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 топочный экран, содержащий фронтовой экран с нижним коллектором,нижний,поворотный(фестонный), 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, коллекторы которого снабжены по одной вертикальной перегородке,поворотный (фестонный) экран имеет верхний и нижний коллекторы, в каждом из которых установлены по одной вертикальной перегородке,при этом фронтовой экран дополнительно содержит по центру средний фронтовой коллектор с одной центральной перегородкой и два боковых симметричных коллектора,соединенных с перепускными коллекторами, причем нижний коллектор фронтового экрана содержит центральную перегородку, а верхние коллекторы левого и правого боковых экранов соединены образными перепускными трубами с симметричными концами верхнего коллектора тыльного экрана.(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 с удвоенным или утроенным расходом воды при форсированных режимах работы котлов, при изменениях количественной и качественной нагрузки, а также при регулировках и перепусках воды по схемам рециркуляции и между 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 22819 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-7,56-150(фестонный) и боковые экраны, и конвективный пучок труб, соединенных с коллекторами. В котле предусмотрен подвод и отвод воды из входных и выходных коллекторов с последовательным движением воды одним потоком. Конвективный пучок труб размещен в конце топки котла. Известный водогрейный котел сконструирован таким образом, что движение воды в нем строго последовательное многоходовое и только одним потоком воды. В таких котлах с одним последовательным потоком воды имеются разные температурные уровни нагрева параллельно включенных труб и коллекторов, так как поток воды по ходу последовательного движения увеличивает свою температуру, соответственно увеличивая температуру стенок труб и коллекторов. Таким образом, в зависимости от места ввода воды в котел,левая или правая сторона котла нагреваются до разного уровня температуры, И при значительной длине экранов и коллекторов с параллельно включенными трубами, экраны и коллекторы испытывают разную тепломеханическую нагрузку,что может привести к разрыву труб или коллекторов. Существенным недостатком такой конструкции котла также является то, что при увеличении тепловой нагрузки котла, в условиях эксплуатации с оптимальным расходом воды и с температурой воды на выходе из котла до 150 С, при работе на мазуте,разница температуры стенок труб на входе и выходе из котла может составить до 80 С, при температуре воды на входе в котел 70 С. При этом, расход воды через котел ограничен и количественно регулировать нагрузкой котла проблематично. В результате такой большой разницы по температуре(левой и правой стороны котла) и при значительной длине коллекторов и параллельно включенных труб топочных и конвективных экранов котел выходит из строя. Задача изобретения - разработка водогрейного котла для работы на природном газе, жидком и твердом топливе, обеспечивающего надежную работу при изменениях нагрузки (как качественной,так и количественной) или при регулировках расходов, а также с большими расходами воды через котел в котельной, больше номинальной в три или четыре раза. Для этого в водогрейном котле, состоящем из горелки и параллельно расположенных труб,соединенных с коллекторами,имеющими перегородки и собранных вместе с коллекторами в 2 топочный экран, содержащий фронтовой экран с нижним коллектором,нижний,поворотный(фестонный ), 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, коллекторы которого снабжены по одной вертикальной перегородке,поворотный (фестонный) экран имеет верхний и нижний коллекторы, в каждом их которых установлены по одной вертикальной центральной перегородке,при этом фронтовой экран дополнительно содержит по центру средний фронтовой коллектор с одной центральной перегородкой и два боковых симметричных коллектора,соединенных соответственно с перепускными коллекторами. В нижнем фронтовом коллекторе размещена одна центральная перегородка по середине нижнего фронтового коллектора а верхние коллектор левого и правого боковых экранов соединены -образными перепускными трубами с симметричными концами верхнего коллектора тыльного экрана. Уже в самом начале на входе воды в котел центральная перегородка обеспечивает разделение на два абсолютно равных потока воды. После нижнего,поворотного и потолочного экрана с одной центральной перегородкой в каждом из коллекторов к двум боковым симметричным коллекторам из среднего фронтового коллектора с одной центральной перегородкой обеспечивается подача двух равных потоков воды. Один поток воды поступает в левый верхний коллектор левого бокового экрана, а второй поток воды в верхний правый коллектор правого бокового экрана. При этом температура воды, а соответственно и температура стенок труб совершенно одинакова во всех симметричных участках параллельных труб симметричных боковых экранов и во всех симметричных частях параллельно соединенных труб нижнего,поворотного(фестонного),потолочного и фронтового, двух боковых и тыльного экранов вместе с конвективными пучками труб котла. По ходу движения двух равных потоков вдоль водяного контура по топочному экрану котла в процессе нагрева, энтальпия и температура воды возрастает,соответственно,увеличивается температура стенки труб ст.тр Поэтому обеспечивается постепенное равномерное нагревание стенок параллельно включенных симметричных труб от 70 С и до 150 С во всех трубах экранов котла, а также во всех рядах конвективного пучка труб и устраняется неравномерный нагрев (разные температуры) равноудаленных участков труб и коллекторов от места ввода воды в котел при любых нагрузках котла. В связи с этим такая конструкция котла позволяет увеличивать пропускную способность по воде в три или четыре раза от номинального расхода,при сохранении стандартного гидравлического сопротивления котла на прежнем уровне, а также максимально воздействовать на 22819 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 7,56 МВт(6,52 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 среднему фронтовому коллектору 8, имеющему вертикальную перегородку 111 фронтового экрана 3, а средний фронтовой коллектор 8 соединен центральными трубами 1 с двумя боковыми симметричными коллекторами 9. Трубы 1 нижнего экрана 4,присоединены к нижнему фронтовому коллектору 7,расположенным под двумя боковыми симметричными коллекторами 9, соответственно размещенные горизонтально и симметрично по бокам относительно нижнего фронтового коллектора 7. С левой и правой верхней стороны два боковых симметричных коллектора 9 подсоединены к перепускным фронтовым коллекторам 10,размещенным вертикально, перепускные фронтовые коллектора 10 с верхней стороны подсоединены соответственно к верхнему правому коллектору 22 и верхнему левому коллектору 19 боковых экранов 17 и 20. В нижнем фронтовом коллекторе 7 вертикально по центру размещена центральная перегородка 11. Трубы 1 поворотного (фестонного) экрана 5 размещены вертикально и подсоединены к нижнему коллектору 12 поворотного (фестонного) экрана,размещенному горизонтально. Внутри нижнего коллектора 12 размещена по центру вертикально центральная перегородка 13 нижнего коллектора 12 поворотного (фестонного) экрана 5. Верхний коллектор 14 поворотного (фестонного) экрана 5 размещен горизонтально. Внутри верхнего коллектора 14 поворотного (фестонного) экрана 5 по центру размещена центральная перегородка 15. Центральная перегородка 15 размещена вертикально. Трубы 1 нижнего экрана 4 размещены горизонтально и соединены только с нижним фронтовым коллектором 7 и нижним коллектором поворотного (фестонного) экрана 5. Трубы 1 потолочного экрана 6 размещены горизонтально и с одной стороны соединены с верхним коллектором 14 поворотного (фестонного) экрана 5, а с фронтовой стороны переходят в трубы фронтового экрана 3. Водогрейный котел содержит, кроме того,трубы 16 бокового левого экрана 17, расположенные вертикально и подсоединенные к нижнему левому коллектору 18 и к верхнему левому коллектору 19. Трубы 16 бокового правого экрана 20 расположены вертикально и подсоединены к нижнему правому коллектору 21 и к верхнему правому коллектору 22. Левые 18, 19 и правые 21, 22 коллекторы боковых экранов 17 и 20, соответственно относительно фронтового экрана 3, являющегося передней стенкой котла, на фронтовом нижнем коллекторе 7 которой размещены два симметричных входа воды в котел. К нижнему левому коллектору 18 и к верхнему левому коллектору 19 вертикальными коллекторами 23 подсоединены трубы 24 левого конвективного пучка, расположенные горизонтально. К нижнему правому коллектору 21 и к верхнему правому коллектору 22 вертикальными коллекторами 25 подсоединены трубы 26 правого конвективного пучка, расположенные горизонтально. Водогрейный котел имеет также Г-образные трубы 27 тыльного экрана 28, соединенные с нижним тыльным коллектором 29,имеющим вертикальную центральную перегородку 30 и верхним тыльным коллектором 31,имеющим вертикальную центральную перегородку 32, причем верхний тыльный 31 коллектор и нижний тыльный коллектор 29 расположены горизонтально. Тыльная сторона верхних коллекторов левого 19 и правого 22 боковых экранов 17, 20 двумя- образными перепускными трубами 33 соединяется с соответствующей стороной тыльного верхнего коллектора 31, разделенного на две равные части центральной перегородкой 32. Нижний коллектор 29 тыльного экрана 28 по обе стороны центральной перегородки 32 соединяется с выходными патрубками 34. В левую и правую стороны нижнего фронтового коллектора 7 подается равное количество воды. Позицией 35 обозначены заглушки с торцевых сторон коллекторов. Расположение перегородок в коллекторах топочных экранов обусловлено подачей расхода воды двумя равными симметричными потоками с увеличенным расходом в три или четыре раза относительно номинальной с меньшей температурой в наиболее теплонапряженную часть поворотного (фестонного) экрана 5 и стандартным гидравлическим сопротивлением котла из-за уменьшения числа ходов по воде в два раза. Только в результате указанного соединения труб с коллекторами нижним фронтовым коллектором 7 с центральной перегородкой 11,средним фронтовым коллектором 8 с центральной перегородкой 111, двумя симметричными боковыми коллекторами 9, с двумя перепускными фронтовыми коллекторами 10 фронтового экрана 3, нижним коллектором 12 с центральной перегородкой 13 поворотного (фестонного) экрана 5, верхним коллектором 14 с центральной перегородкой 15 фестонного экрана 5, нижнего коллектора 29 с центральной перегородкой 30, верхнего коллектора 31 с центральной перегородкой 32 тыльного экрана 28 и двух симметричных- образных перепускных труб 33 обеспечивается исключительно симметричное движение двух равных потоков воды через котел, причем все участки труб экранов соединенных таким образом, позволяют сохранять один уровень температур стенок труб на всех симметричных участках труб при одновременном увеличении расхода воды в два и более раза 3 22819 относительно номинальной без увеличения гидравлического сопротивления котла в целом. Водогрейный котел работает следующим образом. Вода в котел поступает двумя одинаковыми потоками с левой и правой фронтовой стороны котла нижнего фронтового коллектора 7 и сразу же разделяется центральной перегородкой 11 на два равных по расходу потока. Далее рассмотрено движение одной левой симметричной половины потока воды в котле, 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 нижнего фронтового коллектора 7 вода (половина потока) по части средних труб 1 нижнего экрана 4 поступает в нижний коллектор 12 поворотного (фестонного) экрана 5 до перегородки 13 нижнего коллектора 16. Далее по половине вертикальных труб 1 поворотного(фестонного) экрана 5 вода поднимается по восходящей к верхнему коллектору 14 поворотного (фестонного) экрана 5 до центральной перегородки 15 верхнего коллектора 14. Из верхнего коллектора 14 вода поступает по трубам 1 потолочного экрана 6 в средний коллектор 8 фронтового экрана 3 до центральной перегородки 111. Из левой половины среднего коллектора 8 до центральной перегородки 11 половина потока воды поступает в левый боковой симметричный коллектор 9 фронтового экрана 3. Из левого бокового симметричного коллектора 9 половина потока воды поступает в левый перепускной коллектор 10 фронтового экрана 3. По левому перепускному коллектору 10 половина потока воды поступает в верхний левый коллектор 19 левого бокового экрана 17. Из верхнего левого коллектора 19 по вертикальным трубам 16 левого бокового экрана 17 половина потока воды поступает в нижний коллектор 18 левого бокового экрана 17 и далее по левому боковому экрану половина потока воды поступает в нижнюю часть вертикальных коллекторов 23. Далее по левым конвективным пучкам труб 24 половина потока воды поступает в тыльную сторону (продолжение) верхнего левого коллектора 19 и перепускной- образной трубой 33 из левого верхнего коллектора 19 вода перепускается в левую часть верхнего тыльного коллектора 31 до центральной перегородки 32. Из левой половины верхнего тыльного коллектора 31 вода по трубам 27 тыльного экрана 28 поступает в левую половину нижнего тыльного коллектора 29 до центральной перегородки 30 и из левой части нижнего тыльного коллектора 29 выходным патрубком 34 выводится из котла в соответствие с фиг. 2. По симметричной правой стороне вторая равная половина потока воды делает такие же симметричные ходы и по вертикальным трубам 16 правого бокового экрана 20 из верхнего правого коллектора 22 поступает в нижний правый коллектор 21. В правом боковом экране 20 вторая половина потока воды делает такое же 4 симметричное количество ходов и поступает в вертикальные коллекторы 25 правого конвективного пучка труб 26. Из вертикальных коллекторов 25 правого конвективного пучка труб 26 вода поступает в продолжение верхнего правого коллектора 22 правого бокового экрана 20. Из тыльной стороны (продолжение коллектора) верхнего правого коллектора 22- образной трубой 33 вода поступает во вторую правую половину верхнего коллектора 31 тыльного экрана 28. Из верхнего коллектора 31 тыльного экрана 28 по трубам 27 вода поступает в правую половину нижнего коллектора 29 после центральной перегородки 32. Из правой половины нижнего коллектора 29 вторым выходным патрубком 34 вторая половина потока воды выводится из котла в систему. Все торцевые стороны указанных коллекторов заглушены заглушками 35, за исключением левой и правой торцевой стороны нижнего фронтового коллектора 7 фронтового экрана 3. Изобретение подтверждается аналитическими расчетами, подтверждающими одинаковый нагрев симметричных параллельно включенных труб и коллекторов в зависимости от двойного или трехкратного увеличения расхода воды через котел относительно номинального расхода воды,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 на выходе из котла (например, с 150 С и до 95 С, при входной температуре воды в котел 70 С) обеспечивается подачей воды с расходом 280 м 3/час(77,78 кг/сек) за счет предлагаемой организации потока, причем гидравлическое сопротивление котла тепловой производительностью 7,65 МВт составляет всего 1,8 кгс 2/см (18000 кг/м 2). Это приводит к увеличению надежности котла с меньшими температурными перепадами и соответственно с меньшими тепломеханическими нагрузками на экраны. В топочном объеме снимается большее количества тепла, температура газового потока перед конвективной поверхностью снижается. Стенки труб конвективных пучков работают в благоприятном температурном режиме и надежность водогрейного котла возрастает. Чтобы получить такую же величину снижения температуры воды на выходе из котла с большим расходом воды другим способом, например, за счет увеличения расхода воды и гидравлического сопротивления котла, то пришлось бы увеличить гидравлическое сопротивление во всем контуре котла более 1,5 МПа (15,0 кгс/см), что практически невыполнимо и в конечном счете отрицательно сказывается на работе таких котлов. В предлагаемом изобретении снижение температуры воды на выходе из котла и увеличение расхода воды через котел в три или четыре раза выполняется для равномерного симметричного нагрева стенок параллельно включенных труб и коллекторов и снижения гидравлического сопротивления во всем контуре котла. При этом 22819 обеспечивается расширение диапазона количественного регулирования отпуском тепла,существенно упрощается гидравлическая схема внутри котельной, 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 экран с нижним коллектором, нижний, поворотный (фестонный),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, коллекторы которого снабжены по одной вертикальной перегородке,поворотный(фестонный) экран имеет верхний и нижний коллекторы, в каждом из которых установлены по одной вертикальной центральной перегородке, при этом фронтовой экран дополнительно содержит по центру средний фронтовой коллектор с одной центральной перегородкой и два боковых симметричных коллектора,соединенных с перепускными коллекторами, причем нижний коллектор фронтового экрана содержит центральную перегородку, а верхние коллекторы левого и правого боковых экранов соединены образными перепускными трубами с симметричными концами верхнего коллектора тыльного экрана.