Водогрейный котел
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах. Котел содержит вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере. Кроме того, котел снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла. Выпускное отверстие выполнено в крышке котла в зоне внешней конвективной камеры. Экранная часть образована спиральными трубками, входом соединенными с первым кольцевым каналом, выходом - со вторым кольцевым каналом, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки и навитыми по принципу «многозаходной резьбы». Конвективная часть включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции, каждая из которых образована спиральными трубками, входом соединенными с третьим кольцевым каналом, выходом - с четвертым кольцевым каналом и навитыми по принципу «многозаходной резьбы». Первый и третий кольцевые каналы расположены вблизи днища котла и подключены к подводящему коллектору, а второй и четвертый кольцевые каналы расположены вблизи крышки котла и подключены к отводящему коллектору. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водогрейных котлах.
Известен водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней камере (патент РФ №2153626, МПК F22B 21/06, 2000).
Однако известный котел характеризуется недостаточными КПД, надежностью, прочностью, компактностью и технологичностью, а также сложен в изготовлении.
Задачей изобретения является повышение КПД котла, его надежности, прочности, компактности и технологичности, а также упрощение в его изготовлении.
Поставленная задача решается тем, что водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, согласно изобретению снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла, выпускное отверстие выполнено в крышке котла в зоне внешней конвективной камеры, экранная часть образована спиральными трубками, входом соединенными с первым кольцевым каналом, выходом - со вторым кольцевым каналом, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», а конвективная часть включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции, каждая из которых образована спиральными трубками, входом соединенными с третьим кольцевым каналом, выходом - с четвертым кольцевым каналом и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», причем первый и третий кольцевые каналы расположены вблизи днища котла и подключены к подводящему коллектору, а второй и четвертый кольцевые каналы расположены вблизи крышки котла и подключены к отводящему коллектору.
Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней секции конвективной части могут быть навиты по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, а спиральные трубки внешней секции соответственно навиты по направлению против часовой стрелки или по часовой стрелке.
Поставленная задача решается также тем, что котел может быть дополнительно снабжен коническим излучателем, расположенным на днище котла в зоне топки.
Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища к крышке котла.
Поставленная задача решается также тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части могут быть снабжены оребрением или накаткой.
На фиг.1 представлен предлагаемый водогрейный котел.
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
На фиг.3 - гидравлическая схема предлагаемого водогрейного котла.
Предлагаемый водогрейный котел содержит вертикально расположенный корпус 1 с топкой 2 и внешней конвективной камерой 3, охватывающей топку 2, отделенной от нее цилиндрической перегородкой 4 и сообщенной с ней через кольцевой зазор 5, образованный цилиндрической перегородкой 4 и днищем 6 котла, горелку 7, установленную в крышке 8 котла в зоне топки 2, конический излучатель 9 из огнеупорного материала, расположенный на днище 6 котла в зоне топки 2, выпускное отверстие 10, выполненное в крышке 8 котла в зоне внешней конвективной камеры 3, подводящий и отводящий коллекторы 11, 12, размещенные соответственно вблизи днища 6 котла и вблизи крышки 8 котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам 11, 12 и включающие экранную и конвективную части 13, 14, расположенные соответственно в топке 2 и во внешней конвективной камере 3. Экранная часть 13 (фиг.3) образована спиральными трубками 15, входом соединенными с первым кольцевым каналом 16, выходом - со вторым кольцевым каналом 17, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки 4 и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», что обеспечивает возможность коротких ходов воды с высокими скоростями при малом гидравлическом сопротивлении. Конвективная часть 14 (фиг.3) включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции 18, 19, каждая из которых образована спиральными трубками 20, 21, входом соединенными с третьим кольцевым каналом 22, выходом - с четвертым кольцевым каналом 23 и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», что также обеспечивает возможность коротких ходов воды с высокими скоростями при малом гидравлическом сопротивлении. Причем спиральные трубки 20 внутренней секции 18 конвективной части 14 могут быть навиты по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, а спиральные трубки 21 внешней секции 19 соответственно навиты по направлению против часовой стрелки или по часовой стрелке. Первый и третий кольцевые каналы 16, 22 расположены вблизи днища 6 котла и подключены к подводящему коллектору 11 при помощи промежуточных труб 24, 25, а второй и четвертый кольцевые каналы 17, 23 расположены вблизи крышки 8 котла и подключены к отводящему коллектору 12 при помощи промежуточных труб 26, 27. Витки спиральных трубок 15 экранной части 13 расположены по высоте топки 2 равномерно, обеспечивая максимально экранированную поверхность. Для обеспечения оптимальной высокой скорости дымовых газов и высокого коэффициента теплопередачи спиральные трубки 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14 могут быть выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища 6 к крышке 8 котла. Для повышения коэффициента теплопередачи и теплообмена в конвективной части 14 спиральные трубки 20, 21 секций 18, 19 могут быть снабжены оребрением или накаткой. Диаметры и длины подводящего и отводящего коллекторов 11, 12, промежуточных труб 24, 25, 26, 27, кольцевых каналов 16, 17, 22, 23 и спиральных трубок 15, 20, 21 экранной и конвективной частей 13,14 подобраны из расчета оптимальной скорости (не менее 2 м/сек) прохождения воды, обеспечивающей безнакипной режим работы котла.
Водогрейный котел работает следующим образом.
Из горелки 7 топливная смесь поступает в топку 2, где происходит горение топлива с выделением тепла. Часть выделившегося тепла за счет излучения от факела поглощается водоохлаждаемыми поверхностями спиральных трубок 15 экранной части 13. Дополнительно теплопередачу в нижней относительно холодной части топки 2 усиливает конический излучатель 9, нагревающийся от потока горячих газов, выходящих из топки 2 и обеспечивающий равномерное распределение газового потока по кольцевому зазору 5. Через кольцевой зазор 5 горячие продукты горения поступают во внешнюю конвективную камеру 3, проходят ее снизу вверх и отдают тепло водоохлаждаемым поверхностям спиральных трубок 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14. По мере охлаждения газов уменьшается их физический объем, однако постепенно уменьшающееся живое сечение за счет сокращения шага между витками спиральных трубок 20, 21 секций 18, 19 обеспечивает поддержание высокой скорости газов для обеспечения высокой скорости теплообмена в конвективной части 14. Охлажденные дымовые газы собираются и отводятся из внешней конвективной камеры 3 через выпускное отверстие 10. Нагреваемая вода через подводящий коллектор 11 подается в нижнюю часть котла и далее разделяется по двум промежуточным трубам 24, 25. Труба 24 подает воду к кольцевому каналу 16, из которого вода распределяется по спиральным трубкам 15 экранной части 13. Труба 25 подает воду к кольцевому каналу 22, из которого вода распределяется по спиральным трубкам 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14. Из кольцевого канала 16 вода проходит через несколько параллельно подключенных и навитых по принципу «многозаходной резьбы» спиральных трубок 15 экранной части 13 снизу вверх и нагревается за счет лучистого теплообмена от факела горения топки 2 и дополнительно от конического излучателя 9. В спиральных трубках 15 экранной части 13 поддерживается высокая скорость воды для исключения образования накипи. Пройдя экранную часть 13, нагретая вода поступает в кольцевой канал 17. Из кольцевого канала 22 нагреваемая вода распределяется по нескольким параллельно подключенным и навитым по принципу «многозаходной резьбы» спиральным трубкам 20, 21 секций 18, 19 конвективной части 14 и проходит снизу вверх навстречу друг другу, нагреваясь за счет конвективной теплопередачи от проходящих дымовых газов. В секциях 18, 19 конвективной части 14 также обеспечивается высокая скорость воды для предотвращения образования накипи. Пройдя конвективную часть 14, нагретая вода поступает в кольцевой канал 23. Диаметры и длины всех трубопроводов и спиралей подбираются с целью обеспечения высокой скорости прохождения воды для предотвращения образования накипи при одинаковом гидравлическом сопротивлении в параллельных потоках воды. Нагретая вода из кольцевых каналов 17, 23 через промежуточные трубы 26, 27 поступает в отводящий коллектор 12 и далее потребителю.
1. Водогрейный котел, содержащий вертикально расположенный корпус с топкой и внешней конвективной камерой, охватывающей топку и сообщенной с ней, горелку, установленную в крышке котла в зоне топки, выпускное отверстие, подводящий и отводящий коллекторы, размещенные соответственно вблизи днища котла и вблизи крышки котла, и поверхности нагрева, подсоединенные к подводящему и отводящему коллекторам и включающие экранную и конвективную части, расположенные соответственно в топке и во внешней конвективной камере, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической перегородкой, размещенной между топкой и внешней конвективной камерой, сообщенной с ней через кольцевой зазор, образованный цилиндрической перегородкой и днищем котла, выпускное отверстие выполнено в крышке котла в зоне внешней конвективной камеры, экранная часть образована спиральными трубками, входом соединенными с первым кольцевым каналом, выходом - со вторым кольцевым каналом, примыкающими к внутренней поверхности цилиндрической перегородки и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», а конвективная часть включает внутреннюю и охватывающую ее внешнюю секции, каждая из которых образована спиральными трубками, входом соединенными с третьим кольцевым каналом, выходом - с четвертым кольцевым каналом и навитыми по принципу «многозаходной резьбы», причем первый и третий кольцевые каналы расположены вблизи днища котла и подключены к подводящему коллектору, а второй и четвертый кольцевые каналы расположены вблизи крышки котла и подключены к отводящему коллектору.
2. Котел по п.1, отличающийся тем, что спиральные трубки внутренней секции конвективной части навиты по направлению часовой стрелки или против часовой стрелки, а спиральные трубки внешней секции соответственно навиты по направлению против часовой стрелки или по часовой стрелке.
3. Котел по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен коническим излучателем, расположенным на днище котла в зоне топки.
4. Котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части выполнены с шагом витков, уменьшающимся от днища к крышке котла.
5. Котел по п.4, отличающийся тем, что спиральные трубки внутренней и внешней секций конвективной части снабжены оребрением или накаткой.
