RU2042878C1

RU2042878C1 - Horizontal heating boiler

Info

Publication number: RU2042878C1
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Артемов; Л.В. Ларина; А.И. Пупышев; Н.М. Черток
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа - Совместное предприятие "Подольский машиностроительный завод"
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: open end of the furnace chamber is secured to the cover of the housing made up as a plate with openings. One ends of fire tubes are secured in the openings and interconnected to define a passageway. The passageway connects the furnace chamber with the discharging gas duct. The ends of the pipes in the cover are interconnected through gas by-pass boxes. The open end of the first pipe is connected with the furnace chamber. The furnace chamber is brought out of the cover and coupled with the discharging gas duct. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к горизонтальным отопительным котлам для работы на жидком или газообразном топливе, и направлено на повышение их надежности, упрощение конструкции, обеспечение удобства в эксплуатации. The invention relates to a power system, in particular to horizontal heating boilers for working on liquid or gaseous fuels, and is aimed at improving their reliability, simplifying the design, ensuring ease of use.

Известны горизонтальные отопительные котлы для работы на жидком или газообразном топливе, содержащие цилиндрический корпус с плоским торцовым днищем, расположенные внутри корпуса топочную камеру, водяную камеру и конвективный газоход с дымогарными трубами, проходящими через водяную камеру. Топочная камера выполнена в виде жаровой трубы с плоским днищем, соединенным анкерными связями с задней трубной доской для компенсации температурного удлинения жаровой трубы. Передним торцом топочная камера закреплена в передней трубной доске в форме кольца. Водяную камеру образует полость между стенками корпуса и топочной камеры, ограниченная передней и задней трубными досками. Дымогарные трубы конвективного газохода закреплены концами в трубных досках и проходят через водяную камеру. Корпус котла снабжен открывающейся водоохлаждаемой крышкой для осмотра котла по газовой стороне и очистки от сажи. В крышке предусмотрено окно для установки горелки [1]
Необходимость выполнения крышки котла водоохлаждаемой связана с тем, что газы после топочной камеры подходят к фронту котла и затем поступают в дымогарные трубы конвективного газохода. Поскольку крышка на корпусе котла установлена подвижно, подвод и отвод охлаждающей воды существенно усложняет обслуживание. Кроме того, компенсация разности расширений корпуса, топочной камеры и дымогарных труб за счет деформации плоских трубных досок представляет собой сложную нерасчетную задачу и на практике снижает эксплуатационную надежность агрегата.Horizontal heating boilers for operating on liquid or gaseous fuel are known, comprising a cylindrical body with a flat end face, a combustion chamber, a water chamber and a convective gas duct with smoke tubes passing through the water chamber located inside the housing. The combustion chamber is made in the form of a flame tube with a flat bottom connected by anchor ties to the rear tube plate to compensate for the temperature extension of the flame tube. The front end of the combustion chamber is fixed in the front tube plate in the form of a ring. The water chamber forms a cavity between the walls of the housing and the combustion chamber, bounded by the front and rear tube boards. Smoke tubes of the convective gas duct are fixed by the ends in the pipe boards and pass through the water chamber. The boiler body is equipped with an opening water-cooled cover for inspecting the boiler on the gas side and cleaning it from soot. There is a window for installing the burner in the lid [1]
The need to make the boiler lid water-cooled is due to the fact that the gases after the combustion chamber come to the front of the boiler and then enter the smoke tubes of the convection duct. Since the lid on the boiler body is mounted movably, the inlet and outlet of cooling water significantly complicates maintenance. In addition, the compensation of the difference between the extensions of the casing, the combustion chamber and the smoke tubes due to the deformation of the flat tube plates is a difficult, non-computational task and in practice reduces the operational reliability of the unit.

Цель изобретения повысить надежность и удобство эксплуатации котла, его ремонтопригодность и упростить конструкцию. The purpose of the invention to improve the reliability and ease of operation of the boiler, its maintainability and simplify the design.

Для этого в горизонтальном отопительном котле для работы на жидком и газообразном топливе, содержащем корпус с отводящим газоходом и с торцовыми крышками, одна из которых выполнена съемной с отверстием для горелки, и топочную камеру с одним открытым торцом, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора, сообщающегося с каналами подвода и отвода нагреваемой воды, при этом в упомянутом зазоре установлены дымогарные трубы; в соответствии с данным изобретением топочная камера открытым торцом закреплена на крышке корпуса, выполненной в виде плиты с отверстиями, а дымогарные трубы одним концом закреплены в этих отверстиях и соединены между собой последовательно с образованием канала, соединяющего топочную камеру с отводящим газоходом, причем концы закрепленных в отверстиях крышки дымогарных труб попарно соединены между собой газоперепускными коробами, установленными на внешней поверхности крышки, первая из последовательно соединенных труб подключена к топочной камере открытым концом, а последняя выведена за пределы крышки и соединена с отводящим газоходом. To do this, in a horizontal heating boiler for working on liquid and gaseous fuels, comprising a housing with a flue gas duct and end caps, one of which is removable with an opening for the burner, and a combustion chamber with one open end placed in the housing with the formation of an annular gap, communicating with the channels for supplying and discharging heated water, with smoke tubes installed in said gap; in accordance with this invention, the combustion chamber with its open end is fixed to the housing cover, made in the form of a plate with holes, and the smoke pipes are fixed at one end in these holes and connected together in series with the formation of a channel connecting the combustion chamber to the exhaust duct, the ends being fixed in the openings of the lid of the smoke tubes are connected in pairs by gas transfer ducts mounted on the outer surface of the lid, the first of the series-connected pipes connected to the flask with an open end, and the latter is brought out of the lid and connected to the outlet duct.

Дымогарные трубы могут быть объединены в несколько секций, подключенных параллельно к топочной камере и отводящему газоходу. Smoke tubes can be combined into several sections connected in parallel to the combustion chamber and the exhaust duct.

Поставленная цель достигается тем, что дымогарные трубы выполнены из нескольких соединенных между собой частей с внутренними продольными ребрами и гладкостенными кольцевыми участками, в одном из которых равномерно по внутреннему периметру трубы и перпендикулярно к ее оси закреплены пластины в форме сектора кольца. This goal is achieved in that the smoke tubes are made of several interconnected parts with internal longitudinal ribs and smooth-walled ring sections, in one of which plates in the form of a ring sector are fixed uniformly along the inner perimeter of the pipe and perpendicular to its axis.

Закрепление топочной камеры и дымогарных труб на крышке корпуса с обеспечением доступа для осмотра и очистки внутри дымогарных труб исключает необходимость в трубных досках, что упрощает конструкцию котла, повышает его надежность в эксплуатации, обеспечивает удобство доступа ко всем частям котла для осмотра и ремонта. Объединение дымогарных труб в секции и подключение их параллельно к топочной камере и отводящему газоходу повысит равномерность нагрева воды по сечению водяной камеры. Выполнение дымогарных труб относительно большого диаметра с внутренним оребрением и турбулизатором потока из пластин в форме сектора кольца каждая, закрепленных равномерно по внутреннему периметру труб с промежутками между пластинами, упрощает конструкцию котла и его изготовление, обеспечивает выравнивание поля температур газа по сечению потока газа в дымогарных трубах и передачу тепла через ребра и стенки дымогарных труб воде. The fastening of the combustion chamber and smoke tubes on the lid of the casing with access for inspection and cleaning inside the smoke tubes eliminates the need for tube boards, which simplifies the design of the boiler, increases its reliability in operation, and provides easy access to all parts of the boiler for inspection and repair. Combining smoke tubes in sections and connecting them in parallel to the combustion chamber and the exhaust gas duct will increase the uniformity of water heating over the cross section of the water chamber. The implementation of relatively large diameter chimney pipes with an internal fins and a flow turbulator from the plates in the form of a ring sector each, fixed uniformly along the inner perimeter of the pipes with gaps between the plates, simplifies the design of the boiler and its manufacture, ensures that the gas temperature field is aligned over the cross section of the gas flow in the smoke pipes and heat transfer through the ribs and walls of the smoke tubes to the water.

На фиг. 1 изображен предлагаемый горизонтальный отопительный котел, продольный осевой разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 разрез Д-Д на фиг. 3; на фиг. 7 разрез Е-Е на фиг. 6; на фиг. 8 разрез Ж-Ж на фиг. 6; на фиг. 9 узел I на фиг. 7; на фиг. 10 развернутая схема соединения дымогарных труб котла по фиг. 1; на фиг. 11 развернутая схема одного из возможных вариантов соединения дымогарных труб котла в виде двух параллельно включенных секций, число которых может быть и больше (такие варианты конструкции котла в чертежах не представлены). In FIG. 1 shows the proposed horizontal heating boiler, a longitudinal axial section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a view along arrow B in FIG. 1; in FIG. 4, section BB in FIG. 3; in FIG. 5 section GG in FIG. 3; in FIG. 6 is a section DD in FIG. 3; in FIG. 7 a section EE in FIG. 6; in FIG. 8 is a section FJ in FIG. 6; in FIG. 9 node I in FIG. 7; in FIG. 10 is a detailed connection diagram of the smoke tubes of the boiler of FIG. 1; in FIG. 11 is a detailed diagram of one of the possible options for connecting smoke tubes of the boiler in the form of two parallel-connected sections, the number of which may be more (such design variants of the boiler are not shown in the drawings).

Котел (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, соединенный с крышкой 2 (днищем) на одном конце и снабженный фланцем 3 на другом для крепления съемной крышки 4 с отверстием 5 для установки горелки (не показана) и отверстиями 6 для установки дымогарных труб 7, топочную камеру 8 с днищем 9 и отверстием 10 (фиг. 4) для отвода дымовых газов, размещенную в корпусе с образованием кольцевого зазора 11. Передним (открытым) торцом топочная камера 8 закреплена на съемной крышке 4. Дымогарные трубы 7 расположены в кольцевом зазоре 11, служащем водяной камерой котла (фиг. 2). Первая по ходу дымовых газов дымогарная труба 7 соединена с топочной камерой 8 через отверстие 10 с помощью колена 12 (фиг. 4). Все последующие дымогарные трубы 7 незакрепленными концами попарно соединены между собой отводами 13 (фиг. 6). Закрепленные в отверстиях 6 концы дымогарных труб 7 попарно соединены газоперепускными коробками 14, выполненными в виде охватывающей два отверстия 6 обечайки с фланцем, закрепленной на крышке 4, закрытыми съемными крышками 15 (фиг. 3 и 5). Выходной конец последней дымогарной трубы 7 (фиг. 1) с внешней стороны крышки 4 имеет фланцевое соединение с коленом 16 трубопровода отвода дымовых газов в отводящий газоход (не показан). Дымогарные трубы 7 выполнены каждая из нескольких (на чертежах из двух) соединенных между собой частей с закрепленными внутри продольными ребрами 17 (фиг. 7 и 9), например, U-образной формы. Ребра 17 закреплены равномерно по внутреннему периметру каждой части трубы с обеспечением надежного теплового контакта 18, например шовной контактной сваркой (фиг. 9). При этом каждая часть дымогарной трубы 7 на концах имеет свободные от ребер 17 гладкостенные кольцевые участки 19, в одном из которых на стыке частей трубы 7 равномерно по внутреннему периметру трубы и перпендикулярно к ее оси закреплены пластины 20 каждая в форме сектора кольца (фиг. 4 и 8). Для подвода и отвода нагреваемой воды кольцевой зазор 11 (водяная камера котла) подключен к соответствующим каналам через патрубки 21 и 22. Для защиты крышки 4 корпуса 1 от теплового воздействия факела и дымовых газов при работе котла на внутренней ее стороне в полости топочной камеры предусмотрена обмуровка в виде кольца 23 из теплозащитного жаростойкого материала. The boiler (Fig. 1) contains a cylindrical housing 1 connected to a cover 2 (bottom) at one end and provided with a flange 3 at the other for mounting a removable cover 4 with a hole 5 for installing a burner (not shown) and holes 6 for installing smoke tubes 7 , a combustion chamber 8 with a bottom 9 and a hole 10 (Fig. 4) for flue gas discharge, placed in the housing with the formation of an annular gap 11. The front (open) end of the combustion chamber 8 is mounted on a removable cover 4. Smoke tubes 7 are located in the annular gap 11 serving as a water chamber of the boiler ( u. 2). The first along the flue gas smoke tube 7 is connected to the combustion chamber 8 through the hole 10 using the elbow 12 (Fig. 4). All subsequent smoke tubes 7 with loose ends are connected in pairs by taps 13 (Fig. 6). The ends of the smoke tubes 7 fixed in the openings 6 are connected in pairs by gas transfer boxes 14 made in the form of a shell covering two openings 6 with a flange mounted on the lid 4 closed by removable lids 15 (Figs. 3 and 5). The output end of the last smoke pipe 7 (Fig. 1) on the outside of the lid 4 has a flange connection with an elbow 16 of the flue gas exhaust pipe into the exhaust duct (not shown). Smoke tubes 7 are made of each of several (in the drawings of two) interconnected parts with longitudinal ribs 17 fixed inside (FIGS. 7 and 9), for example, in a U-shape. The ribs 17 are fixed evenly around the inner perimeter of each part of the pipe with reliable thermal contact 18, for example by seam contact welding (Fig. 9). Moreover, each part of the smoke pipe 7 at the ends has smooth-walled annular sections 19 free from ribs 17, in one of which plates 20 each in the form of a ring sector are fixed uniformly along the inner perimeter of the pipe and perpendicular to its axis (Fig. 4 and 8). For supplying and discharging heated water, an annular gap 11 (boiler water chamber) is connected to the corresponding channels through nozzles 21 and 22. To protect the lid 4 of the housing 1 from the heat of the torch and flue gases, the boiler is provided with a lining on the inside of the furnace chamber in the form of a ring 23 of heat-resistant heat-resistant material.

Котел работает следующим образом. The boiler operates as follows.

В кольцевой зазор 11 (водяную камеру котла) через патрубок 21 подают воду для нагрева, а через патрубок 22 осуществляют отвод нагретой воды потребителю. Горелочным устройством (не показано) в топочной камере 8 осуществляют сжигание топлива, продукты сгорания которого отводят через последовательно соединенные дымогарные трубы 7, сообщающие топочную камеру 8 с отводящим газоходом (см. схему на фиг. 10). От факела и продуктов сгорания топлива происходит интенсивный нагрев стенок и днища топочной камеры 8, находящихся в непосредственном контакте с водой, проходящей в кольцевом зазоре 11 водяной камеры, и передача тепла нагреваемой воде. Проходя по дымогарным трубам 7 горячие продукты сгорания топлива постепенно охлаждаются за счет передачи тепла воде через ребра 17 и стенки дымогарных труб 7. Интенсифицируют теплопередачу в дымогарных трубах 7 пластины 20, образующие прерывистое кольцо, обеспечивающее турбулизацию потока дымовых газов в дымогарных трубах 7 и перемешивание пристенных слоев с ядром потока. Степень нагрева воды и охлаждение дымовых газов перед их выбросом в отводящий газоход зависит от установленного режима работы котла. In the annular gap 11 (boiler water chamber), water for heating is supplied through the pipe 21, and heated water is discharged through the pipe 22 to the consumer. A burner (not shown) in the combustion chamber 8 carries out the combustion of fuel, the combustion products of which are discharged through series-connected smoke tubes 7 communicating the combustion chamber 8 with the exhaust gas duct (see diagram in Fig. 10). Intense heating of the walls and the bottom of the combustion chamber 8, which are in direct contact with water passing in the annular gap 11 of the water chamber, and heat transfer to the heated water occur from the torch and combustion products of fuel. Passing through the smoke pipes 7, the hot combustion products are gradually cooled by transferring heat to the water through the ribs 17 and the walls of the smoke pipes 7. Intensify the heat transfer in the smoke pipes 7 of the plate 20, forming a discontinuous ring, providing turbulence in the flow of flue gases in the smoke pipes 7 and mixing the wall layers with core flow. The degree of water heating and cooling of the flue gases before they are discharged into the exhaust gas duct depends on the established mode of operation of the boiler.

Основными особенностями конструкции котла являются ее простота и доступность для осмотра и ремонта всех частей. Это, а также ограниченное число дымогарных труб с достаточной теплопередачей за счет внутреннего оребрения и турбулизатора потока газа и крепление всех элементов на крышке корпуса позволяет осуществлять наружный осмотр, и простой доступ к внутренней полости дымогарных труб для ее осмотра и очистки. Кроме того, конструкция обладает высокой эксплуатационной надежностью, так как в ней отсутствуют защемленные и нагруженные термическими напряжениями элементы. The main features of the boiler design are its simplicity and accessibility for inspection and repair of all parts. This, as well as a limited number of smoke tubes with sufficient heat transfer due to internal fins and a gas flow turbulator, and the fastening of all the elements on the housing cover allow for external inspection and easy access to the internal cavity of the smoke tubes for inspection and cleaning. In addition, the design has high operational reliability, since there are no pinched and loaded with thermal stresses elements.

Для выравнивания температуры воды по сечению водяной камеры дымогарные трубы могут быть объединены на несколько секций и подключены параллельно к топочной камере и отводящему газоходу. На фиг. 11 показан вариант схемного решения котла с объединением дымогарных труб в две секции. Конструктивное решение такого котла сложностей не вызывает, а расположение дымогарных труб может быть различным: входные, соединенные с топочной камерой, дымогарные трубы могут располагаться диаметрально противоположно, а трубы каждой секции располагаться в разных частях водяной камеры, или располагаться рядом, в верхней или нижней части полости водяной камеры. А в принципе количество секций дымогарных труб может быть и большим. Прямые участки дымогарных труб могут быть изготовлены из большего числа составных частей, а не из двух, как показано на чертежах. Длина каждой составной части дымогарной трубы определяется технологическими возможностями изготовления внутреннего оребрения. При большой длине котла топочная камера может иметь опорные элементы и устанавливаться в направляющих корпуса или иметь шарнирную подвеску в зоне ее днища к корпусу котла. При необходимости опорные элементы (шарнирного или иного подвижного типа) могут быть предусмотрены и для свободного конца каждой пары дымогарных труб. To equalize the temperature of the water along the cross section of the water chamber, smoke tubes can be combined into several sections and connected in parallel to the combustion chamber and the exhaust duct. In FIG. 11 shows an embodiment of a boiler circuit diagram with combining smoke tubes in two sections. The constructive solution of such a boiler does not cause difficulties, and the location of the smoke tubes can be different: the inlet pipes connected to the combustion chamber, the smoke tubes can be diametrically opposed, and the pipes of each section can be located in different parts of the water chamber, or can be located nearby, in the upper or lower part cavity water chamber. But in principle, the number of sections of smoke tubes can be large. Straight sections of smoke tubes can be made of a larger number of components, rather than two, as shown in the drawings. The length of each component of a smokestack is determined by the technological capabilities of manufacturing internal fins. With a large length of the boiler, the combustion chamber can have supporting elements and can be installed in the guides of the body or have a hinged suspension in the area of its bottom to the boiler body. If necessary, supporting elements (articulated or other movable type) can be provided for the free end of each pair of smoke tubes.

При работе котла только на газообразном топливе практически исключается засорение дымогарных труб (зашлаковывание), что имеет место при работе котла на жидком топливе. В этом случае отпадает необходимость очистки внутренней поверхности дымогарных труб, а значит отпадает необходимость выведения их концов через съемную крышку котла с обеспечением доступа для осмотра и очистки, что позволяет значительно упростить конструкцию котла: все дымогарные трубы в этом случае (или трубы каждой секции) могут последовательно соединяться между собой с помощью колен в полости кольцевого зазора и только выходная дымогарная труба (или выходные трубы каждой секции дымогарных труб) выводятся через съемную крышку котла для подключения к отводящему газоходу. Однако в этом случае необходимо предусмотреть закрепление дымогарных труб в кольцевом зазоре, например, с помощью кронштейнов на внешней стороне топочной камеры. Такой вариант, как менее универсальный, в чертежах не показан, хотя практически может быть реализован. When the boiler operates only on gaseous fuel, clogging of smoke tubes (slagging) is practically eliminated, which occurs during the operation of the boiler on liquid fuel. In this case, there is no need to clean the inner surface of the smoke pipes, which means that there is no need to remove their ends through the removable cover of the boiler with access for inspection and cleaning, which can greatly simplify the design of the boiler: all smoke pipes in this case (or pipes of each section) can are connected in series with each other by means of elbows in the annular gap cavity, and only the outlet smoke pipe (or the output pipes of each section of the smoke pipes) are led out through a removable boiler lid For connection to a flue gas duct. However, in this case, it is necessary to provide for the fixation of smoke tubes in the annular gap, for example, using brackets on the outside of the combustion chamber. This option, as less universal, is not shown in the drawings, although it can be practically implemented.

Claims

1. HORIZONTAL HEATING BOILER for operation on liquid or gaseous fuel, comprising a housing with a flue gas duct and end caps, one of which is removable with an opening for the burner, and a combustion chamber with one open end placed in the housing with the formation of an annular gap in communication with channels for supplying and discharging heated water, while in the aforementioned gap smoke tubes are installed, characterized in that the combustion chamber with its open end is fixed to the housing cover, made in the form of a plate with holes holes, and smoke pipes are fixed at one end in these holes and connected together in series with the formation of a channel connecting the combustion chamber to the exhaust gas duct, and the ends of the smoke pipes fixed in the holes of the cover of the smoke pipes are interconnected in pairs by gas ducts installed on the outer surface of the cover, the first of consecutively connected pipes are connected to the combustion chamber with an open end, and the latter is brought out of the cover and connected to the exhaust duct.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the smoke tubes are combined in sections connected in parallel to the combustion chamber and the exhaust duct.

3. The boiler according to claims 1 and 2, characterized in that the smoke tubes are made in length by components of several interconnected parts with internal longitudinal ribs and smooth-walled end sections, in one of which at the joint uniformly along the inner perimeter of the pipe and perpendicular to it axis fixed plate in the form of a sector of the ring.