Водогрейный котел

(51) 24 1/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ соединенные с коллекторами,имеющими перегородки, и собранные вместе с коллекторами в фронтовой, нижний, поворотный, верхний, боковые экраны топки с верхними и нижними коллекторами,и конвективную часть, включающую нижний,промежуточный, верхний, тыльный экраны с верхними и нижними поперечными коллекторами и конвективные пучки труб, согласно изобретению в каждом из нижних и верхних поперечных коллекторов фронтового, нижнего, поворотного,верхнего и тыльного экранов топки, нижнего,промежуточного, верхнего и тыльного экранов конвективной части размещено по одной центральной перегородке, поворотный экран топки расположен на расстоянии (4,5-6,5)тр перед тыльным экраном топки, при этом конвективная часть котла содержит четыре продольных боковых симметричных коллектора и по середине двух верхних боковых симметричных коллекторах размещены по одной поперечной перегородке,расположеных в плоскости промежуточного экрана,делящего конвективную часть на две равные части.(76) Орумбаев Рахимжан Кабиевич Орумбаева Шолпан Рахимжановна Орумбаев Алтынбек Рахимжанович(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. Задача изобретения - разработка водогрейного котла для работы на природном газе, жидком и твердом топливе, обеспечивающего надежную работу при изменениях нагрузки и при регулировках расходов в рабочем режиме, а также с большими расходами воды через котел, больше номинального в два, три раза. Для этого в водогрейном котле, содержащем горелки и параллельно расположенные трубы, 25337 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, том 2, 4-е издание,2007 г.,с.9) тепловой производительностью 11,63 МВт (10 Гкал/час). Котел содержит топку и конвективную часть,расположенные последовательно и горизонтально. Топка котла имеет горелки, параллельно расположенные трубы,соединенные с коллекторами с перегородками,объединенные в топочный экран, включающий фронтовой, нижний, верхний и боковые экраны с верхними и нижними коллекторами. Конвективная часть котла - конвективные пучки труб,расположена непосредственно за топкой и набрана из горизонтально расположенных-образных согнутых труб, соединенных с горизонтальными коллекторами,которые закрывают собой конвективный газоход с боковых сторон котла. В конвективной части расположены также нижний,промежуточный, верхний и тыльный экраны,собранные из параллельно расположенных труб,соединенных с верхними и нижними поперечными коллекторами. В котле КВ-ГМ-11,63-115 Н предусмотрен подвод воды с двух симметричных боковых сторон двумя потоками по 111 м 3 час в боковой левый и боковой правый экраны, далее вода с двух сторон поступает в нижний экран топки. Из нижнего экрана вода подается двумя трубами диаметром 159 мм в верхний топочный экран. После верхнего топочного экрана вода двумя потоками симметрично подается в левую и правую конвективные секции по 11 стойкам с каждой стороны, причем обратно следующим ходом вода возвращается по следующим 11 стойкам с каждой конвективной половины котла и подается в нижний экран конвективной части с двух сторон. После хода в нижнем экране конвективной части вода с двух симметричных сторон подается в верхний экран конвективной части и далее отводится из котла одним потоком. Известные водогрейные котлы тепловой производительностью до 11,63 МВт сконструированы таким образом, что движение воды в топках - строго последовательное многоходовое и выполняется одним потоком воды вокруг топки. Спроектированные таким образом водогрейные котлы с одним последовательным потоком воды приводят к разным температурным уровням нагрева экранов, так как поток воды по ходу последовательного движения увеличивает свою температуру, соответственно увеличивая температуру стенки труб экранов и коллекторов. Поэтому, в зависимости от места ввода воды в котел, левая или правая сторона котла нагревается неравномерно. И при значительной длине экранов и коллекторов с параллельно включенными трубами левая и правая сторона котла испытывают разную тепловую и механическую нагрузку, которая может привести к разрыву труб или коллекторов котла. Существенным недостатком таких котлов(например, при работе на мазуте) является то, что разница температуры стенки труб на входе и выходе воды из котла может составить более 80 С. Из-за существенной разницы температуры стенки левой и правой стороны топки котла, при длинных экранах,различное тепловое расширение может вывести из строя экраны котла. 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) и при регулировках расходов в рабочем режиме, а также с большими расходами воды через котел, больше номинального в два-три раза. Для этого в водогрейном котле, содержащем горелки и параллельно расположенные трубы,соединенные с коллекторами,имеющими перегородки, и собранные вместе с коллекторами в фронтовой, нижний, поворотный, верхний, боковые экраны топки с верхними и нижними коллекторами,и конвективную часть, включающую нижний,промежуточный, верхний, тыльный экраны с верхними и нижними поперечными коллекторами и конвективные пучки труб, согласно изобретению, в каждом из нижних и верхних поперечных коллекторов фронтового, нижнего, поворотного,верхнего и тыльного экранов топки, нижнего,промежуточного, верхнего и тыльного экранов конвективной части размещено по одной центральной перегородке, поворотный экран топки расположен на расстоянии (4,5-6,5)т перед тыльным экраном топки, при этом конвективная часть котла содержит четыре продольных боковых симметричных коллектора и по середине двух верхних боковых симметричных коллекторов размещены по одной поперечной перегородке,расположенных в плоскости промежуточного экрана, делящего конвективную часть на две равные части. Размещение поворотного экрана топки перед тыльным экраном на расстоянии (4,5-6,5)т обеспечивает возможность защиты тыльного экрана от прямого воздействия факелов горелок. Как указано выше, в нижнем входном коллекторе фронтового экрана по центру размещена одна перегородка, которая обеспечивает разделение на два независимых входа воды в котел с двух симметричных боковых сторон и обеспечивает движение двух равных потоков воды по всему котлу. В нижнем и верхнем коллекторах поворотного экрана размещены по одной центральной перегородке, которые обеспечивают движение двух равных потоков воды по поворотному экрану и практически экранируют собой тыльный экран топки котла. В верхнем фронтовом коллекторе по центру размещена одна перегородка, которая обеспечивает перепуск независимых двух потоков воды из потолочного экрана к двум боковым экранам со стороны фронтового экрана. Два параллельных потока воды совершают последовательное движение по двум боковым экранам топки и далее по двум равным половинам конвективной части котла. При этом по мере возрастания температуры воды равномерно возрастает и температура стенки труб,симметричных половинок всех экранов топки и симметричных половинок конвективных пучков труб, не вызывая неравномерных температурных напряжений всего котла. По ходу движения двух равных потоков воды вдоль топки и конвективной части котла в процессе нагрева воды увеличивается температура стенки труб. При этом обеспечивается равномерное нагревание воды в симметричных половинках всего котла от 70 С и до 150 С во всех трубах экранов, а также во всех рядах конвективных пучков труб и устраняется неравномерный нагрев равноудаленных участков труб и коллекторов от продольной оси котла. Равномерный нагрев равноудаленных участков труб симметричных экранов от продольной оси котла позволяет размещать котел горизонтально и увеличить пропускную способность по воде в три и более раза от номинальной с сохранением гидравлического сопротивления котла. При работе котла в верхней части топки перед тыльным экраном образуется вихрь, и для обеспечения полного дожигания топлива в объеме топки целесообразно поворотный экран собирать из трехрядных труб, которые на три четверти высоты топки проварены мембранами, а в нижней четверти- разведены между собой для вывода газов из топки. Переход газов из первой конвективной части во вторую лучше обеспечивается разведением труб промежуточного экрана. На фиг. 1 представлен общий вид водогрейного котла с двумя подводами воды. На фиг.2 схематически представлен водогрейный котел с разнесенными для наглядности экранами и схемой движения воды тепловой производительностью 64 МВт (55 Гкал/час). Водогрейный котел содержит топку с горелками(на фиг.1 не показаны), за которой расположена конвективная часть котла. Топка выполнена из параллельно расположенных труб 1, собранных в фронтовой экран 2 и нижний экран 3, и содержит фронтовой нижний коллектор 4 с центральной перегородкой 5 (перегородка 5 установлена во всех поперечных коллекторах котла, указанных далее),нижний коллектор 6 поворотного экрана 7, верхний коллектор 8 поворотного экрана 7. Трубы 1 фронтового экрана 2 топки соединены с верхний фронтовым коллектором 9 и переходят в потолочный экран 10. Кроме того, топка котла содержит левый боковой экран 11 с нижним левым коллектором 12 и верхним левым коллектором 13,правый боковой экран 14 с нижним правым коллектором 15 и верхним правым коллектором 16,перепускные отводы 17 к тыльному экрану топки 19 с верхним тыльным коллектором 18 и нижним тыльным коллектором 20. Конвективная часть котла содержит нижний конвективный экран 21, нижний коллектор 22, промежуточный экран 23 с верхним коллектором 24, верхний конвективный экран 25, верхний коллектор 26, первый конвективный пакет труб 27,перепускные отводы 28 первого конвективного пакета 27, второй конвективный пакет труб 29,перепускные отводы 30 второго конвективного пакета 29,верхний левый продольный конвективный коллектор 31, верхний правый продольный конвективный коллектор 32, нижний левый продольный конвективный коллектор 33,нижний правый продольный конвективный коллектор 34, перегородки 35 в верхних - левом и правом продольном конвективных коллекторах 31 и 32, верхний коллектор 36 и нижний коллектор 38 конвективного тыльного экрана 37, заглушки 39 во всех коллекторах. Параллельные трубы 1 фронтового экрана 2 размещены вертикально, параллельные трубы нижнего экрана 3 размещены горизонтально,фронтовой нижний коллектор 4 размещен горизонтально, все центральные перегородки 5 размещены вертикально, нижний коллектор 6 расположен горизонтально, поворотный экран 7 расположен вертикально, верхний коллектор 8 поворотного экрана 7 расположен горизонтально,верхний фронтовой коллектор 9 размещен горизонтально,потолочный экран 10 с параллельными трубами 1 размещен горизонтально,левый боковой экран 11 размещен вертикально,нижний левый коллектор 12 размещен горизонтально, верхний левый коллектор 13 размещен горизонтально, правый боковой экран 14 размещен вертикально, нижний правый коллектор 15 размещен горизонтально, верхний правый коллектор 16 размещен горизонтально, перепускной отвод 17 тыльного экрана размещен вертикально,верхний тыльный коллектор 18 размещен горизонтально, тыльный топочный экран 19 расположен вертикально,нижний тыльный коллектор 20 размещен горизонтально, нижний конвективный экран 21 размещен горизонтально,нижний коллектор 22 размещен горизонтально,промежуточный экран 23 размещен вертикально,верхний коллектор 24 размещен горизонтально,верхний конвективный экран 25 размещен горизонтально, верхний коллектор 26 верхнего конвективного экрана 25 размещен горизонтально,первый конвективный пучок труб 27 размещен горизонтально, перепускные отводы 28 первого конвективного пакета размещены вертикально,второй конвективный пучок труб 29 размещен горизонтально, перепускные отводы 30 второго конвективного пучка размещены вертикально,верхний левый продольный конвективный коллектор 31 размещен горизонтально, верхний правый продольный конвективный коллектор 32 размещен горизонтально,нижний левый продольный конвективный коллектор 33 размещен горизонтально, нижний правый продольный конвективный коллектор 34 размещен горизонтально, перегородки 35 в верхних - левом и правом продольном конвективных коллекторах 31 и 32 размещены вертикально, верхний коллектор 36 и 3 нижний коллектор 38 с тыльным экраном 37 размещены горизонтально, заглушки 39 размещены вертикально. Расположение центральной перегородки 5 по центру во всех поперечных коллекторах 4, 6, 8, 9,18, 20, 22, 24, 26, 36 и 38 в топке и в конвективной части обусловлено подачей утроенного расхода воды двумя равными параллельными потоками в симметричные половинки котла. Увеличенный расход воды снижает температуру стенки труб в наиболее теплонапряженных участках тыльного и поворотного экранов топки, а также рядов труб первого конвективного пучка пакета. Расположение поперечной перегородки 35 в верхнем левом продольном конвективном коллекторе 31 и в верхнем правом продольном конвективном коллекторе 32 обеспечивает последовательное движение двух равных потоков воды сначала по первому конвективному пучку 27 и далее по второму конвективному пучку 29. Расположение промежуточного экрана 23 между первым конвективным пучком труб 27 и между вторым конвективным пучком 29 обусловлено разделением для последовательного движения продуктов сгорания по газовому тракту отдельно вначале через первый конвективный пучок 27 и после этого через второй конвективный пакет труб 29 и далее в газоход котла (см. фиг.1). При этом общее гидравлическое сопротивление котла по воде в контуре остается на прежнем уровне, из-за уменьшения в два раза числа ходов относительно известных котлов. Водогрейный котел работает следующим образом. Вода поступает в котел двумя равными потоками слева и справа симметрично от центральной перегородки 5 в нижний фронтовой коллектор 4 и по параллельным трубам 1 двумя равными потоками попадает в нижний экран 3. Из нижнего экрана 3 вода поступает в нижний коллектор 6, и далее попадает в поворотный экран 7 и через верхний коллектор 8 поворотного экрана 7 перепускается по параллельным трубам 1 потолочного экрана 10 и поступает в верхний фронтовой коллектор 9. В верхнем фронтовом коллекторе 9 с помощью центральной перегородки 5 левый поток направляется в левый боковой экран 11 через нижний левый коллектор 12. Далее описание приведено для одной левой симметричной стороны котла, точно такая же схема циркуляции выполняется по правой стороне котла. В левом боковом экране 11 из нижнего левого коллектора 12,содержащего две перегородки 35, по параллельным трубам 1 половина потока воды поступает в верхний левый коллектор 13, содержащий две перегородки 35, и далее делает еще четыре последовательных хода в левом боковом экране 11 и поднимается в верхний левый коллектор 13. С тыльной стороны верхнего левого коллектора 13 перепускными отводами 17 вода перепускается в верхний коллектор 18 тыльного топочного экрана 19, по половине тыльного топочного экрана 19 вода опускается вниз к нижнему коллектору 20 тыльного 4 экрана 19. Из нижнего коллектора 20 тыльного экрана вода поступает в половину нижнего конвективного экрана 21, а из него в нижний коллектор 22 и поднимается по параллельным трубам половины промежуточного экрана 23 до верхнего коллектора 24. Из верхнего коллектора 24 вода по трубам половины верхнего конвективного экрана 25 поступает в верхний коллектор 26. Из верхнего коллектора 26 по левому перепускному отводу 28 вода поступает в верхний левый продольный конвективный коллектор 31 перед перегородкой 35 и поступает в левую половину первого конвективного пучка труб 27. Из половины первого конвективного пучка труб 27 вода поступает в нижний левый продольный конвективный коллектор 33 и по нему перепускается во второй левый конвективный пучка труб 29. По второму левому конвективному пучку труб 29 половина потока воды поднимается до верхнего левого продольного конвективного коллектора 31 за перегородкой 35. Из левого верхнего коллектора 31 половина потока воды левым перепускным отводом 30 перепускается в левую часть верхнего коллектора 36 и далее по параллельным трубам половины тыльного экрана 37 половина потока воды опускается в левую половину нижнего коллектора 38 тыльного экрана 37. С левой и правой стороны от перегородки 5 нижнего коллектора 38 тыльного экрана 37 два параллельных потока воды выводятся из котла. По симметричной правой стороне вторая равная половина потока воды делает такие же симметричные ходы. Поэтому в описании левой симметричной стороны циркуляции воды в котле опущены номера коллекторов и экранов 14, 15, 16,32 и 34 правой стороны котла. Изобретение подтверждается расчетами,подтверждающими равномерный нагрев симметрично включенных в схему циркуляции труб и коллекторов, в зависимости от трехкратного увеличения расхода воды через котел, относительно номинального расхода воды. Расчетами показано, что снижение температуры воды на выходе из котла с 150 С и до 95 С, при входной температуре воды в котел 70 С можно обеспечить подачей воды с расходом 1984 м 3 час(551,1 кг/сек) за счет предлагаемой схемы циркуляции воды. При этом гидравлическое сопротивление котла тепловой производительностью 57,7 МВт составит всего 2 2 1,85 кгс/см (18500 кг/м ). Увеличение расхода воды в три и более раза, может широко применяться на практике, это позволяет повысить надежность котла с меньшими температурными перекосами и соответственно с меньшими тепловыми и механическими нагрузками на симметричные элементы экранов. В пределах топочного объема такого котла снимается большее количество тепла, а температура газового потока перед конвективными пучками труб снижается. Разделение конвективных пучков на две отдельные секции по газам обеспечивает благоприятный температурный режим и увеличивает ремонтопригодность котла. Для получения такой величины снижения температуры воды на выходе для известных котлов и соответственного снижения температуры стенки труб экранов пришлось бы увеличить расход воды в два раза,что приводит к увеличению гидравлического сопротивления в три раза. Это практически привело бы к значительному увеличению расхода электроэнергии на собственные нужды и нарушает соблюдение общепринятых (по ГОСТ) перепадов по давлению воды при работе водогрейных котлов аналогичной тепловой мощности в котельных. В предлагаемом изобретении снижение температуры воды на выходе из котла и увеличение расхода воды через котел в три раза, выполняется для равномерного симметричного нагрева стенок параллельно включенных труб и коллекторов и снижения гидравлического сопротивления во всем контуре котла. При этом увеличивается диапазон количественного регулирования отпуском тепла,существенно упрощается гидравлическая схема внутри котельной, повышается надежность котла на всех режимах и общее гидравлическое сопротивление котла практически не увеличивается. Котлы данной конструкции удобны для персонала котельной в условиях эксплуатации, а при проведении ремонтных работ не требуют больших затрат и мощных подъемных механизмов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Водогрейный котел, содержащий горелки и параллельно расположенные трубы, соединенные с коллекторами,имеющими перегородки,и собранные вместе с коллекторами в фронтовой,нижний, поворотный, верхний, боковые экраны топки с верхними и нижними коллекторами, и конвективную часть, включающую нижний,промежуточный, верхний, тыльный экраны с верхними и нижними поперечными коллекторами и конвективные пучки труб, отличающийся тем, что в каждом из нижних и верхних поперечных коллекторов фронтового, нижнего, поворотного,верхнего и тыльного экранов топки, нижнего,промежуточного, верхнего и тыльного экранов конвективной части размещено по одной центральной перегородке, поворотный экран топки расположен на расстоянии (4,5-6,5)т перед тыльным экраном топки, при этом конвективная часть котла содержит четыре продольных боковых симметричных коллектора и по середине двух верхних боковых симметричных коллекторов размещены по одной поперечной перегородке,расположенных в плоскости промежуточного экрана, делящего конвективную часть на две равные части.