного пучка труб и приведет к существенному увеличению аэродинамического сопротивления. Дополнительно появляется возможность установки систем непрерывной очистки пучков труб в конвективных секциях. Это позволяет увеличить теплоотдачу в конвективном пакете без опасений заноса шахматного пучка труб отложениями вязких и твердых фракций недогоревших частиц топлива. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез водогрейного котла на фиг. 2 представлено продольное сечение конвективного шахматного пучка труб с неравномерным относительным шагом по сечению А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - симметричная схема циркуляции воды через топочные экраны и конвективные пучки труб. Водогрейный котел содержит газо-мазутную горелку 1, топку 2 с фронтовым экраном 3, нижним экраном 4, фестонным экраном 5, потолочным экраном 51, боковыми экранами 6 и 7, тыльным экраном 8. Экраны топки 2 котла 3, 4, 5, 51, 6, 7 и 8 собраны из параллельно расположенных в ряд труб 9, соединенных с коллекторами (на фиг. не показаны). За топкой (по ходу топочных газов) расположены конвективные секции 11 и 12 котла,выполненные в виде шахматных пучков труб 15,соединенных с коллекторами боковых экранов 13,14 конвективных секций 11, 12. Трубы 15 в шахматных пучках конвективных секций 11, 12 размещены с неравномерным относительным шагом 2 в каждом ряду пучков труб, при этом между третьей и четвертой трубами 2 равен /2,28,между шестой и седьмой трубами 2 /3,15, а между остальными трубами 21,18, где расстояние между осями труб, - диаметр труб в шахматном пучке (фиг.2). Газо-мазутная горелка 1 размещена горизонтально, топка котла 2 расположена горизонтально, фронтовой экран 3 размещен вертикально,нижний экран 4 размещен горизонтально, фестонный 5 размещен вертикально,потолочный - горизонтально, боковые экраны 6, 7 размещены вертикально, тыльный экран 8 размещен вертикально, трубы 9 и коллекторы (на фиг. не показаны) размещены соответственно экранам 3, 4,5, 51 ,6, 7 и 8. Конвективные секции 11 и 12 котла размещены вертикально. Коллекторы боковых экранов 13 и 14 размещены горизонтально. Водогрейный котел с газо-мазутной горелкой работает следующим образом. Мазут распыляется из горелки 1 в топку 2 котла в осевую зону, при этом формируется факел,занимая все пространство топки. Пары и частицы мазута движутся в топке 2 водогрейного котла. Вода в количестве, например, до 200 м 3/час поступает в котел со стороны фронта из центрального входного патрубка в нижний экран 4 и по трубам нижнего экрана 4 поступает в фестонный 5. Весь поток воды поднимается по фестонному экрану 5 к потолочному экрану 51, затем возвращается в фронтовой экран 3, где поток воды разделяется на две равные части по 100 м 3/час и поступает в левый (по ходу топочных газов) коллектор бокового экрана 13 и правый (по ходу топочных газов) коллектор бокового экрана 14 в конвективной части котла. Далее два равных потока воды проходят по всем трубам 9 двух боковых экранов 6 и 7 топки направляются в верхнюю часть конвективных пакетов секций 11 и 12. Двумя равными потоками по 100 м 3/час вода из конвективных секций опускается вниз, проходя по горизонтальным конвективным трубам 15, и попадает в тыльный экран 8, где они объединяются до 200 м 3 /час. Выход воды выполнен одним потоком из тыльного экрана 8 для подачи в систему отопления. Примененная схема циркуляции воды по топочным экранам котла и по равным конвективным секция и реализация шахматного конвективного пучка труб с неравномерным относительным шагом 2 обеспечивает выравнивание температурного поля и температурных напряжений по всему котлу, что приводит к повышению надежности и тепловой эффективности конвективной части и котла в целом. Испытания нового котла КВ-ГМ-11,63 с предложенными в настоящем изобретении конструктивными решениями показали явные преимущества, как по тепловой производительности так и по экономичности и надежности водогрейного котла с новой геометрией в шахматном пучке труб с неравномерным относительным шагом,одновременно упростившими очистку и обслуживание в условиях эксплуатации водогрейных котлов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водогрейный котел, состоящий из газо-мазутной горелки, прямоугольной топки с фронтовым,нижним, потолочным, фестонным, двумя боковыми и тыльным экранами, каждый из которых выполнен в виде ряда параллельно расположенных труб,соединнных между собой мембранами,симметричных конвективных секций труб нагрева,отличающийся тем, что конвективные секций труб нагрева выполнены в виде шахматных пучков труб с неравномерным относительным шагом (2) труб в каждом ряду пучков, при этом между третьей и четвртой трубами 2/2,28, между шестой и седьмой трубами 2/3,15, а между остальными трубами 2/1,18, где 2 относительный шаг труб,расстояние между осями труб,диаметр труб в шахматном пучке.