RU2018060C1

RU2018060C1 - Hot water boiler

Info

Publication number: RU2018060C1
Application number: RU93020175/06A
Authority: RU
Inventors: ков С.А. Хом; С.А. Хомяков; М.С. Ворожцов; Д.М. Гурков; А.В. Алиев; В.В. Жебровский; М.И. Елькин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Бумагоделательного машиностроения"
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: thermal power engineering. SUBSTANCE: boiler has shell 1 with a furnace, framing and intermediate screens from heat exchange tubes 22 combined by manifolds, branch pipes with heat-transfer agent feed and bleed systems, gas ducts for passing combustion products with partitions for cross flowing over tubes 22. Tubes 23 with nozzles 24 located in the converging zone of the annular channel are eccentrically mounted in heat exchange tubes 22. Axes of tubes 23 with nozzles 24 are located in the sector of heat flow distributing centers with eccentricities proportional to the value of displacement of the sectors. Tubes 23 with nozzles 24 are connected to heat exchange tubes 22 at the inlet by partitions 25 with a hole, have inclined half-washers 26 are plugged and form sections which tube 1 has more than one. EFFECT: improved structure. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения, а также в подогревателях жидкостей и газов. The invention relates to a power system and can be used in heating systems and hot water supply, as well as in heaters of liquids and gases.

Известны котлы, содержащие размещенную в корпусе топку с верхним, задним, передним и боковыми обрамляющими экранами из теплообменных труб с плавниками, каналы для прохода продуктов сгорания с промежуточными экранами из теплообменных труб, трубы экранов подключены к нижним и верхним коллекторам, а последние к системам подвода и отвода воды. Known are boilers containing a firebox located in the casing with upper, rear, front and side framing screens from heat exchanger tubes with fins, channels for the passage of combustion products with intermediate screens from heat exchanger tubes, screen tubes are connected to the lower and upper manifolds, and the latter to supply systems and drainage of water.

В теплообменных трубах известных котлов используется вынужденное циркуляционное движение жидкости продольного и продольно-закрученного направлений. Недостатком известных котлов с теплообменниками из труб является постоянство скоростей движения жидкости вдоль внутренней стенки трубы как в продольном, так и в поперечном сечениях. Известно, что скорость движения жидкости влияет на величину коэффициента теплоотдачи от стенки к ней, причем с увеличением скорости теплоотдача увеличивается. In heat transfer pipes of known boilers, forced circulation of fluid of longitudinal and longitudinally swirling directions is used. A disadvantage of the known boilers with pipe heat exchangers is the constancy of the fluid velocity along the inner wall of the pipe in both longitudinal and transverse sections. It is known that the rate of fluid movement affects the value of the heat transfer coefficient from the wall to it, and with increasing speed, heat transfer increases.

Между тем, известно, что в топочном пространстве котлов и в каналах для отвода продуктов сгорания воздействие тепловых потоков лучистого и конвективного характеров на стенки теплообменных труб неоднородно. Максимальные значения плотностей тепловых потоков в топке наблюдаются в направлении радиационного поля воздействия на трубу и в верхней части топочного пространства, а в каналах отвода продуктов сгорания в зонах встречи газов с трубами при поперечном обтекании их. Meanwhile, it is known that in the furnace chamber of the boilers and in the channels for the removal of combustion products, the effect of heat fluxes of radiant and convective nature on the walls of the heat exchange tubes is not uniform. The maximum values of heat flux densities in the furnace are observed in the direction of the radiation field of action on the pipe and in the upper part of the furnace space, and in the channels of the removal of combustion products in the zones of gas meeting with pipes during their transverse flow.

Зоны максимальных тепловых воздействий на трубы в продольном и поперечном сечениях требуют повышения теплоотдачи в них, повышения скорости перемещения жидкости, создания несимметричного потока со скоростями, пропорциональными тепловым полям. The zones of maximum thermal effects on the pipes in the longitudinal and cross sections require an increase in heat transfer in them, an increase in the rate of fluid movement, and the creation of an asymmetric flow with velocities proportional to the thermal fields.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному котлу является водогрейный котел, содержащий обрамляющие трубчатые экраны, подключенные к нижним коллекторам и верхнему центральному коллектору с поперечной перегородкой, образующей раздающую полость, а также промежуточные трубчатые экраны с нижним и верхним коллекторами прямоугольного сечения, причем трубы экранов плотно расположены, и их концы в зоне подключения к коллекторам имеют форму овала. Повышение теплообмена в указанном котле достигается за счет плотного расположения труб, раздающих полостей коллектора для повышения скорости движения в контуре циркуляции и за счет овального сечения входа воды в трубу, создающего турбулентное движение. Указанный котел имеет главный недостаток - постоянную скорость движения воды вдоль стенки трубы, и не решает задачи создания потока со скоростями, пропорциональными тепловым полям воздействия в поперечном и продольном сечениях. The closest in technical essence to the claimed boiler is a hot water boiler containing framing tubular screens connected to the lower collectors and the upper central collector with a transverse baffle forming a distribution cavity, as well as intermediate tubular screens with lower and upper collectors of rectangular cross section, and the tube tubes are tight located, and their ends in the zone of connection to the collectors are oval. The increase in heat transfer in the specified boiler is achieved due to the dense arrangement of pipes distributing the collector cavities to increase the speed of movement in the circulation circuit and due to the oval cross-section of the water inlet into the pipe, creating turbulent movement. The specified boiler has the main drawback - the constant speed of water along the pipe wall, and does not solve the problem of creating a flow with velocities proportional to the thermal fields of action in the transverse and longitudinal sections.

Цель изобретения - повышение эффективности теплообмена и снижение эксплуатационных затрат путем организации несимметричного кругового движения теплоносителя со скоростями, пропорциональными характеру распределения воздействующего теплового потока. The purpose of the invention is to increase the efficiency of heat transfer and reduce operating costs by organizing an asymmetric circular motion of the coolant with speeds proportional to the distribution pattern of the affecting heat flux.

Поставленная цель достигается тем, что водогрейный котел, содержащий корпус, размещенную в нем топку с обрамляющими экранами, образующими с корпусом топочное пространство, и каналы для прохода продуктов сгорания, в которых размещены промежуточные экраны, а экраны соединены с коллекторами, подключенными к системам подвода и отвода воды, и состоят из теплообменных труб, внутри которых эксцентрично установлены трубы с соплами в виде продольных щелей, проходные сечения которых уменьшаются в направлении отвода воды, расположенных в зоне сужения несимметричного кольцевого сечения и направленных тангенциально к наружной поверхности трубы, причем оси труб с соплами находятся в секторе центров распределения теплового потока, воздействующего на поверхности теплообменных труб, на расстояниях, пропорциональных величинам смещения центров распределения, а сами трубы с соплами со стороны входа воды соединены с теплообменными трубами перегородкой с отверстием, по длине снабжены наклонными планками, заглушены за последним соплом и образуют вихревые секции несимметричного кольцевого течения, число которых в отдельно взятой теплообменной трубе может быть несколько. Каналы для прохода продуктов сгорания в области боковых и верхнего экранов разделены перегородками между корпусом и обрамляющими экранами с образованием движения продуктов сгорания поперек теплообменных труб. This goal is achieved in that a boiler containing a housing, a firebox placed therein with framing screens forming a combustion space with the housing, and channels for the passage of combustion products in which intermediate screens are placed, and the screens are connected to collectors connected to the supply systems and water drainage, and consist of heat exchange pipes, inside of which eccentrically installed pipes with nozzles in the form of longitudinal slots, the flow sections of which decrease in the direction of water drainage, located in the narrowing zone asymmetric annular cross-section and directed tangentially to the outer surface of the pipe, and the axes of the pipes with nozzles are in the sector of the distribution centers of the heat flux acting on the surface of the heat exchange pipes at distances proportional to the displacement of the distribution centers, and the pipes themselves are connected to the nozzles from the water inlet side with heat-exchange pipes, a baffle with a hole, along the length are equipped with inclined slats, are muffled behind the last nozzle and form vortex sections of an asymmetric ring th course, the number of which in a single heat exchange tube may be several. The channels for the passage of combustion products in the area of the side and upper screens are separated by partitions between the housing and the framing screens with the formation of movement of the combustion products across the heat exchange pipes.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез котла без переднего экрана; на фиг.2 - продольный разрез котла; на фиг.3 - поперечный разрез по теплообменным трубам боковых экранов; на фиг.4 - продольный разрез по теплообменным трубам. In FIG. 1 is a cross-sectional view of a boiler without a front screen; figure 2 is a longitudinal section of the boiler; figure 3 is a transverse section through the heat transfer tubes of the side screens; figure 4 is a longitudinal section through heat transfer pipes.

Водогрейный котел содержит корпус 1, размещенную в нем топку 2 с верхними 3, задним 4 и боковыми 5 обрамляющими экранами, подключенными к верхнему 6 и нижнему 7 коллекторам, а также промежуточные верхние и боковые экраны 8 с верхним 9 и нижним 10 коллекторами. Между корпусом 1 и верхней частью экранов 5 установлены перегородки 11, разделяющие топочное пространство от боковых 12 каналов прохода продуктов сгорания, переходящих в задний 13 канал, в котором находится конвективная часть заднего экрана 4 с нижним 14 и верхним 15 коллекторами, соответственно соединенными с системой подвода воды патрубком 16 и коллекторами 9. На лицевую стенку котла выходит патрубок 17 отвода горячей воды, соединенный с передним экраном 18 с коллектором 19. Корпус 1 содержит по боковым сторонам переднего экрана входные 20 каналы забора продуктов сгорания и отводящий газоход 21 заднего 13 канала. Экраны 3,4,5 и 8 состоят из теплообменных труб 22, в которых эксцентрично установлены трубы 23 с соплами 24, величины эксцентриситетов между осями теплообменных труб и осями труб с соплами пропорциональны величинам смещения центров распределения теплового потока, воздействующего на поверхности труб 22, как в поперечном, так и в продольном сечениях труб. Трубы 23 с соплами 24 со стороны входа воды соединены с трубами 22 перегородками 25 с отверстием, по длине содержат наклонные полукольца 26, заглушены за последним соплом пробкой 28 и образуют вихревые секции несимметричного кольцевого течения со скоростями, пропорциональными температурным полям. Боковые 5, задние 4 и передний 18 обрамляющие экраны из коллекторов и теплообменных труб 22 с плавниками 27 образуют газоплотные панели. Сопла 24 выполнены в виде продольных щелей диффузорного профиля, и их проходные сечения уменьшаются в направлении отвода воды из теплообменной трубы. Вихревые секции труб 23 с соплами 24 могут устанавливаться одна за другой для обеспечения оптимальных по теплоотдаче и исключения накипи скоростей продольно-кругового движения жидкости, т.е. их может быть несколько в отдельно взятой теплообменной трубе. Нижние коллекторы 2 и 10 соединены патрубками 29. The boiler includes a housing 1, a firebox 2 located therein with upper 3, rear 4 and side 5 framing screens connected to the upper 6 and lower 7 collectors, as well as intermediate upper and side screens 8 with upper 9 and lower 10 collectors. Between the housing 1 and the upper part of the shields 5, partitions 11 are installed that separate the combustion space from the side 12 channels of the passage of combustion products passing into the rear channel 13, in which there is a convective part of the rear screen 4 with the lower 14 and upper 15 collectors, respectively connected to the supply system water pipe 16 and collectors 9. A hot water pipe 17 is connected to the front wall of the boiler, connected to the front screen 18 with a collector 19. The housing 1 contains input channels 20 on the sides of the front screen boron combustion gas duct 21 and outlet duct 13 adjustable. Screens 3,4,5 and 8 consist of heat exchange tubes 22, in which tubes 23 with nozzles 24 are eccentrically installed, the eccentricities between the axes of the heat exchange tubes and the axes of the pipes with nozzles are proportional to the displacement of the centers of distribution of the heat flux acting on the surface of the pipes 22, as in the transverse and longitudinal sections of the pipes. Pipes 23 with nozzles 24 on the water inlet side are connected to the pipes 22 by partitions 25 with an opening, along the length they contain inclined half rings 26, are plugged behind the last nozzle by a plug 28, and form vortex sections of an asymmetric annular flow with velocities proportional to the temperature fields. Side 5, rear 4 and front 18 framing screens of collectors and heat exchange tubes 22 with fins 27 form gas-tight panels. Nozzles 24 are made in the form of longitudinal slots of the diffuser profile, and their flow sections are reduced in the direction of water drainage from the heat exchange pipe. The vortex sections of the pipes 23 with nozzles 24 can be installed one after the other to ensure optimal heat transfer and to prevent scale scale of the longitudinal circular motion of the liquid, i.e. there may be several in a single heat transfer tube. The lower manifolds 2 and 10 are connected by nozzles 29.

Котел работает следующим образом. Продукты сгорания из верхней полости топочного пространства, ограниченной перегородками 11, огибают передний экран 18 и через заборные каналы 20 распределяются по боковым каналам 12, омывая промежуточные боковые экраны 8 и конвективную часть заднего экрана 4 в канале 13, направляются через отводящий газоход 21 в систему удаления, тем самым обеспечиваются поперечное обтекание теплообменных труб продуктами сгорания. При сжигании топлива в топочном пространстве осуществляется тепловое воздействие на экраны, характеризуемое неоднородностью радиационных и конвективных тепловых потоков. The boiler operates as follows. Combustion products from the upper cavity of the furnace space bounded by partitions 11 envelope the front screen 18 and are distributed through the side channels 12 through the intake channels 20, washing the intermediate side screens 8 and the convective part of the rear screen 4 in the channel 13, are directed through the exhaust gas duct 21 to the removal system thereby providing a transverse flow around the heat exchanger tubes with combustion products. When fuel is burned in the furnace space, heat is applied to the screens, which is characterized by the heterogeneity of radiation and convective heat fluxes.

Процессы циркуляции теплоносителя (воды) и теплообмена в котле осуществляются следующим образом. The processes of circulation of the coolant (water) and heat transfer in the boiler are carried out as follows.

Теплоноситель через патрубок подвода 16 поступает в нижний коллектор 14 заднего экрана 4, распределяется параллельно по теплообменным трубам с радиационной и конвективной поверхностями, поднимается вверх, нагревается и собирается в верхнем коллекторе 15 заднего экрана, далее направляется по верхним коллекторам 9 промежуточных экранов 8. Поток воды с верхних коллекторов распределяется и двигается вниз по теплообменным трубам промежуточных экранов 8, нагревается и собирается в нижнем коллекторе 10, через патрубок 29 проходит в коллекторы 7, далее, нагреваясь, поднимается по трубам промежуточных боковых и верхних экранов в коллекторы 6. Затем через коллектор 19 переднего экрана 18 распределяется по теплообменным трубам, окончательно нагревшись, поток теплоносителя отводится в сеть через патрубок 17. В теплообменных трубах 22 всех экранов теплоноситель нагревается следующим образом. На входе в теплообменную трубу поток, встретив перегородку 25 с отверстием, направляется в трубу 23 с соплами 24, установленную эксцентрично основной теплообменной трубе, далее, истекая из сопел в виде продольных щелей в зоне сужения несимметричного кольцевого сечения между трубами, поток вращается вдоль внутренней стенки трубы со скоростями, пропорциональными воздействующему тепловому потоку. За счет вращения потока, скорости которого обусловлены расходом, сечениями сопел-щелей и величинами эксцентриситета, обеспечивается максимальный эффект теплопередачи от стенки к теплоносителю, исключается образование накипи на поверхности стенки. В зависимости от величины необходимых скоростей вращательного винтового движения поток теплоносителя в теплообменной трубе может проходить через несколько секций труб с соплами. Движение вращающегося потока вдоль теплообменной трубы имеет характер подъемного, опускного, встречного или однонаправленного от входа или к входу в трубу в зависимости от места теплообменной трубы в соответствующем экране котла, расположения входа и выхода. The coolant through the inlet pipe 16 enters the lower collector 14 of the rear screen 4, is distributed in parallel through heat exchange pipes with radiation and convective surfaces, rises, heats up and collects in the upper collector 15 of the rear screen, then goes through the upper collectors 9 of the intermediate screens 8. Water flow from the upper collectors is distributed and moves down through the heat transfer pipes of the intermediate screens 8, heats up and collects in the lower manifold 10, passes through the pipe 29 to the collectors 7, yes it, when heated, rises through the pipes of the intermediate side and upper screens to the collectors 6. Then, through the collector 19 of the front screen 18, it is distributed through the heat exchange pipes, finally heating up, the heat carrier flow is diverted to the network through the pipe 17. In the heat transfer pipes 22 of all screens, the heat carrier is heated as follows . At the entrance to the heat exchange pipe, the flow, having met the baffle 25 with the hole, is sent to the pipe 23 with nozzles 24 mounted eccentrically to the main heat exchange pipe, then, flowing out of the nozzles in the form of longitudinal slots in the narrowing zone of the asymmetric annular cross-section between the pipes, the flow rotates along the inner wall pipes with speeds proportional to the heat flux. Due to the rotation of the flow, the speeds of which are determined by the flow rate, nozzle-slit cross sections and eccentricity values, the maximum heat transfer effect from the wall to the coolant is ensured, and scale formation on the wall surface is excluded. Depending on the magnitude of the necessary speeds of the rotational screw motion, the heat carrier flow in the heat exchange pipe can pass through several pipe sections with nozzles. The movement of the rotating flow along the heat exchanger pipe has the character of a lifting, lowering, oncoming or unidirectional from the entrance to the entrance to the pipe, depending on the location of the heat exchange pipe in the corresponding screen of the boiler, the location of the inlet and outlet.

Благодаря использованию труб с соплами, эксцентрично установленных внутри теплообменных труб, повышается эффективность теплообмена, удельная теплопроизводительность котла и снижаются эксплуатационные затраты за счет исключения накипеобразования в теплообменных трубах при теплопередаче от стенки к теплоносителю, перемещающемуся в несимметричном кольцевом сечении со скоростями, пропорциональными тепловым потокам радиационного и конвективного характеров, формируемым за счет направления движения продуктов сгорания поперек теплообменных труб. Thanks to the use of pipes with nozzles eccentrically installed inside the heat exchange pipes, the heat transfer efficiency, the specific heat output of the boiler are increased and operating costs are reduced due to the elimination of scale formation in the heat transfer pipes from heat transfer from the wall to the heat carrier moving in an asymmetric ring section with velocities proportional to the radiation and convective characters formed due to the direction of movement of the combustion products across the heat variables pipes.

Claims

1. A WATER BOILER comprising a housing, a firebox placed therein with front, top, rear and side framing screens from heat exchange pipes, as well as intermediate screens from heat exchange pipes installed in gas ducts connected to the exhaust system, while the pipe screens are connected to the corresponding collectors connected to the water supply and drainage system, characterized in that it further comprises pipes with nozzles and partitions placed in heat exchange pipes, while pipes with nozzles are fastened to the ice through the indicated partitions located on the water inlet side and the water outlet side are muffled and installed with the displacement of their axes in the zone of the heat flow distribution centers by an amount proportional to the displacement of the heat flow centers relative to the axes of the heat transfer pipes, in addition, the nozzles are installed tangentially zone of narrowing of the annular channel.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the nozzles are made in the form of slots of a diffuser profile, the passage sections of which decrease along the water.

3. The boiler according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least one additional partition installed in the heat exchange pipe to form sections.

4. The boiler according to claim 1, characterized in that it further comprises inclined half rings mounted on the outer surfaces of these pipes with nozzles.