Водогрейный котел

(2009.01), 24 1/18 (2009.01) 24 1/32 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ соединенных с коллекторами,имеющими перегородки, и собранных вместе с коллекторами в топочный экран, содержащий фронтовой, нижний,потолочный экраны и боковые экраны с верхними и нижними коллекторами, и конвективных пучков труб, согласно изобретению, параллельные трубы с коллекторами дополнительно собраны в тыльный экран, топочный экран дополнительно содержит поворотный (фестонный) экран с верхним и нижним коллекторами,причем фронтовой экран дополнительно содержит средний коллектор, два средних боковых симметричных коллектора, два средних крайних симметричных коллектора, при этом нижний фронтовой коллектор содержит первую, вторую, третью и четвертую перегородки, а нижний и верхний коллектор поворотного(фестонного) экрана содержат аналогичные нижнему фронтовому коллектору - первую, вторую,третью и четвертую перегородки соответственно.(76) Орумбаев Рахимжан Кабиевич Орумбаева Шолпан Рахимжановна(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 комплексов. Предлагаемый водогрейный котел обеспечивает надежную работу при форсированных режимах работы котлов, при изменениях качественной и количественной нагрузки, а также при регулировках и перепусках воды между соседними котлами в котельной. Для этого в водогрейном котле, состоящем из горелки и параллельно расположенных труб, 22820 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 комплексов. Известен водогрейный котел КВ-ГМ-11,63-115 Н(Каталог Дорогобужкотломаш, 2007 г.) тепловой производительностью 11,63 МВт (10 Гкал/час). Котел содержит горелку, параллельно включенные трубы,объединенные в топочный экран, включающий фронтовой, нижний, потолочный и боковые экраны с верхними нижними коллекторами,и конвективный пучок труб, соединенных с коллекторами. В котле предусмотрен подвод и отвод воды из входных и выходных коллекторов. Конвективный пучок труб размещен в конце топки котла. По сравнению со всеми остальными параллельно включенными трубами первые ряды конвективного пучка труб испытывают максимальную тепловую нагрузку, поскольку они расположены в зоне непосредственного обогрева высокотемпературным факелом от горелки. Существенным недостатком такой конструкции котла является то, что при увеличении тепловой нагрузки котла, в условиях эксплуатации с оптимальным расходом воды и средней расчетной скоростью воды от 1,27 м/с до 1,43 м/с, в первых рядах труб конвективного пучка может происходить интенсивное парообразование. В результате котел выходит из строя. Задача изобретения - разработка водогрейного котла для работы на природном газе и жидком топливе, обеспечивающего надежную работу при изменениях нагрузки (как качественной так и количественной) или при регулировках расходов и перепусках воды между соседними котлами в котельной. Для этого в водогрейном котле, состоящем из горелки и параллельно расположенных труб,соединенных с коллекторами,имеющими перегородки и собранных вместе с коллекторами в топочный экран, содержащий фронтовой, нижний,потолочный экраны и боковые экраны с верхними и нижними коллекторами, и конвективных пучков труб, согласно изобретению, параллельные трубы с коллекторами дополнительно собраны в тыльный экран, топочный экран дополнительно содержит поворотный (фестонный) экран с верхним и нижним коллектором,при этом фронтовой экран дополнительно по центру содержит средний коллектор, два средних боковых симметричных коллектора, два средних крайних симметричных коллектора. В нижнем фронтовом коллекторе размещены первая, вторая, третья и четвертая перегородки,причем каждая из перегородок, например первая и четвертая обеспечивает подачу воды после поворотного экрана с аналогичными перегородками к двум средним крайним симметричным коллекторам, а вторая и третья перегородки обеспечивает подачу воды после поворотного экрана с аналогичными перегородками к двум средним боковым симметричным коллекторам. 2 Между второй и третьей перегородками вода поступает к среднему коллектору с заданной температурой воды, который и делит поток воды на две равные части внутри котла. По ходу движения вдоль водяного контура по топочному экрану котла в процессе нагрева,энтальпия и температура воды возрастает,соответственно, увеличивается температура стенки труб. Поэтому постоянное значение скорости от 1,27 м/с и до 1,43 м/с в первых рядах конвективного пучка труб и обращенного непосредственно в топку котла при номинальной нагрузке котла может привести к вскипанию воды в трубах. В связи с этим необходимо закрыть (экранировать) первые ряды конвективного пучка труб от высокотемпературного светящегося факела из топки котла и максимально уменьшить лучистую составляющую выделенного тепла топлива в пределах топки котла. На фиг. 1 схематично представлен общий вид водогрейного котла. На фиг. 2 схематически представлен водогрейный котел с разнесенными для наглядности экранами тепловой производительностью 11,63 МВт(10 Гкал/час). Водогрейный котел содержит горелку (на фиг. не показана), параллельно расположенные трубы 1,собранные в топочный экран 2, состоящий из фронтового экрана 3, нижнего экрана 4,поворотного (фестонного) экрана 5 и потолочного экрана 6. Центральные трубы 1 фронтового экрана 3 размещены вертикально и подсоединены к нижнему фронтовому коллектору 7 фронтового экрана 3 через средний коллектор 8. Трубы 1 фронтового экрана 3, соседние к центральным трубам 1 фронтового экрана 3, присоединены к коллектору 7 через два средних боковых симметричных коллектора 9,размещенные горизонтально симметрично среднему коллектору 8. Следующие от центра фронтового экрана 3 трубы 1 присоединены к верхней стороне двух средних крайних симметричных коллекторов 10, симметричных среднему коллектору 8. Средние крайние симметричные коллекторы 10 подсоединены к перепускным фронтовым коллекторам 11,размещенным вертикально. В нижнем фронтовом коллекторе 7 вертикально размещены перегородки первая 12, вторая 13,третья 14 и четвертая 15. Трубы 1 поворотного(фестонного) экрана 5 размещены вертикально и подсоединены к нижнему коллектору 16 поворотного (фестонного) экрана, размещенному горизонтально. Внутри нижнего коллектора 16 размещены вертикально перегородки первая 17,вторая 18, третья 19 и четвертая 20 нижнего коллектора 16 поворотного (фестонного) экрана 5. Верхний коллектор 21 поворотного (фестонного) экрана 5 размещен горизонтально. Внутри верхнего коллектора 21 поворотного (фестонного) экрана 5 размещены перегородки первая 22, вторая 23,третья 24 и четвертая 25. Перегородки первая 22,вторая 23, третья 24 и четвертая 25 размещены вертикально. Трубы 1 нижнего экрана 4 размещены горизонтально и соединены с нижним фронтовым(фестонного) экрана 5. Трубы 1 потолочного экрана 6 размещены горизонтально и с одной стороны соединены с верхним коллектором 21 поворотного(фестонного) экрана 5, а с другой стороны переходят в трубы фронтового экрана 3. Водогрейный котел содержит, кроме того, трубы 26 бокового левого экрана 27, расположенные вертикально и подсоединенные к нижнему левому коллектору 28 и к верхнему левому коллектору 29. Трубы 26 бокового правого экрана 30 расположены вертикально и подсоединены к нижнему правому коллектору 31 и к верхнему правому коллектору 32. Левые 28, 29 и правые 31, 32 коллекторы боковых экранов 27 и 30, соответственно относительно фронтового экрана 3, являющегося передней стенкой котла, на которой размещен вход воды. К нижнему левому коллектору 28 и к верхнему левому коллектору 29 вертикальными коллекторами 33 подсоединены трубы 34 левого конвективного пучка, расположенные горизонтально. К нижнему правому коллектору 31 и к верхнему правому коллектору 32 вертикальными коллекторами 35 подсоединены трубы 36 правого конвективного пучка, расположенные горизонтально. Водогрейный котел имеет также Г-образные трубы 37 тыльного экрана 38, соединенные с нижним тыльным коллектором 39,имеющим вертикальную перегородку 40 и верхним тыльным коллектором 41,имеющим вертикальную перегородку 42, причем верхний тыльный 41 коллектор и нижний тыльный коллектор 39 расположены горизонтально. Тыльная сторона верхних коллекторов левого 29 и правого 32 боковых экранов 27, 30 объединяется- образными трубами 43, 44 и соединяется с вертикальными коллекторами 35 и трубами 36 правого конвективного пучка. Нижние концы вертикальных коллекторов 35 соединяются с нижним тыльным коллектором 39. Левая сторона после перегородки 42 верхнего тыльного коллектора 41 соединенаобразной трубой 44 с верхними концами вертикальных коллекторов 33, подсоединенных к трубам 34 левого конвективного пучка. Позицией 45 обозначены заглушки с торцевых сторон коллекторов. Расположение перегородок в коллекторах топочных экранов обусловлено подачей воды с меньшей температурой сначала в наиболее теплонапряженную часть поворотного (фестонного) экрана 5 и организацией в нем только восходящего движения воды. Однако, только в результате указанного соединения труб с коллекторами средним коллектором 8, двумя средними боковыми симметричными коллекторами 9, двумя средними крайними симметричными коллекторами 10,перегородок первой 12, второй 13, третьей 14 и четвертой 15 нижнего фронтового коллектора 7 фронтового экрана 3 обеспечивается исключительно восходящее движение воды в поворотном(фестонный) экран 5 оказывается разделен на участки по циркуляции воды таким образом, что температура стенки труб практически одинакова во всех трубах 1 поворотного (фестонного) экрана 5. Водогрейный котел работает следующим образом. Вода в котел поступает в середину нижнего фронтового коллектора 7 и по части средних труб 1 нижнего экрана 4 между перегородками второй 13 и третьей 14 поступает в нижний коллектор 16 поворотного (фестонного) экрана 5 между второй 18 и третьей 19 перегородкой нижнего коллектора 16. Далее по вертикальным средним трубам 1 поворотного(фестонного) экрана 5 вода поднимается по восходящей к верхнему коллектору 21 поворотного (фестонного) экрана 5 между второй 23 и третьей 24 перегородками верхнего коллектора 21. Из верхнего коллектора 21 вода поступает по трубам 1 потолочного экрана 6 в средний коллектор 8 фронтового экрана 3, в котором и происходит разделение на два равных потока воды. Далее рассмотрено движение одной левой симметричной половины потока воды, вторая половина потока воды двигается совершенно симметрично по правой стороне котла с тем же количеством ходов и тем же количеством труб в каждом ходе. Из левой половины среднего коллектора 8 половина потока воды поступает в левую часть фронтовых труб 1 фронтового экрана 3 и попадает между первой 12 и второй 13 перегородкой нижнего фронтового коллектора 7 фронтового экрана 3. Из нижнего фронтового коллектора 7 половина потока воды поступает в нижний коллектор 16 поворотного (фестонного) экрана 5 между первой 17 и второй 18 перегородкой. Из нижнего коллектора 16 по вертикальным трубам 1 поворотного (фестонного) экрана 5 половина потока воды поступает в верхний коллектор 21 поворотного (фестонного) экрана 5 между первой 22 и второй 23 перегородкой. Из верхнего коллектора 21 половина потока воды по горизонтальным трубам 1 потолочного экрана поступает в левый средний боковой симметричный коллектор 9 фронтового экрана 3. В левом среднем боковом симметричном коллекторе 9 фронтового экрана 3 левая половина потока воды перепускается в левые крайние трубы 1 фронтового экрана 3. Далее по левым крайним трубам 1 фронтового экрана 3 левая половина потока воды поступает в левую часть нижнего фронтового коллектор 7 до первой 12 перегородки нижнего фронтового коллектора 7. Из левой крайней части нижнего фронтового коллектора 7 половина потока воды поступает в левую часть нижнего коллектора поворотного (фестонного) экрана до первой 17 перегородки нижнего коллектора 16 поворотного(фестонного) экрана 5. Из левой части нижнего коллектора 16 половина потока воды по вертикальным трубам 1 поворотного (фестонного) экрана 5 поступает в левую часть до первой 22 перегородки верхнего коллектора 21 поворотного(фестонного) экрана 5. Из левой части верхнего коллектора 21 по горизонтальным трубам 1 потолочного экрана половина потока воды поступает в левый средний крайний симметричный 3 22820 коллектор 10 фронтового экрана 3. Из левого среднего крайнего симметричного коллектора 10 половина потока воды перепускается через вертикальный левый перепускной фронтовой коллектор 11 в левый нижний коллектор 28 левого бокового экрана 27. По левому боковому экрану 27 по трубам 26 левая половина потока воды поступает в верхний коллектор 29 левого бокового экрана 27. По симметричной правой стороне вторая правая половина потока воды делает такие же симметричные ходы и по вертикальным трубам 26 правого бокового экрана 30 и из нижнего правого коллектора 31 правая половина потока воды поступает в верхний правый коллектор 32. Из левого верхнего бокового коллектора 29 и правого верхнего бокового коллектора 32 два потока воды объединяются- образной трубой 43 и уже одним потоком вода перепускается к вертикальным коллекторам 35 и далее поступает в горизонтальные трубы 36 правого конвективного пучка. Таким образом, весь поток воды из горизонтальных труб 36 правого конвективного пучка и вертикальных коллекторов 35 поступает в правую часть до вертикальной перегородки 40 нижнего тыльного коллектора 39. Из нижнего тыльного коллектора 39 по части труб 37 тыльного экрана 38 поток воды поступает в верхний коллектор 41 до вертикальной перегородки 42. Из верхнего тыльного коллектора 41 по другой части труб 37 тыльного экрана 38 поток воды поступает в нижний коллектор 39 после вертикальной перегородки 40 и поднимается по остальной части труб в верхний коллектор 41 после перегородки 42. Из нижнего тыльного коллектора 39 поток воды поднимается по трубам 37 тыльного экрана 38 и поступает в верхний тыльный коллектор 41 после вертикальной перегородки 42. Из верхнего тыльного коллектора 41 поток воды перепускается- образной трубой 44 к верхним концам вертикальных коллекторов 33 и далее поступает в трубы 34 левого конвективного пучка труб. Из нижних концов вертикальных коллекторов 33 левого конвективного пучка труб вода выводится из котла в систему. Все торцевые стороны указанных коллекторов заглушены заглушками 45, за исключением правой торцевой стороны нижнего тыльного коллектора 39 тыльного экрана 38. Изобретение подтверждается аналитическими расчетами,подтверждающими снижение температуры, выполненными по нормативному методу (Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод/ Ред. Кузнецов Н.В. и др. М.,1973, с.295). Расчетами показано, что снижение температуры воды (например, с 100 С и до 70 С) за счет предлагаемой организации потока, обусловленной конструкцией котла,только в трубах(фестонного) экрана снижает температуру стенки на 25 С 27 С.(Нормативный метод). Это приводит к увеличению температурного напора при лучистом теплообмене между высокотемпературным факелом и стенкой трубы. В топочном пространстве снимается большее количества тепла и температура газового потока перед конвективной поверхностью снижается. Дополнительно трубы конвективных пучков надежно экранируются за счет холодной температуры стенок труб поворотного (фестонного ) экрана и надежность водогрейного котла возрастает. Чтобы получить такую же величину снижения температуры стенки труб другим способом,например, за счет увеличения давления воды в котле, то пришлось бы увеличить давление воды во всем контуре котла более 0,5 МПа (5,0 кгс/см 2), что привело бы к значительным затратам и расходам на собственные нужды котельной и в конечном счете отрицательно сказалось бы на экономичности всей котельной. В предлагаемом изобретении снижение температуры стенки труб и изменение направления исключительно на восходящее движение,выполняется только в наиболее теплонапряженных участках поворотного (фестонного) экрана, а не во всем контуре котла. При этом обеспечивается расширение диапазона количественного регулирования отпуском тепла,повышается надежность котла на всех режимах и общее гидравлическое сопротивление котла практически не увеличивается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водогрейный котел, состоящий из горелки и параллельно расположенных труб, соединенных с коллекторами,имеющими перегородки,и собранных вместе с коллекторами в топочный экран,содержащий фронтовой,нижний,потолочный экраны и боковые экраны с верхними и нижними коллекторами, и конвективных пучков труб, отличающийся тем, что параллельные трубы с коллекторами дополнительно собраны в тыльный экран, топочный экран дополнительно содержит поворотный (фестонный) экран с верхним и нижним коллекторами, при этом фронтовой экран дополнительно содержит по центру средний фронтовой коллектор, два средних боковых симметричных коллектора, два средних крайних симметричных коллектора,причем нижний фронтовой коллектор содержит первую, вторую,третью и четвертую перегородки, а нижний и верхний коллектор поворотного (фестонного) экрана содержат аналогичные нижнему фронтовому коллектору - первую, вторую, третью и четвертую перегородки соответственно.