Котельная установка с цилиндрическим котлом и контактным водоподогревателем. водотрубный, противоточный, цилиндрический котел с конвективным пучком. кольцевой, секционный, оребренный коллектор

Котельная установка с цилиндрическим котлом и контактным водоподогревателем. водотрубный, противоточный, цилиндрический котел с конвективным пучком. кольцевой, секционный, оребренный коллектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретения относятся к области теплоэнергетики, в частности к разборной котельной установке с многофункциональным разборным цилиндрическим газомазутным котлом.

Наиболее близким аналогом изобретения, характеризующим первый объект изобретения, является техническое решение по патенту RU 2194213, F 22 В 5/02, F 28 F 9/02, 10.12.2002, содержащее цилиндрический котел с внутренней цилиндрической экранированной топочной камерой, расположенной по центру котла, горелочное устройство, воздухоподогреватель, регулируемые контуры нагрева теплоносителя и топлив, дутьевой вентилятор, один и более рядов теплообменных труб, кольцевой цилиндрический секционный обогреваемый коллектор и экономайзер, при этом котельная установка может располагаться в пространстве наклонно, горизонтально, вертикально,

Наиболее близким аналогом изобретения, характеризующим второй объект изобретения является техническое решение по патенту RU 2194213, F 22 В 5/02, F 28 F 9/02, 10.12.2002, содержащее цилиндрический котел с внутренней цилиндрической, экранированной, топочной камерой, расположенной по центру котла, горелочное устройство, воздухоподогреватель, фронтальный секционный кольцевой обогреваемый коллектор, дутьевой вентилятор, контур нагрева теплоносителя, продольные теплообменные трубы, расположенные в топочной камере и конвективной части котла, при этом газоплотность топочной камеры обеспечивается либо теплообменными мембранами, соединяющими теплообменные трубы, либо теплообменной цилиндрической поверхностью, причем котельная установка может располагаться в пространстве наклонно, горизонтально, вертикально.

Наиболее близким аналогом изобретения, характеризующим третий объект изобретения, является техническое решение по патенту RU 2194213, F 22 В 5/02, F 28 F 9/02, 10.12.2002, содержащее секции, которые образованы перегородками, как глухими, так и перфорированными, одну и более фронтальных крышек и одну и более трубных досок, на которых закрепляются теплообменные трубы котла.

Недостатком упомянутых выше технических решений является низкий КПД.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД брутто котла на три процента, расширение его функциональных возможностей (водогрейный, пароводогрейный и паровой режимы работы котла), повышение технологичности изготовления котла и снижение металлоемкости котла по отношению к единице отпускаемой тепловой энергии.

Поставленная цель достигается тем, что по первому варианту выполнения цилиндрическая водотрубная пароводогрейная котельная установка содержит цилиндрический котел с внутренней цилиндрической экранированной топочной камерой, расположенной по центру котла, горелочное устройство, воздухоподогреватель, регулируемые контуры нагрева теплоносителя и топлив, дутьевой вентилятор, один и более рядов теплообменных труб, кольцевой цилиндрический секционный обогреваемый коллектор и экономайзер, при этом котельная установка может располагаться в пространстве наклонно, горизонтально, вертикально. Котельная установка разборная и может дополнительно содержать горелочные устройства, котел имеет один ход газов, теплообменные трубы съемные, экономайзер выполнен контактным, причем оребренные теплообменные трубы выполнены П-образными или змеевиковыми и образуют в конце топочной камеры радиационно-конвективный пучок и их концы расположены на концентрических окружностях цилиндрического коллектора, который имеет опоры, при этом коллектор имеет один и более патрубков входа и выхода теплоносителя, а один и более рядов теплообменных труб соединены с разными секциями коллектора.

Теплообменные трубы котла могут быть съемными с разборного коллектора.

Котельная установка дополнительно может быть снабжена рекуперативным радиационно-конвективным экономайзером.

Котельная установка может быть изготовлена из цветных металлов и их сплавов.

Котельная установка может быть защищена слоем антикоррозионного материала.

Котельная установка может быть изготовлена из антикоррозионного материала.

Котельная установка может быть дополнительно снабжена дымососом.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что по второму варианту выполнения цилиндрическая водотрубная пароводогрейная котельная установка содержит цилиндрический котел с внутренней цилиндрической, экранированной, топочной камерой, расположенной по центру котла, горелочное устройство, воздухоподогреватель, фронтальный секционный кольцевой обогреваемый коллектор, дутьевой вентилятор, контур нагрева теплоносителя, продольные теплообменные трубы, расположенные в топочной камере и конвективной части котла, при этом газоплотность топочной камеры обеспечивается либо теплообменными мембранами, соединяющими теплообменные трубы, либо теплообменной цилиндрической поверхностью, причем котельная установка может располагаться в пространстве наклонно, горизонтально, вертикально. Топочная камера одноходовая по движению продуктов сгорания, теплообменные трубы собраны в конце топочной камеры в пакеты радиационно-конвективного пучка труб, а теплообменные мембраны, как и теплообменная цилиндрическая поверхность, герметизирующая топочную камеру и конвективную часть котла, доходят до фронтального коллектора, при этом концы теплообменных труб соединены с разными секциями коллектора и соединены на внешнем кольце коллектора, на коллекторе имеются также выходные патрубки для отбора теплоносителя, из которых одновременно можно отбирать теплоноситель нескольких параметров - нагретую воду для отопления и горячего водоснабжения, насыщенный и перегретый пар для термической деаэрации теплоносителя и на собственные и технологические нужды производства, кроме того, котельная установка противоточна относительно температурного напора топочной камеры, имеет одно и более опорных устройств, а задний торец топочной камеры служит частью поверхности нагрева воздухоподогревателя совместно с патрубком выхода продуктов сгорания, котел и его теплообменные трубы выполнены с последовательным нагревом теплоносителя и скоростью его движения в теплообменных трубах 2,15 м/сек и, кроме того, котельная установка может дополнительно содержать горелочные устройства и может работать как под наддувом, так и с уравновешенной тягой.

Котельная установка может быть снабжена рекуперативным экономайзером.

Теплообменные трубы котла могут иметь оребрение, а также могут быть ошипованы, выполнены как плавниковые, типа змейки, петлевые, змеевиковые.

Котельная установка может иметь фронтальный трубный экран с одним и более рядов теплообменных труб, соединенных с внешним кольцом коллектора.

Котельная установка может быть изготовлена из цветных металлов или их сплавов.

Котельная установка может быть дополнительно снабжена дымососом.

Котельная установка может быть защищена слоем антикоррозионного материала.

Котельная установка может быть изготовлена из антикоррозионного материала.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что многоходовой по теплоносителю обогреваемый кольцевой коллектор котла имеет секции, которые образованы перегородками, как глухими, так и перфорированными, одну и более фронтальных крышек и одну и более трубных досок, на которых закрепляются теплообменные трубы котла. При этом коллектор имеет оребрение, часть перегородок выполнена плоскими, а часть перегородок выполнена как кольцо или часть кольца, концы теплообменных труб соединены с разными секциями и с внешним кольцом коллектора. Секции имеют выходные патрубки для отбора теплоносителя и обеспечивают нагрев теплоносителя, его циркуляцию, распределение теплоносителя по поверхностям нагрева котла и направление теплоносителя в паровой контур. Внешняя оребренная фронтальная сторона коллектора является частью поверхности нагрева воздухоподогревателя, на коллекторе закрепляется одно и более горелочных устройств, а в пространстве коллектор может располагаться наклонно, горизонтально, вертикально и может быть изготовлен разборным.

Перегородки могут быть выполнены с выпуском и являются теплообменными элементами коллектора.

Кольцевой коллектор может быть изготовлен из цветных металлов или их сплавов.

Кольцевой коллектор может быть защищен слоем антикоррозионного материала.

Кольцевой коллектор может быть изготовлен из антикоррозионного материала.

Конвективно-радиационный пучок служит продолжением экранных продольных труб топочной камеры котла и соединяет экранные боковые трубы, которые расположены на концентрических окружностях фронтального коллектора. Теплообменная труба котла имеет два конца, через один конец теплоноситель входит в трубу, а через другой выходит из нее. Оба конца теплообменной трубы соединяются с секционным коллектором, но с разными его секциями с целью обеспечения циркуляции теплоносителя через теплообменную трубу. Труба изготавливается путем одного или более гибов трубы, при этом два конца единой теплообменной трубы (она может быть и составной) замкнуты на коллекторе, а часть трубы, расположенная напротив кольцевого коллектора и горелочных устройств, в конце топочной камеры (радиационно-конвективном пучке) проходит через центр цилиндрического газохода (частный случай). Причем теплообменная труба может быть изготовлена, как петлевая труба с одним и более эллипсов (в этом варианте гибов трубы два и более) типа “змейка”, оребренная, плавниковая, змеевиковая, ошипованная, соединенная металлическими мембранами, состоящая из различных металлов, сплавов и материалов (например, стекло).

В котле возможно устанавливать замкнутые, прямые, однорядные теплообменные трубы с двумя гибами - типа П на одной концентрической окружности цилиндрического коллектора. Однорядные теплообменные трубы, установленные на кольцевом фронтальном коллекторе, приведут к малой радиационной и конвективной поверхностям нагрева котла в данных габаритах, а также к слишком высокой скорости движения теплоносителя в них относительно многорядных рядов труб, установленных на фронтальном разборном коллекторе, и, как следствие, низкому гидравлическому сопротивлению котла, отсутствию противотока теплоносителя в котле и низкому КПД брутто котла.

При двухрядном шахматном расположении прямых теплообменных продольных экранных труб в топочной камере котла с двумя гибами - типа П в котле будет присутствовать противоток и удвоится радиационная поверхность нагрева котла. Теплообмен в газоходах, отнесенный к 1 кв.м. площади поверхности нагрева, в 10-12 раз менее эффективен, чем в топке. Поэтому общая площадь конвективной поверхности котла в несколько раз больше радиационной, так как на внутренних теплообменных П-образных трубах в топочной камере котла температурный напор между греющей и нагреваемой средами будет выше температурного напора между греющей и нагреваемой средами П-образных труб внешнего ряда, так как они более удалены от факела горелочных устройств, а отсюда при противотоке возрастает радиационная поверхность нагрева и эффективность котла, а его КПД брутто с воздухоподогревателем и контурами составит порядка 94-97% (по прямому балансу). Радиационно-конвективная часть котла, расположенная в конце топочной камеры, удвоится, что приведет к еще большему торможению движущегося потока продуктов сгорания в конце топочной камеры и тем самым увеличит в конце топки статическое давление продуктов сгорания на участки теплообменных труб, соединяющих или составляющих продольные экранные трубы, что интенсифицирует теплопередачу к радиационно-конвективному пучку теплообменных труб и увеличит их теплосъем. При этом теплообменные участки труб пучка, равномерно расположенные по окружности одна за другой (при горизонтальном расположении котла) или одна над другой (при вертикальном расположении котла) очень эффективно омываются продуктами сгорания. Причем стоит также учитывать, что при вертикальном расположении котла горелочное устройство для сжигания жидкого и газообразного топлива может располагаться как внизу, так и вверху (в зависимости от расположения кольцевого секционного коллектора), а теплообменная труба (часть продольных труб), расположенная в конце топочной камеры в вертикальной плоскости, находится под углом относительно предшествующей и последующей частей теплообменной трубы, образуя “условно” экономайзерную радиационно-конвективную часть котла, расположенного горизонтально, которая в принципе является больше радиационной, чем конвективной поверхностью нагрева котлоагрегата.

Теплообменные трубы, установленные в топочной камере цилиндрического котла, имеют П-образную геометрическую конфигурацию, то есть у горелочного устройства два конца одной теплообменной трубы соединяются с цилиндрическим коллектором, а в конце топочной камеры эти противоположно установленные параллельные продольные экранные трубы соединены между собой по диаметру топочной камеры. Таким образом, теплообменные трубы котла могут быть прямые типа “змейки”, петлевые, трехпетлевые теплообменные П-образные трубы, полученные путем многократного гиба одной цельной трубы, змеевиковые как по периферии топочной камеры, так и в ее конце.

Разборный коллектор со съемной крышкой выполнен для осмотра концов теплообменных труб, закрепленных на трубной решетке коллектора, а также для их очистки, ремонта или замены.

Крепление и соединение теплообменных труб с секционным коллектором котла может быть выполнено различными способами: методом контактной сварки концов труб, шайбы и стакана, резьбовых шайб и теплообменных резьбовых труб на концах с трубной решеткой кольцевого коллектора, развальцовкой концов теплообменных труб в трубной решетке кольцевого коллектора, резьбовым соединением теплообменной трубы с затяжкой гайками с шайбами внутри и снаружи коллектора, склеивания труб со стаканом или заливкой зазора между стаканом и трубой расплавленным металлом - свинцом, эпоксидными смолами, эмалями, обычной сваркой трубы с коллектором и при помощи штуцера с двойной резьбой.

Теплообменные участки труб, расположенные в конце топочной камеры (условно-конвективный пучок), которые перпендикулярны продольным экранным трубам и потоку продуктов сгорания, могут составлять единое целое с продольными трубами экранов. Геометрическую П-образную конфигурацию теплообменных труб котлоагрегата можно получить путем гиба единой трубы, при этом гибов может быть один и более.

Причем радиационно-конвективный пучок (участки труб) может соединяться несколькими способами с экранными продольными трубами различных типов, например путем резьбового соединения через резьбовые угольники при наличии резьбы на концах экранных продольных и условно конвективных теплообменных участков труб топочной камеры котла. Радиационно-конвективный пучок может состоять из гнутых (участки труб), из оребренных, эллипсных, змеевиковых, плавниковых, ошипованных, с гнутыми отводами (участками), петлевых и т.п. труб.

Съемных крышек и трубных досок у кольцевого коллектора может быть одна и более. Кольцевой технологический контур, расположенный в коллекторе, также имеет кольцевое или иное оребрение, а перегородки коллектора, выполненные со стороны топочной камеры, имеют выпуск (увеличены), т.к. они являются теплообменными элементами котла. Все это приводит к увеличению теплопередачи к циркулирующему в коллекторе теплоносителю и нагреваемому воздуху, движущемуся снаружи коллектора, т.к. выпуск перегородок выполнен и снаружи коллектора.

Следует учитывать, что каждые последующие прямые участки гладких экранных продольных теплообменных труб топочной камеры котла после первой установленной теплообменной трубы в топочной камере котла будут длиннее предыдущих труб на диаметр трубы с учетом зазора между ними (2-3 мм), кроме случая установки в топке котла петлевых труб, которые имеют в конце топочной камеры петли в виде вытянутого эллипса или другие типы труб, например оребренные, плавниковые, ошипованные.

Пример: П-образная прямая теплообменная труба ⊘ 28 мм, полученная за счет двух гибов, будет длиннее предыдущей, ранее установленной теплообменной трубы на 28 мм+4 мм=32 мм при условии, что теплообменные трубы имеют диаметр ⊘ 28 мм, а зазоры при установке труб в заднем торце топочной камеры примерно равны 2 мм между предшествующей и каждой последующей радиационно-конвективной трубой, расположенной в конце топочной камеры. Имеется в виду участок П-образной трубы в конце топочной камеры, который перпендикулярен движению продуктов сгорания.

Цилиндрические водотрубные котельные установки с П-образными теплообменными трубами конструктивно могут быть выполнены как чисто теплофикационные - водогрейные, пароводогрейные с технологическим контуром нагрева теплоносителя (паровым контуром) для качественной термической деаэрации воды и потребления пара для собственных нужд и контурами нагрева топлив (газообразного и жидкого); так и как прямоточные паровые котельные установки с выработкой насыщенного или перегретого пара, в этом случае паровые цилиндрические прямоточные котельные установки отличаются тем, что имеют несколько кольцевых, частично-кольцевых, прямых перегородок, делящих цилиндрический коллектор на отдельные секции (камеры) с входом и выходом теплоносителя из них, при этом одна и более П-образных труб котла могут быть запараллелены и собраны в пакеты по ходу движения теплоносителя с целью увеличения числа кратности циркуляции теплоносителя в котле.

Продольные экраны и пучок радиационно-конвективных теплообменных труб при двухрядном шахматном расположении теплообменных экранных труб на двух концентрических окружностях трубной доски (досок) цилиндрического коллектора со съемной крышкой в водотрубных котлах разделены надвое (два потока). Пучок радиационно-конвективных труб имеет два хода по теплоносителю. Вначале теплоноситель движется во внешних теплообменных трубах (один ход), а затем во внутренних теплообменных трубах (второй ход) топочной камеры котла (частный случай медного водогрейного крышного котла).

При расположении котельной установки в горизонтальном положении для опоры задней части котлоагрегата, которая состоит из экранов, утилизационных контуров и радиационно-конвективных труб (пучка), а также встроенного экономайзера, установленного перпендикулярно движению потока продуктов сгорания, на внешнюю горизонтальную цилиндрическую заднюю часть теплообменных экранных продольных труб одевается разборная, свободная или стягивающая, обечайка (опорный бандаж задней части котла и одновременно цилиндрический газоход), с которой соединяются задние опоры котла.

Топочная камера котла выполнена газоплотной, так как внешний ряд продольных экранных теплообменных труб, расположенных на внешней концентрической окружности кольцевого коллектора со съемной крышкой, может быть соединен металлическими перфорированными мембранами или, в упрощенной конструкции котла, топочная камера котла за внешним рядом боковых продольных экранных труб от кольцевого фронтального коллектора до выхода продуктов сгорания из котла может быть герметизирована съемным теплообменным оребренным с внешней и внутренней стороны цилиндром с взрывным клапаном (т.к. с внешней стороны оребренный цилиндр омывается потоком воздуха, а с внутренней стороны оребренный цилиндр омывается потоком продуктов сгорания). Цилиндр изготавливается из жаропрочного материала (сталь, цветные металлы и их сплавы, тугоплавкие сплавы, металлокерамика и т.п.). Он соединяет кольцевой коллектор с частью опорной обечайки и выполнен съемно-разборным. Цилиндр герметизирует топочную камеру и конвективную часть котла, а задний торец котла герметизирует металлический лист с патрубком выхода продуктов сгорания.

В более сложной конструкции котла на внешние экранные теплообменные трубы, соединенные перфорированными мембранами, также одевается металлический, разборный, оребренный цилиндр, служащий поверхностью нагрева воздуха, подаваемого на горелочное устройство. Нагреваемый поток воздуха, движущийся под кожухом (футляром) и омывающий внешние поверхности котлоагрегата, является теплоизоляцией, а перфорация мембран выполняется для нагрева разборного цилиндра (поверхности нагрева воздухоподогревателя) и обогрева внешних теплообменных экранных труб с внешней стороны (для создания температурного поля в пространстве между оребренным цилиндром и мембранами). Вместо К.В.П. возможна установка встроенного экономайзера.

Котел имеет “пролетную” схему движения продуктов сгорания (термин “пролетная” взят из “Справочник эксплуатационника газифицированных котельных”. Под редакцией Е.Б.Столпнера. Ленинград, “Недра”, 1988., стр.216, 7-ая строка сверху) без поворотов, т.к. уходящие продукты сгорания из топочной камеры движутся прямолинейно в едином топочно-конвективном пространстве котлоагрегата (котел - топочная камера - конвективный пучок-газоход с расположенными в нем контурами) до конденсатора водяных паров (К.В.П.), содержащихся в продуктах сгорания, и паров, поступающих в топку с термического деаэратора.

Контактный теплообменник соединен с цилиндрической обечайкой котельной установки посредством газохода-патрубка, патрубок проходит через поверхности нагрева воздухоподогревателя и кожуха. Именно хвостовая поверхность нагрева, стоящая после котлоагрегата, а именно контактный теплообменник, снижает температуру уходящих газов из котла до 50° С, использует внутреннюю теплоту парообразования при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, и водяных паров, поступающих с деаэратора, и фактически повышает КПД брутто котельной установки до 98% (“Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности”. А.Н.Воликов, Л., “Недра”, 1989 г., стр.67-68, рис.3.12.) (“Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве”, М.Б.Равич. М., “Недра”, 1987 г., стр.127, пример 11, снижение температуры продуктов полного сгорания с 240° С до 150° С). Вместо К.В.П. возможна установка встроенного экономайзера.

Поверхностью нагрева воздуха в котельной установке служит внешняя оребренная цилиндрическая поверхность котла, заходящая с фронта котла на кольцевой коллектор и внешне или внутренне проходящая через опорную разборную обечайку (бандаж), а также часть патрубка газохода за обечайкой, обечайка с цилиндром выхода продуктов сгорания из котла, фронт котла (оребренный снаружи кольцевой, фронтальный коллектор), а также задний торец котла, которые находятся под кожухом (футляром). Таким образом, внешние оребренные поверхности котла находятся под футляром, поверхности котла омываются потоком воздуха, который нагревается и подается на горелочное пылегазомазутное устройство. (Нагретый воздух засасывается из воздухоподогревателя при установке дутьевого вентилятора на горелочном устройстве).

Внешние оребренные поверхности котла, установленные в воздушном потоке, омываются им и контактируют с поверхностями нагрева, расположенными в пространстве под футляром. Конструкция таких воздухоподогревателей снижает потери тепла котлом в окружающую среду -q5 до десятых и сотых долей процента и в среднем повышает КПД брутто котлоагрегата на 1-4,5%. На всас дутьевого вентилятора через трубопровод подается также часть продуктов сгорания из газохода котла после утилизационных контуров, примерно 5% от общего объема, что служит второй экологической защитой окружающей среды (атмосферы).

При такой П-образной схеме соединения теплообменных труб с одним коллектором котла получается очень эффективный последовательный нагрев теплоносителя в каждом отдельном участке одной теплообменной трубы, так как она (труба) расположена в радиационной части котельной установки, что резко повышает теплосъем с единицы поверхности нагрева (F_км²) теплообменной трубы, а следовательно, и увеличивает КПД брутто котла. Причем перегородки, установленные в секциях коллектора через перфорированные окна (отверстия), могут также регулировать и объемный проход (м³/час), скорость теплоносителя (м/сек) как через отдельные поверхности нагрева котла, так и самого кольцевого секционного коллектора. В разборном коллекторе котла перегородки коллектора выполнены разборные и съемные (винтовые, резьбовые, пазовые, замковые соединения перегородок) и при открытии крышек цилиндрического коллектора внутренние его перегородки разбираются и вынимаются.

Совмещенная и перепускная секция цилиндрического коллектора может быть выполнена без промежуточной, кольцевой или прямой перфорированной перегородки для снижения веса и гидравлического сопротивления коллектора в целом. Теплоноситель, двигаясь вдоль совмещенной секции коллектора, приходит с того же ряда установленных на коллекторе теплообменных труб и поступает в теплообменные трубы этого же ряда труб коллектора. В перепускной секции (камере) коллектора теплоноситель переходит из одного ряда теплообменных труб в другой ряд теплообменных труб, расположенных на разных концентрических окружностях коллектора. Расположение задних участков теплообменных труб, задних экранов в конце топочной камеры (в радиационно-конвективном пучке) является эффективным способом утилизации тепла, так как трубы создают лабиринтовое движение продуктов сгорания в пучке, при этом каждая теплообменная оребренная труба омывается потоком продуктов сгорания и также получает радиационное излучение от факела горелочных устройств.

Теплообменные трубы котла имеют свободное температурное расширение (удлинение) за счет гибов в опорной обечайке, так как вставлены в нее примерно за 150 мм до установки контуров подогрева топлив и приблизительно на 1 м от соединения ее с патрубком конденсатора водяных паров - контактным теплообменником (частный вариант.). При этом, поскольку выпар водяных паров с термического деаэратора направлен по трубопроводу в топку котла с целью снижения выбросов оксидов азота (экологическая защита), то в конечном итоге этот выпар водяных паров конденсируется в К.В.П., повышая теплотехнический КПД котельной установки в целом и не загрязняя атмосферы.

При изготовлении котла, когда продольные теплообменные трубы топочной камеры, соединяясь с цилиндрическим фронтальным коллектором до задних гибов П-образной трубы, соединены мембранами, то мембраны выполняются с прорезью (или перфорацией), чтобы с другой, внешней, стороны теплообменных труб существовало температурное поле и они (трубы) обогревались конвекцией продуктов сгорания, а также чтобы обогревалась и оребренная поверхность цилиндра от коллектора до заднего торца котла.

Котлоагрегат может работать в пароводогрейном режиме без технологического контура. В этом случае возможен частичный теплофикационный отбор, когда часть нагретого теплоносителя отбирается, например, из определенной секции кольцевого коллектора, а остальная, оставшаяся, часть теплоносителя движется дальше по поверхности нагрева котла и превращается в пар.

Предлагаемые котлы могут эксплуатироваться на опилках, лузге, с пылегазомазутной горелкой. При использовании пылевидных и жидких топлив на котле предусматривается паровая обдувка поверхностей нагрева котла и радиационно-конвективного пучка с контурами.

Топочная камера полностью экранирована теплообменными трубами с последовательным трехступенчатым нагревом теплоносителя в каждой отдельной теплообменной трубе. При этом отсутствует температурная развертка теплообменных труб, присутствует температурная компенсация удлинения теплообменных труб при нагреве, имеется возможность увеличения экранной и конвективной поверхности котла за счет увеличения количества эллипсных петель, их разного гиба на отдельно взятой теплообменной трубе. Причем в цилиндрической топке правильно формируется факел горелочных устройств, т.к. факел распространяется по объему топочной камеры на расстоянии 100-150 мм от оребренных экранных и оребренных радиационно-конвективных труб, не касаясь их поверхности.

Петлевые трубы могут быть установлены на коллекторе в несколько рядов, "внахлест", в шахматном порядке.

Оребрение теплообменных труб в топочной камере котла выполняется с таким расчетом, чтобы конец ребра, обращенный в топочную камеру, имел температуру порядка 1273К для концентрации и повышения температурного поля (излучения) топочной камеры и тем самым интенсификации сгорания топлива, замены зажигательного пояса при сжигании пылеугольного топлива, а также для увеличения передачи тепла от (оребрения) соединенного с теплообменной трубой противоположного конца ребра.

Оребренная петлевая П-образная труба с тремя эллипсами имеет поверхность нагрева в 9 раз больше, чем одна оребренная П-образная простая труба и, если учесть, что в петлевых трубах происходит последовательный нагрев теплоносителя в топочной камере, то КПД брутто котла, определенный по прямому балансу, будет значительно выше КПД брутто котлов выпускаемых и находящихся в промышленной эксплуатации.

Чем больше секций в предлагаемом цилиндрическом оребренном фронтальном коллекторе, тем больше и насыщенней поверхность нагрева котла в топочной камере и конвективно-радиационном пучке, тем интенсивней нагрев теплоносителя котлом и соответственно больше рядов теплообменных труб на концентрических окружностях коллектора. Причем нагретый жидкий теплоноситель можно получить любых параметров из любой секции коллектора путем установки на крышке данной секции выходного вентиля (задвижки, клапана) для отбора теплоносителя.

КПД брутто предлагаемого котла нельзя определять и сравнивать по утилизационному методу определения КПД М.Б. Равича, т.к. утилизационная методика не учитывает радиационное тепло, полученное теплоносителем в топке, Т_{радиацион} (при этом q5 - определяется графически)

и лишь отражает снижение температуры продуктов сгорания за котлом и его конвективными поверхностями (утилизацию потока); а q5 - очень малы, т.к. потери тепла в окружающую среду предлагаемым котлом передаются не теплоизоляции котла, а потоку воздуха, поступающему на горелочные устройства, и поэтому определение КПД таких котлов должно вестись только по прямому балансу, т.е. по выработке тепловой энергии котлом через теплосчетчик и другие системы приборов.

Одной из основных технических характеристик котла является его поверхность нагрева (F_к·м²), которая измеряется по газовой стороне, и чем больше радиационная поверхность нагрева, тем экономичнее и эффективнее котел. Именно этой характеристике и отвечает предлагаемая конструкция котла по отношению к котлам иных типов. Универсальность предлагаемых котлов состоит в том, что они практически могут работать на любом виде топлива (но не слоевое сжигание топлива) и тепловая мощность таких котлов может составлять от 100 КВт до 1000 МВт.

Кольцевой коллектор имеет линии опорожнения котла и снабжен предохранительными клапанами (на графической части не изображено).

На коллекторе могут устанавливаться (соединяться с его секциями) теплообменные трубы с одним гибом (большого радиуса) и П-образные теплообменные трубы с оребрением, мембранами, ошиповкой, петлевые.

Предлагаемый котел обладает самой высокой скоростью движения теплоносителя в трубах (2,2 м/сек), а также интенсивностью нагрева теплоносителя относительно производимых.

На основании исследований, проведенных Американской Газовой Ассоциацией (АГА), раздел "Теплопередача в котле" стр. 8 следует: С внутренней стороны трубы теплоноситель (вода) имеет тенденцию образовывать устойчивую жидкую пленку, которая плотно "прилипает" к поверхности металла трубы. Она действует как теплоизоляция и значительно затрудняет передачу тепла от металла к воде. Если вода движется в трубе с достаточной скоростью (2,134 м/сек), то эта устойчивая пленка "смывается" потоком, а процесс передачи тепла воде значительно увеличивается. Причем каждый квадратный сантиметр поверхности трубы котла принимает в 4-10 раз больше тепла, чем квадратный сантиметр поверхности нагрева котла с движением теплоносителя со скоростью ниже 2 м/сек или в котлах с естественной циркуляцией - низкими скоростями потока теплоносителя в трубах. На основании вышеизложенного скорость движения теплоносителя в теплообменных трубах предлагаемых цилиндрических котлов принимается равной 2,2 м/сек.

В качестве теплоносителя в предлагаемых котлах могут использоваться не только жидкие среды, но и газы. В этом варианте предлагаемый малогабаритный компактный котел рассматривается как высокотемпературный рекуперативный теплообменник, что позволяет использовать конструкции таких котлов не только по нагреву жидких сред (воды), но и газов (например, воздуха, азота, метана) для новых технологий с более совершенным использованием тепловой энергии от сжигаемого топлива.

На фиг.1 показана пароводогрейная котельная установка с вертикальным водотрубным котлом и контактным теплообменником (К. Т.);

на фиг.2 изображен кольцевой оребренный секционный коллектор;

на фиг.3 показано сечение цилиндрического коллектора котельной установки в плоскости I-I;

на фиг.4 изображен коллектор, который имеет более 4-х секций;

на фиг.5 изображен коллектор с тремя рядами теплообменных труб, расположенных в шахматном порядке на трубной доске (досках);

на фиг.6 показан многофункциональный фронтальный (при горизонтальном расположении котлоагрегата) с выпусками секционный коллектор котла;

на фиг.7 показан внешний ряд труб 4-х рядного коллектора с перепускной камерой;

на фиг.8 показан секционный коллектор, в конструкции которого часть теплообменных труб закреплена в шахматном порядке на его внешней стороне:

на фиг.9 и 10 поясняется устройство и работа пружинного взрывного клапана;

на фиг.11 показана увеличенная поверхность нагрева одного участка теплообменной трубы радиационного конвективного пучка котлоагрегата;

на фиг.12 изображены две соседние теплообменные петлевые трубы;

на фиг.13 показана разборная радиационно-конвективная часть теплообменной трубы, расположенная в конце топочной камеры;

на фиг.14 и 15 показан участок разборной теплообменной трубы, который находится в радиационнно-конвективном пучке;

на фиг.16 представлена в сечении одна часть секции кольцевого разборного оребренного коллектора;

на фиг.17 изображено крепление резьбовых концов теплообменной трубы к трубной доске с помощью упорной шайбы и антикоррозийной гайки, расположенной внутри секции коллектора;

на фиг.18 показана теплообменная труба с резьбой на конце;

на фиг.19 показан штуцер;

на фиг.20 изображена разборная теплообменная обечайка с опорным устройством;

на фиг.21 показана теплообменная двухопорная разборная полуобечайка;

на фиг.22 показана петлевая оребренная теплообменная труба, установленная в топочной камере;

на фиг.23 изображен котел с петлевой теплообменной трубой;

на фиг.24 показано крепление одного конца теплообменной трубы в стакане;

на фиг.25 показана змеевиковая теплообменная труба, установленная в топочной камере котла;

на фиг.26 изображена схематично водотрубная котельная установка с встроенным экономайзером;

на фиг.27 показана перегородка коллектора.

Котельная установка содержит вертикальный экранированный водотрубный котел с полностью экранированной топочной камерой 1 с нижним расположением секционного коллектора 3, имеющего оребрение 2 (нижние опоры котла и К.Т. - контактного теплообменника не показаны). Разборный котел имеет четыре опоры, соединенные с нижним коллектором, а газоход, соединяющий котел с К.Т., имеет оребрение. Контактный теплообменник установлен на сборном баке. Газомазутное горелочное устройство - Г совмещено с дутьевым вентилятором 4, а на всасывающий патрубок вентилятора горелки из-под кожуха 5 приходит нагретый воздух воздухоподогревателя котла, туда же на всасывающий патрубок вентилятора также подводится линия трубопровода 6 рециркуляции продуктов сгорания, проходящая под кожухом котла, и линия трубопровода 7 выпара паров воды с бак