ВОДОГРЕЙНЫЙ ГАЗОПЛОТНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель предназначена для получения тепла и пара и может быть использована в теплотехнике при создании прямоточных водогрейных котлов.
Известен котел с принудительной циркуляцией, содержащий топочную камеру, выполненную из горизонтальных труб, соединенных между собой коллекторами, и конвективную часть [RU 2157483].
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является котел с принудительной циркуляцией [RU 2362094], содержащий топочную камеру и конвективную часть. Топочная камера выполнена из горизонтальных труб, соединенных между собой коллекторами. Конвективная часть выполнена из горизонтально расположенных пакетов и экранных боковых панелей. Пакеты набраны из труб П-образной формы. Трубы топочной камеры и конвективной части образуют единый водяной тракт. В трубах экранных боковых панелей конвективной части котла установлены вертикальные перегородки с двумя отверстиями, выполненными в нижней и верхней частях перегородки, а в коллекторах установлены перегородки с одним отверстием.
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 не обладает вариативностью подключения к сети.
Для устранения указанного недостатка предлагается подогрев воды сразу при поступлении в котел за счет ее прокачки через половину труб конвективной части. Затем подогретая вода проходит через экраны и перед подачей потребителю догревается во второй половине конвективной части. Это обеспечит быстрый выход на заданный режим работы, низкое гидравлическое сопротивление за счет снижения динамической и кинематической вязкости воды, что ведет к уменьшению потребной мощности насосов. Кроме того предлагаемый котел имеет два варианта подключения к сети потребителя, что повышает удобство подключения. Предлагаемый котел предполагает скорость течения воды около 1 м/с.
Предлагается водогрейный газоплотный котел, включающий в себя раму, левый, подовый, потолочный и правый экраны, состоящие из коллекторов, соединенных горизонтальными циркуляционными трубами, фронтовой экран и конвективную часть, выполненную из пакетов, состоящих из горизонтально расположенных труб П-образной формы, причем фронтовой экран имеет вертикальные циркуляционные трубы, замкнутую трубу, малые правый и левый коллекторы, соединенные соответственно с фронтовыми правым и фронтовым левым коллекторами; циркуляционные трубы правого и левого экранов расположены в шахматном порядке друг относительно друга и содержат горизонтальные платики, трубы конвективной части соединены с циркуляционными трубами правого и левого экранов, а своими изгибами они расположены на платиках противоположного экрана; к левой части фронтового нижнего коллектора подключен фронтовой левый коллектор, а фронтовой правый коллектор соединен с правыми частями фронтовых верхнего и нижнего коллекторов.
Дополнительно фронтовые нижний и верхний коллекторы посередине имеют перегородки, вертикальные циркуляционные трубы соединяют малый левый коллектор с левой частью фронтового верхнего коллектора и замкнутой трубой, а также малый правый коллектор с правой частью фронтового нижнего коллектора и замкнутой трубой, фронтовой правый коллектор соединен с правой частью фронтового нижнего коллектора через малый правый коллектор и вертикальные циркуляционные трубы, а подводящая и отводящая магистрали подключены к задним левому и правому коллекторам.
Альтернативой является котел, в котором малые правый и левый коллекторы соединены между собой и с фронтовым верхним коллектором вертикальными циркуляционными трубами, подводящие магистрали подключены к задним правому и левому коллекторам, отводящие магистрали подключены к задним верхнему и нижнему коллекторам, фронтовой правый коллектор соединен с правой частью фронтового верхнего коллектора через малый правый коллектор и вертикальные циркуляционные трубы.
На фиг. 1 изображен вид спереди предлагаемого котла.
На фиг. 2 изображен вид сверху предлагаемого котла.
На фиг. 3 изображено крепление конвективных труб к циркуляционным трубам.
На фиг. 4 изображена гидравлическая схема при последовательном исполнении.
На фиг. 5 изображена гидравлическая схема при параллельном исполнении.
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 и правого 10 экранов. На правой и левой сторонах котла могут быть выполнены смотровые отверстия и лазы.
Котел предполагается в двух исполнениях: последовательном и параллельном. При последовательном исполнении котел имеет одно место подвода и одно место отвода воды. При параллельном исполнении - по два места. Соответственно котел в разных исполнениях имеет разные соединения для циркуляции воды, но одинаковые существенные особенности, позволяющие достичь технического результата.
Котел последовательного исполнения имеет следующее устройство.
Левый экран 6 состоит из соединенных циркуляционными трубами 11 заднего левого 12 и фронтового левого 13 коллекторов. Правый экран 10 состоит из заднего правого 14 и фронтового правого 15 коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 11. К заднему левому 12 и заднему правому 14 коллекторам подключаются магистрали 16.
По существу, подводящая магистраль может быть подключена к заднему правому коллектору 14, а отводящая - к заднему левому коллектору 12, или наоборот, что нисколько не повлияет на работу устройства по полезной модели.
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.
Подовый экран 7 состоит из фронтового нижнего 17 и заднего нижнего 18 коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 11. Фронтовой нижний коллектор 17 в центре может иметь перегородку 19, а к его левой части подключен фронтовой левый коллектор 13.
Потолочный экран 9 состоит из фронтового верхнего 20 и заднего верхнего 21 коллекторов, соединенных циркуляционными трубами 11. Фронтовой верхний коллектор 20 в центре может иметь перегородку 19, а к его правой части подключен фронтовой правый коллектор 15.
Фронтовой экран 8 состоит из малого левого 22 и малого правого 23 коллекторов, замкнутой трубы 24 и циркуляционных труб 11. Замкнутая труба 24 имеет две перегородки 19, разделяющие ее на правую и левую части. Малый левый коллектор 22
- соединен с фронтовым левым 13, а малый правый 23 - с фронтовым правым коллектором 15.
Циркуляционные трубы 11 фронтового экрана 8 соединяют:
- малый левый коллектор 22 с левой частью фронтового верхнего коллектора 20 и замкнутой трубой 24;
- малый правый коллектор 23 с правой частью фронтового нижнего коллектора 17 и замкнутой трубой 24;
- замкнутую трубу 24 с левой частью фронтового верхнего 20 и правой частью фронтового нижнего 17 коллекторов.
На циркуляционных трубах 11 правого 10 и левого 6 экранов расположены горизонтальные платики 25. Между каждой парой циркуляционных труб 11 вварены проставки 26. Циркуляционные трубы 11 фронтового экрана 8 расположены вертикально, а всех остальных экранов - горизонтально и продольно оси горелки, при этом циркуляционные трубы 11 правого 10 и левого 6 экранов расположены в шахматном порядке друг относительно друга.
Конвективная часть 3 состоит из конвективных пакетов, расположенных напротив горелки, установленной на фронтовом экране 8 так, чтобы ее сопло располагалось в центре замкнутой трубы 24. Конвективные пакеты состоят из горизонтально расположенных ширм, которые в свою очередь состоят из нескольких П-образных конвективных труб 27, каждая из которых соединена обоими концами с одной и той же циркуляционной трубой 11 правого 10 или левого 6 экрана. При этом изогнутая часть конвективной трубы 27 лежит на платике 25, прикрепленном к циркуляционной трубе 11, расположенной напротив и со смещением вниз относительно той, к которой прикреплена эта конвективная труба 27.
Соседние по вертикали ширмы, соединенные с разными экранами, расположены так, чтобы между ними образовывались значительные зазоры. Например, при диметре циркуляционных труб 11 равном 51 мм, конвективные трубы 27 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;
вых
t - требуемая температура воды на выходе из котла, °С;
вх
t - 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;
ц
2
S, - площадь сечения циркуляционной трубы, м;
v - скорость течения воды, м/с.
Количество конвективных труб 27 в пакете определяется из соотношения:
к
2
где S - площадь сечения конвективной трубы, м;
кт
N - 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 12 и фронтовой 13 левые, задний 18 и фронтовой 17 нижние, задний верхний 21, задний 14 и фронтовой 15 правые. На фигурах все дренажи изображены стрелкой вниз.
Оснащены воздушниками следующие коллекторы: фронтовой левый 13, задний нижний 18, задний 21 и фронтовой 20 верхние, фронтовой правый 15. На фигурах все воздушники изображены стрелкой вверх.
На фронтовом экране 8 вокруг места установки горелки расположена замкнутая труба 24 (например, в форме круга или прямоугольника), с которой стыкуются циркуляционные трубы 11 фронтового экрана 8.
Рама 1 оснащена крепежными элементами (рым-болты, проушины, отверстия или т.п.) для перемещения котла.
Газоход 5 обеспечивает отвод сгоревших газов и может содержать шиберы, переходник с квадрата на круг для монтажа дымовой трубы.
Котел параллельного исполнения имеет следующие отличия от последовательного.
Магистрали 16 подключены ко всем четырем задним коллекторам 12, 14, 18 и 21. Причем подводящие магистрали 16 подключены к задним правому 14 и левому 12 коллекторам, а отводящие магистрали 16 подключены к задним верхнему 21 и нижнему 18 коллекторам.
Малый левый 22 и малый правый 23 коллекторы фронтового экрана 8 соединены и могут иметь между собой перегородку 19. Замкнутая труба 24 имеет две перегородки 19, разделяющие ее на правую и левую части. Малый левый коллектор 22 соединен с фронтовым левым 13, а малый правый 23 - с фронтовым правым 15. Циркуляционные трубы 11 фронтового экрана 8 соединяют замкнутую трубу 24 с левой и правой частями фронтового верхнего коллектора 20.
Так как вода сначала проходит через конвективную часть 3, а затем попадает в циркуляционные трубы 11 экранов, такое исполнение котла требует большей теплоизоляции защитного кожуха 4, однако обеспечивает высокую производительность.
Примеры работы устройства.
При последовательной гидравлической схеме вода поступает из подводящей магистрали 16 последовательно в задний левый коллектор 12, левый экран 6 и конвективные пакеты, фронтовой левый коллектор 13. Затем часть потока воды попадает последовательно в левую часть фронтового нижнего коллектора 17, левую часть подового экрана 7, задний нижний коллектор 18, правую часть подового экрана 7, правую часть фронтового нижнего коллектора 17, правую часть фронтового экрана 8. Другая часть потока воды из фронтового левого коллектора 13 попадает в левую часть фронтового экрана 8, левую часть фронтового верхнего коллектора 20, левую часть потолочного экрана 9, задний верхний коллектор 21, правую часть потолочного экрана 9, правую часть фронтового верхнего коллектора 20. После этого оба потока воды соединяются и попадают последовательно во фронтовой правый коллектор 15, правый экран 10 и конвективные пакеты, задний правый коллектор 14, отводящую магистраль 16.
При параллельной гидравлической схеме вода поступает из подводящих магистралей 16 параллельно в задний левый 12 и правый 14 коллекторы. От заднего левого коллектора 12 вода поступает в левый экран 6 и конвективные пакеты, фронтовой левый коллектор 13. Затем часть потока воды попадает последовательно в левую часть фронтового нижнего коллектора 17, левую часть подового экрана 7, задний нижний коллектор 18 и отводящую магистраль 16. Другая часть потока воды из фронтового левого коллектора 13 попадает в левую часть фронтового экрана 8, левую часть фронтового верхнего коллектора 20, левую часть потолочного экрана 9 и отводящую магистраль 16.
От заднего правого коллектора 14 вода поступает в правый экран 10 и конвективные пакеты, фронтовой правый коллектор 15. Затем часть потока воды попадает последовательно в правую часть фронтового нижнего коллектора 17, правую часть подового экрана 7, задний нижний коллектор 18 и отводящую магистраль 16. Другая часть потока воды из фронтового правого коллектора 15 попадает в правую часть фронтового экрана 8, правую часть фронтового верхнего коллектора 20, правую часть потолочного экрана 9 и отводящую магистраль 16.
Техническими результатами являются быстрый выход на заданный режим работы, низкая потребная мощности насосов