Котел

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в паровых, энерготехнологических котлах и в котлах-утилизаторах.
Известен котел, содержащий вертикальный газоход, образованный экранами с верхними и нижними коллекторами, и размещенные в газоходе ширмы, каждая из которых выполнена из труб с вертикальными участками, расположенными на линии, проходящей через центр газохода к его периферии, и соединенными радиальными участками труб с коллекторами, а также конвективные змеевики, расположенные в газоходе после ширм по ходу газов (А.с. СССР №840555 от 20.02.1981 г., опубл. 23.06.1981).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является котел, содержащий вертикальный газоход, образованный мембранными панелями с вертикальными трубами, соединенными друг с другом по окружности, и размещенные в газоходе ширмы с вертикальными участками труб и конвективные змеевики пилообразной формы, соединенные радиальными участками труб с кольцевыми коллекторами. Этот котел имеет вертикальную компоновку круглого сечения, что обусловлено его работой под наддувом ~0.5 бар и токсичностью сернистого газа, образующегося при горении серы (Котлы-утилизаторы и котлы энерготехнологические. Отраслевой каталог. Москва, ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, стр. 65 «Котел энерготехнологический РКС-75/40», рис. 33, 1990).
Недостатком известной конструкции котла является то, что трубы конвективных и ширмовых поверхностей нагрева располагаются в один заход, это ограничивает ее модернизационный потенциал по наращиванию мощности установки, так как значительная часть циркулирующей пароводяной смеси идет через мембранные панели стенок, когда как основное тепловосприятие происходит в трубах конвективных и ширмовых поверхностей нагрева. Увеличение мощности путем наращивания поверхности нагрева за счет высоты газохода и количества заходов змеевиков приводит к недопустимому уменьшению скорости циркуляции в змеевиках. Кроме того, трубы конвективных и ширмовых поверхностей нагрева по высоте мембранных экранов стенок приходится крепить путем подвешивания за гибы змеевиков с помощью крюков, которые вставляются в отверстия, проделанные в мембранных панелях.
Техническим результатом полезной модели является улучшение циркуляции в испарительных поверхностях нагрева котла при более плотном их размещении в объеме газохода.
Технический результат достигается тем, что котел, содержащий вертикальный газоход, образованный мембранными панелями с вертикальными трубами, соединенными друг с другом по окружности, и размещенные в газоходе ширмы с вертикальными участками труб и конвективные змеевики пилообразной формы, соединенные радиальными участками труб с кольцевыми коллекторами, согласно полезной модели, трубы ширм и змеевиков с кольцевыми коллекторами соединены в шахматном порядке с чередованием в один и два захода, и связаны друг с другом полосами и пластинами, а также с панелями вертикального газохода через полосы прилегающими к ним прямыми участками змеевиков.
Соединение труб ширм и змеевиков с кольцевыми коллекторами в шахматном порядке с чередованием в один и два захода обеспечивает уплотнение поверхностей нагрева ширм и змеевиков за счет увеличения количества труб конвективных и ширмовых поверхностей нагрева в 1.5 раза чередованием, что увеличивает площадь поверхности нагрева в объеме газохода и улучшает циркуляцию, так как увеличение сечения труб, образующих ширмы и змеевики по отношению к сечению труб мембранных панелей, составляющих стенки газохода, при соответствующем увеличении поверхности нагрева ширм и змеевиков, увеличивает скорость пароводяной смеси в трубах ширм и змеевиков, и уменьшает тепловую нагрузку, приходящуюся на каждую из этих труб в отдельности.
Соединение труб змеевиков и ширм друг с другом приварными полосами и пластинами, а также с панелями вертикального газохода через приварные полосы прилегающими к ним прямыми участками змеевиков делает конструкцию более жесткой, повышает надежность крепления змеевиков при работе в зоне высоки температур, позволяет улучшить технологию изготовления котла.
Котел поясняется следующими чертежами, где:
на фиг. 1 - показан котел, продольный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, показан поперечный ломаный разрез котла;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, показано место прилегания змеевиков 10 к мембранным панелям 3, поперечный разрез;
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3, показан продольный разрез в плоскости трубы 4;
на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 3, показан продольный разрез в плоскости труб 5, 6;
на фиг. 6 - разрез Е-Е на фиг. 5, показаны соединения труб 4, 5, 6 с нижним и верхним кольцевыми коллекторами 7 и 8, мембранные панели 3 и часть труб 4, 5, 6 условно не показаны;
на фиг. 7 - вид Д на фиг. 3, показано место соединения трубы 6 с мембранной панелью 3 через приварную полосу 15, увеличено;
на фиг. 8 - разрез Ж-Ж на фиг. 7, показано соединение трубы 6 с мембранной панелью 3 через приварную полосу 15;
на фиг. 9 - вид И на фиг. 1, показан продольный разрез котла в месте прилегания труб 4, 5, 6 змеевиков 10 к байпасному газоходу 11, увеличено;
на фиг. 10 - разрез К-К на фиг. 9, показано соединение труб 4, 5, 6 змеевиков 10 между собой через приварной лист 14, увеличено;
на фиг. 11 - вид Л на фиг. 2, показан котел на уровне ширм 9 в месте соединения труб 4, 5, 6 ширм 9 друг с другом через полосу 16, поперечный разрез Б-Б, увеличено.
На чертежах представлена конструкция заявляемого котла, где:
1 - вертикальный газоход;
2 - топка;
3 - мембранные панели;
4 - труба;
5 - труба;
6 - труба;
7 - нижние кольцевые коллекторы;
8 - верхние кольцевые коллекторы;
9 - ширмы;
10 - змеевики;
11 - байпасный газоход;
12 - выходной газоход;
13 - система газовых клапанов;
14 - пластина;
15 - полоса; 16-полоса;
17 - трубчатый каркас;
18 - труба рециркуляции;
19 - подводящие трубы;
20 - отводящие трубы;
21 - радиальные трубы;
22 - портал.
Котел содержит вертикальный газоход 1, соединенный внизу с топкой 2 и изготовленный из газоплотных мембранных панелей 3 (фиг. 1, фиг. 2). Панели 3 образуют при соединении друг с другом окружность (круг). Внутри газохода 1 располагаются трубы 4, 5, 6, образующие внутреннюю поверхность нагрева. Трубы 4, 5, 6 соединены внизу нижними кольцевыми коллекторами 7, а вверху верхними кольцевыми коллекторами 8 с мембранными панелями 3 (фиг. 1, фиг. 2). Каждая из труб 4, 5, 6 имеет внизу вертикальный участок, образующие ширмы 9, а в верхней части периодические изгибы пилообразной формы, образующие пакет змеевиков 10. Трубы 4, 5, 6 расположены в кольцевых коллекторах 7, 8 в шахматном порядке попеременно с трубами 5, 6 (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6). Трубы 5, 6 заходят при вводе в коллекторы 7 и 8 рядом в общей плоскости, располагаясь, таким образом, в два захода (фиг. 5, фиг. 6). В середине пакета змеевиков 10, по оси газохода 1, расположен байпасный газоход 11 (фиг. 1). Байпасный газоход 11 соединяет топку 2 с выходным газоходом 12, имеющим систему регулирующих газовых клапанов 13 (фиг. 1, фиг. 2). Трубы 4, 5, 6 могут иметь различную длину и форму изгибов каждая в зависимости от места установки для оптимального расположения в ширмах 9 и пакете змеевиков 10 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6). Трубы 4, 5, 6 соединены между собой в пакете змеевиков 10 пластинами 14 (фиг. 9, фиг. 10). Крепление к мембранным панелям 3 осуществляется в пакете змеевиков 10 для труб 6, через полосы 15 (фиг. 7, фиг. 8), а в ширмах трубы 4, 5, 6 крепятся между собой полосами 16 (фиг. 11).
Снаружи газоход 1 окружен трубчатым каркасом 17, имеющим наружную листовую обшивку. По всему контуру в полости между газоходом 1 и трубчатым каркасом 17 располагаются трубы рециркуляции 18, а внизу трубчатый каркас соединяется с нижним кольцевым коллектором 7 радиальными трубами 21. В верхней части трубчатого каркаса имеются подводящие трубы 19, а на верхнем кольцевом коллекторе 8 отводящие трубы 20. Газоход 1 через нижний кольцевой коллектор 7 совместно с трубчатым каркасом 17 и верхней частью топки 2 опираются на портал 22. Котел работает следующим образом
Вода из подводящих труб 19 поступает в трубчатый каркас 17, из нижней части которого по радиальным трубам 21 поступает в нижние кольцевые коллекторы 7. Из нижних кольцевых коллекторов 7 одна часть воды поступает в трубы 4, 5, 6 ширм 9 и змеевиков 10, а другая часть в мембранные панели 3. Смесь горячих газов, образующаяся в процессе горения в топке 2, попадает в газоход 1, там они отдают свое тепло воде, находящейся в трубах 4, 5, 6 ширм 9 и змеевиков 10, и в мембранных панелях 3, под воздействием этого тепла вода, испаряясь, превращается в насыщенный пар. Так как плотность пара значительно меньше плотности воды, то из-за разности весов столбов воды в трубах трубчатого каркаса 17 и подводящих труб 19 с одной стороны, и пароводяной смеси в трубах поверхностей нагрева ширм 9 с змеевиками 10 и мембранных панелей 3 и отводящих трубах 20 с другой стороны, возникает движущий напор, заставляющий пароводяную смесь двигаться вверх, до верхних кольцевых коллекторов 8. Регулирование температуры уходящих газов может осуществляться перепуском части газов из нижней части газохода 1, где располагаются ширмы 9, через байпасный газоход 11, с помощью системы газовых клапанов 13, в выходной газоход 12. Из верхних кольцевых коллекторов 8 часть воды из пароводяной смеси отделяется и направляется по трубам рециркуляции 18 в нижнюю часть трубчатого каркаса 17. Остальная пароводяная смесь отводится отводящими трубами 20. Полость между трубчатым каркасом 17 газоходом 1 связана с воздухом, подаваемым с большим избыточным давлением в топку для горения, создавая защиту от проникновения продуктов сгорания через неплотности газохода 1 в окружающую среду. Трубы 4, 5, 6 связаны друг с другом пластинами 14 и полосами 16, и с мембранными панелями 3, а трубы рециркуляции и радиальные трубы связывают весь газоход 1 с трубчатым каркасом 17, образуя жесткую конструкцию цилиндрической формы, способную выдержать значительное внутреннее давление газов, и передать вес котла на портал 22.
Таким образом, использование предлагаемого котла позволяет увеличить производительность в сравнении с аналогами, обеспечив при этом надежность циркуляции.