Котел газомазутный паровой

Полезная модель относится к теплоэнергетике и отопительной технике и может быть использована в котлах, предназначенных для выработки пара для паровых турбин или для технологических нужд промышленных предприятий, а также систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Известен паровой котел по схеме «Д» со встроенным экономайзером (см. патент РФ №2131080, кл. F22B 21/08, опубл. 27.05.1999), содержащий верхний и нижний барабаны, сообщенные между собой подъемными и опускными трубами конвективного пучка, промежутками между рядами которых образован, по меньшей мере, один автономный газоход, примыкающую к пучку топку, ограниченную трубчатым передним, задним и боковым экранами, связанными с верхним и нижним барабанами и сообщенный с водяным объемом котла экономайзер, при этом экономайзер выполнен двухступенчатым, ступени установлены в рассечку с включенными в контур естественной циркуляции котла трубами конвективного пучка по ходу греющих газов последовательно и подключены к питательной магистрали по газовому тракту противотоком.
К недостаткам известного котла следует отнести сложность конструкции, большой вес и возможность возникновения кислотной коррозии элементов котла при работе на сниженных нагрузках.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является паровой газомазутный вертикально-водотрубный паровой котел типа Е(ДЕ) производительностью от 4 до 25 т/ч. (см. отраслевой каталог НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ «Котлы малой и средней мощности и топочные устройства». Москва 1987 г. стр. 23-30), выполненный из трубной системы, топки и каркаса с обшивкой. Трубная система состоит из двух барабанов (верхнего и нижнего), расположенных на одной вертикальной оси и соединенных между собой пучком труб, образующих конвективную поверхность нагрева; двух боковых экранов топки - правого и левого, а также фронтового и заднего экранов. Топочная камера отделяется от конвективного пучка труб газоплотной перегородкой, образованной из труб, установленных вплотную и сваренных между собою. В задней части газоплотной перегородки имеется окно для входа топочных (дымовых газов) из топки в конвективный пучок. Дымовые газы проходят по сечению конвективного пучка (конвективный газоход) с заданной скоростью, необходимый уровень скоростей газов поддерживается изменением ширины пучка у котлов различной паропроизводительности. Дымовые газы выходят из конвективного газохода через стенку котла в газовый короб и по нему поступают в расположенный за котлом экономайзер.
Циркуляционная схема паровых котлов типа Е(ДЕ) включает четыре топочных экрана - фронтовой, задний и два боковых и боковой экран конвективного газохода Контуры боковых экранов и конвективного пучка котлов всех типоразмеров, а также фронтового экрана котлов паропроизводительностью 16 и 25 т/час замкнуты непосредственно на барабаны. Контуры заднего экрана всех котлов и фронтового экрана котлов паропроизводительностью 4; 6,5 и 10 т/час объединены нижним раздаточным и верхним собирающим коллектором, присоединенными к барабанам. Другие концы коллекторов объединены необогреваемой рециркуляционной трубой.
Обмуровка фронтовой стены котла состоит из слоя огнеупорного шамотного кирпича толщиной 125 мм, слоя диатомового кирпича толщиной 123 мм и нескольких слоев изоляционных плит общей толщиной 60 мм. Общая толщина обмуровки фронтовой стены 308 мм, а задней стены - 265 мм. Обмуровка задней стены по конструкции аналогична обмуровке фронтовой стены, за исключением слоя диатомового кирпича. Обмуровка боковой стены и потолка топочной камеры и конвективного пучка котла состоит из шамотобетона толщиной 25 мм, нанесенного по сетке, и нескольких слоев изоляционных плит (известково-кремнеземистых, совелитовых, асбовермикулитовых). Общая толщина изоляции боковых стен в области топки составляет 120 мм, в области конвективного пучка 175 мм, а в области пароперегревателя 225 мм. Снаружи обмуровка закрывается металлической обшивкой.
К недостаткам известного котла следует отнести ограниченные технологические возможности, связанные с использованием тяжелой и громоздкой обмуровки стен котла, сложности выполнения сварного соединения труб газоплотного трубчатого экрана при помощи пластин, контактирующих плоскими поверхностями с трубами, (сварка производится между элементами расположенными под острыми углами). Из-за высокой плотности установки экранные трубы заводятся в барабаны котла с разводкой в два ряда. Данное конструктивное решение не обеспечивает гарантированную газоплотность экранов, имеет большую металлоемкость, высокую трудоемкость и низкую ремонтопригодность.
Высокая плотность установки труб приводит, на некоторых режимах работы котла к разрыву сплошности гидравлического потока (нехватка воды) и как следствие - котел имеет недостаточное охлаждение экранов, которое может привести к прогару экранных труб, повышенный расход топлива из-за тепловых потерь через тяжелую обмуровку котла и повышенный расход электроэнергии при работе дымососа из-за присосов воздуха через неплотности в газовом тракте котла. Указанные недостатки в совокупности приводят к ограничению по паропроизводительности до 25 т/ч. производства существующих котлов.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в уходе от тяжелой и громоздкой обмуровки, упрощении конструкции с одновременным повышением теплоотдачи и возможностью производства котлов паропроизводительности как до 25 т/ч, так и выше, 35; 50 и 75 т/ч пара.
Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что котел газомазутный паровой содержит верхний и нижний барабаны, соединенные пучком труб, образующим конвективный газоход, трубчатые панели, топку с горелкой и теплоизоляционный слой по периметру внутренней поверхности обшивки, при этом в качестве трубчатых панелей по периметру конвективного газохода и по периметру топки смонтированы газоплотные трубчато-пластинчатые экраны, трубы фэонтового и заднего экранов подсоединены к соответствующим верхнему и нижнему коллекторам, связанным по воде с барабанами, а трубы правого бокового Д-образного, левого бокового и бокового конвективного газохода экранов присоединены непосредственно к верхнему и нижнему барабанам в один ряд. Трубы газоплотных трубчато-пластинчатых экранов целесообразно соединить друг с другом при помощи металлических полос-проставок толщиной 4-10 мм и шириной 10-120 мм с контактом продольных торцовых сторон полос с трубами.
На фиг. 1 схематично представлен вертикальный разрез котла.
На фиг. 2 схематично представлен горизонтальный разрез котла с отображением конвективного газохода, топки и труб газоплотных трубчато-пластинчатых экранов.
На фиг. 3 схематично показано соединение труб топки с барабаном в один ряд.
На фиг. 4 схематично показано соединение труб газоплотных трубчато-пластинчатых фронтового и бокового экранов.
На фиг. 5 схематично показано соединение труб газоплотного трубчато-пластинчатого фронтового экрана с нижним и верхним барабанами при помощи коллекторов.
Котел газомазутный паровой состоит из двух барабанов 1 и 2, сообщенных между собой трубами 3 конвективных газоходов (конвективный пучок), образующие зону конвективного нагрева котловой воды. Конвективный пучек труб 3, при необходимости, может быть разделен на конвективные части фигурной металлической перегородкой. Трубы 3 конвективного пучка условно разделяются на трубы подъемного и опускного звена.
К конвективному газоходу, с одной стороны, примыкает топка 4, образованная правым боковым Д-образным 5, левым боковым 6, фронтовым 7 и задним 8, газоплотными трубчато-пластинчатыми экранами (топочные экраны). С другой стороны, примыкает боковой экран 9 конвективного газохода.
Трубы газоплотных трубчато-пластинчатых экранов 5; 6; 7; 8 и 9 соединены друг с другом сваркой при помощи металлических полос-проставок 10 толщиной 4-10 мм и шириной 20-120 мм с контактом продольных торцовых сторон полос с трубами (см. фиг. 4).
Экраны фронтовой 7 и задний 8 подсоединены к соответствующим верхнему и нижнему 11 коллекторам, связанным по воде с барабанами 1 и 2, а трубы правого бокового Д-образного 5, левого бокового 6 и боковой конвективного газохода 9 экраны присоединены непосредственно к верхнему 1 и нижнему 2 барабанам котла в один ряд (см. фиг. 3). Трубы левого бокового экрана 6, разделяющего конвективный пучок и топку, в конце последней не имеют газоплотной стенки и образуют тем самым проем для прохода топочных газов из топки 4 в газоход конвективного пучка труб 3. Трубы 3 конвективного пучка и окна для входа дымовых газов левого бокового экрана на входе дымовых газов установлены виде фестона для увеличения проходного сечения дымовых газов. Во фронтовом экране 7 выполнено окно 12 для монтажа горелки 13.
Фронтовая 14 и задняя 15 стенки топки, включающая часть стенки конвективного газохода выполнены без применения тяжелой (кирпичной или бетонной) обмуровки.
По периметру наружных водоохлаждаемых поверхностей котла выполнен теплоизоляционный слой 16 из легких теплоизоляционных материалов с низкими коэффициентами теплопроводности, из-за чего общая толщина изоляции составляет всего 60…120 мм. Слой теплоизоляции обшивается защитными стальными листами с нанесенным лакокрасочным покрытием. Труба 17 служит для подачи и смешивания с котловой водой умягченной, подогретой и свободная от растворимых газов питательной воды в водяной объем верхнего барабана 1 котла. Паропровод 18 предназначен для отвода пара потребителю.
Котел работает следующим образом:
Газообразное или жидкое топливо при помощи горелки 13 подается в топку, где распыляется и смешивается с воздухом, идущим на горение. Топливо воспламеняется, при розжиге котла от запального устройства, а на работающем котле от факела уже горящего топлива, и сгорая в топочном объеме котла, выделяет требуемое количество тепла для нагрева и испарения котловой воды с заданной паропроизводительностью. Лучевое тепло от факела горящего топлива воспринимают газоплотные трубчато-пластинчатые экраны 5; 6; 7; 8 и 9, охлаждение которых обеспечивает циркулирующая внутри труб котловая вода. Сгоревшее топливо, в виде дымовых топочных газов через проем в задней части газоплотного трубчато-пластинчатого экрана 6, выполненное в виде фестона в левой топочной стенке попадает на охлаждение в конвективный газоход, где своим теплом нагревает воду в опускных и подъемных трубах 3 конвективного пучка и трубах бокового экрана 9 конвективного газохода. На выходе из конвективного пучка охлажденные дымовые газы по газоходу поступают в экономайзер, где подогревают питательную воду котла. При работе котла умягченная, подогретая и свободная от растворимых газов питательная вода, после экономайзера, по трубе 17 подается в водяной объем верхнего барабана 1 котла, где она смешивается с котловой водой и по опускным трубам конвективного пучка поступает в нижний барабан 2. Из нижнего барабана 2 часть котловой воды поступает в подъемные трубы конвективного пучка и, продолжая нагреваться, поднимается в верхний барабан 1. Другая часть воды поднимается в верхний барабан 1 по экранным трубам топки, нагреваясь от энергии факела. В верхнем барабане котла происходит отделение пара от воды, котловая вода, снова смешиваясь с более холодной питательной водой по части труб 3 конвективного пучка за счет естественной циркуляции в зоне опускного звена там, где температура дымовых газов минимальная, опускается в нижний барабан, тем самым многократная циркуляция котловой воды обеспечивает надежное охлаждение экранных и конвективных труб, а полученный пар через паропровод 18 отводится потребителю.
Монтаж в качестве трубчатых панелей по периметру конвективного газохода и по периметру топки газоплотных трубчато-пластинчатых экранов предотвращает проникновение присосов холодного воздуха при работе котла под разряжением и прорыва нагретых газов за наружную поверхность газоплотных трубчато-пластинчатых экранов при работе котла под наддувом и соответственно повышает эффективность его использования.
Соединение труб задней и фронтальной стенок газоплотных трубчато-пластинчатых экранов топки с верхним и нижним барабанами котла в один ряд упрощает конструкцию котла, сокращает время сборки и монтажа котла, повышает надежность и продолжительность его работы.
В настоящее время изготовлен опытный образец предлагаемого котла, проведены испытания, получены положительные результаты и принято решение о производстве предлагаемых котлов.