БЛОЧНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, конкретно к котлостроению и может использоваться в производстве водотрубных котлов средней мощности и при строительстве котельных.
Известен водотрубный паровой котел марки Е-75-3,9-440КБДТ (БКЗ-75-39ФБ) [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М.: НИИЭИНФОРМЭШРГОМАШ, 1987, с. 63-65, рис. 56]. Котел паровой, однобарабанный, П-образной конструкции высотой 26 м, опирается на каркас. Котел имеет топочную камеру глубиной 5 м и конвективный газоход примерно в три раза меньшего размера (1,7 м) по глубине при примерно одинаковой их ширине. Котел выполнен с естественной циркуляцией. Экраны, испарительные поверхности блоков, объединены нижними и верхними коллекторами, включены в контуры естественной циркуляции через барабан и вынесенные циклоны перепускными трубами.
Паропроизводительность котла 75 т/час, соответственно его тепловая мощность около 50МВт.Котел поставляется многочисленными блоками и отдельными элементами, которые устанавливают в громоздком каркасе: блоки конвективного газохода, блоки экранов топки (9 шт.), барабан, перепускные (водоопускные и пароотводящие) трубы и др.
Недостатками этого котла является его высокая стоимость, повышающая и стоимость котельной в целом. Кацитальные затраты высоки, потому что котел имеет сложную в изготовлении, транспортировке и монтаже каркасную конструкцию с большими габаритами, весом и многомесячными затратами времени на монтажные работы. Конструкция котла включает установленные в каркасе блоки конвективного газохода и высокие блоки панелей экранов, образующих топочную камеру с холодной воронкой. Кроме того, капитальные затраты высоки из-за большого объема строительной части - ограждающих конструкций здания котельной, в которой размещается котел.
Известны одноблочные двухбарабанные паровые котлы малой мощности. Это твердотопливные котлы типа КЕ (от КЕ-2,5, до КЕ-10) паропроизводительностью до 10 т/час [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М: НИИЭИНФОРМЭШРГОМАШ, 1987, с. 8-17, рис. 1 и 2] и газомазутные котлы типа ДЕ (от ДЕ-2,5, до ДЕ-25) паропроизводительностью до 25 т/час [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987, с. 23-29, рис. 15 и 16]. Котлы с естественной циркуляцией выполнены в виде одного транспортабельного блока, плотно вписанного в поперечное сечение железнодорожного (ж/д) габарита, причем включая и два их барабана. Они легко и быстро монтируются, причем в зданиях небольших котельных, так как они бескаркасные и компактны. Эти котлы качественные, так как выполнены в заводской готовности и недороги.
Недостатками этой полезной модели является малая производительность котлов, в том числе и потому, что значительная часть поперечного сечения ж/д габарита занята барабанами, не используется для организации горения и пропуска дымовых газов. Кроме того, эти котлы имеют малый диапазон регулирования нагрузки.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, которое выбрано прототипом, является более мощный блочный котел КВ-Р-23,26-150П [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987, с. 89-92, рис. 71]. Этот водотрубный котел водогрейного типа имеет мощность - 23,26 МВт и состоит из двух транспортабельных блоков, топочного и конвективного, соединенных по воде одной перепускной трубой, причем топочный блок плотно вписан в сечение железнодорожного габарита. Конвективный блок при одинаковой ширине этих блоков заполняет примерно только третью часть сечения ж/д габарита. Исполнение блочного котла в виде бескаркасной конструкции из двух, причем транспортабельных блоков позволяет быстро их доставить и создать путем соединения блоков перепускной трубой малогабаритный котел. Таким образом, резко сокращаются стоимости котла и котельной в целом, а также время монтажа, что важно, например, для отдаленных северных территорий.
Недостатками этой полезной модели, прототипа, является малая производительность котла, малый диапазон регулирования нагрузки и неприспособленность котла для получения пара по наиболее надежной схеме с естественной циркуляцией.
Задачей полезной модели является создание блочного котла с повышенной производительностью и расширенным диапазоном регулирования нагрузки, причем малогабаритного, бескаркасной конструкции, собираемого из малого количества транспортабельных блоков, в том числе парового, с естественной циркуляцией.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, выражается в применении блочной, бескаркасной конструкции котла, включающей несколько, не менее двух, блоков камер сгорания, объединенных совместно с конвективным блоком перепускными трубами в контуры естественной циркуляции теплоносителя. Типично, например, в рассмотренных выше котлах Е-75-3,9-440КБДТ и КВ-Р-23,26-150П [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987, рис. 56 и рис. 71], что в поперечном сечении конвективный блок имеет примерно в три раза меньшую площадь в сравнении с площадью поперечного сечении камеры сгорания. Соответственно, к одному транспортабельному конвективному блоку можно подключить до двух-четырех транспортабельных топочных блоков и за счет этого увеличить производительность котла в два-четыре раза. Так как котел может работать и на одной из камер сгорания, при прочих равных условиях минимальная мощность котла снижается в два-четыре раза с соответствующим увеличением диапазона регулирования также в два-четыре раза.
Касаясь транспортных габаритов, отметим, что имеются автомобильные, контейнерные и железнодорожные (ж/д) габариты. Из них наибольшее сечение имеют ж/д габариты, и именно ж/д габариты типично рассматриваются при проектировании транспортабельных блоков котлов.
Схема включения блоков прототипа с принудительной циркуляцией может использоваться как в водогрейных, так и в прямоточных паровых котлах. Дополнительно предлагается экраны и другие испарительные поверхности блоков объединять верхними и нижними коллекторами и включать их в контуры естественной циркуляции перепускными трубами через вынесенные барабан и/или циклоны. Таким образом, в предлагаемых паровых блочных котлах с повышенной производительностью для получения пара будет использоваться наиболее надежная схема с естественной циркуляцией. Вынесенные барабан, циклоны при этом не занимают сечения блоков, что позволяет в отличие от котлов КЕ и ДЕ иметь максимальную производительность топочных и конвективного блоков при небольших общих габаритах котла и затратах на его монтаж.
Сопоставительный анализ признаков заявленного устройства с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Заявленные признаки решают следующие функциональные задачи.
Признак «блочный котел, включающий конвективный блок и подключенные к нему, по меньшей мере, два топочных блока, объединенных в контуры циркуляции теплоносителя перепускными трубами» обеспечивает в сравнении с прототипом кратное повышение, как производительности, так и диапазона регулирования котла в два-четыре раза соответственно при использовании двух-четырех топочных блоков.
Дополнительный признак «экраны и испарительные поверхности блоков объединены коллекторами и включены в контуры естественной циркуляции через барабан и/или вынесенные циклоны перепускными трубами» обеспечивает возможность использования в блочном котле наиболее надежной схемы парового котла с естественной циркуляцией.
Полезная модель поясняется схематическими чертежами предлагаемого блочного котла с двумя топочными блоками в варианте газомазутного парового котла: на фиг. 1 показан его вид А с фронта и на фиг. 2 вид Б сбоку.
Блочный котел включает, два топочных блока 1, которые подключены по дымовым газам к общему конвективному блоку 2 с обеих сторон через газоперепускные окна 3, указанные пунктиром. Таким образом, две топки обеспечивают двукратное повышение мощности котла. Топочные блоки 1 для обеспечения высокой производительности выполнены в транспортабельных габаритах, они максимально плотно вписаны в поперечное сечение ж/д габарита 4, он показан пунктиром. Отметим, что по длине ж/д габарит большой, 12 и более метров, и не лимитирует мощность котлов.
С фронта в топочных блоках 1 установлены газомазутные горелки 5. Экраны и испарительные поверхности блоков объединены нижними 6 и 7 коллекторами и включены в контуры естественной циркуляции через барабан 8 перепускными трубами: водоопускными 9 и пароотводящими 10 в контуры естественной циркуляции. Кроме того блочный котел имеет опоры 11, дымоход 12 для подключения к дымососу и другие необходимые элементы.
Предлагаемый котел монтируется и работает следующим образом.
Блочный котел поставляется малым числом блоков, здесь 4 шт., выполненных с высокой заводской готовностью и в транспортабельных габаритах 4. При монтаже котла блоки 1, 2 и барабан 8 устанавливаются на опоры 11, герметично стыкуются по контурам газоперепускных окон 3 и обвязываются между собой перепускными трубами 9 и 10, дымоходом 12 подключаются к дымососу соответственно при минимальных затратах.
Собственно работа котла заключается в том, что топливо, жидкое или газ, вместе с воздухом подается через горелки 5 и горит в топочных блоках 1. Выделяющееся от сгорания тепло через стенки труб экранов и других поверхностей нагрева, размещенных в блоках 1 и 2, передается циркулирующей воде и используется для получения пара. При этом пароводяная смесь циркулирует по контурам естественной циркуляции: из барабана 8 по водоопускным 9 трубам в нижние коллекторы 6, через испарительные поверхности нагрева в верхние коллекторы 7 и по пароотводящим 10 трубам обратно в барабан 8, из которого пар подается потребителю.
Характерно, что котел может надежно работать и на одном из топочных блоков 1 с нагрузкой 50%. При возможности работы топочного устройства блоков с минимальной нагрузкой, например, в 40% минимальная нагрузка предлагаемого котла может снижаться и до 20%, то есть диапазон регулирования нагрузки увеличивается в два раза. Число блоков до 4 шт.
Таким образом, использование предлагаемого блочного котла в сравнении с прототипом, блочным котлом КВ-Р-23,26-150П [Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1987, с. 89-92, рис. 71] позволяет:
- повысить в два-четыре раза производительность блочного котла;
- в два-четыре раза увеличить диапазон регулирования его нагрузки;
- использовать котел для получения пара по наиболее надежной схеме с естественной циркуляцией.