ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам с многократной принудительной циркуляцией воды. Может найти применение при изготовлении котлов малой мощности.
Известен секционный водогрейный котел, включающий снабженные подводящими и отводящими патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору, при этом подводящие патрубки сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами нижнего коллектора, а посредством струйных сопел, установленных на входе в одну или на входах в несколько горизонтальных труб верхнего коллектора, с верхним коллектором, между верхним и нижним коллекторами установлены трубы рециркуляции, на входах в которые в верхнем коллекторе установлены струйные сопла для обеспечения многократной круговой циркуляции воды во всех топочных и конвективных секциях, причем конвективные поверхности нагрева выполнены разновеликими по высоте с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла (патент RU 2181467).
Недостатком известного котла является:
- необходимость подвода сетевой воды через сопла струйных насосов как в нижний, так и в верхний коллекторы усложняет конструкцию котла, при этом декларируемая возможность как подъемного, так и опускного движения воды в слабо нагруженных секциях конвективных поверхностей нагрева является спорной, в зависимости от возрастания мощности горелки могут возникнуть противотоки воды в вертикальных трубках конвективных секций и препятствовать многократной циркуляции воды;
- изготовление конвективных поверхностей нагрева разновеликими по высоте не представляет возможным их равноуровневое подключение к нижнему коллектору. Также недостатком данного решения является сложность конструкции, высокое аэродинамическое сопротивление, невозможность очистки верхних и нижних коллекторов топки и конвективной части, потребность в использовании дымососа. Известен секционный водогрейный котел, содержащий экранированную топочную камеру и размещенную над ней и сообщенную с ней газоходом конвективную камеру, в которой установлена конвективная поверхность нагрева, выполненная в виде продольно и параллельно расположенных плоских секций - панелей с вертикальными каналами, сообщенными с раздающими и собирающими горизонтальными коллекторами. Панели размещены в полости конвективной камеры с образованием сообщенных между собой центрального газохода, поворотной камеры и двух периферийных газоходов. Панели образуют между собой продольные зазоры для прохода газов. Раздающие горизонтальные коллекторы расположены с плотным примыканием друг к другу и с образованием в верхней части топочной камеры горизонтального потолочного экрана с проемом, сообщающим полость топочной камеры с полостью конвективной камеры (см. SU 1124669).
Недостатком этого известного котла является:
- неразборная и, как следствие, неремонтопригодная конструкция топочных панелей, что усложняет эксплуатацию котла в случае возможного образования накипи в трубах топочных экранов;
- деление полости конвективной камеры на центральный газоход и два периферийных газохода не обеспечивает равномерную теплоотдачу продуктов сгорания плоскими панелями конвективной камеры, что приводит к появлению в ней более теплонапряженных участков в центральном газоходе и, как следствие, к снижению интенсивности теплообмена в конвективных панелях периферийных газоходов. Также недостатком данного решения является сложность конструкции, высокое аэродинамическое сопротивление, невозможность очистки верхних и нижних коллекторов топки и конвективной части, потребность в использовании дымососа. Наиболее близким решением является секционный водогрейный котел (патент RU 2287748), содержащий экранированную топочную камеру и размещенную над ней и сообщенную с ней газоходом конвективную камеру, в которой установлена конвективная поверхность нагрева в виде параллельных друг другу секций, отличающийся тем, что он содержит два водоструйных эжектора и расположенные попарно, горизонтально и продольно верхние, средние и нижние коллекторы, к которым поперечно подключены секции, задний и фронтальный экраны, каждая секция содержит последовательно соединенные верхнюю горизонтальную трубу, ряд вертикальных труб и среднюю горизонтальную трубу, секции подключены верхними горизонтальными трубами к двум верхним коллекторам, а средними горизонтальными трубами, которые образуют верхний экран, к двум средним коллекторам, задний экран и фронтальный экран содержат верхнюю горизонтальную трубу, по две средних горизонтальных трубы, ряд вертикальных труб и нижнюю горизонтальную трубу, задний и фронтальный экраны подключены верхними горизонтальными трубами к двум верхним коллекторам, средними горизонтальными трубами к двум средним коллекторам, нижними горизонтальными трубами к двум нижним коллекторам, фронтальный экран дополнительно содержит прямоугольный проем для лаза, каждый из двух боковых экранов содержит по ряду вертикальных труб, верхние концы которых подключены соответственно к двум средним коллекторам, а нижние концы соединены попарно, по одному из каждого ряда, с горизонтальными трубами, которые образуют нижний экран и которые поочередно подключены одними концами к одному из двух нижних коллекторов, два водоструйных эжектора соединены с общим вводом холодной воды и подключены каждый к одному из двух верхних коллекторов и к одному из двух нижних коллекторов с образованием многократной принудительной циркуляции воды, два верхних коллектора соединены с общим выводом нагретой воды, наружная поверхность котла обварена проставками между трубами, верхний экран обварен проставками между трубами с образованием проема для газохода, конвективные секции разделены на группы приваренными проставками между трубами с поочередным образованием повторяющихся центрального газохода и двух боковых газоходов, последние из которых соединены внешними боковыми газоходами за задней стороной котла в один газоход, в котором установлен поворотный шибер для регулировки тяги.
При повышенной надежности и высоким КПД недостатком данного решения является сложность конструкции, высокое аэродинамическое сопротивление, невозможность очистки верхних и нижних коллекторов топки и конвективной части, потребность в использовании дымососа.
Техническим результатом заявленного решения является универсальный (позволяющий использовать все виды топлив - твердые, жидкие, газообразные), экономичный и простой в эксплуатации котел, имеющий минимальное аэродинамическое сопротивление, повышенный ресурс и надежность работы, с уменьшенными выбросами золы и сажи в атмосферу при сжигании твердых топлив. Также котел обеспечивает возможность очистки коллекторов топки и конвективной части, не требует использования дымососа.
Указанный технический результат достигается за счет того, что водогрейный котел, состоящий из топки и конвективной части; топка содержит нижние и верхние коллекторы, соединенные вертикально установленными трубами, фронтальный охлаждаемый экран, на коллекторе которого установлен горелочный блок, предохранительный клапан; конвективная часть включает коллекторы нижней и верхней камер, соединенные вертикально установленными трубами, поворотный экран, взрывной клапан, газоход, отличающийся тем, что в верхних и нижних коллекторах конвективной части установлены перегородки, выполненные таким образом, что направление подачи теплоносителя в конвективной части меняется на противоположное с чередующейся циркуляцией движения вверх-вниз, вниз-вверх, причем на верхнем топочном коллекторе и на верхних и нижних камерах конвективной части установлены фланцы с функцией осмотра, чистки и замены труб топочной и конвективной части.
Через верхнюю камеру в трубы поворотного экрана и передние коллекторы конвективной части могут быть установлены турбулентные пластины.
Котел может быть заизолирован базальтовыми прошивными матами и обшит крашеным тонколистовым металлом.
На фиг. представлена конструктивная схема устройства заявленного котла. Радиационная часть котла состоит из горелочного блока 1, радиационной части (топки) - 2 с нижними коллекторами 3 и верхними 4, фронтального охлаждаемого экрана топки 5 на коллекторе, которого устанавливается горелочный блок 1, предохранительного клапана 6. На верхнем топочном коллекторе установлены фланцы 13 для контроля состояния, чистки топочных и радиационных труб.
Конвективная часть включает нижнюю камеру-коллектор 7, верхнюю камеру-коллектор 8, поворотный экран 9, взрывной клапан 10, газоход 11. На верхних 8 и нижних камерах 7 установлены фланцы 12 и 15 для осмотра, чистки и замены труб конвективной части. Турбулентные пластины 18.
Котел газоплотный, отсутствует обмуровка. Может быть заизолирован базальтовыми прошивными матами по ГОСТ 21880-94 и обшит крашеным тонколистовым металлом.
Целостность газового тракта защищена взрывным клапаном 10, водяного объема предохранительным клапаном 6.
Радиационная и конвективные части изготавливаются отдельно и устанавливаются на несущей раме 14, предоставляющей возможность перемещать котел на месте монтажа. После установки соединяются перепускными трубами.
Смену направления потока теплоносителя задают перегородки 19, расположенные в верхних и нижних коллекторах конвективной части. Благодаря ним меняется направление потока теплоносителя вверх-вниз и обратно.
Водогрейный котел работает следующим образом:
Продукты горения топлива (газообразные, жидкого, твердого) из топки пройдя фестонную часть над поворотным экраном входят в верхнюю часть конвективной части поверхности нагрева и опустившись выходят из нижней части через газоход в дымовую трубу передавая тепло встречному потоку теплоносителя.
Теплоноситель входит в нижнюю камеру 7 конвективной части и двигаясь противотоком к продуктам горения и факелу в топке нагревается до максимальной температуры. Данная конструкция водогрейного котла, схема циркуляции теплоносителя не имеет аналогов. Вертикальная синусоидально-зигзагообразная циркуляция теплоносителя (верх-вниз-верх и т.д.) предоставляет возможность в верхних и нижних коллекторах (камерах) топки и конвективной части устанавливать фланцы, через которые выполняются внутренний осмотр поверхностей нагрева чистку от шлама, накипи, замену труб котла. Через верхнюю камеру 8 в трубы поворотного экрана и передние ряды конвективной части устанавливаются турбулентные пластины 18 для более эффективной теплопередачи и интенсивного равномерного охлаждения наиболее теплонапряженных поверхностей нагрева.
Котел имеет минимальное аэродинамическое сопротивление, эксплуатируется без дымососа, что повышает надежность работы котла, уменьшаются выбросы золы и сажи в атмосферу при сжигании твердых топлив. Минимальное аэродинамическое сопротивление достигается за счет малого количества ходов газового тракта - ходов в конвективной части, значительного живого сечения газового тракта и газоходов. Камерная топка позволяет использовать все виды топлив (твердые, жидкие, газообразные), т.е. котел универсальный. На фронтальной охлаждаемой части топки по необходимости можно переустанавливать горелку или загрузочную и зольные дверки при сжигании твердых топлив.
Коллектора топки являются несущими опорными конструкциями для стандартных чугунных колосников при переводе котла на сжигание твердых топлив (дрова, уголь, торф). Колосники подаются в амбразуру фронтального экрана, образованную охлаждаемым коллектором фронтального экрана и укладываются на боковые коллектора топки.
При небольших нагрузках в осенне-весенний период допускается эксплуатация котлов в приконденсатном режиме, но это может привести к значительному отложению золы и сажи на конвективных поверхностях нагрева.
По периметру конвективной части устанавливаются чугунные дверки (лючки) 16 и заслонки 17. Это обеспечивает визуальный осмотр, чистку отзолы и сажи каждой трубы конвективной части, предоставляет возможность снижать температуру уходящих газов и повышать КПД котла.