Конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов

КОНВЕКТИВНАЯ НОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ
Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к теплообменным поверхностям, и может быть использована в котлостроении в водогрейных котлах, например, типа ПТВМ и КВГМ, а также в энерготехнологических установках.
Известна конвективная поверхность нагрева водогрейного котла, содержащая вертикальные коллекторы с размещенными в газоходе U-образными трубами с горизонтальными входными и выходными участками, образующими щахматный пучок, при этом отношение продольного и поперечного шагов в пучке входных участков труб к их диаметру выполнено уменьшающимся по ходу дымовых газов соответственно с 3,3 до 2,3 и с 2,3 до 1, 8 (см. авторское свидетельство СССР № 844917, МПК F 22В 37/10, опубл. 07.07.1981г.).
Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надел ность и тепловая эффективность, обусловленные малыми диаметрами труб и применением дистанционирующих неохлаждаемых элементов из дорогостоящей легированной стали.
Известен также узел крепления труб теплообменника, содержащий опорные вертикально расположенные трубчатые охлаждаемые элементы с жестко закрепленными на них ребрами, к которым присоединены опорные пластины, поддерживающие теплообменные трубы, при этом ребра ориентированы своей плоскостью вдоль образующей трубчатых охлаждаемых элементов, а пластины закреплены на их боковых поверхностях и размещены под трубами с чередованием через одну (см. авторское свидетельство СССР № 1345008, МПК F 22В 37/20, опубл. 15.10.1987 г.).
Недостатком известного устройства является повыщенная температура металла опорных пластин (дистанционирующих элементов) и, вследствие этого, невысокая надежность узла крепления труб.
Известно устройство для крепления змеевиков горизонтальных пакетов котла, содержащее пару стянутых между собой пластинами опорных труб, охватывающих трубы змеевика с двух сторон и снабженных дистанционирующими выступами. При этом устройство содержит опорную трубу, установленную между захватывающими трубами, а последние размещены с обеспечением охвата, по крайней мере, пары змеевиков (см. патент РФ № 2029192, МПК F 22В 37/20, опубл. 20.02.1995 г.).
МПК-7:Р 22В 37/10
Недостатком известного устройства является большая металлоемкость узла крепления горизонтально расположенных труб котлов.
Известно, что для повышения эксплуатационной надежности работы конвективных поверхностей нагрева водогрейных котлов, например, типа КВГМ, используются следующие режимные мероприятия:
1)снижают температуру металла поверхностей нагрева за счет уменьшения температуры продуктов сгорания в топке, благодаря неполному сгоранию топлива при коэффициенте избытка воздуха 0,75-0,85 с последующим дожиганием топлива перед конвективными поверхностями нагрева с коэффициентом избытка воздуха, обеспечивающим полное сгорание топлива;
2)производят нагрев сетевой воды на всех режимах работы котла при максимальном ее расходе, начиная с конвективных поверхностей нагрева и заканчивая в одном из экранов топки (фронтовом);
3)снижение температуры металла поверхностей нагрева осуществляют снижением температуры продуктов сгорания в топке путем впрыска воды, или рециркуляции отработавших продуктов сгорания в топку котла или совместно последних (см. патент РФ № 2122152, МПК F 22D 1/00, опубл. 20.11.1998 г.).
Однако эти режимные мероприятия не всегда можно выполнить, а их выполнение может привести к снижение КПД (экономичности) котельного агрегата.
Наиболее близким техническим рещением к заявленной полезной модели является известная конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов, содержащая первый и, по крайней мере, один последующий пакет поверхности нагрева, расположенные на расстоянии друг от друга по ходу движения продуктов сгорания. Первый пакет выполнен в виде типовых мембранных секций из U-образных труб, соединенных сплошными межтрубными проставками в виде полос из стали. Мембранные секции приварены к стояку из трубы. С противоположной стороны секции приварены к ребру, с помощью которого они опираются на настенный экран без промежуточных опор по длине. Для обеспечения принятого шага между панелями к их плоскости с обеих сторон приварены профильные ребра. Панели устанавливаются в газоходе с шахматных расположением труб. Стояки секций, являющиеся одновременно раздающими и собирающими коллекторами для труб панелей, экранируют боковые стены конвективного газохода. По крайней мере, последующий пакет, расположен в области пониженных температур газов (не более 600°С), состоит из типовых секций, аналогичных первому пакету, но с наружным спиральным оребрением лентой из стали. Дистанционирование труб осуществляют во всей поверхности нагрева котла с помощью неохлаждаемых дистанционирующих стоек, выполненных из дорогостоящей аустенитной стали (см. статыо Лисейкин И.Д., Коньшин Г.А., Гологудина Т.И., Сидорова А.И., Лебедева Л.А. Новая конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов //Энергетик.-№ 1.-2001.-С. 8-11).
В известной конвективной поверхности нагрева первый пакет по ходу движения продуктов сгорания выполнен из мембранных панелей, что приводит к увеличению металлоемкости конструкции поверхностей нагрева. Кроме того, наличие в конструкции неохлаждаемых дистанционирующих стоек, выполненных из дорогостоящей аустенитной стали, приводит к удорожанию конструкции поверхности нагрева и снижению эксплуатационной надежности.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эксплуатационной надежности, снижение металлоемкости и упрощение изготовления конструкции конвективной поверхности нагрева водогрейных котлов.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении равного тепловосприятия поверхности нагрева при меньщей металлоемкости конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в известной конвективной поверхности нагрева водогрейных котлов, содержащей первый и, по крайней мере, один последующий пакеты поверхности нагрева, расположенные на расстоянии друг от друга по ходу движения продуктов сгорания, при этом первый пакет выполнен в виде секций из дистанционированных друг от друга труб, сваренных в U-образную панель, а, по крайней мере, один последующий пакет расположен в области пониженных температур газов и выполнен в виде секций из труб с наружным спиральным оребрением, согласно полезной модели, первый пакет поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания выполнен из гладкостенных труб, а дистанционирование труб во всех пакетах выполнено с помощью охлаждаемых дистанционирующих проставок, соединенных между соседними трубами в секциях пакета и образующих, по крайней мере, два пояса жесткости по длине труб в секциях пакета.
Целесообразно, чтобы щирина дистанционирующих проставок в первом пакете поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания лежала в пределах 0,5... 1,0 диаметра труб в секциях пакета, а щирина охлаждаемых дистанционирующих проставок в, по крайней мере, одном последующем пакете поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания лежала в пределах 1,0... 1,5 диаметра труб в секциях пакета.
.c2a3/ 3V5
Выполнение поверхности нагрева из гладкостенных труб, вместо мембранных панелей, позволяет обеспечить интенсификацию теплообмена и тем самым позволяет снизить металлоемкость конструкции при равном тепловосприятии поверхности нагрева.
Введение дистанционирующих проставок исключает деформацию труб и позволяет обеспечить ранжирование продольных шагов расположения труб в секции пакета.
Для обеспечения надежной работы панели и исключения превышения температуры металла стенки и термического напряжения в панели выше допустимых, ширина дистанционируюших проставок в первом пакете поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания должна лежать в пределах 0,5... 1,0 диаметра труб в секциях пакета. В зоне небольших плотностей тепловых потоков ширина охлаждаемых дистанционирующих проставок в, по крайней мере, последующем пакете поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания из чисто экономических соображений должна лежать в пределах 1,0... 1,5 диаметра труб в секциях пакета.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид конвективной поверхности нагрева; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (в увеличенном масштабе); на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 3 (в увеличенном масштабе).
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - гладкостенные трубы первого пакета по ходу движения продуктов сгорания; 2 - охлаждаемые дистанционирующие проставки, соединяющие трубы 1; 3 - трубы пакета, расположенного за первым пакетом по ходу движения продуктов сгорания; 4 - спиральное оребрение труб 3; 5 - охлаждаемые дистанционирующие проставки труб 3. Двумя стрелками на фиг. 1 показано направление движения продуктов сгорания.
Конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов содержит первый пакет поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания и, например, два последующих пакета поверхности нагрева, расположенные на расстоянии друг от друга по ходу движения продуктов сгорания (фиг. 1).
Первый пакет поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания выполнен в виде секций из гладкостенных труб 1, сваренных в U-образную панель и соединенных охлаждаемыми дистанционирующими проставками 2 (фиг. 1, 3 и 4).
Каждый последующий по ходу движения продуктов сгорания пакет расположен в области пониженных температур газов и выполнен в виде секций из U-образных труб 3 с наружным спиральным оребрением 4 (фиг. 1 и 2). Дистанционирование труб
3 выполнено с помощью приварепных к ним охлаждаемых дистанциопирующих проставок 5. Проставки 5 образуют, по крайней мере, два пояса жесткости по длине труб 3 в секциях пакета (фиг. 1).
Выполнение дистанционирующих проставок 2 целесообразно с шириной, лежащей в пределах 0,5... 1,0 диаметра труб 1 в секциях первого пакета по ходу движения продуктов сгорания, а охлаждаемых дистанционирующих проставок 5 с шириной, лежащей в пределах 1,0... 1,5 диаметра труб 3 в секциях последующих пакетов.
Конвективная поверхность нагрева водогрейных котлов работает следующим образом.
Движущиеся из топки водогрейного котла продукты сгорания топлива проходят в межтрубном пространстве сначала через первую гладкотрубную часть поверхности нагрева, затем через вторую оребренн)то. Вода движется внутри труб навстречу продуктам сгорания, образуя противоточную схему движения теплоносителей. При этом продукты сгорания топлива, охлаждаясь, отдают свою тепловую энергию воде, которая в результате этого нагревается.
Топливо, подводимое в топку водогрейного котла, сгорает в среде воздуха. Продукты неполного сгорания дожигаются перед первым пакетом поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания, выполненного из гладкостенных труб 1. сваренных в U-образную панель и соединенных охлаждаемыми дистанционирующими проставками 2, в среде дополнительно подводимого в эту зону воздуха, обеспечивающего полное сгорание топлива. Продукты полностью сгоревшего топлива отдают тепло, по крайней мере, последующему пакету поверхности нагрева по ходу движения продуктов сгорания, выполненному в виде секций из труб 3 с наружным спиральным оребрением 4, ранжированными с помощью охлаждаемых дистанционирующих проставок 5, и выбрасываются в атмосферу (фиг. 1).
Предложенное выполнение конвективной поверхности нагрева водогрейного котла позволяет повысить его эксплуатационную надежность и экономичность за счет снижения ремонтных расходов и времени простоя при ремонте, а также снизить металлоемкость и упростить изготовление ее конструкции.