Котел с принудительной циркуляцией
BOILER WITH FORCED CIRCULATION

Изобретение относиться к области теплотехники и может быть использовано при создании прямоточных паровых и водогрейных котлов для получения тепла и пара.
Известен котел с принудительной циркуляцией, содержащий топочную камеру из экранных труб и расположенную за ней конвективную часть, выполненную из нескольких параллельно расположенных пакетов, образованных из вертикальных коллекторов, которые соединены между собой сверху и снизу горизонтальными трубами, а между ними горизонтальными оребренными или гладкими трубами, соединенными между собой зигзагообразно через переходники, где один конец змейки приварен к одному коллектору, а другой - к другому вертикальному коллектору, таким образом что при расположении пакетов в ряд трубы, соединенные зигзагообразно, располагаются в шахматном порядке относительно аналогичных труб соседнего пакета, при этом сами пакеты соединены между собой также зигзагообразно через переходники, приваренные к вертикальным коллекторам (патент RU №2696418, кл. F24H 1/12, опубл. 01.08.2019).
Недостатком известного котла с принудительной циркуляцией является трудоемкость изготовления и ремонта, обусловленная большим количеством неудобных сварочных и сборочных работ, а также недостаточным КПД вследствие неплотного расположения труб в конвективной части и большого гидравлического сопротивления при одинаковых размерах.
Технической проблемой изобретения является устранение отмеченных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления и сборки котла с повышением экономичности его работы без увеличения мощности.
Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что котел с принудительной циркуляцией, содержащий топочную камеру и конвективную часть, выполненную из нескольких параллельно расположенных по горизонту пакетов, составленных каждый из двух секций, содержащих каждая пару рядом расположенных коллекторов, сообщенных между собой U-образными трубами, распределенными по ширине с зазором друг относительно друга с возможностью размещения U-образных труб одной секции в зазоре другой секции, причем по бокам каждый пакет закрыт мембранными трубами, соединенными с соответствующими коллекторами секций, смежные коллекторы соседних пакетов, расположенные по одну сторону, соединены между собой внешними переходниками с образованием единого водяного тракта, сообщенного с одной стороны с трубами топочной камеры, а с другой - с подводящей магистралью.
На фиг. 1 приведена аксонометрия котла, вид спереди; на фиг. 2 - аксонометрия котла, вид сбоку; на фиг. 3 - вид сзади котла; на фиг. 4 - разрез по А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - аксонометрия разъединенных секций пакета; на фиг. 7 - аксонометрия пакета.
Котел с принудительной циркуляцией содержит топочную камеру 1 и конвективную часть 2. Топочная камера выполнена из экранных труб 3 и коллекторов 4. Конвективная часть 2 выполнена из нескольких параллельно расположенных по горизонту пакетов 16, составленных каждый из двух секций 5, содержащих каждая пару рядом расположенных коллекторов 6, сообщенных между собой U-образными теплообменными трубами 7, распределенными по высоте с зазором друг относительно друга с возможностью размещения U-образных труб одной секции в зазоре другой секции. Сбоку пакеты закрыты мембранными трубами 8. Смежные коллекторы соседних пакетов, расположенные по одну сторону, соединены между собой внешними переходниками 9 с образованием единого водяного тракта, сообщенного с одной стороны с трубами 3 топочной камеры, а с другой - с подводящей магистралью 13. Котел оснащен воздушниками 10 и дренажами 11. Горячая вода из котла поступает к потребителю по магистрали 12 и возвращается обратно в котел по магистрали 13.
Предлагаемый котел с принудительной циркуляцией в составе котельной (не показана) работает следующим образом. Топливо и воздух подаются через горелку 14 в топочную камеру 1, где топливо сгорает с выделением тепла. Продукты сгорания охлаждаются в конвективной части 2 и выбрасываются в дымовую трубу (не показана). Тепло, полученное при сгорании топлива, воспринимается водой через поверхности нагрева - коллекторы 4, экранные трубы 3, коллекторы секций 6 конвективной части, теплообменные трубы 7 и мембранные трубы 8.
Перегородки 15 в коллекторах топочной камеры заставляют воду менять направление движения по экранным трубам и расположены так, что потоки воды направляются по примерно одинаковому количеству труб 3. Это позволяет иметь одинаковую скорость воды в экранных трубах, за счет чего уменьшаются тепловые и гидравлические развертки в топочной части.
Теплоноситель от потребителя поступает через магистраль 13, затем нагреваясь в трубах 7 и 8, перемещается в другой вертикальный коллектор 6 той же секции пакета и затем через переходники 9 попадает в секцию следующего пакета и аналогично как и в первом пакете теплоноситель перемещается к другому коллектору того же пакета по трубам 6 и оребренным или гладким трубам 7, которые располагаются со смещением для образования шахматного порядка. Аналогично теплоноситель перемещается последовательно по всем расположенным по одну сторону секциям пакетов (количество пакетов определяется для каждого типа размера котла), расположенным параллельно друг к другу и из коллекторов 6 ближнего пакета к топочной камере перемещается также через переходники 9 в коллекторы 4 топочной камеры, откуда распределяется по экранным трубам топочной камеры, где догреваясь до заданной температуры, через магистраль 12 подается потребителю. Благодаря встречным потокам температур уходящих газов и теплоносителя в конвективной части, а также большой площади поверхности конвективной части за счет оребренных труб, расположенных в шахматном порядке достигается максимальный эффект теплопередачи и соответственно высокий КПД.
При эксплуатации, после остановки котла, для его опорожнения открываются дренажи 11, а при заполнении его водой открываются воздушники 10 (при закрытых дренажах).
Таким образом, конструкция котла позволяет компактно разместить большую поверхность теплопередающей поверхности с возможностью хорошей циркуляции теплоносителя со встречными потоками температур уходящих газов и воды. Все это соответственно значительно повышает КПД котла, упрощает его конструкцию, повышает ремонтопригодность и экономичность в работе сравнительно с прототипом; дает возможность создания множества вариантов однотипных котлов различной мощности.