ПАРОВОЙ КОТЕЛ
STEAM BOILER

Настоящее изобретение относится к области конструирования паровых котлов.
Известны паровые котлы: цилиндрический, батарейный, жаротрубный, жаротрубно-дымогарный, камерный горизонтально-водотрубный, двухсекционный горизонтально-водотрубный, вертикально-водотрубный с гнутыми трубами, вертикально-водотрубный с Т-образной компоновкой, прямоточной конструкции, прямоточный котел ТПП-210А, содержащие барабан, топку с колосниковой решеткой, жаровые и дымогарные трубы, паросборник, пароперегреватель, газоход - аналоги. /Политехнический словарь, изд.2, гл. ред. акад. А.Ю.Ишлинский, Советская энциклопедия, М., 1980, с.362, рис.а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м/.
Недостатками известных паровых котлов являются: медленная передача тепла от нагревателя к воде, неравномерный нагрев котла - снизу больше, сверху меньше, низкая скорость парообразования, значительная потеря тепла.
Указанные недостатки обусловлены: низкой теплопроводностью материала котла, образованием пара в основном в нижней части котла, низким КПД, быстрым рассеиванием тепла в окружающее пространство, сопротивлением движению пара в паросборник через сечение котла, а также конструктивными особенностями котлов.
Известен также паровой котел, содержащий цилиндрический барабан, топку с колосниковой решеткой и зольником, газоход с дымовой трубой, паросборник, установленный в верхней части цилиндрического барабана, пароперегреватель, размещенный в газоходе. /Авт. свид. №473300, кл. F22B 21/16, 30.06.1936/.
Известный паровой котел, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатки известного парового котла, принятого за прототип, те же.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией парового котла.
Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик и КПД парового котла.
Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что продольная ось топки смещена вниз относительно продольной оси цилиндрического барабана, а топка имеет форму пустотелого цилиндра, закрытого с обеих сторон крышками, на верхнем своде которого выполнены на некотором расстоянии друг от друга в продольном и поперечном направлениях прямоугольные сквозные каналы, в которые вставлены и приварены к верхнему своду топки теплопередающие устройства, установленные так, что продольная ось каждого из них лежит на линии радиуса топки и проходит через центр окружности последней, причем теплопередающие устройства выполнены в форме тепловых труб, каждая из которых имеет прямоугольный пустотелый короб, к которому приварены сверху и снизу крышки, а внутрь каждой тепловой трубы залита жидкость на 1/4 объема через отверстие в верхней крышке, закрытое пробкой, причем нижние части тепловых труб, являющиеся зонами нагрева и испарения, выходят в топочное пространство, а верхние части тепловых труб, являющиеся зонами охлаждения и конденсации, расположены веерообразно в верхней части цилиндрического барабана, омываются водой и имеют ребра охлаждения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид парового котла, на фигуре 2 - вид на паровой котел спереди, на фигуре 3 - вид на паровой котел сбоку в разрезе, на фигуре 4 - вид на паровой котел спереди в разрезе, на фигуре 5 - общий вид тепловой трубы в разрезе, на фигуре 6 - вид на тепловую трубу сбоку в разрезе, на фигуре 7 - принцип действия тепловой трубы.
Паровой котел содержит цилиндрический барабан 1, топку 2 с зольником 3 и колосниковой решеткой 4. Топка закрыта передней 5 и задней 6 крышками. Продольная ось топки смещена вниз относительно продольной оси цилиндрического барабана и имеет форму пустотелого цилиндра, закрытого с обеих сторон крышками, на верхнем своде которого выполнены на некотором расстоянии друг от друга в продольном и поперечном направлениях прямоугольные сквозные каналы. На передней крышке топки установлена форсунка 7 для подачи жидкого топлива. Зольник закрыт крышкой 8, а в задней части имеет форсунку 9 для удаления водой шлаков при отоплении парового котла твердым топливом. В прямоугольные сквозные каналы верхнего свода топки вставлены и приварены теплопередающие устройства, установленные так, что продольная ось каждого из них лежит на линии радиуса топки и проходит через центр окружности последней. Теплопередающие устройства выполнены в форме тепловых труб 10, каждая из которых имеет прямоугольный пустотелый короб 11, к которому приварены сверху и снизу крышки 12 и 13, внутрь каждой из них налита жидкость 14 на 1/4 объема тепловой трубы. Жидкость залита через отверстие в верхней крышке, закрытое пробкой 15. Нижние части тепловых труб, являющиеся зонами нагрева испарения, выходят в топочное пространство, а верхние части тепловых труб, являющиеся зонами охлаждения и конденсации, расположенные веерообразно в верхней части цилиндрического барабана, омываются водой и имеют ребра охлаждения 16. В верхней части цилиндрического барабана расположен паросборник 17, который посредством трубы 18 соединен с пароперегревателем 19, размещенным в газоходе 20, связанном с выпускной трубой 21. Там же в верхней части цилиндрического барабана установлен патрубок 22 подачи воды, а спереди размещено водомерное стекло 23.
При отоплении парового котла жидким или твердым топливом внутри топки 2 возникает высокая температура. Верхний свод топки нагревается и нагревает ту часть воды, которая с ним соприкасается. Одновременно с этим нагреваются нижние части тепловых труб 10, которые находятся в топочном пространстве. Жидкий теплоноситель в них закипает и испаряется с поглощением тепла, поднимается вверх и там конденсируется с выделением тепла, которое через короб 11 и ребра 16 передается окружающей воде, которая закипает по всему объему, а пар собирается в паросборнике 17 (фиг.7). Движение пара в тепловых трубах 10 происходит за счет разности давлений насыщенного пара, определяемой разностью температур в зонах нагрева-испарения и охлаждения и охлаждения-конденсации. Возвращение жидкости в зону нагрева-испарения осуществляется за счет силы тяжести по стенкам тепловых труб (на фигуре 7 показано стрелками). При этом эффективная теплопроводность тепловой трубы намного больше теплопроводности меди, серебра или алюминия. Большие потоки тепла и их расположение по всему объему парового котла, большая поверхность ребер 16 приводят к быстрому закипанию и испарению воды. При этом большая часть полученного тепла успевает пойти на нагрев воды. /О тепловых трубах, см. Физический энциклопедический словарь, гл. ред. А.М.Прохоров, М., Советская энциклопедия, 1983, с.745/. Из паросборника 17 пар по трубе 18 поступает в пароперегреватель 19, где происходит его осушение и дополнительный нагрев, затем он поступает потребителям. Газовый поток из топки 2 движется в газоход 20 и далее в дымовую трубу 21. При отоплении парового котла твердым топливом зола через колосниковую решетку 4 попадает в зольник 3, из которого она удаляется посредством сильной струи воды, подаваемой из форсунки 9 при открытой крышке 8. Расход воды в паровом котле пополняется через патрубок 22, а контроль за уровнем воды осуществляется посредством водомерного стекла 23.
Предлагаемый паровой котел может быть использован на морских судах, электростанциях, особенно передвижных, и для обогрева жилых зданий.
Положительный эффект: простота конструкции, более полное и быстрое использование образующейся теплоты, более равномерный нагрев воды по всему объему парового котла, более высокая производительность за единицу времени, более высокий срок службы из-за отсутствия жаровых и дымогарных труб.