Водогрейный котел
Владельцы патента RU 2566467:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)
Изобретение относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам, с тепловой производительностью до 4 мВт, и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий. Котел содержит топку, пространство которой ограничено топочной решеткой, передним и задним фронтами, потолочным и боковыми топочными экранами, последние из которых выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними и нижними продольными коллекторами котла, а также конвективный блок, включающий два конвективных газохода, снабженных теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла. На входе в конвективный газоход размещено приемное отверстие заборной камеры, обращенное к зазорам между вертикальными трубными стояками конвективного блока котла, выходное отверстие которой газопроводом сообщено с приемным отверстием нисходящего канала промежуточной осадительной камеры, верхний участок которого отделен от восходящего канала перегородкой, причем верхняя часть восходящего канала промежуточной осадительной камеры сообщена вторым газопроводом с подмешивающим отверстием эжектора, а нижняя часть промежуточной осадительной камеры открыта в осадительную камеру котла. При таком выполнении повышается КПД котла при сжигании бурых углей за счет интенсификации горения в слое влажного твердого топлива. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам, с тепловой производительностью до 4 мВт, и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий.
Известен водогрейный котел, содержащий прямоугольную топку с уравновешенной тягой и поперечно обтекаемые продуктами сгорания поверхности нагрева конвективных газоходов, выполненных в виде горизонтальных трубных пучков. Котлы выполнены в тяжелой кирпичной обмуровке под топкой и могут быть укомплектованы механизированной решеткой обратного хода для сжигания твердого топлива в слое. При сжигании жидкого и газообразного топлива котел компонуется на нулевой отметке и снабжается газо-мазутным горелочным устройством (см. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Каталог-справочник. - М.: НИИЭ ИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1983. - 200 с. (с. 108, рис. 90 - Котел типа КВ-ТС-4-150 и с. 110-111, рис. 91 - Котел типа КВ-ТС-6,5-150).
Известен также водогрейный котел, выполненный в легкой обмуровке, содержащий топку, пространство которой ограничено топочной решеткой, передним и задним фронтами, потолочным и боковыми топочными экранами, последние из которых выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними и нижними продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним, а также конвективный блок, включающий два конвективных газохода, снабженных теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла (см. Котлы водогрейные Гефест: ОАО «Бийский котельный завод»). Котлы предназначены для сжигания твердого топлива в слое, с трубной частью, конструктивно выполненной аналогично серии котлов, представленной выше. Котлы изготавливаются в легкой обмуровке, имеют прямоугольную топку с уравновешенной тягой и два конвективных газохода с поперечно обтекаемыми трубными поверхностями теплообмена. Сжигание топлива может осуществляться на неподвижном колосниковом полотне, либо на механизированных топках в виде топок с шурующей планкой, переталкивающих колосниках, ленточных решетках прямого хода. Основной конструктивной особенностью котлов данного типа является расположение топочного устройства между нижними продольными коллекторами котлов под топочной камерой, тогда как сам котел (топка и конвективная часть) монтируется на самостоятельных боковых вертикальных стойках, на которые установлены нижние продольные коллекторы котла,
К недостаткам этих известных конструктивных решений относится недостаточная интенсивность горения влажных топлив в особенности бурых углей и, как следствие, уменьшение теплопроизводительности котла (из-за невозможности регулирования температуры и массы дутьевой газовоздушной среды).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение теплопроизводительности котла.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является повышение КПД котла при сжигании бурых углей за счет интенсификации горения в слое влажного твердого топлива путем подогрева дутьевого воздуха перед его подачей в топку и обеспечения возможности регулирования параметров первичного воздуха, как по расходу, так и температуре. Кроме того, обеспечивается освобождение дутьевого воздуха от частиц золы.
Для решения поставленной задачи водогрейный котел, содержащий топку, пространство которой ограничено топочной решеткой, передним и задним фронтами, потолочным и боковыми топочными экранами, последние из которых выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними и нижними продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним, а также конвективный блок, включающий два конвективных газохода, снабженных теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, отличается тем, что он снабжен системой подогрева дутьевого воздуха, содержащей дутьевой вентилятор, установленный на обшивке потолочного экрана, выходной воздуховод которого сообщен с рабочим входом эжектора, выход которого сообщен с горизонтальным воздухогазопроводом, дутьевые фурмы которого открыты в подрешеточное пространство топочной решетки, при этом на входе в конвективный газоход размещено приемное отверстие заборной камеры, обращенное к зазорам между вертикальными трубными стояками конвективного блока котла, выходное отверстие которой газопроводом сообщено с приемным отверстием нисходящего канала промежуточной осадительной камеры, верхний участок которого отделен от восходящего канала перегородкой, причем верхняя часть восходящего канала промежуточной осадительной камеры сообщена вторым газопроводом с подмешивающим отверстием эжектора, причем нижняя часть промежуточной осадительной камеры открыта в осадительную камеру котла. Кроме того, горизонтальный воздухогазопровод, воздуховод и газопровод снабжены регулирующими заслонками.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Отличительные признаки изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки, указывающие что котел «снабжен системой подогрева дутьевого воздуха, содержащей дутьевой вентилятор, установленный на обшивке потолочного экрана, выходной воздуховод которого сообщен с рабочим входом эжектора, выход которого сообщен с горизонтальным воздухогазопроводом, дутьевые фурмы которого открыты в подрешеточное пространство топочной решетки» обеспечивают подогрев дутьевого воздуха перед его подачей в топку.
Признаки, указывающие, что «на входе в конвективный газоход размещено приемное отверстие заборной камеры, обращенное к зазорам между вертикальными трубными стояками конвективного блока котла, выходное отверстие которой газопроводом сообщено с приемным отверстием нисходящего канала промежуточной осадительной камеры, верхний участок которого отделен от восходящего канала перегородкой, причем верхняя часть восходящего канала промежуточной осадительной камеры сообщена вторым газопроводом с подмешивающим отверстием эжектора, причем нижняя часть промежуточной осадительной камеры открыта в осадительную камеру котла» обеспечивают освобождение дутьевого воздуха от частиц золы.
Признаки дополнительного пункта формулы изобретения обеспечивают возможность регулирования параметров первичного воздуха как по расходу, так и по температуре.
На фиг. 1 показан общий вид водогрейного котла; на фиг. 2-фиг. 4 показаны соответственно разрезы А-А, Б-Б и В-В водогрейного котла.
На чертежах показаны пространство топки 1, топочная решетка 2, передний 3 и задний 4 фронты, потолочный 5 и боковой 6 топочный экраны, верхние (7 и 8) и нижние (9 и 10) продольные коллекторы котла, конвективный блок 11, конвективные газоходы 12, поперечно обтекаемые трубные пучки 13, дутьевой вентилятор 14, обшивка 15 потолочного экрана 5, выходной воздуховод 16, рабочий вход 17 эжектора 18, его выход 19, горизонтальный воздухогазопровод 20, дутьевые фурмы 21, подрешеточное пространство 22 топочной решетки 2, приемное 23 и выходное 24 отверстия заборной камеры 25, верхняя зона 26 конвективного газохода 12, газопровод 27, приемное отверстие 28 нисходящего канала 29 промежуточной осадительной камеры 30, верхняя часть 31 восходящего канала 32, перегородка 33, второй газопровод 34, подмешивающее отверстие 35 эжектора 18, нижняя часть 36 промежуточной осадительной камеры 30, осадительная камера 37, и регулирующие заслонки 38.
Водогрейный котел выполнен в легкой обмуровке. Пространство топки 1 ограничено топочной решеткой 2 (для сжигания топлива может быть использовано неподвижное колосниковое полотно либо механизированная топка с шурующей планкой, переталкивающими колосниками, с ленточной решеткой прямого хода и т.п.), передним 3 (он же составляет передний фронт котла) и задним 4 фронтами, потолочным 5 и боковыми 6 топочными экранами.
Боковые 6 топочные экраны выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними (7 и 8) и нижними (9 и 10) продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним.
Конвективный блок 11 включает два конвективных газохода 12 (первый из них, ближайший к топке, является опускным для потока газа, а второй - подъемным). Его теплообменные поверхности содержат поперечно обтекаемые трубные пучки 13, гидравлически связанные продольными коллекторами котла.
Котел снабжен системой подогрева дутьевого воздуха, содержащей дутьевой вентилятор 14, установленный на обшивке 15 потолочного экрана 5, выходной воздуховод 16 которого сообщен с рабочим входом 17 эжектора 18, выход 19 которого сообщен с горизонтальным воздухогазопроводом 20, дутьевые фурмы 21 которого открыты в подрешеточное пространство 22 топочной решетки 2.
Приемное отверстие 23 заборной камеры 25 расположено в верхней зоне 26 конвективного газохода 12 (открыто в зазоры между вертикальными трубами трубных пучков 13), а ее выходное отверстие 24 посредством газопровода 27 сообщено с приемным отверстием 28 нисходящего канала 29 промежуточной осадительной камеры 30, верхний участок которого изолирован от верхней части 31 восходящего канала 32 перегородкой 33. Причем верхняя часть 31 восходящего канала 32 промежуточной осадительной камеры 30 сообщена вторым газопроводом 34 с подмешивающим отверстием 35 эжектора 18, а нижняя часть 36 промежуточной осадительной камеры 30 открыта в осадительную камеру 37 котла 1. Кроме того, горизонтальный воздухогазопровод 20, воздуховод 16 и газопроводы 27 и 34 снабжены регулирующими заслонками 38.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Котел монтируется на собственных опорах (на чертежах не показаны), устанавливаемых под продольные нижние коллекторы 9 и 10. Топочная решетка 2 и ее агрегаты имеют самостоятельный корпус и опорную раму, и может быть смонтирована и демонтирована, при необходимости, без нарушения монтажного положения котла. Сжигание топлива осуществляется известным образом на топочной решетке 2.
Дымовые газы, содержащие в своем объеме частицы золы, из пространства топки 1 попадают в конвективный блок 11. Его конвективные газоходы 12 обеспечивают в них, вначале опускное, а затем и подъемное движение газов до выходного газового окна.
При этом вода в теплоснимающих элементах движется следующим образом: входит через патрубок входа воды в котел, затем через продольные горизонтальные трубы потолочного экрана 5 попадает в вертикальные трубы переднего фронта 3 и, далее, передается на нижние 9 и 10 продольные коллекторы котла и проходит по боковым 6 топочным экранам топки 1 двумя симметричными потоками, совершая подъемно опускные движения по секциям. Далее вода попадает в конвективный блок 11, оказываясь в его поперечно обтекаемых трубных пучках 13, и через второй поперечный прямолинейный коллектор (на чертежах не показан), расположенный у заднего фронта 4 котла, перенаправляется на тот из продольных нижних коллекторов (9 или 10), который предназначен для выдачи горячей воды из котла.
Конвективные газоходы 12 обеспечивают опускное и подъемное движение газов до выходного газового окна (на чертежах не показан), что обеспечивает при проходе газами поворота в движении от нисходящего к восходящему (осуществляемому через полость осадительной камеры 30 золового уноса) выпадение из газового потока летучей золы. Это, в свою очередь, уменьшает объем выпадающей золы в конвективных газоходах 12.
Система подогрева дутьевого воздуха обеспечивает интенсификацию горения при сжигании в слое влажного твердого топлива. Дутьевой вентилятор 14 забирает холодный воздух из атмосферы, который через выходной воздуховод 16 поступает на рабочий вход 17 эжектора 18 и откуда передается на горизонтальный воздухогазопровод 20 (подаваемый воздух для эжектора 18 является рабочей средой, а подсасываемой средой являются отбираемые заборной камерой 25 дымовые газы, подаваемые по газопроводу 27 в промежуточную осадительную камеру 30, откуда по второму газопроводу 34 поступают на подмешивающее отверстие 35 эжектора 18 в виде подмешиваемой среды. В итоге температура смеси на выходе из эжектора 18 возрастает в зависимости от коэффициента смешения воздуха и газов, а содержание кислорода в смеси практически равно содержанию кислорода в атмосферном воздухе, хотя забираемые дымовые газы на выходе из топки 1 должны иметь содержание кислорода близким к нулю. Таким образом используется теплота дымовых газов и сохраняется необходимое содержание кислорода, используемое для дутья. Из горизонтального воздухогазопровода 20 через его дутьевые фурмы 21 нагретое дутье подается под слой горящего топлива (в подрешеточное пространство 22 топочной решетки 2), обеспечивая интенсификацию горения влажного топлива. Регулирование температуры и массы газовоздушной среды осуществляется шиберными заслонками 38.
1. Водогрейный котел, содержащий топку, пространство которой ограничено топочной решеткой, передним и задним фронтами, потолочным и боковыми топочными экранами, последние из которых выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними и нижними продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним, а также конвективный блок, включающий два конвективных газохода, снабженных теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, отличающийся тем, что он снабжен системой подогрева дутьевого воздуха, содержащей дутьевой вентилятор, установленный на обшивке потолочного экрана, выходной воздуховод которого сообщен с рабочим входом эжектора, выход которого сообщен с горизонтальным воздухогазопроводом, дутьевые фурмы которого открыты в подрешеточное пространство топочной решетки, при этом на входе в конвективный газоход размещено приемное отверстие заборной камеры, обращенное к зазорам между вертикальными трубными стояками конвективного блока котла, выходное отверстие которой газопроводом сообщено с приемным отверстием нисходящего канала промежуточной осадительной камеры, верхний участок которого отделен от восходящего канала перегородкой, причем верхняя часть восходящего канала промежуточной осадительной камеры сообщена вторым газопроводом с подмешивающим отверстием эжектора, причем нижняя часть промежуточной осадительной камеры открыта в осадительную камеру котла.
2. Водогрейный котел по п. 1, отличающийся тем, что горизонтальный воздухогазопровод, воздуховод и газопровод снабжены регулирующими заслонками.
