ЖАРОТРУБНЫЙ МНОГОХОДОВЫЙ КОТЕЛ
FIRE-TUBE MULTIPLE PASS BOILER

Настоящее изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, предназначенным для нагревания воды.
Известно, что развитие котельной техники идет в направлении увеличения мощности котлов, снижения их металлоемкости, повышения тепловой экономичности и долговечности, упрощения монтажных работ и сокращения времени монтажа. Металлоемкость котла определяется отношением массы металлической части его к теплопроизводительности. В современных конструкциях паровых котлов этот показатель достигает 1,4-1,6 против 5-5,5 в котлах старой конструкции. Слабым звеном старых котлов является отсутствие термокомпенсации одних их конструктивных элементов относительно других. В результате отдельные детали не способны относительно других свободно удлиняться при нагревании от воздействия на них высоких температур, возникающих при эксплуатации. Это приводит к напряжениям в конструкции и к нарушению их соединений. К таким котлам относят жаротрубные котлы, некоторые типы водотрубных котлов с прямыми кипятильными трубками (котлы В.Г. Шухова, А.И. Лукина и др.). В сущности, котел состоит из стального цилиндра, установленного на чугунных опорах, из которых две являются подвижными для компенсации удлинения барабана при нагревании. Внутри барабана расположена одна или две жаровые трубы, жестко закрепленные в его нишах. В начале жаровых труб находится топка, предназначенная для сжигания топлива. Снаружи котел заключен в обмуровку. Между внутренними боковыми стенками обмуровки и барабаном остается пространство, образующее два параллельных газохода, разделенных внизу неполной продольной перегородкой. Барабан до определенного уровня заполнен водой. Поверхностью нагрева являются поверхность жаровых труб и наружная боковая поверхность барабана, омываемая газами. Топочные газы при выходе из жаровых труб направляются по газоходам котла и, отдав теплоту наружной поверхности барабана, выбрасываются в атмосферу через дымосос или дымовую трубу. Жаротрубные котлы характеризуются высокой термической жесткостью, обусловленной неодинаковым нагревом жаровых труб и самого барабана, с которым они имеют жесткое соединение. Для компенсации удлинения жаровой трубы ее поверхность делают волнистой, что достигается сложной технологической операцией. Но главными недостатками всех этих котлов являются завышенные габариты и трудности ремонта и осмотра жаротрубной части из-за сложности в доступности как к ней, так и к ее рабочим элементам.
Известен жаротрубно-дымогарный котел (Патент RU 2206022, МПК F22B 7/12, опубл. 10.06.2003), который по своей сути представляет жаротрубный многоходовый котел. Он содержит корпус котла, расположенную в нем жаровую топочную трубу и жаровые трубы второго хода, и третий ход продуктов сгорания, образующие жаровую часть, обхватывающую жаровую топочную трубу. При этом пространство между корпусом котла и наружной оболочкой используется в качестве хода продуктов сгорания, а корпус котла, омываемый изнутри нагреваемой котловой водой, снаружи, для лучшей теплопередачи, имеет оребрение.
Недостатками конструкций данного вида котлов является то, что они имеют завышенные габариты, и жаровая топочная труба и жаротрубная часть, обхватывающая ее и формирующая число трубных ходов, выполнены как цельная и неразъемная в корпусе котла конструкция. Это создает труднодоступные условия для их ремонта и осмотра.
Известен трехходовой жаротрубный котел (Патент РФ №2336460, МПК F22B 7/00, опубл. 20.10.2008), который, по своей сути, представляет жаротрубный многоходовый котел. Он содержит корпус котла, расположенные в нем жаровую топочную трубу и жаровые трубы соответствующего числа ходов продуктов сгорания, охватывающие жаровую топочную трубу, при этом пространство между корпусом котла и наружной оболочкой образовано в виде третьего хода продуктов сгорания, а корпус котла, омываемый изнутри нагреваемой котловой водой, снаружи имеет оребрение. Причем жаровая топочная труба и жаровые трубы второго хода с одной стороны закрыты передней крышкой и соединены с фланцем, которым закреплены в корпусе котла, образуя единую конструкцию, а с другой - оканчиваются переходной плавающей головкой, и жаровые трубы закреплены в трубной решетке, которой соединены с корпусом. При этом корпус на входе имеет упомянутую переднюю крышку, а на выходе - патрубок отвода уходящих газов, и содержит патрубки подвода и вывода воды, которые расположены на его стенке. Необходимо отметить, что в жаровые трубы второго хода со стороны выхода охлаждаемых продуктов сгорания установлены завихрители.
Это изобретение выбирается в качестве прототипа, так как направлено на решение той же задачи, что и заявляемое изобретение, и имеет с ним наибольшее число общих существенных признаков. Однако прототип обладает существенными недостатками, а именно завышенными габаритами и трудностью осмотра жаровой топочной трубы и жаровых труб со стороны штампованного днища, а также отсутствием возможности произведения ремонта трубной доски с вваренными в нее жаровыми трубами со стороны штампованного днища. Это обусловлено тем, что жаровая топочная труба и жаровые трубы второго хода с одной стороны закрыты передней крышкой и соединены с фланцем, которым закреплены в корпусе котла, образуя единую конструкцию, вставленную в корпус котла, и при разборке фланцевого соединения вынимать такую имеющую значительные массогабаритные размеры конструкцию крайне сложно и тяжело. По причине этого извлечение для чистки и ремонта этой части является трудоемким процессом, трудно также удерживать такую конструкцию в равновесии при ремонте и чистке. Конструктивное исполнение соединения вынимаемой такой части закрепленного к корпусу котла на фланце является неудачным, так как это соединение большого диаметра должно обеспечить плотность от протекания воды между корпусом и вынимаемой частью, что на практике трудно реализуемо. Кроме этого, вынимаемая часть закреплена на этом фланце консольно, что при ее массе будет создавать значительные изгибающие напряжения на фланец. Это снижает надежность и работоспособность конструкции.
Задачей настоящего изобретения является модернизация существующего жаротрубного многоходового котла путем достижения технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и формировании из нее единоцельной при эксплуатации и сборно-разборной при изготовлении и ремонте конструкции, обеспечивающей простой доступ к жаровой топочной трубе и к ее жаротрубной части при ремонте и чистке труб.
Поставленная задача решена следующим образом. В известном жаротрубном многоходовом котле, содержащем корпус с крышкой на входе и патрубок отвода уходящих газов на выходе, размещенные в нем жаровую топочную трубу и жаровые трубы продуктов сгорания, охватывающие жаровую топочную трубу и установленные в трубных досках, а также патрубки подвода и вывода воды, расположенные на стенке корпуса котла, при этом жаровые трубы со стороны патрубка отводящих газов включены в трубную доску и ею соединены с корпусом котла перед упомянутым патрубком, а с другой стороны они соединены другой трубной доской с фланцем и им закреплены в корпусе котла, причем со стороны фланцевого крепления жаровых труб с корпусом котла жаровая топочная труба соединена с передней крышкой с возможностью разъединения с упомянутым фланцем, СОГЛАСНО настоящему изобретению крышка выполнена водоохаждаемой за одно целое с жаровой топочной трубой, образуя с ней единую водоохлаждаемую конструкцию, которая закреплена в корпусе котла с возможностью независимого извлечения из него жаровых труб, закрепленных в корпусе котла независимо от жаровой топочной трубы, а крышка соединена с фланцем корпуса котла через термостойкую герметизирующую прокладку, обеспечивающую температурные изменения жаровой топочной трубы и жаровых труб в независимых друг от друга деталях котла.
Заявителем проведен патентный поиск по данной тематике. Он показал, что заявляемая совокупность заявляемых существенных отличительных признаков не выявлена, и поэтому можно считать предлагаемое изобретение новым.
Заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста логически не следует из известного уровня техники, а скорее противоречит сложившейся практике конструирования жаротрубных многоходовых котлов. Так в известных жаротрубных котлах в их конструкциях всегда стремились жаровую топочную трубу и жаровые трубы, сформированные соответствующему числу ходов продуктов сгорания и охватывающие жаровую топочную трубу с последней, образовать в виде неразъемной единоцельной конструкции, в которой упомянутые конструктивные элементы закреплены в корпусе котла зависимо друг от друга и, обычно, на фланце корпуса котла. Поэтому эта вынимаемая часть имеет вид консольной конструкции, что усложняет как извлечение ее из корпуса котла, так и последующий ремонт и чистку труб.
В нашем случае все наоборот. В заявляемом изобретении жаровая топочная труба вместе с передней крышкой выполнена водоохлаждаемой единоцельной конструкцией с возможностью быть извлеченной из корпуса независимо от жаровых труб, закрепленных независимо от жаровой топочной трубы в корпусе котла в трубных досках. Это позволило создать удобство для ее ремонта и чистки. Кроме того, в нашем случае повышается надежность эксплуатации котла, так как размещение жаровых труб в корпусе котла в неподвижной части котла позволяет вынимаемую часть значительно облегчить, а единая сварная конструкция вынимаемой части, соединенная с единой конструкцией корпуса котла, не имеет, как, например, в прототипе, фланцевого соединения, контактирующего на воде. Более того, появилась возможность обеспечить развязку изменениям конструкций, обладающих разными тепловыми удлинениями, а именно жаровой топочной трубы, находящейся под воздействием температуры факела и жаровых труб, на которые воздействует гораздо более низкая температура отходящих газов. Это стало возможным за счет, как отметили ранее, выполнения жаровой топочной трубы за одно целое с передней крышкой в виде водоохлаждаемой конструкции и соединения крышки с фланцем корпуса котла одновременно, в котором закреплены жаровые трубы через прокладку, герметизирующую соединение жаровой топочной трубы и корпуса котла с жаровыми трубами и компенсирующую различные температурные удлинения этих деталей котла. При этом жаровая топочная труба имеет свободное удлинение в корпусе котла, а через упомянутую прокладку независимо происходит удлинение жаровых труб и корпуса котла в сторону патрубка отвода уходящих газов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен разрез жаротрубного многоходового котла в сборе, а на фиг. 2 - вынимаемая жаровая топочная труба котла.
Предлагаемый жаротрубный многоходовый, например трехходовый, котел содержит корпус 1. В корпусе 1 размещены жаровые трубы 7, закрепленные со стороны патрубка 3 отвода продуктов сгорания из котла в трубной доске 8, а со стороны крышки 2 котла закреплены в корпусе 1 котла в трубной доске-фланце 9. Внутренняя часть корпуса 1 котла образована обечайкой 13. Крышка 2 котла выполнена водоохлаждаемой за одно целое с жаровой топочной трубой 6, образуя с ней единую водоохлаждаемую конструкцию, которая вставлена по направляющим (не показаны) во внутреннюю обечайку 13 корпуса 1 котла. Причем передняя крышка 2 котла соединена с фланцем 9 корпуса 1 котла через прокладку 10. Эта прокладка термостойкая, герметизирующая и способна обеспечивать температурные изменения жаровой топочной трубы 6 и жаровых труб 7 в независимых друг от друга деталях котла. Жаровая топочная труба 6, соединенная с крышкой 2, выполнены единой водоохлаждаемой конструкцией (фиг. 2). Эта конструкция закреплена в корпусе 1 котла с возможностью извлечения из него. Прокладка 10, служащая для герметизации соединения крышки 2 и корпуса 1 котла, как отмечалось, еще и термостойкая. Температурные удлинения жаровой трубы 6 и деталей котла, находящихся в корпусе 1, подвергающиеся воздействию различных температур соответственно от факела горелки 11 на жаровую трубу 6 и продуктов сгорания на жаровые трубы 7, не связаны жестко в единую сварную конструкцию не создают относительно друг друга взаимных деформаций и напряжений конструкции.
Необходимо отметить, что через переднюю крышку 2 в жаровую топочную трубу 6 вводится горелка 11, образующая факел сжигания соответствующего топлива (на чертеже не показан). Образующийся факел отдает тепло в жаровой трубе 6, затем продукты сгорания поступают в зазор между наружной обечайкой жаровой трубы 6 и внутренней обечайкой 13 корпуса 1 котла (второй ход газов), далее в жаровые трубы 7 (третий ход газов) и в патрубок 3 отвода уходящих газов из котла.
Принцип работы предлагаемого жаротрубного многоходового котла заключается в следующем:
- смесь топлива с воздухом горелкой 11 подается в жаровую топочную трубу 6, где сгорает, отдавая часть тепла охлаждающей трубу воде;
- продукты сгорания из жаровой топочной трубы 6 поступают в жаровые трубы 7. Число ходов продуктов сгорания может быть два или три. В данном случае, например, приведено, что их три. Охлажденные продукты сгорания поступают в патрубок 3 отвода уходящих газов на выход из корпуса, т.е. котла;
- вода через патрубок 4 поступает в водяную часть корпуса 1 котла, а затем в жаровую трубу 6 котла (на чертеже не показаны трубопроводы, связывающие водяное пространство корпуса 1 котла и жаровой топочной трубы 6), где происходит ее нагрев. Из котла вода выходит через патрубок 5;
- при возникновении разницы теплового нагрева между жаровой топочной трубой 6 и жаровыми трубами 7 происходит их взаимное изменение длин, которое компенсируется независимо, так как не имеет жесткого соединения.
Для чистки котла производят отсоединение крышки 2 с жаровой топочной трубой 6 от корпуса 1 котла по фланцу 9, вынимают жаровую трубу 6 из корпуса 1 котла, все поверхности нагрева котла становятся полностью доступными. После чего их очищают механическим способом, например, до блеска.
Для ремонта котла также становится доступной вся конструкция внутренней поверхности, включая сварочные швы, практически на 100%. Надо отметить, что задняя крышка котла (на чертеже не указана) устанавливается на фланцевом соединении, что также обеспечивает полный доступ к котлу с задней части.
Таким образом, удалось модернизировать конструкцию жаротрубного много ходового котла, обеспечив в нем термическое удлинение элементов котла, сократив, а в ряде случаев и исключив термические напряжения в теле котла за счет разницы относительного удлинения конструктивных его частей, на которые воздействуют различные температуры. При этом удалось снизить вес вынимаемых частей котла, так как жаровая топочная труба и жаровые трубы закреплены в корпусе котла независимо друг от друга. Это облегчает работу по реализации операций по чистке и ремонту котла, а также исключает применение штампованного днища на задней части жаровой трубы. Одновременно упрощает конструкцию и обеспечивает доступ для осмотра и ремонта всех сварочных швов жаровой трубы на 100%. Также размещение жаровых труб в корпусе обеспечивает доступ для осмотра и ремонта сварочных швов между трубами и трубными досками как со стороны крышки котла, так и со стороны патрубка для отвода уходящих газов на выходе котла, так как задняя крышка с патрубком для отвода уходящих газов крепится к корпусу котла через фланцевое соединение (не показано).