КОТЕЛ

Котел предназначен для получения тепловой энергии в виде нагретой воды, термомасла, водяного пара или другого теплоносителя при нагреве теплоносителя пламенем и дымовыми газами.
Известны паровые и водогрейные котлы, например ВК-21 производства ОАО «Яранский механический завод» (Кировская область), содержащие цилиндрический корпус и горизонтально расположенные в нем жаровую и дымогарные трубы. Причем дымогарные трубы расположены вокруг жаровой трубы. Аналогичны им водогрейные котлы производства фирмы HEAT MASTER, производства ТОО «РЭМ-КРАН», котлы по авторским свидетельствам №63526 (1944 г.), №8476 (1929 г.).
Использование жаровых и дымогарных труб выгодно отличает данную конструкцию подобных теплообменников от водотрубной конструкции. Конструкция (еще ее называют газотрубной) получается менее металлоемкой, повышается ее срок службы, удельный кпд. Расположение дымогарных труб вокруг жаровой трубы позволяет, кроме прочего, уменьшить габариты (длину) теплообменника.
Однако, все отмеченные котлы, за исключением котла производства ОАО «ЯМЗ», имеют только дымогарные трубы, жаровой трубы нет (жаровая труба - это труба большого диаметра, находящаяся внутри теплообменника, то есть омываемая нагреваемой водой). Роль жаровой трубы в них отчасти выполняет топочная камера.
При сжигании древесного топлива, имеющего очень большой выход летучих газов V=80% (смотри «Справочник энергетика деревообрабатывающего предприятия», М., Лесная промышленность, 1982 г., стр.284), пламя получается значительно выше (длиннее), чем при сжигании любых других видов топлива. Как показывает наш опыт проектирования и изготовления котлов, при простом сжигании дров на колосниковой решетке длина пламени достигает 1,5-2 метра, а при сжигании опилок с интенсивным дутьем длина пламени возрастает до 3-5 метров. Но так как выполнять высоту топочной камеры более 3-х метров, особенно для котлов производительностью до 1,5-2 МВт, не целесообразно из-за громоздкости получаемой конструкции, все они предполагают небольшую высоту (смотри, например, http://www.rem.kz).
Поэтому, недостатком котлов, имеющих только дымогарные трубы, является то, что пламя, в котором содержаться недогоревшие частицы топлива, летучих газов, смолы, упирается в свод топочной камеры или в трубную доску теплообменника, охлаждаемые водой, поднимается далее по дымогарным трубам. Пламя резко охлаждается, происходит конденсация летучих, смолы. Происходит налипание конденсата и золы на указанные поверхности теплообменника и дымогарные трубы. Дымогарные трубы теряют способность передачи тепла нагреваемой воде, падает КПД теплообменника, далее происходит закупорка дымогарных труб.
Этого недостатка лишен теплообменник, имеющий и жаровые и дымогарные трубы. В нем пламя проходит сначала по жаровой трубе длиной 2 и более метра, где идет полное догорание летучих и смол. По дымогарным трубам проходят только дымовые газы и продукты сгорания - зола.
Выполнение теплообменника с жаровыми и дымогарными трубами позволяет существенно повысить КПД теплообменника при минимально возможной поверхности теплообмена. Достигается это тем, что в жаровой трубе передача тепла от пламени к нагреваемой воде идет за счет излучения и в 10-12 раз больше чем при конвективном теплообмене в дымогарных трубах (смотри «Энергоснабжение городов», Ф.Г.Таги-заде, Москва, Стройиздат, 1980 г., стр.97). Тем не менее, применение дымогарных труб необходимо. Это, своего рода встроенный в теплообменник экономайзер, позволяющий снять тепло с более холодных газов на выходе из жаровой трубы (с хвостов), получить максимально возможный КПД теплообмена (в наших котлах он достигает 84% даже при сжигании влажных опилок - это подтверждено проведенным государственным энергоаудитом).
Однако, такие теплообменники мощностью более нескольких мегаватт имеют длину более 3-х метров, что усложняет их изготовление, перевозку и установку в котельных. Кроме того разное по величине тепловое расширение жаровых и дымогарных труб требует выполнения компенсаторов и ведет к появлению дополнительных нагрузок на корпус теплообменника.
Технический результат, полученный при создании полезной модели, связан с упрощением построения теплообменной части жаротрубного котла цилиндрической формы большой мощности (до 5-10 МВт).
Поставленная задача решается тем, что в котле, содержащем несколько цилиндрических теплообменников с жаровыми и дымогарными трубами, жаровые и дымогарные трубы разных теплообменников расположены соосно.
Сущность решения задачи поясняется следующим.
Выполнение котла из нескольких цилиндрических теплообменников, диаметром порядка 3 метра (длиной например также 3 метра), позволяет достаточно просто изготовить, перевести и смонтировать котел длиной (или высотой) 10 и более метров Расположение жаровых и дымогарных труб в котле соосно упрощает стыковку разных теплообменников, уменьшает сопротивление прохождению продуктов сгорания.
При исследовании новизны не были обнаружены известные технические решения, направленные на решение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «новизна».
Сущность конкретного исполнения устройства поясняется рисунком. На фиг.1 показан продольный разрез котла с двумя теплообменниками. Теплообменники, в данном примере, размещены прямо над топкой.
Теплообменники 1 и 2, выполненны в виде цилиндрических сосудов, в которых размещены жаровые 3 и 4 и дымогарные 5 первого хода дымов и 6 второго хода трубы, дымосборники 7, 8 и 9. Дымосборник 8 закрыт крышкой 10, в которой есть люки для прочистки дымогарных труб. Котел снабжен горелкой или топкой 11 и патрубками 12 и 13 для подвода и отвода теплоносителя и отводом 14 для передачи теплоносителя 15 из одного теплообменника в следующий.
Котел работает следующим образом.
Топочные газы (продукты сгорания) из топки 11 поступают в жаровую трубу 3, затем в жаровую трубу 4. Отдавая тепло, продукты сгорания нагревают теплоноситель и охлаждаясь опускаются по стенкам жаровой трубы в дымосборник 7. Далее газы поступают в дымогарные трубы 5, расположенные встык в теплообменниках 1 и 2. Дымогарные трубы представляют собой встроенный в теплообменник экономайзер. Отдав тепло теплоносителю дымовые газы собираются в дымосборнике 8 и опускаются по дымогарным трубам 6 второго хода дымовых газов. Дымогарные трубы второго хода 6 аналогично трубам 5 состоят из труб расположенных в теплообменниках 1 и 2 и стыкуются по плоскости разъема теплообменников.
Теплоноситель подается, например насосом, через патрубок 12 в теплообменник 1, омывает содержащиеся в нем жаровую и дымогарные трубы, нагревается и подается через отвод 14 в теплообменник 2. Из теплообменника 2 через патрубок 13 теплоноситель подается, например, в систему отопления.