ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к области промышленной теплоэнергетики, а именно, к котлам малой и средней мощности с механическими топками для сжигания твердого топлива. Водогрейный котел предназначен для отопления и горячего водоснабжения жилых, производственных и административных зданий с принудительной циркуляцией воды.
Известно устройство «Котел водогрейный» (см. свидетельство на полезную модель №43951 U1, МПК 7 F 24 H 1/00, дата публикации 2005.02.10, заявка №2004134095/22 от 2004.11.22). Водогрейный котел содержит прямоугольную топочную камеру, имеющую зону горения с колосниковой решеткой и зону конвективного нагрева, технологическую перегородку, разделяющую зону горения и зону конвективного нагрева, над перегородкой имеется зазор для прохода дымовых газов из топочной части в конвективную часть котла, топочная камера имеет две или более боковых и потолочных секций, в зоне конвективного обмена устанавливается четыре и/или четное количество конвективных секций, состоящих из вертикальных труб, связанных по краям горизонтальными коллекторами, разделенных технологической перегородкой из огнеупорного кирпича, над этой перегородкой, либо под ней имеется зазор для прохода газов.
Недостатками водогрейного котла являются.
Отсутствие в топочной части зон циркуляции топочных газов, недостаточное время пребывания газов в топочной камере. Это понижает полноту сгорания топлива, что ведет уменьшению теплообмена в топочной
камере котла, повышает температуру газов на выходе из топки. Небольшие поверхности для теплопередачи из-за отсутствия дополнительных подвесных экранов, что снижает производительность котла. Происходит недостаточно интенсивный радиационный теплообмен в топочной части котла, отсутствие вторичного дутья.
Сложная конструкция, благодаря наличию в конвективной зоне дополнительной технологической перегородки из огнеупорного кирпича.
Отсутствие в конвективной части котла устройств создания турбулентности потока дымовых газов, что снижает конвективный теплообмен и сепарацию от несгоревших частиц, это ведет к повышению выброса вредных веществ в атмосферу.
Известно устройство «Стальной водогрейный котел малой мощности для слоевого сжигания твердого топлива» (см. патент №2238480, дата публикации 2004.10.20, МПК 7 F 24 H 1/12, заявка №2002135221/06 от 2002.12.25).
Стальной водогрейный котел, содержит топку, включающую стальную водоохлаждаемую трубную решетку и топочные экраны, выполненные из стальных труб, систему подачи топлива и систему золоудаления, а также газоход, снабженный конвективными пакетами из стальных труб, каркас котла. Топка котла снабжена теплоотражающим экраном, установленным над колосниковой решеткой, и который выполнен из огнеупорного материала в виде плит, размещенных сверху на стальной водоохлаждаемой трубной решетке, топка снабжена зажигательным поясом.
Газоход котла (конвективная часть) снабжен конвективными пакетами из стальных труб, при этом конвективные пакеты расположены горизонтально.
Недостатками водогрейного котла являются.
Сложное устройство топливной части котла, включающей теплоотражающий экран и зажигательный пояс, не обеспечивается
интенсивность теплообмена. Отсутствие вторичного дутья приводит образованию застойных зон, неполному сгоранию топлива и выносу несгоревших частиц в конвективную часть котла.
Расположение конвективных пакетов горизонтально в газоходе способствует образованию эолового заноса и эолового износа труб, что приводит к ухудшению теплообмена, дополнительным ремонтным работам, усложнению обслуживания и снижению производительности котла.
Известно устройство «Водогрейный котел» (см. свидетельство на полезную модель №32242 U1, МПК 7 F 24 H 1/00, дата публикации 2003.09.10, заявка №2003115217/20 от 2003.05.23).
Водогрейный котел, содержащий топочную камеру, конвективный блок, забрасыватель для топлива и золовой бункер, установленный под конвективным блоком. Водогрейный котел снабжен системами возврата уноса, острого дутья и газоимпульсной очистки конвективных поверхностей. Система возврата уноса выполнена в виде установленной над золовым бункером емкости, соединенной магистралью с воздушным нагнетателем и магистралями с топочной камерой. Система острого дутья в виде вентилятора с регулирующим шибером и сопел острого дутья, связанных с вентилятором через систему воздуховодов и системой очистки конвективных поверхностей. Система очистки конвективных поверхностей состоит из выхлопных патрубков, соединяющих с котлом импульсные камеры, которые связаны через воздушные задвижки, узел зажигания с блоком управления системой, и клапанов с электромагнитным приводом.
Недостатками водогрейного котла являются.
Сложное устройство водогрейного котла, в том числе включающего систему газоимпульсной очистки конвективных поверхностей. Не достигается полнота сгорания в топочной камере из-за недостаточной циркуляции и времени пребывания газов в топке, что не позволяет
интенсифицировать теплообмен и повысить производительность водогрейного котла.
Известно устройство «Водогрейный котел» (см. патент №2188361, дата публикации 2002.08.27, МПК 7 F 24 H 1/00, заявка №2000128542/06 от 2000.11.14).
Водогрейный котел содержит экранированную топочную камеру и конвективную часть, имеющие горизонтальную компоновку, расположенные одна за одной в одном блоке и разделенные между собой экранированной вертикальной перегородкой с фестоном в нижней части. На уровне пода топочной камеры размещены сопла острого дутья, направленные в сторону фронта котла. Конвективная часть котла включает по меньшей мере один подъемный и один опускной газоходы.
Недостатками водогрейного котла являются.
Малая циркуляция топочных газов, наличие застойных зон, малая интенсификация теплообмена в конвективной части водогрейного котла, неполнота сгорания топлива, снижающие КПД котла.
Известно устройство «Топка для котла» (см. патент №2202068, дата публикации 2003.04.10, МПК 7 F 23 B 1/16, заявка №2001115905/06 от 2001.06.06).
Топка для котлов со слоевым сжиганием твердого топлива на колосниковых решетках. Топка для котла содержит устройство подачи топлива, колосниковую решетку с подводом первичного воздуха, сопла вторичного воздуха, расположенные на лобовой и задней стенках, причем сопла выполнены поворотными и расположены на разных уровнях по высоте топки.
Недостатками топки для котла являются.
Недостаточная эффективность теплообмена в топочной камере, химический и механический недожог, что ухудшает КПД сгорания топлива и
экологические показатели выбросов в атмосферу. Необходимо увеличить траекторию перемещения твердых частиц в топочном объеме и дымовых газов в газоходе, улучшить их перемешивание при сгорании.
Наиболее близким, принятым за прототип, является «Котел водогрейный» (см. свидетельство на полезную модель №43951U1, МПК 7 F 24 H 1/00, дата публикации 2005.02.10, заявка №2004134095/22 от 2004.11.22).
Водогрейный котел содержит прямоугольную топочную камеру, имеющую зону горения с колосниковой решеткой и зону конвективного нагрева, технологическую перегородку, разделяющую зону горения и зону конвективного нагрева, над перегородкой имеется зазор для прохода дымовых газов из топочной части в конвективную часть котла, топочная камера имеет две или более боковых и потолочных секций, в зоне конвективного обмена устанавливается четыре и/или четное количество конвективных секций, состоящих из вертикальных труб, связанных по краям горизонтальными коллекторами, разделенных дополнительной технологической перегородкой из огнеупорного кирпича, над этой перегородкой, либо под ней имеется зазор для прохода газов.
Известный объект не может быть применен из-за недостатков.
Отсутствие в топочной камере зон циркуляции топочных газов, недостаточное время пребывания газов. Это понижает полноту сгорания топлива, что ведет уменьшению теплообмена в топочной камере, повышает температуру газов на выходе из топки. Небольшие поверхности для теплопередачи из-за отсутствия дополнительных подвесных экранов, что снижает производительность котла. Происходит недостаточно интенсивный радиационный теплообмен в топочной части котла.
Сложная конструкция, благодаря наличию в конвективной зоне дополнительной технологической перегородки из огнеупорного кирпича.
Отсутствие в конвективной части котла устройств создания турбулентности потока дымовых газов, сепарации от несгоревших частиц, что повышает выброс вредных веществ в атмосферу.
Котел имеет недостаточно эффективную теплопередачу от топочных газов к рабочему агенту через стенки труб.
Маленькая радиационная и конвективная поверхность экранов дает недостаточный теплообмен, ухудшает эксплуатационные характеристики котла и производительность котла.
Отсутствует вторичное дутье в котле.
Унос несгоревших твердых частиц в конвективную часть котла. Невыгоревшие частицы попадают в конвективную часть.
Дымовые газы уносят много твердых частиц, что требует дополнительной очистки перед выбросом в атмосферу.
Выходящие газы и несгоревшие твердые частицы омывают горизонтально расположенные трубы в конвективной части котла, происходит поперечное смывание труб, что приводит из-за столкновений частиц со стенками труб к эоловому износу и эоловому заносу труб в конвективной камере котла, которые быстрее выходят из строя, ухудшается теплообмен.
В силу того, что поток выходящих газов не изменяет направление, нет сепарации дымовых газов от твердых частиц.
Задачами, на которые направлена полезная модель «Водогрейный котел» являются.
Повышение производительности водогрейного котла, уменьшение вредных выбросов в атмосферу, упрощение конструкции котла и увеличение срока работы. Поставленные задачи могут быть достигнуты по нескольким направлениям.
Улучшение теплообмена в топочной камере достигается путем увеличения поверхности радиационного теплообмена и интенсификации теплопередачи, отсутствием застойных зон.
Улучшение теплообмена в конвективной части водогрейного котла достигается увеличением времени пребывания дымовых газов, а также их скорости, создание турбулентности потока.
Уменьшение вредных выбросов в атмосферу достигается полнотой сгорания топлива в топочной камере котла, удлинением пути движения дымовых газов и сепарацией в конвективной части котла.
Упрощение конструкции и увеличение срока работы котла благодаря уменьшению золового износа и эолового заноса на трубах в конвективной части котла, что также дает увеличение теплообмена.
Предложен водогрейый котел, содержащий топочную камеру, имеющую зону горения с решеткой, зону конвективного нагрева, технологическую перегородку с зазором вверху, разделяющую зону горения и зону конвективного нагрева, топочная камера имеет объединенные коллекторами боковые и потолочные экраны, конвективная камера включает конвективные экраны, состоящие из вертикальных труб, и дополнительную перегородку отличающийся тем, что топочная камера снабжена подвесными радиационными экранами, которые присоединены к верхним коллекторам топочной камеры перед технологической перегородкой, подвесные радиационные экраны выполнены в виде секций из двух коллекторов, соединенных между собой параллельными рядами изогнутых труб, которые врезаны в коллекторы в шахматном порядке, решетка топочной камеры выполнена беспровальной охлаждаемой, технологическая перегородка, выполненная из шамотобетона, снабжена встроенным коллектором вторичного дутья, выполненным из
трубы с неподвижно закрепленными соплами, при этом угол, образованный соплами и плоскостью нижних коллекторов подвесных радиационных экранов, составляет не менее 10 градусов, конвективная часть котла снабжена размещенными между конвективными подвесными экранами рассекателями потока газа, выполненными в виде металлических прутков с лопатками, неподвижно закрепленными под углом не более 80 градусов в определенной последовательности навстречу друг другу, в конвективной части котла на консолях верхнего коллектора закреплено нечетное количество подвесных конвективных экранов, выполненных таким образом, что их нижние коллекторы касаются нижних коллекторов котла, средний подвесной конвективный экран является одновременно дополнительной металлической перегородкой, выполненной путем зашивки промежутков между трубами металлом, например, металлическими пластинами, уголками.
Предлагаемое устройство «Водогрейный котел» позволяет повысить производительность водогрейного котла, уменьшить вредные выбросы в атмосферу, упростить конструкцию котла и увеличить срока работы. Поставленные задачи достигнуты по нескольким направлениям.
Улучшение теплообмена в топочной камере достигается путем увеличения поверхности радиационного теплообмена и интенсификации теплопередачи, отсутствием застойных зон. Увеличение поверхности радиационного теплообмена в топочной камере достигается благодаря наличию подвесных радиационных экранов, расположению труб в шахматном порядке. Интенсификация теплообмена достигается направленной подачей острого дутья нагретым воздухом в топливную камеру, закручивания потока топочных газов и направление их потока в подвесные радиационные экраны.
Улучшение теплообмена в конвективной части водогрейного котла достигается увеличением времени пребывания дымовых газов, а также увеличение их скорости, создание турбулентности потока дымовых газов. Улучшение теплообмена в конвективной части котла достигается увеличением времени пребывания дымовых газов благодаря наличию металлической перегородки, выполненной из среднего экрана. Увеличение скорости дымовых газов, создание турбулентности потока и сепарация достигаются наличием рассекателей потока газа.
Уменьшение вредных выбросов в атмосферу достигается полнотой сгорания топлива в топочной камере котла, удлинением пути движения дымовых газов и сепарацией в конвективной части котла.
Упрощение конструкции и увеличение срока работы котла достигается благодаря продольному направлению дымовых газов вдоль труб в конвективной части котла. Это приводит к уменьшению золового износа и эолового заноса на трубах в конвективной части котла, что также дает увеличение теплообмена.
Для пояснения описываемого объекта «Водогрейый котел» приведены чертежи.
Фиг.1 - Общий вид водогрейного котла.
Фиг.2 - Вид сбоку водогрейного котла.
Фиг.3 - Схема движения топливных газов в котле.
Фиг.4 - Радиационные подвесные экраны.
Фиг.5 - Коллектор острого дутья.
Фиг.6 - Рассекатель потока газа.
Фиг.7 - Фотография работающего водогрейный котла.
Предложенное устройство «Водогрейный котел» осуществляется следующим образом.
Водогрейный котел 1, содержащий топочную камеру 2, имеющую зону горения с решеткой 3, зону конвективного нагрева 4 (конвективную камеру), технологическую перегородку 5 с зазором вверху 6, разделяющую зону горения и зону конвективного нагрева, топочная камера содержит объединенные коллекторами 7 экраны 8 (фронтальный, боковые, потолочный, задний), конвективная камера 4 включает подвесные конвективные экраны 9, состоящие из вертикальных труб, и дополнительную перегородку металлическую 10.
Топочная камера снабжена подвесными радиационными экранами 11, которые присоединены к верхним коллекторам 7 топочной камеры 2 перед технологической перегородкой 5, подвесные радиационные экраны 11 выполнены в виде секций из двух коллекторов 12, соединенных между собой параллельными рядами изогнутых труб 13, которые врезаны в коллекторы 12 в шахматном порядке.
Решетка топочной камеры 3 выполнена беспровальной охлаждаемой.
Технологическая перегородка 5, выполненная из шамотобетона, снабжена встроенным коллектором вторичного дутья 14, выполненным в виде трубы с неподвижно закрепленными соплами 15, при этом угол, образованный соплами и плоскостью образованной нижним коллектором подвесных радиационных экранов, составляет не менее 10 градусов.
Конвективная часть котла снабжена размещенными между конвективными подвесными экранами 9 рассекателями потока газа 17, выполненными в виде металлического прутка 18 с лопатками 19, неподвижно закрепленными под углом не более 80 градусов в определенной последовательности навстречу друг другу.
В конвективной камере котла 4 на консолях верхнего коллектора закреплено нечетное количество подвесных конвективных экранов 9, выполненных таким образом, что их нижние коллекторы 16 касаются
нижних коллекторов котла. Средний подвесной конвективный экран является одновременно дополнительной металлической перегородкой 10, выполненной путем зашивки промежутков между трубами металлом, например, металлическими полосами, уголками.
Предложенная полезная модель «Котел водогрейный» работает следующим образом.
Топливные газы, которые образуются при сгорании твердого топлива, на водоохлаждаемой топливной решетке 3, поступают вверх топливной камеры.
Через сопла 15 подается нагретым воздухом острое дутье, которое изменяет направление топочных газов таким образом, чтобы они омывали полностью поверхности подвесных радиационных экранов 11. Коллектор 14 с соплами 15 вмурован в технологическую из шамотобетона перегородку 5, отделяющую топочную камеру 2 от конвективной части котла 4. Благодаря этому воздух нагревается, и острое дутье нагретым воздухом подается через сопла 15 под определенным углом. Направление острого дутья выполнено таким образом, чтобы развернуть топливные газы по сложной траектории, при этом угол, образованный соплами и плоскостью образованной нижним коллектором подвесных радиационных экранов, составляет не менее 10 градусов.
Острое дутье нагретым воздухом позволяет поддерживать температуру в топке и ускорять процесс сжигания твердых несгоревших частиц до полного сгорания.
Топливные газы поступают через зазор 6 в технологической перегородке вверх конвективной зоны, затем направляются вниз между вертикальными конвективными экранами, проходят через нижнее окно, образованное металлической перегородкой 10 и нижним коллектором котла 7, поднимаются вверх и выходят из котла через окно для дымовых газов. При этом происходит продольное обмывание труб дымовыми газами и частицами
золы, которые движутся вдоль труб. При продольном обмывании труб уменьшается золовой износ и золовой занос труб конвективных экранов 9.
Для увеличения скорости газа, улучшения теплопередачи, а также дополнительной очистки дымовых газов, между конвективными коллекторами установлены рассекатели потока газа 17, которые выполнены в виде лопаток 19, приваренных к вертикальному металлическому прутку 18 в направлении друг к другу.
Для равномерного распределения уходящих газов и создания турбулентных потоков в промежутках между подвесными экранами равномерно подвешиваются рассекатели потока газов 17.
Увеличение скорости газа и степени турбулентности потока происходит за счет того, что лопатки занимают определенную площадь между секциями и расположены между подвесными коллекторами. Лопатки размещены таким образом, чтобы удобно было собирать золу (твердые частицы) и направлять в золоудаление. Газ проходит сложный путь, обтекая каждую лопатки. Скорость газа увеличивается за счет уменьшения свободного прохода и того, что газ обтекает лопатки по сложной траектории, создается турбулентность потока. При этом происходит также дополнительная сепарация, твердые частицы от дополнительной сепарации падают в золоудаление.
Можно привести конкретный пример работы водогрейный котла. В котельной города Лащенохья Республики Карелия установлен и работает водогрейный котел, изображенный на фотографии, прилагаемой к материалам заявки.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить производительность водогрейного котла, уменьшить вредные выбросы в атмосферу, упростить конструкцию котла и увеличить срок работы.