ВОДОГРЕЙНЫЙ ГАЗОПЛОТНЫЙ ТРЁХХОДОВОЙ КОТЕЛ

Полезная модель предназначена для получения тепла и пара и может быть использована в теплотехнике при создании прямоточных водогрейных котлов.
Известен котел паровой водотрубный D-образной компоновки [RU 172718], содержащий верхний и нижний барабаны, топку, образованную газоплотными радиационными экранами с коллекторами, конвективный пучок, расположенный в обратном газоходе, условно разделенный на несколько ступеней, горелки, пароперегреватель, экономайзер, опорную раму с роликовыми опорами для барабана и топочных экранов, выносные циклоны, обшивку и изоляцию, между трубами газоплотных радиационных экранов топки и газоплотных панелей, входящих в барабаны, установлены промежуточные коллекторы, соединенные с барабанами перепускными трубами, при этом верхний и нижний барабаны расположены за пределами топки таким образом, что при этом сохраняется D-образная компоновка котла, а сама топка, образованная газоплотными радиационными экранами, выполнена с возможностью разделения на несколько частей. Обратный газоход такого котла образован с одной стороны вертикальными панелями газоплотного D-образного экрана топки, а с другой - дополнительными поверхностями нагрева, выполненными из газоплотных панелей, между которыми расположен конвективный пучок, разделенный на четыре ступени, при этом пароперегреватель находится в обратном газоходе между первой и второй по ходу движения газов ступенями конвективного пучка, а четвертая ступень конвективного пучка отделена от второй и третьей Г-образной перегородкой.
Наиболее близким к предлагаемому является водогрейный газовый котел [RU 2351856], включающий корпус и выполненный, по крайней мере, из двух связанных при помощи трубопроводов частей, смонтированных друг над другом и образованных трубами с теплоносителем, причем одна часть - радиационная, а другая - конвективная, причем радиационная и конвективная части выполнены теплоизолированными, передняя стенка нижней радиационной части котла выполнена открывающейся, шарнирно соединена с одной из боковых стенок и герметично соединена с другими стенками котла радиационной части, при этом на наружной стороне передней открывающейся стенки смонтирован горелочный адаптер. Подача теплоносителя в трубы частей котла осуществляется противотоком движению нагретых газов, которые из радиационной части попадают в конвективную, меняя направление движения, а затем в дымоход, меняя направление движения еще раз.
Недостатком известного котла является необходимость применения насосов высокой мощности для прокачки воды через трубы котла. Кроме того температура разных стенок котла сильно отличается из-за того, что конвективные пакеты соединены с циркуляционными трубами только одного экрана, что создает либо повышенные затраты теплоизолирующего материала, либо неудобство сборки котла. Также известный котел сложен в сборке из-за наличия фестона, отличающегося применяемым материалом от труб, например, конвективной части.
Для устранения указанного недостатка предлагается подогрев воды при поступлении в котел за счет ее прокачки через трубы конвективной части сразу после прохождения через нижние части правого и левого экранов. Затем подогретая вода проходит через остальные экраны и подается потребителю. Это обеспечит быстрый выход на заданный режим работы и низкое гидравлическое сопротивление за счет снижения динамической и кинематической вязкости воды, что ведет к уменьшению потребной мощности насосов, одновременно с обеспечением эффективного отбора тепла в нижней части правого и левого экранов, с которыми наиболее вероятен контакт персонала. Наличие разделительного экрана, выполненного частично газоплотным с отверстиями для контролируемого прохода газа, обеспечивает удобство сборки за счет непрерывности выполнения сварочных работ и устраняет необходимость соединения металлических и неметаллических элементов. Предлагаемый котел предполагает скорость течения воды около 1 м/с. Дополнительно котел обеспечивает стабильность работы и высокий срок службы при применении на подводящих магистралях насосов, отличающихся по производительности, например из-за разного времени наработки, разных производителей и прочего.
Предлагается водогрейный газоплотный трехходовой котел, включающий в себя левый, подовый, потолочный и правый экраны, состоящие из коллекторов, соединенных горизонтальными циркуляционными трубами, фронтовой экран, задний экран и конвективную часть, выполненную из пакетов, состоящих из горизонтально расположенных труб П-образной формы, причем фронтовой экран состоит из топочной и конвективной частей, которые имеют вертикальные циркуляционные трубы; котел имеет раму, а также разделительный экран, расположенный параллельно потолочному и содержащий циркуляционные трубы, оснащенные двумя изгибами вблизи фронтового экрана, причем изгибы соседних труб выполнены вертикально и расположены каскадным образом; все экраны кроме разделительного выполнены полностью газоплотными, рама оснащена крепежными элементами и несет на себе все остальные элементы котла; циркуляционные трубы правого и левого экранов расположены в шахматном порядке друг относительно друга, а те из них, которые расположены над разделительным экраном, содержат горизонтальные платики, трубы конвективной части соединены с циркуляционными трубами правого и левого экранов, а своими изгибами они расположены на платиках противоположного экрана; к правой части заднего верхнего коллектора подключен задний правый коллектор, а к левой части - задний левый коллектор, подводящие магистрали подключены к нижним частям фронтового левого и фронтового правого коллекторов, отводящая магистраль подключена к фронтовому топочному коллектору; фронтовой левый и фронтовой правый коллекторы имеют перегородки, делящую их на нижнюю и верхнюю части с соотношением длин один к двум, в то время как задний левый и задний правый коллекторы имеют перегородки, делящую их на нижнюю и верхнюю части с соотношением длин два к одному.
Дополнительно верхние, средние и нижние коллекторы могут быть оснащены перегородками, делящими их на две равные части.
На фиг. 1 изображен вид спереди предлагаемого котла.
На фиг. 2 изображено крепление конвективных труб к циркуляционным трубам.
На фиг. 3 изображен разделительный экран.
На фиг. 4 изображена гидравлическая схема котла.
Котел водогрейный состоит из рамы 1, топочной камеры 2, конвективной части 3, защитного кожуха 4 и газохода 5. Котел выполнен с возможностью транспортировки как железнодорожным, так и автомобильным транспортом.
Топочная камера 2 состоит из левого 6, подового 7, фронтового 8, потолочного 9, правого 10, разделительного Ни заднего 12 экранов. На правой и левой сторонах котла могут быть выполнены смотровые отверстия и лазы.
Защитный кожух 4 выполнен составным и предназначен для защиты котла от внешних (механических, погодных и т.п.) воздействий, а так же для ограждения окружающего пространства и персонала от излишнего тепла при работе.
Левый экран 6 состоит из заднего левого и фронтового левого коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 13. Правый экран 10 состоит из заднего правого и фронтового правого коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 13. К нижним частям фронтового левого и фронтового правого коллекторов подключаются подводящие магистрали 14.
Подовый экран 7 состоит из фронтового нижнего и заднего нижнего коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 13.
Потолочный экран 9 состоит из фронтового верхнего и заднего верхнего коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 13. К правой части заднего верхнего коллектора подключен задний правый коллектор, а к левой части - задний левый коллектор.
Разделительный экран 11 состоит из заднего среднего и фронтового среднего коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 13, которые выполнены с двумя изгибами вблизи фронтового экрана, причем изгибы соседних труб выполнены каскадным образом.
Задний экран 12 представляет собой циркуляционные трубы 13, соединяющие задний нижний и задний средний коллекторы.
На циркуляционных трубах 13 правого 10 и левого 6 экранов, расположенных выше разделительного экрана 11, имеются горизонтальные платики 15. Между каждой парой циркуляционных труб 13 вварены проставки 16. Циркуляционные трубы 13 фронтового 8 и заднего 12 экранов расположены вертикально, а всех остальных экранов -горизонтально и продольно оси горелки, при этом циркуляционные трубы 13 правого 10 и левого 6 экранов расположены в шахматном порядке друг относительно друга. Между циркуляционными трубами разделительного экрана 11 проставки 16 вварены везде, кроме участков, расположенных между двумя изгибами.
Конвективная часть 3 состоит из конвективных пакетов, расположенных над разделительным экраном 11, которые состоят из горизонтально расположенных ширм, которые в свою очередь состоят из нескольких П-образных конвективных труб 17, каждая из которых соединена обоими концами с одной и той же циркуляционной трубой 13 правого 10 или левого 6 экрана. При этом изогнутая часть конвективной трубы 17 лежит на платике 15, прикрепленном к циркуляционной трубе 13, расположенной напротив и со смещением вниз относительно той, к которой прикреплена эта конвективная труба 17.
Фронтовой экран 8 состоит из фронтовой конвективной 18 и фронтовой топочной частей 19. Фронтовая конвективная часть 18 представляет собой циркуляционные трубы 13, соединяющие фронтовой верхний коллектор с фронтовым средним. Фронтовая топочная часть 19 состоит из фронтового топочного коллектора и циркуляционных труб 13, соединенных с фронтовым нижним коллектором подового экрана 7 таким образом, чтобы образовать в середине окно для присоединения горелки.
Соседние по вертикали ширмы, соединенные с разными экранами, расположены так, чтобы между ними образовывались значительные зазоры. Например, при диметре циркуляционных труб 13 равном 51 мм, конвективные трубы 17 имеют диаметр 28 мм и зазор между каждой их парой составляет 23 мм. Количество конвективных пакетов подбирается исходя из требуемой производительности котла. Расход воды в котле определяется по формуле:
где N - мощность насоса, МВт;
tвых - требуемая температура воды на выходе из котла, °С;
tвx - задаваемая (фактическая) температура воды на входе в котел, °С.
Количество циркуляционных труб 11 при этом определяется по формуле:
3
где Q - расход воды в котле, м/ч;
2
Sц - площадь сечения циркуляционной трубы, м;
v - скорость течения воды, м/с.
Количество конвективных труб 16 в пакете определяется из соотношения:
2
где Sк - площадь сечения конвективной трубы, м;
Nкт - число конвективных труб в пакете.
Оптимальной скоростью течения воды составляет около 1 м/с. Такая скорость обеспечивает достаточный теплообмен при невысоких значениях оседания примесей и минералов на стенках труб.
Оснащены дренажами следующие коллекторы: задний и фронтовой левые, задний и фронтовой нижние, фронтовой средний, задний и фронтовой правые. На фигурах все дренажи изображены стрелкой вниз.
Оснащены воздушниками следующие коллекторы: задний и фронтовой левые, задний и фронтовой правые, задний средний, фронтовой верхний, фронтовой топочный. На фигурах все воздушники изображены стрелкой вверх.
На фронтовом экране 8 вокруг места установки горелки расположена замкнутая труба 13 (например, в форме круга или прямоугольника), с которой ней стыкуются трубы фронтового экрана.
Рама 1 оснащена крепежными элементами (рым-болты, проушины, отверстия или т.п.) для перемещения котла. К раме 1 прикреплены правые, левые и нижние коллекторы. Верхние, средние и топочный коллекторы прикреплены к правым и левым.
Газоход 5 обеспечивает отвод сгоревших газов и может содержать шиберы, переходник с квадрата на круг для монтажа дымовой трубы.
Отводящая магистраль 20 подключена к фронтовому топочному коллектору.
Фронтовой левый и фронтовой правый коллекторы имеют перегородку 21, делящую коллектор на нижнюю и верхнюю части с соотношением длин один к двум. Задний левый и задний правый коллекторы имеют перегородку 21, делящую коллектор на нижнюю и верхнюю части с соотношением длин два к одному.
Дополнительно все верхние, средние и нижние коллекторы могут быть оснащены перегородками 21, делящими их на две равные части.
Пример работы устройства.
Вода поступает из подводящих магистралей 14 параллельно в фронтовые правый и левый коллекторы. Ограниченная перегородками 21, вода из нижних частей фронтовых левого и правого коллекторов проходит по нижней части циркуляционных труб 13 правого 10 и левого 6 экранов (составляющей 1/3 от общего кличества труб в каждом экране). Затем, ограниченная перегородками 21, вода из средних частей задних левого и правого коллекторов проходит по средним частям (третям) циркуляционных труб 13 правого 10 и левого 6 экранов. После чего вода проходит по верхним частям циркуляционных труб 13 правого 10 и левого 6 экранов, конвективным пакетам и попадает в задний верхний коллектор. После этого вода последовательно проходит потолочный экран 9, конвективную часть фронтового экрана 8, разделительный экран 11, задний экран 12, подовый экран 7, топочную часть фронтового экрана 8 и через топочный коллектор в отводящую магистраль 20.
При наличии перегородок 21 в верхних, средних и нижних коллекторах можно обеспечить равномерную работу котла при использовании насосов, с отличающейся производительностью, так как генерируемые такими насосами потоки могут быть непостоянными в различных коллекторах, что ведет к кавитации в местах соединения циркуляционных труб и коллекторов.
Техническими результатами являются повышенная безопасность при эксплуатации, быстрый выход на заданный режим работы, низкая потребная мощности насосов, удобство и простота сборки, возможность одновременного использования насосов с отличающейся производительностью.