Многоходовый жаротрубный водогрейный котел

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к многоходовым жаротрубным водогрейным котлам малой мощности (0,1-4 МВт) для сжигания жидкого и газообразного топлива.
Известен жаротрубный многоходовой котел, содержащий корпус с крышкой на входе и патрубок отвода уходящих газов на выходе, размещенные в нем жаровую топочную трубу и жаровые трубы продуктов сгорания, охватывающие жаровую топочную трубу и установленные в трубных досках, а также патрубки подвода и вывода воды, расположенные на стенке корпуса, при этом жаровые трубы со стороны патрубка отводящих газов включены в трубную доску и ею соединены с корпусом перед упомянутым патрубком, а с другой стороны они соединены другой трубной доской с фланцем и им закреплены в корпусе, причем со стороны фланцевого крепления жаровых труб с корпусом жаровая топочная труба соединена с передней крышкой с возможностью разъединения с упомянутым фланцем (патент RU 2597355 C1, публ. 10.09.2016).
Известен жаротрубный водогрейный котел, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с фронтальной дверью, в котором установлена горелка, размещенные внутри корпуса водяной объем с патрубками входа и выхода теплоносителя, камеру сгорания в виде жаровой трубы, заглушенной с противоположного горелке торца, и дымогарные трубы, сообщенные с камерой сгорания (патент RU 2566870 C1, публ. 27.10.2015).
Известен трехходовой жаротрубный котел, имеющий корпус котла, жаровую топочную трубу и жаровые трубы второго хода и третий ход продуктов сгорания, при этом пространство между корпусом котла и наружной оболочкой используется в качестве третьего хода продуктов сгорания, а корпус котла, омываемый изнутри нагреваемой котловой водой, снаружи для лучшей теплопередачи имеет оребрение, при этом жаровая топочная труба и жаровые трубы второго хода с одной стороны оканчиваются переходной плавающей головкой, с другой стороны соединены с фланцем для крепления к корпусу котла и образуют единую конструкцию, вставленную в корпус котла (патент RU 2336460, публ. 20.10.2008).
Общим недостатком вышеуказанных жаротрубных котлов является отсутствие выносного экономайзера (утилизатора продуктов сгорания), предназначенного для предварительного подогрева теплоносителя, подаваемого в котел, продуктами сгорания, требующими отвода, что снижает производительность котла.
Известен жаротрубный-дымогарный котел с тремя ходами по направлению движения газов, включающий корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода, вторую газовую камеру, размещенную на противоположных концах труб и соединенную с третьим ходом, при этом штуцер для отвода газов корпуса котла расположен в зоне второй газовой камеры, третий ход газов выполнен в виде вынесенного за пределы корпуса прямоугольного газохода со штуцером для подвода газов, соединенным со штуцером для отвода газов корпуса котла, две противоположные стенки газохода выполнены в виде трубных решеток с закрепленными в них перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными, кольцевыми или спиральными ребрами и снабжены крышками со штуцерами для подвода и отвода воды (патент RU 2187040 C1, публ. 10.08.2002).
К недостаткам котла можно отнести недостаточную стойкость конструкций третьего хода к продуктам сгорания серосодержащих топлив, большие габаритные размеры (при сравнении с котлом большего количества ходов продуктов сгорания при аналогичной конструкции и конвективной поверхности нагрева), необходимость установки для интенсификации теплообмена центробежного или осевого циркуляционного насоса и повышенные требования к качеству используемого теплоносителя.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании многоходового жаротрубного водогрейного котла, работающего на жидком и газообразном топливе с системой утилизации тепла уходящих газов.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, состоит в повышении эксплуатационных характеристик жаротрубного водогрейного котла, а именно обеспечении работы котла в диапазоне теплопроизводительности от 40% до 100% от ее номинального значения для жидкого топлива и от 30% до 100% от ее номинального значения на природном газе и достижении КПД водогрейного котла на номинальном режиме работы не менее 94%.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что многоходовой жаротрубный водогрейный котел включает в себя корпус котла с водяным объемом, жаровую топочную трубу первого хода, дымогарные трубы второго хода и третьего хода продуктов сгорания, охватывающие жаровую топочную трубу, первый перепускной короб, связанный с жаровой топочной трубой, второй перепускной короб, связанный с дымогарными трубами второго хода, выпускную камеру продуктов сгорания, связанную с дымогарными трубами третьего хода, выносной экономайзер, соединенный перепускным газоходом с выпускной камерой продуктов сгорания котла и включающий в себя корпус, в котором размещен теплообменник с теплоносителем, соединенный с размещенными в корпусе экономайзера входным коллектором для ввода теплоносителя и выходным коллектором для подачи теплоносителя в водяной объем котла, при этом теплообменник разделен горизонтальной перегородкой для обеспечения двухходового движения продуктов сгорания в корпусе экономайзера, причем корпус экономайзера снабжен патрубком для отвода продуктов сгорания.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели корпус котла снабжен торцевой дверцей с фланцем для крепления горелки.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели корпус котла снабжен выходным патрубком для отвода подогретого теплоносителя.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид котла в разрезе (вид сбоку), на фиг. 2 показан общий вид котла.
На фиг. 1 и фиг. 2 позиции имеют следующие обозначения: 1 - котел, 2 - жаровая топочная труба, 3 - первый перепускной короб, 4 - дымогарные трубы второго хода, 5 - второй перепускной короб, 6 - дымогарные трубы третьего хода, 7 - выпуская камера, 8 - люк-лаз, 9 - дверца, 10 - фланец, 11 - штуцер, 12 - закладные трубы, 13 - промоушины для транспортировки, 14 - опоры, 15 - выходной патрубок, 16 - выносной экономайзер, 17 - перепускной газоход, 18 - теплообменник, 19 - входной коллектор, 20 - выходной коллектор, 21 - горизонтальная перегородка, 22 - патрубок выхода продуктов сгорания.
Многоходовой водогрейный жаротрубный котел (фиг. 1) включает в себя цилиндрический корпус 1 с водяным объемом, внутри которого установлена жаровая топочная труба 2 первого хода, связанная с первым перепускным коробом 3, и образующие топку котла, дымогарные трубы 4 второго хода, связанные с вторым перепускным коробом 5, дымогарные трубы 6 третьего хода, связанные с выпускной камерой 7 и охватывающие жаровую топочную трубу 2. Для осуществления различных эксплуатационных мероприятий в котле выполнен люк-лаз 8. Котел снабжен фронтальной дверцей 9, снабженной фланцем 10 для крепления горел очного устройства. Для дренирования котла, а также осуществления продувки в нижней части корпуса 1 предусмотрен штуцер 11. Первый перепускной короб 3 состоит из эллиптического днища, цилиндрической обечайки и первой по ходу продуктов трубной доски. Второй перепускной короб 5 состоит из второй по ходу продуктов сгорания трубной доски, цилиндрических обечаек и пластины. Для жесткости эллиптических днищ в конструкции котла предусмотрены закладные трубы 12.
Дополнительно котел оснащен проушинами 13 для осуществления его транспортировки, а также опорой 14. В частном случае реализации полезной модели опора 14 представляет собой каркас из швеллеров, который соединяется с основным корпусом пластинами. Для отвода подогретой воды котел снабжен выходным патрубком 15.
Для предварительного подогрева теплоносителя (воды) продуктами сгорания котел снабжен выносным экономайзером (утилизатором отработанных газов) 16, который соединен с выпускной камерой 7 котла посредством перепускного газохода 17. Экономайзер 16 включает в себя корпус, в котором установлен теплообменник, представляющий собой систему из 24 параллельно расположенных змеевидных трубок 18, соединенных с входным коллектором 19, по которому теплоноситель подается в теплообменник, и выходным коллектором 20 для подачи предварительно нагретого теплоносителя в водяной объем котла, при этом теплообменник разделен горизонтальной перегородкой 21, обеспечивающей двухходовое (по 12 змеевидных трубок 18 в каждом ходе) движение отработанных продуктов сгорания в корпусе экономайзера. Экономайзер 16 снабжен патрубком 22 выхода продуктов сгорания.
Работа многоходового жаротрубного водогрейного котла осуществляется следующим образом.
Горелочное устройство (на чертежах не показано), которое крепится к фланцу 10, осуществляет подачу топлива и воздуха в топочную камеру, образованную жаровой топочной трубой 2 и первым перепускным коробом 3, в которой происходит их последовательное воспламенение и сгорание с образованием продуктов сгорания. После прохождения жаровой трубы 2 и первого перепускного короба 3 продукты сгорания поступают в дымогарные трубы 4 второго хода, проходя которые поступают во второй перепускной короб 4 и далее поступают в дымогарные трубы 6 третьего хода, проходя которые накапливаются в выпускной камере 7. Далее продукты сгорания из выпускной камеры 7 через перепускной газоход 17 поступают в выносной экономайзер 16, в который через входной коллектор 19 осуществляется подача теплоносителя (воды), которая после предварительного подогрева продуктами сгорания поступает в водяной объем жаротрубного котла через выходной коллектор 20. Продукты сгорания проходят теплообменник 18 с теплоносителем в два хода за счет наличия горизонтальной разделительной перегородки 21, после чего отводятся через патрубок 22 выхода продуктов сгорания. Вода с требуемой температурой отводится из котла через выходной патрубок 15.
Количество ходов дымогарных труб 3 и 4 в корпусе котла выбрано из условия поддержания в них скоростей продуктов сгорания 20-25 м/с.