ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК ВОДОТРУБНОГО КОТЛА

Полезная модель относится к котельной технике, в частности к конструкции водотрубных водогрейных котлов, и может быть использована в системах теплоснабжения объектов различного назначения. [F24H 1/00, F28F 1/00, F22B 21/00].
Из уровня техники известен ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ [RU 122155 (U1), опубл. 20.11.2012 г.], содержащий топочную часть, камера сгорания которой образована топочным шатром из боковых и потолочных труб, колосниковой решеткой и фронтальной панелью, и конвективный блок, выполненный в виде горизонтально расположенных труб, разделенных вертикальными перегородками, отличающийся тем, что боковые и потолочные трубы топочного шатра расположены горизонтально, между трубами установлены перемычки из металлических пластин, а в конвективном блоке, выполненном в форме замкнутого параллелепипеда, вертикальные перегородки расположены продольно и делят его на две боковые и центральную секции, боковые секции имеют верхние входные каналы, которые сообщены с камерой сгорания, и нижние выходные каналы, связанные с нижним входным каналом центральной секции, при этом ее верхний выходной канал сообщен с атмосферой.
Недостатком аналога являются постепенное нарастание гидравлического сопротивления котла из-за отсутствия системы удаления воздуха и дренажа трубной части котла, что ведет к снижению КПД, а также сложность и ресурсоемкость изготовления теплообменного блока котла, не имеющего общего каркаса несущих элементов для топочного и конвективного блоков.
Также из уровня техники известен КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ [RU 2463526 (С1), опубл. 10.10.2012 г.], содержащий прямоугольную топочную камеру, имеющую зоны горения и конвективного нагрева, разделенные передней вертикальной перегородкой с окном сверху для прохода продуктов сгорания, передний, боковые, потолочный и нижний трубчатые экраны, а также прямой и обратный трубопроводы теплосети, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом, зона горения имеет расположенную снизу колосниковую решетку, а зона конвективного нагрева - поперечно расположенные переднюю и заднюю секции, состоящие из горизонтальных труб, и, по меньшей мере, одну заднюю вертикальную перегородку, расположенную между секциями и имеющую возможность поворота потока продуктов сгорания, отличающийся тем, что в качестве нижнего экрана используется колосниковая решетка, выполненная из продольных труб, длина потолочного экрана, также выполненного из продольных труб, равна длине топочной камеры, боковые и передний экраны выполнены из вертикальных труб, вертикальные трубы каждого бокового экрана соединены между собой параллельно с помощью верхнего и нижнего продольных коллекторов, а между трубами боковых экранов имеются металлические мембраны, каждая секция зоны конвективного нагрева снабжена, по меньшей мере, одной парой дополнительных секций с образованием соответственно переднего и заднего конвективных блоков, секции в которых соединены между собой последовательно, горизонтальные трубы секций также соединены между собой последовательно, при этом колосниковая решетка экрана с другой стороны последовательно соединена с передним экраном, который последовательно соединен с потолочным экраном, а последний на выходе снабжен поперечным потолочным коллектором, разделяющим систему циркуляции теплоносителя на две параллельные ветви, для чего потолочный коллектор соединен с одной стороны с входом переднего конвективного блока, а с другой - заднего, выход каждого конвективного блока последовательно соединен с нижним продольным коллектором бокового экрана, а каждый боковой экран через верхний продольный коллектор соединен с прямым трубопроводом теплосети, кроме того, секции противоположных конвективных блоков расположены в шахматном порядке, упомянутой передней вертикальной перегородкой является передняя секция переднего блока, а упомянутой задней вертикальной перегородкой - расположенная сзади секция, для чего трубы этих секций соединены металлическими мембранами.
Недостатком аналога являются постепенное нарастание гидравлического сопротивления котла из-за отсутствия системы удаления воздуха и дренажа трубной части котла, что ведет к снижению КПД, а также сложность и ресурсоемкость изготовления топочного блока с боковыми экранами, состоящими из вертикальных труб, из-за высокотехнологичных соединений с продольными коллекторами.
Наиболее близким по технической сущности является КОТЕЛ ВОДОТРУБНЫЙ [RU 193331 (U1), опубл. 24.10.2019 г.], содержащий корпус прямоугольной формы, разделенный на топочный и конвективный блоки передней вертикальной перегородкой с окном газохода, а также патрубки подающего и обратного трубопроводов, топочный блок сформирован передним, потолочным, нижним и боковыми трубными экранами, нижний и потолочный экраны выполнены, каждый, из продольных труб и двух поперечных коллекторов, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом и является охлаждаемой колосниковой решеткой, боковые экраны выполнены из вертикальных труб, соединенных, в каждом экране с соответствующей стороны, с верхним и нижним продольными коллекторами, передний экран выполнен из вертикальных труб, соединенных внизу и вверху с коллекторами экрана, конвективный же блок содержит набор теплообменных секций, заканчивающихся задней вертикальной перегородкой в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном для выхода дымовых газов, и, по меньшей мере, одну газоповоротную перегородку в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном газохода, теплообменные секции расположены поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляют собой теплообменники из горизонтально расположенных труб, соединенных вертикальными коллекторами, одним из которых они связаны механически и гидравлически с верхним и нижним продольными коллекторами котла посекционно то елевой то с правой стороны, отличается тем, что между трубами переднего, потолочного и боковых трубных экранов, задней вертикальной перегородки, между вертикальными коллекторами теплообменных секций конвективного блока с внешней стороны котла выполнены вставки из металлических полос, стороны корпуса котла имеют между собой газоплотное соединение и жесткую связь через верхние и нижние коллекторы, тем самым образуя единый трубный каркас, трубная система котла изготовлена с возможностью последовательного движения потока теплоносителя от подачи через патрубок обратного трубопровода в коллектор охлаждаемой колосниковой решетки, прохождения ее полостей и дальнейшего направления потока двумя параллельными путями по боковым сторонам котла через теплообменные секции конвективного блока, начиная с задних, боковые, передний и потолочный экраны до выхода теплоносителя из заднего коллектора потолочного экрана в патрубок подающего трубопровода, на коллекторах экранов в верхней части котла установлены патрубки спускников воздушных, а на нижних коллекторах - патрубки спускников дренажных, а в трубах экранов и теплообменных секций установлены регулирующие перемычки.
Основной технической проблемой прототипа является повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное наличием опускания и подъема потока теплоносителя в трубах боковых экранов посредством регулирующих перегородок, создающих дополнительное препятствие движению теплоносителя, что снижает его скорость и повышает склонность котла к образованию отложений и паро-воздушных пробок, а при снижении расхода теплоносителя через котел ниже минимально допустимого уровня - к перегреву поверхностей нагрева и образованию свищей.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является снижение гидравлического сопротивления.
Указанный технический результат достигается в теплообменном блоке водотрубного котла, содержащем корпус прямоугольной формы, разделенный на топочный и конвективный блоки, топочный блок сформирован передним, потолочным, нижним и боковыми трубными экранами, при этом нижний экран является охлаждаемой колосниковой решеткой, конвективный блок содержит набор теплообменных секций, которые расположены поперечно на пути движения дымовых газов и представляют собой теплообменники из горизонтально расположенных труб, соединенных вертикальными коллекторами, стороны корпуса имеют газоплотное исполнение и жесткую связь через верхние и нижние коллекторы, тем самым образуя единый трубный каркас, на верхних коллекторах установлены патрубки спускников воздушных, а на нижних - патрубки спускников дренажных, отличающемся тем, что трубы боковых трубных экранов расположены горизонтально и с каждой стороны корпуса связаны гидравлически последовательно через расположенные поочередно, то слева то справа, соединительные каналы.
В частности, трубная система теплообменного блока изготовлена с возможностью обеспечения последовательного движения потока теплоносителя через охлаждаемую колосниковую решетку, передний и потолочный трубные экраны и дальнейшего его направления двумя параллельными потоками по боковым сторонам теплообменного блока через теплообменные секции конвективного блока, начиная с задних, затем подъем по боковым трубным экранам и последующее объединение параллельных потоков теплоносителя в коллекторе подающей магистрали с выходом через выходной патрубок на подачу в систему отопления.
В частности, конструкция теплообменного блока негазоплотная.
В частности, конструкция нижнего трубного экрана теплообменного блока негазоплотная.
В частности, конструкция теплообменного блока выполнена с неохлаждаемой колосниковой решеткой.
В частности, вертикальные коллекторы теплообменных секций конвективного блока закреплены в верхнем и в нижнем продольных коллекторах на каждой боковой стороне котла.
В частности, верхние продольные коллекторы для конвективного блока выполняются отдельно, без соединения стопочным блоком.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан вид сбоку теплообменного блока водотрубного котла.
На фиг. 2 показан вид сбоку варианта теплообменного блока водотрубного котла с отдельными верхними продольными коллекторами для топочного и конвективного блоков.
На фиг. 3 показана условная схема взаимного расположения трубных экранов топочного блока и коллектора подающей магистрали.
На фиг. 4 показана схема теплообменной секции.
На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - топочный блок, 3 - передний трубный экран, 4 - потолочный трубный экран, 5 - нижний трубный экран, 6 - боковой трубный экран, 7 - конвективный блок, 8 - теплообменная секция, 9 - горизонтальная труба, 10 -вертикальные коллекторы теплообменных секций, 11 - верхние продольные коллекторы, 12 - нижние продольные коллекторы, 13 - трубы боковых трубных экранов, 14 - соединительные каналы, 15 - коллектор подающей магистрали, 16 - выходной патрубок, 17 - патрубок спускников воздушных, 18 - патрубок спускников дренажных, 19 - верхние продольные коллекторы конвективного блока.
Осуществление полезной модели.
Заявленный теплообменный блок водотрубного котла состоит из корпуса 1 прямоугольной формы, разделенного на топочный блок 2, ограниченный передним 3, потолочным 4, нижним 5 и боковыми 6 трубными экранами, и конвективный блок 7, состоящий из набора теплообменных секций 8, расположенных поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляющих собой раму из горизонтальных труб 9 состыкованных концами с вертикальными коллекторами теплообменных секций 10, соединенными с соответствующей стороны с верхними 11 и нижними 12 продольными коллекторами, в гидравлическом соединении с которыми также находятся, с соответствующей стороны, трубы боковых трубных экранов 13, расположенные горизонтально и связанные между собой с каждой стороны корпуса гидравлически последовательно через выполненные то слева то справа соединительные каналы 14, верхние из которых, с соответствующей стороны, соединяют боковые экраны 6, через верхние продольные коллекторы 11, с коллектором подающей магистрали 15, на котором расположен выходной патрубок 16, стороны корпуса котла имеют газоплотное исполнение и находятся в соединении между собой сварными швами через верхние и нижние продольные и поперечные коллекторы, на коллекторах в верхней части котла установлены патрубки спускников воздушных 17 а на нижних коллекторах патрубки спускников дренажных 18.
Теплообменный блок водотрубного котла используется следующим образом.
При сгорании топлива в топочном блоке 2 корпуса 1 выделяется тепло, которое воспринимается посредством лучистого, лучисто-конвективного теплообмена поверхностями нагрева переднего 3, потолочного 4, нижнего 5, боковых 6 трубных экранов, а образующиеся при сгорании дымовые газы передают свою тепловую энергию, посредством конвективного теплообмена, поверхностям нагрева теплообменных секций 8. От трубных экранов и теплообменных секций тепло воспринимается теплоносителем, который последовательно движется через нижний 5, передний 3 и потолочный 4 трубные экраны, затем направляется двумя параллельными потоками по боковым сторонам теплообменного блока через теплообменные секции 8 конвективного блока 7, начиная с задних, проходит раздающие-собирающие верхние 11 и нижние 12 продольные коллекторы, вертикальные коллекторы теплообменных секций 10, горизонтальные трубы 9, затем зигзагообразно поднимается через соединительные каналы 14 горизонтальных труб боковых трубных экранов 13, вновь объединяется в коллекторе подающей магистрали 15, являющемся верхним узлом трубной системы теплообменного блока, и через выходной патрубок 16 направляется в подающую сеть системы отопления. Теплоноситель заливается в трубную систему теплообменного блока через патрубки спускников дренажных 18, расположенных в коллекторах нижней части котла, за счет чего воздух выдавливается в верхние точки системы. Через эти же патрубки при обслуживании удобно и быстро удаляется накипь и отложения, что снижает гидравлическое сопротивление котла и повышает коэффициент технического использования. Воздух и пар, образующиеся или попадающие в систему циркуляции теплоносителя в процессе работы котла, повышающие гидравлическое сопротивление и снижающие показатели теплоемкости теплоносителя, удаляются через патрубки спускников воздушных 17, установленные в коллекторах верхней части теплообменного блока. Стороны корпуса 1 имеют газоплотное исполнение и между собой связаны сварным соединением через верхние и нижние коллекторы, тем самым образуя единый трубный несущий каркас, не требующий дополнительных несущих элементов, кроме опорных, для установки. Также возможен для использования и вариант теплообменного блока водотрубного котла с отдельными верхними продольными коллекторами конвективного блока 19.
Таким образом, горизонтальное расположение труб боковых трубных экранов 13 сглаживает неравномерность скорости потока теплоносителя, способствует устранению завихрений в нем, так как исключает чередование опускного и подъемного движений теплоносителя в боковых экранах и использование в его объеме регулирующих перегородок, что помимо существенного упрощения технологии изготовления, снижает предрасположенность конструкции трубной системы к образованию отложений и паровоздушных пробок и ведет к достижению технического результата по снижению гидравлического сопротивления трубной системы теплообменного блока в целом, в следствии чего также повышается надежность работы поверхностей нагрева боковых трубных экранов 6 в условиях снижения скорости циркуляции теплоносителя. Совместный эффект использования патрубков спускников дренажных 18 и патрубков спускников воздушных 17 в конструкции теплообменного блока с горизонтальным расположением труб боковых трубных экранов 13 дополнительно сокращает и время обслуживания трубной системы теплообменного блока на 3…6%, в зависимости от мощности котла данной конструкции.