КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР ВОДОТРУБНЫЙ

Заявленная полезная модель относится к области котлостроения и может быть использована при изготовлении водотрубных котлов-утилизаторов.
Известна конструкция котла-утилизатора тепла по а.с. № RU 2273795 C1 кл. F22B 1/18 и F22B 37/48, содержащая цилиндрический корпус и трубную систему с прямыми трубами. Недостатками данной конструкции являются: применение прямоточной схемы движения теплоносителей и отсутствие перегородок в межтрубной полости котла-утилизатора, - что в совокупности приводит к низким показателям тепловой эффективности.
Известна конструкция водотрубного котла-утилизатора тепла по а.с. № RU 2249760 C2 кл. F22B 1/18, состоящая из цилиндрического корпуса, трубной системы с прямыми трубами и разделительных полуколец, расположенных соосно с корпусом и образующих лабиринтный газовый канал. Недостатком данной конструкции является повышенное аэродинамическое сопротивление движению теплоносителя в газовой полости, вызванное резкими поворотами на пути следования рабочей среды.
Наиболее близкой к представленному техническому решению является конструкция водотрубного котла-утилизатора [Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов, 2 изд. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004], содержащая цилиндрический корпус, водяные коллекторы и трубную систему с прямыми трубами, закрепленными в кольцевых трубных решетках, с глухой центральной перегородкой и несколькими кольцевыми перегородками в межтрубном пространстве.
Данное техническое решение также имеет недостатки. Значительное количество поперечно расположенных перегородок в межтрубном пространстве приводит к росту аэродинамического сопротивления движению газов и усложнению конструкции котла-утилизатора. К тому же наличие большого числа перегородок не позволяет достичь качественного и полного обтекания теплообменных труб теплоносителем и, в свою очередь, получить высокие показатели тепловой эффективности.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, - увеличение тепловой эффективности и снижение аэродинамического сопротивления при движении дымовых газов во внутренней полости водотрубного котла-утилизатора.
Указанная задача решается тем, что в предлагаемом водотрубном котле-утилизаторе, содержащем цилиндрический корпус, водяные коллекторы и трубную систему (пучок) с прямыми трубами, закрепленными в кольцевых трубных решетках, с глухой центральной перегородкой и несколькими кольцевыми перегородками в межтрубном пространстве, согласно полезной модели,к кольцевым перегородкам, расположенным во входном по газу участке котла-утилизатора, с внутренней стороны прикреплены дефлекторы в форме усеченных конусов, направленных узкой частью навстречу потоку газов, к кольцевой перегородке, расположенной в выходном по газу участке котла-утилизатора, с внешней стороны прикреплен дефлектор в форме усеченного конуса, направленного широкой частью навстречу потоку газов, на корпусе котла-утилизатора установлен одинарный линзовый компенсатор, вогнутой частью направленный в газовую полость, причем диаметры окружностей, образующих вершины усеченных конусов дефлекторов во входном участке котла-утилизатора, таковы, что они разбивают площадь центрального отверстия передней трубной решетки на кольцевые фигуры равной площади, диаметр окружности, образующей широкое основание усеченного конуса дефлектора в выходной части котла-утилизатора, таков, что он также разбивает кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса и трубной системой на равные по площади кольцевые фигуры, а одинарный линзовый компенсатор, расположенный на расстоянии в 1/6 длины газовой полости от задней трубной решетки, образует между вершиной вогнутой части и трубной системой котла-утилизатора кольцевую фигуру площадью, равной третьей части площади кольцевой фигуры, заключенной между внутренней поверхностью корпуса и трубной системой.
На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - корпус водотрубного котла-утилизатора, 2 - трубный пучок с прямыми трубами, 3 - дефлектор входной, 4 - дефлектор выходной, 5 - одинарный линзовый компенсатор, 6 - глухая центральная перегородка, 7 - передняя трубная решетка, 8 - задняя трубная решетка.
Установка на входном участке межтрубной газовой полости водотрубного котла-утилизатора входных дефлекторов 3 в форме усеченных конусов, направленных узкой частью навстречу потоку, позволяет создать условия для поперечного омывания и равномерного распределения потока рабочей среды по площади теплообменной поверхности трубного пучка, увеличив, тем самым, показатель тепловой эффективности, и не оказав существенного влияния на величину аэродинамического сопротивления движению среды. Размещение в выходном по газу участке котла-утилизатора выходного дефлектора 4 в форме усеченного конуса, направленного широкой частью навстречу потоку газов, и установка на корпусе 1 за выходным дефлектором одинарного линзового компенсатора 5, вогнутой частью направленного в газовую полость, также создают условия равномерного распределения потока рабочей среды по площади теплообменной поверхности и образуют в комплексе с диффузорным устройством 3 и глухой центральной перегородкой 6 «П-образную» поперечную схему тока, способствующую увеличению тепловой эффективности установки без значительной потери давления дымовых газов.
Водотрубный котел-утилизатор работает следующим образом. Горячие дымовые газы поступают через входное отверстие передней трубной решетки 7 во внутреннюю межтрубную полость котла-утилизатора, где прикрепленные с внутренней стороны к кольцевым перегородкам входные дефлекторы 3 в форме усеченных конусов, направленных узкой частью навстречу потоку, равномерно распределяют поток рабочей среды по площади теплообменной поверхности трубного пучка с прямыми трубами 2. Далее, поток дымовых газов, обогнув глухую центральную перегородку 6, поступает на прикрепленный к кольцевой перегородке с внешней стороны выходной дефлектор 4 в форме усеченного конуса, направленного широкой частью навстречу потоку газов, который перепускает часть потока дымовых газов к теплообменным трубам, создавая поперечное омывание последних, а часть - через зазор между своей торцевой поверхностью и внутренней поверхностью корпуса 1. Установленный на корпусе 1 позади выходного дефлектора 4 одинарный линзовый компенсатор 5, вогнутый в сторону газовой полости, также направляет своим плавным профилем перепускаемую часть дымовых газов поперечно поверхности теплообменных труб. Далее, остывшая рабочая среда выходит из межтрубной полости котла-утилизатора через выходное отверстие задней трубной решетки 8.
Таким образом, заявленное техническое решение способствует увеличению тепловой эффективности водотрубного котла-утилизатора на 5% и снижению аэродинамического сопротивления движению дымовых газов на 3% по сравнению с прототипом.