Котел водотрубный

Полезная модель относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам, и может быть использована в системах теплоснабжения зданий различного назначения. [F24H 1/00, F28F 1/00, F22B 21/00]
Из уровня техники известен КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ [RU2683337 (C1), опубл. 28.03.2019г.], включающий фундамент, на котором смонтированы топка и примыкающий к ней конвективный узел, при этом пространство топки снизу ограничено наклонной переталкивающей топочной решеткой и снабжено топочными экранами, выполненными в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими двумя верхними и двумя нижними продольными коллекторами котла, конвективный узел снабжен теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, при этом корпуса топки и конвективного узла оперты на единую опорную фундаментную раму и скреплены с ней, для чего верхние и нижние продольные коллекторы котла выполнены как общие элементы топки и конвективного узла, кроме того, над наклонной переталкивающей решеткой, над участком, примыкающим к фронтовому экрану, смонтирован горизонтальный зажигательный свод из теплостойкого, теплоаккумулирующего материала, отличающийся тем, что продольные параллельные верхние и нижние водяные коллекторы котла выполнены в виде цельных труб длиной, равной суммарной длине топки и конвективного узла с возможностью их использования как несущих балок, при этом конвективный узел содержит лучисто-конвективный и конвективный блоки, теплообменные поверхности которых содержат поперечно обтекаемые трубные пучки шахматной компоновки, причем лучисто-конвективный блок образован первой и второй газоплотными плавниковыми трубчатыми панелями, первая из которых составляет задний фронт топки, а вторая образует первую стенку зазора между лучисто-конвективным и конвективным блоками, кроме того, конвективный блок содержит конвективные газоходы, образованные второй газоплотной стенкой зазора, промежуточными газоплотными плавниковыми трубчатыми панелями и торцовой плавниковой трубчатой панелью, контактирующей с торцовой стенкой котла.
Недостатком аналога является слабая подготовленность конструкции к использованию низкосортных топлив.
Также из уровня техники известен КОНВЕКТИВНЫЙ БЛОК ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА [RU2570945 (C1), опубл. 20.12.2015г.] , содержащий конвективные газоходы, снабженные теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, отличающийся тем, что верхние коллекторы котла сообщены поперечным прямолинейным коллектором, размещенным у заднего фронта котла, при этом теплообменные поверхности, размещенные в конвективных газоходах, содержат прямолинейные поперечно обтекаемые коридорные трубные пучки, включающие пары консольных поперечных верхних и нижних коллекторов, которые сообщены с соответствующей половиной вертикальных трубок, образующих вертикальные конвективные панели, при этом каждый поперечный консольный коллектор сообщен посредством вертикального патрубка с соответствующим верхним или нижним продольными коллекторами котла, при этом конвективный блок содержит конвективно-лучистый газоход, отделенный камерой инерционного осаждения летучей золы от конвективного газохода, причем входное окно конвективно-лучистого газохода, примыкающее к топке, размещено у одной из боковых стенок котла, а его выходное окно размещено у противоположной стенки котла, кроме того, входное окно конвективного газохода размещено у боковой стенки котла, противоположной стенке, примыкающей к выходному окну конвективно-лучистого газохода, при этом камера инерционного осаждения летучей золы открыта снизу в приемную камеру золы, сообщенную с каналом золоудаления, причем пространство конвективного газохода открыто снизу в приемные камеры золы, число которых соответствует числу каналов этого газохода, кроме того, одна из боковых стенок конвективно-лучистого газохода выполнена с дверцей, установленной над нижним продольным коллектором котла, кроме того, одна из боковых стенок каждой из приемных камер золы выполнена с дверцей в их нижней зоне.
Недостатком аналога являются сложность конструкции, негазоплотность внешних стенок, неоптимальность схемы теплосъема.
Наиболее близким по технической сущности является КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ [RU2463526 (C1), опубл. 10.10.2012г.], содержащий прямоугольную топочную камеру, имеющую зоны горения и конвективного нагрева, разделенные передней вертикальной перегородкой с окном сверху для прохода продуктов сгорания, передний, боковые, потолочный и нижний трубчатые экраны, а также прямой и обратный трубопроводы теплосети, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом, зона горения имеет расположенную снизу колосниковую решетку, а зона конвективного нагрева - поперечно расположенные переднюю и заднюю секции, состоящие из горизонтальных труб, и, по меньшей мере, одну заднюю вертикальную перегородку, расположенную между секциями и имеющую возможность поворота потока продуктов сгорания, отличающийся тем, что в качестве нижнего экрана используется колосниковая решетка, выполненная из продольных труб, длина потолочного экрана, также выполненного из продольных труб, равна длине топочной камеры, боковые и передний экраны выполнены из вертикальных труб, вертикальные трубы каждого бокового экрана соединены между собой параллельно с помощью верхнего и нижнего продольных коллекторов, а между трубами боковых экранов имеются металлические мембраны, каждая секция зоны конвективного нагрева снабжена, по меньшей мере, одной парой дополнительных секций с образованием соответственно переднего и заднего конвективных блоков, секции в которых соединены между собой последовательно, горизонтальные трубы секций также соединены между собой последовательно, при этом колосниковая решетка экрана с другой стороны последовательно соединена с передним экраном, который последовательно соединен с потолочным экраном, а последний на выходе снабжен поперечным потолочным коллектором, разделяющим систему циркуляции теплоносителя на две параллельные ветви, для чего потолочный коллектор соединен с одной стороны с входом переднего конвективного блока, а с другой - заднего, выход каждого конвективного блока последовательно соединен с нижним продольным коллектором бокового экрана, а каждый боковой экран через верхний продольный коллектор соединен с прямым трубопроводом теплосети, кроме того, секции противоположных конвективных блоков расположены в шахматном порядке, упомянутой передней вертикальной перегородкой является передняя секция переднего блока, а упомянутой задней вертикальной перегородкой - расположенная сзади секция, для чего трубы этих секций соединены металлическими мембранами.
Основной технической проблемой прототипа является заниженная надежность и недостаточно высокий КПД из-за слабой пригодности конструкции котла к использованию низкосортных топлив в части расположения пучков труб в конвективном блоке, исполнения боковых стенок конвективного блока, показателей циркуляции теплоносителя в котле.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности и КПД при использовании низкосортных топлив.
Указанный технический результат достигается за счет того, что котел водотрубный, содержащий корпус, разделенный на топочный и конвективный блоки передней вертикальной перегородкой с окном газохода, а также патрубки подающего и обратного трубопроводов, топочный блок сформирован передним, потолочным, нижним и боковыми трубными экранами, нижний и потолочный экраны выполнены, каждый, из продольных труб и двух поперечных коллекторов, при этом нижний экран соединен с обратным трубопроводом и является охлаждаемой колосниковой решеткой, боковые экраны выполнены из вертикальных труб, соединенных, в каждом экране с соответствующей стороны, с верхним и нижним продольными коллекторами, передний экран выполнен из вертикальных труб, соединенных внизу и вверху с коллекторами экрана, конвективный же блок содержит набор теплообменных секций, заканчивающихся задней вертикальной перегородкой в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном для выхода дымовых газов, и, по меньшей мере, одну газоповоротную перегородку в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном газохода, теплообменные секции расположены поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляют собой конструкцию в виде рамки из пучков горизонтальных трубок, соединенных вертикальными коллекторами, одним из которых они связаны механически и гидравлически с верхним и нижним продольными коллекторами котла посекционно то с левой то с правой стороны, отличающийся тем, что пучки горизонтальных трубок в теплообменных секциях имеют коридорное расположение, между трубами переднего, потолочного и боковых трубных экранов, между вертикальными коллекторами теплообменных секций конвективного блока, с внешней стороны котла выполнены газоплотные вставки из металлических полос, стороны корпуса котла имеют между собой газоплотное соединение, в коллекторах экранов и теплообменных секций изготовлены регулирующие перемычки.
В частности, газоповоротная перегородка служит передней вертикальной перегородкой.
В частности, корпус котла заключен в теплоизоляционную оболочку и покрыт обшивкой из металлических листов.
В частности, в обшивке из металлических листов выполнен лючок прочистки газоходов.
В частности, в нижней части корпуса под конвективным блоком выполнена дверца золоудаления.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид снизу сбоку котла водотрубного.
На фиг.2 показан вид спереди котла водотрубного.
На фиг.3 показан вид сбоку котла водотрубного в обшивке.
На фиг.4 показан вид сверху нижнего экрана котла водотрубного.
На фиг.5 показана схема гидравлическая котла с охлаждаемой топочной решеткой.
На фиг.6 показана схема гидравлическая котла на колосниках, с параллельным присоединением охлаждаемой топочной решетки, колосниками или механической топкой.
На фигурах обозначено: 1 – корпус, 2 – топочный блок, 3 – конвективный блок, 4 – передняя вертикальная перегородка, 5 – передний экран, 6 – потолочный экран, 7 – нижний экран, 8 – боковые экраны, 9 – патрубок обратного трубопровода, 10 – патрубок подающего трубопровода, 11 – верхние продольные коллекторы, 12 - нижние продольные коллекторы, 13 – амбразура топки, 14 – теплообменные секции, 15 - задняя вертикальная перегородка, 16 - газоповоротная перегородка, 17 – горизонтальная трубка пучка, 18 - вертикальные коллекторы, 19 - вставки из металлических полос, 20 - регулирующие перемычки, 21 – обшивка котла, 22 –лючок прочистки газоходов, 23 – дверца золоудаления.
Осуществление полезной модели.
Заявленный котел водотрубный состоит из корпуса 1 прямоугольной формы, разделенного на топочный 2 и конвективный 3 блоки передней вертикальной перегородкой 4 с окном газохода. Топочный блок 2 ограничен передним 5, потолочным 6, нижним 7 и боковыми 8 трубными экранами, с нижним экраном 7 соединен патрубок обратного трубопровода 9, а с потолочным 6 - патрубок подающего трубопровода 10, вертикальные трубы боковых экранов 8 соединены, в каждом экране с соответствующей стороны, с верхними 11 и нижними 12 продольными коллекторами, передний экран 5 представляет собой соединение из вертикальных труб с поперечными коллекторами экрана, нижний из которых является контуром амбразуры топки 13. Конвективный блок 3 состоит из набора теплообменных секций 14, ограничен задней вертикальной перегородкой 15 в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном для выхода дымовых газов, и содержит, по меньшей мере, одну газоповоротную перегородку 16 в виде теплообменной секции с вваренными между трубами металлическими полосами и окном газохода, теплообменные секции 14 расположены поперечно на пути движения дымовых газов одна за другой и представляют собой пучок, расположенных по коридорному типу, горизонтальных трубок 17, соединенных в конструкцию рамного вида вертикальными коллекторами 18, одним из которых секции связаны механически и гидравлически с верхним и нижним продольными коллекторами котла посекционно то с левой то с правой стороны, между трубами переднего 5, потолочного 6 и боковых 8 трубных экранов, задней вертикальной перегородки 15, между вертикальными коллекторами 18 теплообменных секций 14 конвективного блока 3, с внешней стороны котла выполнены вставки из металлических полос 19, а в коллекторах экранов и теплообменных секций выполнены регулирующие перемычки 20.
В зависимости от необходимой скорости и объема дымовых газов, аэродинамических свойств газовоздушного тракта, движение дымовых газов может осуществляться и в несколько ходов в конвективном блоке 3.
Заявленное техническое решение может иметь несколько альтернативных вариантов реализации с охлаждаемой топочной решеткой (см. Фиг.5), а также с параллельным присоединением охлаждаемой топочной решетки, колосниками или механической топкой (см. Фиг.6).
Котел используется следующим образом.
При сгорании топлива в топочном блоке 2 корпуса 1 выделяется тепло, которое воспринимается посредством лучистого, лучисто-конвективного теплообмена поверхностями нагрева переднего 5, потолочного 6, нижнего 7, боковых 8 трубных экранов и вставок из металлических полос 19, которые обеспечивают газоплотность корпуса котла, увеличивая при этом площадь поверхности нагрева, что повышает эффективность использования тепла. Образующиеся при сгорании дымовые газы поступают из топочного блока 2 через окно газохода передней вертикальной перегородки 4 в конвективный блок 3 и, проходя газоходы, сформированные газоповоротными перегородками 16, за счет разницы давлений уходят через окно для выхода дымовых газов задней вертикальной перегородки 15 в атмосферу, при этом газы передают тепло, посредством конвективного теплообмена, горизонтальным трубкам пучка 17, вертикальным коллекторам 18 теплообменных секций 14, при этом коридорная компоновка горизонтальных трубок пучка 17 способствует снижению турбулентности потока продуктов сгорания, тем самым уменьшая сопротивление их прохождению через конвективный блок 3 и повышая скорость этих продуктов. Воспринятое тепло поверхности нагрева передают теплоносителю, который поступает через патрубок обратного трубопровода 9 в коллектор нижнего экрана 7, проходит его полости и, постепенно нагреваясь, распределяется за счет разницы плотности и регулирующих перемычек 20, последовательно двумя параллельными путями, проходя через горизонтальные трубки пучка 17 теплообменных секций 14, начиная с задних, поднимаясь или (и) опускаясь в вертикальных коллекторах 18 проходит через верхние 11 и нижние 12 продольные коллектора в боковые 8, передний 5 и потолочный 6 экраны, далее через патрубок подающего трубопровода 10 поступает в сеть.
Коридорная компоновка горизонтальных трубок пучка 17 способствует снижению турбулентности потока продуктов сгорания, тем самым уменьшая сопротивление их прохождению через конвективный блок 3 и повышая скорость этих продуктов, что минимизирует выпадение золы на элементах конвективной части. При этом обеспечение газоплотного исполнения котла использованием вставок из металлических полос 19, в частности между вертикальными коллекторами 18 теплообменных секций 14, способствует сокращению потерь тепла в конвективном блоке 3, через боковые стенки, повышает площадь теплосъемной поверхности.
Для удобства обслуживания конвективного блока 3 в обшивке котла 21 устанавливается лючок прочистки газоходов 22, а для удаления выпавших загрязнений выполнена дверца золоудаления 23.
Результаты эксплуатации котла водотрубного показали улучшение коэффициента использования котла на низкосортных топливах на 5% и увеличение КПД на 2,8% за счет повышения показателей надежности тепломеханической части котла, повышения эффективности работы циркуляционного контура котла, снижения потерь тепла через неплотности в стенах за счет вваривания металлических полос между трубами по всем внешним сторонам корпуса, повышение эффективности теплосъема за счет увеличения площади тепловоспринимающей поверхности сокращения времени простоев за счет снижения заноса тепловоспринимающих поверхностей, повышения удобства обслуживания.
Таким образом, совокупный эффект использования коридорной компоновки горизонтальных трубок пучка 17, газоплотного соединения труб на внешних сторонах котла ввариванием металлических полос 19, регулирующих перемычек 20 в трубной системе котла, и заданной схемы движения теплоносителя позволил существенно повысить надежность и КПД котла при работе на низкосортных топливах и бурых углях.
Дополнительно предусмотрено варьирование конструкции конвективного блока в части количества газоходов, конструкции теплообменных секций 14 для обеспечения возможности снижения расхода топлива.