Жаротрубно-дымогарный котел
Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Котел включает корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода с помощью трубной доски, вторую газовую камеру с трубной доской, размещенной на противоположных концах дымогарных труб, и третий ход, выполненный в виде прямоугольного газохода с установленными в нем с помощью снабженных крышками со штуцерами для подвода и отвода воды трубных решеток перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными, кольцевыми или спиральными ребрами. Жаровая труба размещена асимметрично корпусу котла. Во второй газовой камере в зоне дымогарных труб с зазором к трубной доске и параллельно ей установлена прямоугольная перегородка, а третий ход газов образован крышкой корпуса со стороны второй газовой камеры, трубными решетками и перегородкой. Изобретение обеспечивает снижение габаритов и металлоемкости котла, увеличение интенсивности его работы при упрощении конструкции, повышение надежности работы и упрощение технологии изготовления. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к области теплоэнергетики и, в частности, к конструкциям котлов с жаровой и дымогарными (газовыми) трубами.
Известен барабанный котел горизонтальной цилиндрической конструкции, включающий жаровую трубу и дымогарные трубы, размещенные в наружных поворотных газовых камерах второго и третьего газоходов (см., например, Е.Ф.Бузников и др. "Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных", М., "Энергоатомиздат", 1989 г., стр.14-15). Указанный котел, таким образом, имеет три хода по направлению движения газов, на каждом из которых происходит их теплообмен с нагреваемой или испаряемой водой. Основные недостатки данной конструкции состоят в малой интенсивности процесса теплопередачи, низком коэффициенте полезного действия, значительных габаритах и металлоемкости котла, а также в неизбежности кипения на теплообменных поверхностях. Возникающие при этом отложения снижают надежность работы котла.
Известен также трехходовой по движению газов жаротрубно-дымогарный котел, состоящий из горизонтального цилиндрического барабана с плоскими отбортованными днищами. Жаровая труба расположена по оси барабана. Дымогарные трубы второго и третьего хода размещены по обе стороны жаровой трубы и имеют противоположно направленное движение газов (см. например, А.К.Зыков "Паровые и водогрейные котлы". Справочное пособие, М., "Энергоатомиздат", 1987 г., стр.52-54). Основные недостатки данной конструкции состоят также в малой интенсивности процесса теплопередачи, низком коэффициенте полезного действия и надежности. Котел данной конструкции имеет значительные габариты и металлоемкость.
Наиболее близок к настоящему изобретению жаротрубно-дымогарный котел с тремя ходами по направлению движения газов, включающий корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода, и вторую газовую камеру, размещенную на противоположных концах дымогарных труб. Штуцер для отвода газов корпуса котла расположен в зоне второй газовой камеры, которая в свою очередь соединена с третьим ходом, выполненным в виде вынесенного за пределы корпуса прямоугольного газохода. Две противоположные стенки газохода выполнены в виде трубных решеток с закрепленными в них перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными, кольцевыми или спиральными ребрами и снабжены крышками со штуцерами для подвода и отвода воды. Жаровая труба снабжена обечайкой, образующей с ней канал для прохода воды. Между корпусом котла и дымогарными трубами соосно корпусу установлена дополнительная обечайка (см., патент РФ №2187040 "Жаротрубно-дымогарный котел", дата опубликования - 10.08.2002, Бюл. №22). При сниженной металлоемкости и высокой интенсивности котел данной конструкции имеет повышенные габариты из-за того, что третий ход газов представляет собой, по сути, вынесенный теплообменник. Достаточно сложна привязка основного корпуса и вынесенного теплообменника друг к другу. В котле данной конструкции отсутствует опасность вскипания воды на поверхности жаровой и дымогарных труб, но эта опасность сохраняется для поверхности первой газовой камеры.
Задача настоящего изобретения состоит в создании котла новой конструкции.
Техническим результатом является снижение габаритов и металлоемкости котла, увеличение интенсивности его работы при упрощении конструкции, повышение надежности работы котла и упрощение технологии изготовления.
Указанный технический результат достигают за счет того, что в жаротрубно-дымогарном котле с тремя ходами по направлению движения газов, включающем корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода с помощью трубной доски, вторую газовую камеру с трубной доской, размещенной на противоположных концах дымогарных труб, и третий ход, выполненный в виде прямоугольного газохода с установленными в нем с помощью снабженных крышками со штуцерами для подвода и отвода воды трубных решеток перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными, кольцевыми или спиральными ребрами, жаровая труба установлена асимметрично корпусу котла, во второй газовой камере в зоне дымогарных труб с зазором к трубной доске и параллельно ей установлена прямоугольная перегородка, а третий ход газов образован крышкой корпуса со стороны второй газовой камеры, трубными решетками и перегородкой. Жаровая труба снабжена кольцевой обечайкой, образующей с жаровой трубой канал для прохода воды, обечайка соединена с трубной доской первой газовой камеры и снабжена штуцером для подвода воды, расположенным вне корпуса котла, и патрубком для отвода воды. Патрубок для отвода воды расположен в торце канала перед трубной доской первой газовой камеры, корпус или крышка котла снабжены подводящим штуцером, а патрубок для отвода воды соединен трубопроводом с подводящим штуцером с образованием прохода воды в объем, образованный крышками первой газовой камеры и котла. Между крышками первой газовой камеры и котла установлена примыкающая к ним спираль с образованием спирального канала для прохода воды от периферии к центру котла. Крышка первой газовой камеры в зоне центрального витка спирали снабжена отверстием, трубная доска первой газовой камеры снабжена противолежащим отверстием, а в зоне отверстий установлен соединенный с крышкой первой газовой камеры и трубной доской трубопровод для прохода воды в зону дымогарных труб. Вокруг дымогарных труб установлена с зазором к ним дополнительная фигурная обечайка, торец которой соединен с трубной доской первой газовой камеры, а противоположный торец установлен с зазором к трубной доске второй газовой камеры.
Сущность изобретения состоит в следующем.
При вынесении третьего хода дымовых газов за пределы собственно корпуса котла и выполнении его, по сути, в виде индивидуального теплообменного аппарата с оребренными трубами возникают определенные проблемы, связанные с размещением указанного теплообменника и обвязкой котла газоходами и трубами для транспортирования воды. Котельный агрегат подобной конструкции, однако, имеет совершенно определенные преимущества. Благодаря правильной организации потоков (на третьей ступени вода движется внутри оребренных трубок, а газ обтекает их) достигают высокую степень использования тепла дымовых газов. Коэффициент полезного действия аппарата (в расчете на низшую теплоту сгорания природного газа) приближается к 100%, а при определенных условиях может и превысить эту цифру. Последнее, что следует отметить особо, может оказаться нерациональным из-за образования конденсата.
Тем не менее, использование оребренных труб и соответствующая организация потоков в котле известной конструкции перспективна и требует дальнейшей модернизации котла с целью исключения имеющихся недостатков. При установке жаровой трубы эксцентрично корпусу котла в газовой камере, расположенной на выходе дымовых газов из дымогарных труб, возможно разместить третий ход газов с оребренными трубками, что упрощает конструкцию котла, снижает его габариты и металлоемкость.
Оснащение жаровой трубы обечайкой, которая с жаровой трубой образует канал для прохода воды, благодаря высоким скоростям водяного потока исключает вскипание воды на теплообменной поверхности жаровой трубы. Установка обечайки вокруг собственно дымогарных труб второго хода и в непосредственной близости к ним способствует повышению скорости воды в зоне дымогарных труб и исключает вскипание воды на их поверхности. При этом в известном котле не решена в полной мере проблема перегрева поверхностей газовой камеры, размещенной в конце жаровой трубы (соответственно в начале дымогарных труб второго хода). Особенно это относится к крышке газовой камеры, подверженной ударному воздействию факела. Исключить угрозу перегрева крышки возможно уже отмеченным выше приемом - увеличением скорости водяного потока. Увеличение скорости может быть достигнуто установкой спирали между крышками корпуса и газовой камеры со стороны конца жаровой трубы.
Дальнейшее изменение конструкции котла связано с рациональной подачей воды в зону дымогарных труб, что будет отмечено ниже при описании конструкции и работы устройства.
На фиг.1 приведена конструкция котла.
На фиг.2 - сечение фиг.1 по А-А;
На фиг.3 - сечение фиг.1 по Б-Б;
На фиг.4 - сечение фиг.1 по В-В.
Жаротрубно-дымогарный котел с тремя ходами дымовых газов по настоящему изобретению содержит корпус 1 с крышками 2 и 3. Корпус 1 снабжен штуцером 4 для отвода дымовых газов и штуцером 5 для отвода воды. В корпусе 1 эксцентрично установлена жаровая труба 6, заканчивающаяся первой газовой камерой 7 и являющаяся первым ходом дымовых газов. Жаровая труба 6 соединена с трубной решеткой 8 первой газовой камеры 7. Газовая камера 7 также имеет крышку 9. С трубной решеткой 8 соединены дымогарные трубы 10, являющиеся вторым ходом дымовых газов. Противоположными концами дымогарные трубы 10 соединены с трубной доской 11 второй газовой камеры 12. Соответственно вторая газовая камера 12 образована корпусом котла 1 трубной доской 11 и крышкой 2. Во второй газовой камере 12 в зоне дымогарных труб 10 с зазором к трубной доске 11 и параллельно ей установлена прямоугольная перегородка 13. В зоне второй газовой камеры 12 размещены несущие оребрение трубы 14. Трубы 14 закреплены в трубных решетках 15 и 16 с крышками 17 и 18. В наиболее простом варианте крышка 17 имеет штуцер 19 для подвода воды, а крышка 18 - штуцер 20 для отвода воды. Таким образом, третий ход газов выполнен в виде прямоугольного газохода 21, образованного крышкой 2 корпуса 1 со стороны второй газовой камеры 12, трубными решетками 15 и 16 и перегородкой 13, причем оребренные трубы 14 установлены перпендикулярно направлению движения дымовых газов в газоходе 21.
Жаровая труба 6 снабжена кольцевой обечайкой 22, которая соединена с трубной доской 8 первой газовой камеры 7 и образует с жаровой трубой 6 канал 23 для прохода воды. Обечайка снабжена штуцером 24 для подвода воды, расположенным вне корпуса котла, и патрубком 25 для отвода воды. Патрубок 25 для отвода воды расположен в торце канала 23. Корпус 1 котла имеет подводящий штуцер 26, соединенный трубопроводом 27 с патрубком 25 для отвода воды. При этом образуется проход воды в объем 28, расположенный между крышкой 9 первой газовой камеры 7 и крышкой 3 корпуса котла 1. В объеме 28 установлена спираль 29, примыкающая к крышке 9 первой газовой камеры 7 и крышке 3 корпуса котла 1. При этом образуется спиральный канал для прохода воды от периферии к центру спирали 29. Крышка 9 первой газовой камеры 7 в зоне центрального витка спирали 29 снабжена отверстием 30, а трубная доска 8 первой газовой камеры 7 снабжена противолежащим отверстием 31. В зоне отверстий 30 и 31 установлен соединенный с крышкой 9 первой газовой камеры 7 и трубной доской 8 трубопровод 32. Вокруг дымогарных труб 10 установлена с зазором к ним дополнительная фигурная обечайка 33, торец которой соединен с трубной доской 8 первой газовой камеры 7, а противоположный торец установлен с зазором к трубной доске 11 второй газовой камеры 12. В торце жаровой трубы 6 расположено горелочное устройство (на фиг.1 не показано).
Приведенная конструкция в полной мере соответствует предлагаемому изобретению.
Жаротрубно-дымогарный котел работает следующим образом. Дымовые газы, образованные при сжигании топлива, поступают в жаровую трубу 6 и, проходя по ней (первый ход газов), выходят в первую газовую камеру 7.
Жаровую трубу 6 при этом закрепляют эксцентрично корпусу котла 1 в трубной доске 8. Первая газовая камера 7 образована трубной доской 8 и крышкой 9 первой газовой камеры 7. Далее дымовые газы поступают в дымогарные трубы 10 и проходят по ним во вторую газовую камеру 12 (второй ход газов). Дымогарные трубы 10 соответственно закрепляют в трубных решетках 8 и 11. Во второй газовой камере 12, образованной трубной доской 11 и крышкой 2 корпуса 1, дымовые газы обтекают перегородку 13 и проходят по прямоугольному газоходу 21 (третий ход газов), образованному крышкой 2 корпуса 1 со стороны второй газовой камеры 12, трубными решетками 15 и 16 и перегородкой 13. Оребренные трубы 14 в газоходе 21 установлены перпендикулярно направлению движения дымовых газов. Далее через штуцер 4 дымовые газы выводят из котла.
Вода поступает через штуцер 19 в крышке 17 в оребренные трубки 14, которые закреплены в трубных решетках 15 и 16. Из трубок 14 вода выходит в пространство между крышкой 18 и трубной решеткой 16 и далее через штуцера 20 и 24 - в канал 23, образованный жаровой трубой 6 и кольцевой обечайкой 22. Поскольку и жаровая труба 6 и кольцевая обечайка 22 соединены с трубной доской 8, для прохода воды служит патрубок 25, расположенный в торце канала 23 и соединенный посредством трубопровода 27 с подводящим штуцером 26 корпуса котла 1. При этом проход воды осуществляют в объем 28, расположенный между крышкой 9 первой газовой камеры 7 и крышкой 3 корпуса котла 1.
В объеме 28 установлена спираль 29, примыкающая к крышке 9 первой газовой камеры 7 и крышке 3 корпуса котла 1. Спираль, в соответствии с конструкционными особенностями, может быть выполнена с равномерным или неравномерным шагом, равной или переменной высоты. Далее вода проходит по каналу, образованному спиралью 29 от периферии к центру. Крышка 9 первой газовой камеры 7 в зоне центрального витка спирали 29 снабжена отверстием 30, а трубная доска 8 первой газовой камеры 7 снабжена противолежащим отверстием 31. В зоне отверстий 30 и 31 установлен соединенный с крышкой 9 первой газовой камеры 7 и трубной доской 8 трубопровод 32. Вода далее проходит по трубопроводу 32 в зону расположения дымогарных труб 10.
Если установка кольцевой обечайки 22 приводит к высоким скоростям движения воды в канале 23, а следовательно, к снижению температуры стенки жаровой трубы и предотвращению вскипания на стенке воды, то размещенная вокруг дымогарных труб 10 фигурная обечайка 33 приводит к увеличению скорости воды при ее движении вдоль дымогарных труб. Следствием этого является снижение температуры стенок жаровых труб и предотвращение вскипания воды на их поверхности. Сказанное выше объясняет целесообразность введения в конструкцию спирали 29. Спираль 29 способствует увеличению скорости воды, омывающей одно из опаснейших мест котла - крышку 9 первой газовой камеры 7, и снижению температуры крышки 9. Обтекая торец обечайки 33 в зоне трубной доски 13, вода далее поступает в объем, ограниченный корпусом котла 1 и дополнительной фигурной обечайкой 33 и через штуцер 5 покидает котел.
Таким образом, благодаря заявленным признакам определена новая, более совершенная по сравнению с известными конструкция котла. Отсутствие вынесенного третьего хода уменьшает габариты котла и делает его более компактным. При этом в значительной мере упрощается технология изготовления котла и снижается его металлоемкость. Увеличение скорости водяного потока, омывающего поверхности теплопередачи, исключает вскипание жидкости, снижает угрозу формирования отложений, увеличивает надежность и интенсивность работы аппарата.
1. Жаротрубно-дымогарный котел с тремя ходами по направлению движения газов, включающий корпус с крышками и штуцерами для отвода воды и дымовых газов, размещенный в корпусе первый ход газов в виде жаровой трубы с газовой камерой, соединенной с дымогарными трубами второго хода с помощью трубной доски, вторую газовую камеру с трубной доской, размещенной на противоположных концах дымогарных труб, и третий ход, выполненный в виде прямоугольного газохода с установленными в нем с помощью снабженных крышками со штуцерами для подвода и отвода воды трубных решеток перпендикулярно направлению движения газов трубами с прямоугольными кольцевыми или спиральными ребрами, отличающийся тем, что жаровая труба размещена асимметрично корпусу котла, во второй газовой камере в зоне дымогарных труб с зазором к трубной доске и параллельно ей установлена прямоугольная перегородка, а третий ход газов образован крышкой корпуса со стороны второй газовой камеры, трубными решетками и перегородкой.
2. Жаротрубно-дымогарный котел по п.1, отличающийся тем, что жаровая труба снабжена кольцевой обечайкой, образующей с жаровой трубой канал для прохода воды, обечайка соединена с трубной доской первой газовой камеры и снабжена штуцером для подвода воды, расположенным вне корпуса котла, и патрубком для отвода воды.
3. Жаротрубно-дымогарный котел по п.2, отличающийся тем, что патрубок для отвода воды расположен в торце канала перед трубной доской первой газовой камеры, корпус или крышка котла снабжены подводящим штуцером, а патрубок для отвода воды соединен трубопроводом с подводящим штуцером с образованием прохода воды в объем, образованный крышками первой газовой камеры и котла.
4. Жаротрубно-дымогарный котел по п.3, отличающийся тем, что между крышками первой газовой камеры и котла установлена примыкающая к ним спираль с образованием спирального канала для прохода воды от периферии к центру котла.
5. Жаротрубно-дымогарный котел по п.4, отличающийся тем, что крышка первой газовой камеры в зоне центрального витка спирали снабжена отверстием, трубная доска первой газовой камеры снабжена противолежащим отверстием, а в зоне отверстий установлен соединенный с крышкой первой газовой камеры и трубной доской трубопровод для прохода воды в зону дымогарных труб.
6. Жаротрубно-дымогарный котел по п.5, отличающийся тем, что вокруг дымогарных труб установлена с зазором к ним дополнительная фигурная обечайка, торец которой соединен с трубной доской первой газовой камеры, а противоположный торец установлен с зазором к трубной доске второй газовой камеры.
