ВОДОТРУБНЫЙ КОТЕЛ

Водотрубный котёл.
Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к водотрубным котлам малой и средней производительности, предназначенным для выработки пара.
Известна конструкция водотрубного котла, содержащего верхний и нижний барабаны с подключёнными к ним, соответственно, верхним и нижним боковыми коллекторами, соединёнными теплообменными трубами, образующими боковые экраны, при этом под нижними боковыми коллекторами, параллельно барабанам, установлен дополнительный коллектор, соединённый с нижними коллекторами перемычками, а с верхним барабаном дополнительными трубами, образующими подовый экран (А. С. СССР №866330, М. Кл. F 22В 21/04).
Недостатками данного котла являются наличие двух барабанов, требующих д.пя изготовления сложного технологического оборудования, а также применение большого количества гнутых труб, что усложняет технологию изготовления котла.
Известен также котёл, содержащий две одинаковые гребёнки, образованные обогреваемыми топочными и конвективными трубчатыми секциями, сухопарник и коллектора, соединённые опускными необогреваемыми трубами, при этом топочные и конвективные секции выполнены в виде квадратных рам, трубы которых расположены в секциях под углом 45° к горизонту и вварены в коллектора с шагом, равным двум диаметрам труб (А. С. СССР №502178, М. Кл. F 22В 17/08).
В данной конструкции котла не используются барабаны, что делает её более технологичной. Однако, в данном котле функции сепарационного барабана передаются верхним собирающим коллекторам относительно малого диаметра. Дополнение коллекторов горизонтальным сухопарником также малого диаметра не решает проблемы достаточной сепарации пара.
Кроме того, ограничение угла наклона одним размером 45° затрудняет компоновочные решения по котлу, а применение гнутых труб усложняет его конструкцию.
Наиболее близким к предлагаемому водотрубному котлу является котёл, содержащий топку и конвективный газоход с экранными поверхностями и установленный над ним барабан, соединённый опускными трубами с раздающими коллекторами, при этом экранные поверхности выполнены в виде секций прямоугольной формы, установленных вплотную одна к другой с подключением смежных секций к противоположным сторонам барабана и соответственно к разным коллекторам. (А. С. СССР №421849 МПК F 22В 21/34 - Прототип).
Недостатком известного котла является наличие сепарационного барабана, что усложняет конструкцию и снижает технологичность изготовления котла.
Заявляемое решение позво.11яет упростить конструкцию котла, повысить технологичность его изготовления и надёжность при одновременном сохранении характеристик получаемого пара.
Предложен водотрубный котёл, содержащий топку и конвективный газоход с поверхностями нагрева, выполненными в виде секций прямоугольной формы и подключёнными к коллекторам. Котёл снабжён сепараторами пара, соединёнными посредством опускных труб с нижним раздающим коллектором, а посредством пароотводящих труб- с верхним собирающим коллектором, связанным с нижним раздающим коллектором трубами рециркуляции, при этом сепараторы пара сообщены между собой посредством уравнительной ёмкости. Кроме того, секции поверхностей нагрева установлены под углом к горизонтали, находящемся в пределах от 3 до 45°.
Отличительными признаками водотрубного котла от указанного выше наиболее близкого к нему являются оснащение котла сепараторами пара, сообщёнными между собой посредством уравнительной ёмкости, а также соединение верхнего коллектора пароотводящими трубами с сепараторами, соединенными водоопускными трубами с нижним коллектором. Коллектора в свою очередь связаны между собой трубами рециркуляции.
Совокупность сепараторов, уравнительной ёмкости и верхнего коллектора, связанного трубами рециркуляции с нижним коллектором, выполняет функции сепарационного барабана. Вместе с тем эти элементы изготавливаются из стандартных труб и не требуют использования специального технологического оборудования.
Сохранение характеристик получаемого пара по сравнению с барабанной конструкцией котла обеспечивается двухступенчатой его сепарацией: на первой ступени в верхнем собирающем коллекторе с отводом избыточной воды по трубам рециркуляции в нижний раздающий коллектор, а затем - на второй ступени в сепараторах пара.
Сообщение сепараторов между собой посредством уравнительной ёмкости, которая дополнительно выполняет накопительные функции барабана, обеспечивает одинаковый уровень воды в них и равномерность работы.
Кроме того, секции поверхностей нагрева котла установлены под углом к горизонтали, находящемся в пределах от 3° до 45°. Выбор диапазона изменения угла обусловлен следующими соображениями: при уменьшении угла менее 3° в нижних трубах происходит расслоение пароводяной смеси - пар находится в верхней обогреваемой части труб, а вода - в нижней. Скорость движения пара невелика (порядка 1м/с), что снижает интенсивность охлаждения труб и при этих условиях возможен их пережог. Увеличение же угла приводит к увеличению продольной составляющей вектора потока омывающих трубы газов, и к снижению коэффициента теплопередачи, что в свою очередь уменьшает эффективность работы котла. По мнению авторов оптимальным углом установки секций является угол величиной в 7°. В этом случае на всех режимах работы котла не происходит расслоения пароводяной смеси и омывание труб газами близко к поперечному.
Предлагаемый водотрубный котёл иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах 1...5.
На фигуре 1 показан общий вид котла (разрез по А-А).
На фигуре 2 показан поперечный разрез по Б-Б.
На фигуре 3 показана секция топочной камеры.
На фигуре 4 показана секция конвективного пучка.
На фигуре 5 показана фронтальная секция радиационного экрана.
Котёл включает нижний раздающий коллектор 1 и верхний собирающий коллектор 2, соединённые между собой трубами рециркуляцииЗ. Котёл снабжён сепараторами пара 4, соединёнными посредством опускных труб 5 с нижним раздающим коллектором 1, а посредством пароотводящих труб 6 - с верхним собирающим коллектором 2. Сепараторы пара 4 сообщены между собой посредством уравнительной ёмкости 7. Уравнительная ёмкость 7 соединена трубами 8 и 9 с сепараторами пара 4. Для отвода пара из сепараторов 4 установлены трубы 10, которые за пределами котла могут быть объединены в общий паропровод. С уравнительной ёмкостью 7 соединён патрубок 11 подвода питательной воды к котлу . Питательная вода может быть также подведена к сепараторам пара 4, нижнему раздающему коллектору 1, верхнему собирающему коллектору 2 или на вход в трубу рециркуляции 3. Однако, для улучшения качества пара целесообразно подвод воды выполнить в уравнительную ёмкость 7.
Конвективные и радиационные части котла выполнены в виде секций прямоугольной формы, состоящих из прямых, одинаковых между собой по длине вертикальных труб 12 и горизонтальных труб 13, что упрощает технологию изготовления котла. При этом секции
поверхностей нагрева установлены под углом а к горизонтали, находящемся в пределах от 3° до 45°.
На фронтальной секции радиационного экрана обеспечено место установки 14 горелочного устройства. Все секции радиационных и конвективных поверхностей нагрева соединены между собой плоскими приварными поставками 15 в единый цельносварной блок котла. Плоские проставки 15 и крайние трубы секций образуют ограждающие поверхности блока котла, обеспечивая его газоплотность.
Ограждающие поверхности могут быть без проставок, т. е. не газоплотными. В этом случае следует применить многослойную обмуровку.
Особенностью котла в цельносварном газоплотном исполнении является то, что внутри ограждающей поверхности находятся только трубные элементы поверхностей нагрева, исключая раздающий и собирающий коллектора Такое устройство обеспечивает свободный доступ к каждой секции для её контроля и ремонта.
Котёл работает следующим образом.
Питательная вода подаётся по патрубку 11 в уравнительную ёмкость 7, где создаётся необходимый запас воды в котле. Затем вода поступает в раздающий коллектор по трубам 8 и 5. Из коллектора 1 вода поступает в секции нагрева котла, где происходит её нагрев и испарение. Пароводяная смесь собирается в верхнем коллекторе 2, где частично разделяется на пар и воду. Часть воды из верхнего коллектора 2 по трубам рециркуляции 3 возвращается в коллектор 1 и далее опять поступает в секции поверхностей нагрева, минуя пароотводящие трубы и сепараторы, уменьшая тем самым их гидравлическое сопротивление. Другая часть воды выносится вместе с паром в виде пароводяной смеси по пароотводящим трубам 6 и поступает в сепараторы пара 4, где происходит окончательное разделение пароводяной смеси на воду и пар. Пар удаляется из котла по трубам 10, а вода
собирается в водных объёмах сепараторов и вместе с питательной водой снова поступает в секции поверхностей нагрева котла.
За счёт соединения сепараторов пара 4 трубами 8 и 9 с уравнительной ёмкостью 7 обеспечивается одинаковый уровень воды в них и равномерность работы сепараторов и котла в целом.