RU2181467C1

RU2181467C1 - Sectional water boiler

Info

Publication number: RU2181467C1
Application number: RU2001113637/06A
Authority: RU
Inventors: нц Б.Е. Акопь; Б.Е. Акопьянц; А.И. Гольберг
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "СОРОК ВТОРОЙ ТРЕСТ"
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: thermal engineering; low- and medium-capacity water boilers. SUBSTANCE: proposed sectional water boiler has circulating tubes placed between top and bottom headers; jet nozzles are installed at inlets of these tubes to ensure multiple water circulation over closed loop in all combustion and convection sections; convection transfer surfaces are of different height reducing towards outlet of boiler stack gases. EFFECT: improved design, enhanced reliability and efficiency of boiler. 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к водогрейным котлам малой и средней мощности. The present invention relates to the field of power engineering, namely to small and medium capacity hot water boilers.

Известен водогрейный котел, содержащий верхний и нижний коллекторы, снабженные подводящим и отводящим патрубками и разделенные перегородками на отдельные секции, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева. Котел дополнительно снабжен раздающими и собирающими коллекторами с подводящим и отводящим патрубками, сообщенными через дополнительные отводы с отсеками коллекторов. Собирающие трубопроводы могут иметь переменное проходное сечение (авторское свидетельство СССР 974057, кл. F 24 Н 1/14, опубл. 15.11.82 г.). Known hot water boiler containing the upper and lower collectors, equipped with inlet and outlet pipes and separated by partitions into separate sections, to which the pipes of the furnace screens and convective heating surfaces are connected. The boiler is additionally equipped with distributing and collecting manifolds with inlet and outlet pipes communicated through additional taps with collector compartments. Collecting pipelines may have a variable flow area (USSR author's certificate 974057, class F 24 H 1/14, publ. 11/15/82).

В известной конструкции поперечные перегородки, установленные в коллекторах, разделяют котел на ряд контуров с последовательным подъемно-опускным движением воды в них. Это движение воды происходит по необогреваемым или по обогреваемым трубам. Конструкция котла с необогреваемыми трубами приводит к перерасходу металла. В случае использования обогреваемых опускных труб приходится осуществлять опускное движение воды по высокофорсированным теплонапряженным трубам, что приводит к необходимости обеспечения повышенных скоростей воды и, соответственно, к увеличению гидравлического сопротивления котла. In a known design, the transverse partitions installed in the collectors divide the boiler into a series of circuits with a successive lifting and lowering movement of water in them. This movement of water occurs through unheated or heated pipes. The design of the boiler with unheated pipes leads to overuse of metal. In the case of using heated lowering pipes, it is necessary to carry out the lowering movement of water through highly accelerated heat-stressed pipes, which leads to the need to ensure increased water speeds and, accordingly, to increase the hydraulic resistance of the boiler.

Установка поперечных перегородок в коллекторах известной конструкции котла ликвидирует продольные токи воды, охлаждающие обогреваемые участки коллекторов, что способствует также отложению в них шлама. The installation of transverse partitions in the collectors of the known boiler design eliminates the longitudinal currents of water cooling the heated sections of the collectors, which also contributes to the deposition of sludge in them.

При внезапной остановке сетевых насосов может происходить "запаривание" части контуров котла, то есть вскипание в них воды. В этом случае при последующем пуске происходит конденсация пара в трубной системе котла, что приводит к гидравлическим ударам и может вызвать разрушение элементов котла, арматуры и трубопроводов теплосети. When the mains pumps suddenly stop, some of the boiler circuits may “steam up”, that is, boil water in them. In this case, during the subsequent start-up, condensation of steam occurs in the boiler pipe system, which leads to water hammer and can cause destruction of the boiler elements, valves and pipelines of the heating system.

В известной конструкции проблема "запаривания" котла решалась с помощью установки собирающих трубопроводов, сообщенных с отсеками коллекторов и с подводящим и отводящим патрубками. При этом с патрубками трубопроводы сообщены через запорные органы, которые следует при внезапном останове сетевых насосов быстро открыть во избежании "запаривания" котла. Требование быстрого вмешательства в работу котла при внезапной ситуации осложняет схему перетока воды из котла в сеть и, как следствие, снижает его надежность. In a known design, the problem of “steaming” the boiler was solved by installing collecting pipelines in communication with the collector compartments and with the inlet and outlet pipes. At the same time, the pipelines are connected to the pipes through shut-off bodies, which should be quickly opened when the mains pumps are suddenly stopped in order to avoid boiler "steaming". The requirement for quick intervention in the operation of the boiler in a sudden situation complicates the flow of water from the boiler to the network and, as a result, reduces its reliability.

Известна конструкция секционного водогрейного котла, наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой, в которой устранены недостатки вышеприведенного аналога. A known design of a sectional hot water boiler, the closest in technical essence and the achieved result to the claimed one, in which the disadvantages of the above analogue are eliminated.

Секционный водогрейный котел включает снабженные подводящим и отводящим патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб. Секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору. Подводящий патрубок сетевой воды сообщен с нижними горизонтальными трубами части секций посредством струйных сопел, установленных в нижнем коллекторе на входе в каждую горизонтальную трубу секций. По вертикальным трубам этих секций происходит подъемное движение воды в котле. Для подъемного движения воды обычно выбирают трубы топочных экранов и первые по ходу газов трубы первых нескольких конвективных поверхностей нагрева, то есть наиболее теплонапряженные трубы этих поверхностей нагрева. Подводящий патрубок сетевой воды также сообщен посредством струйных сопел, установленных в верхнем коллекторе с одной или несколькими верхними горизонтальными трубами остальных секций, не задействованных в подъемном движении воды. По вертикальным трубам этой секции (или секций) происходит опускное движение воды в котле. Количество секций, подключенных посредством струйных сопел, расположенных в верхнем коллекторе, определяется в каждом конкретном случае в зависимости от проходных сечений секций. В секциях, не снабженных струнными соплами, может происходить как подъемное, так и опускное движение воды (полезная модель РФ 5845, кл. F 24 Н 1/10, опубл. 16.01.98 г. - прототип). Sectional boiler includes upper and lower collectors equipped with inlet and outlet pipes of network water, to which pipes of furnace screens and convective heating surfaces are connected, made in the form of rectangular sections consisting of vertical and horizontal smooth pipes. Sections are connected by lower horizontal pipes to the lower collector, and upper horizontal pipes to the upper collector. The supply pipe of network water is in communication with the lower horizontal pipes of part of the sections by means of jet nozzles installed in the lower manifold at the inlet of each horizontal pipe of the sections. The vertical pipes of these sections are lifting water movement in the boiler. For the lifting movement of water, tubes of furnace screens and the first pipes of the first several convective heating surfaces along the gases are usually chosen, that is, the most heat-stressed pipes of these heating surfaces. The supply pipe of the network water is also communicated by means of jet nozzles installed in the upper manifold with one or more upper horizontal pipes of the remaining sections not involved in the lifting movement of water. Through the vertical pipes of this section (or sections) there is a downward movement of water in the boiler. The number of sections connected by means of jet nozzles located in the upper manifold is determined in each case, depending on the sectional sections. In sections not equipped with string nozzles, both upward and downward movement of water can occur (utility model of the Russian Federation 5845, class F 24 H 1/10, publ. 01/16/98 - prototype).

В приведенной конструкции котел не разделен на ряд последовательных контуров с подъемно-опускным движением воды в них. Вода одновременно подается с помощью струйных сопел в верхний и нижний коллекторы и в котле создается многократная круговая циркуляция воды за счет эжекции соплами воды из коллекторов, что обеспечивает помимо интенсивного охлаждения труб также и интенсивное движение воды по коллекторам, что препятствует отложению в них шлама. In the above design, the boiler is not divided into a series of successive circuits with lifting and lowering movement of water in them. Water is simultaneously supplied through jet nozzles to the upper and lower collectors and multiple circular water circulation is created in the boiler due to ejection of water from the collectors by nozzles, which provides, in addition to intensive cooling of the pipes, also intensive movement of water through the collectors, which prevents sludge from being deposited in them.

При внезапном останове сетевых насосов "запаривания" котла не происходит, так как в этом случае вся вода (или пароводяная смесь) путем принудительной циркуляции будет отведена из котла через отводящий патрубок в сеть. In case of a sudden shutdown of the network pumps, the boiler does not “steal”, since in this case all water (or the steam-water mixture) will be diverted from the boiler by forced circulation through the outlet pipe into the network.

Однако в известной конструкции струйные сопла, установленные на входе в каждую горизонтальную трубу секции, имеют сравнительно небольшой диаметр (6-10 мм) проходного отверстия, определяемый из расчета пропорциональности расхода соответствующему тепловосприятию каждой секции. Это может привести в процессе эксплуатации к забиванию этих сопел, что снижает надежность работы водогрейного котла и требует частой чистки сопел, то есть остановки котла. However, in the known construction, the jet nozzles installed at the inlet of each horizontal pipe of the section have a relatively small diameter (6-10 mm) of the passage opening, determined from the calculation of the proportionality of the flow rate to the corresponding heat perception of each section. This can lead to clogging of these nozzles during operation, which reduces the reliability of the boiler and requires frequent cleaning of the nozzles, that is, stopping the boiler.

Скорости дымовых газов в конвективных пучках, состоящих из прямоугольных секций и выполненных из гладких труб, снижаются по мере прохождения газов по тракту котла из-за снижения температуры газов. Это приводит к снижению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева, а следовательно, и эффективности их использования из-за снижения коэффициента теплопередачи, а при сжигании твердых топлив может привести еще и к заносу золой конвективных поверхностей нагрева, что также снижает эффективность их использования. Flue gas velocities in convective beams consisting of rectangular sections and made of smooth pipes decrease as gases pass through the boiler path due to lower gas temperatures. This leads to a decrease in heat perception of convective heating surfaces and, consequently, to the efficiency of their use due to a decrease in the heat transfer coefficient, and, when burning solid fuels, it can also lead to drift of convective heating surfaces by ash, which also reduces the efficiency of their use.

Указанные выше недостатки приводят к снижению КПД котла. The above disadvantages lead to a decrease in boiler efficiency.

Технической задачей изобретения является создание новой конструкции секционного водогрейного котла, обладающей повышенной надежностью и высоким КПД. An object of the invention is the creation of a new design of a sectional hot water boiler with increased reliability and high efficiency.

Техническая задача решается тем, что в секционном водогрейном котле, включающем снабженные подводящими и отводящими патрубками сетевой воды верхний и нижний коллекторы, к которым подключены трубы топочных экранов и конвективные поверхности нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции подключены нижними горизонтальными трубами к нижнему коллектору, а верхними горизонтальными трубами к верхнему коллектору, при этом подводящие патрубки сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами нижнего коллектора, а посредством струйных сопел, установленных на входе в одну или на входах в несколько горизонтальных труб верхнего коллектора, с верхним коллектором, согласно изобретению между верхним и нижним коллекторами установлены трубы рециркуляции, на входах в которые в верхнем коллекторе установлены струйные сопла для обеспечения многократной круговой циркуляции воды во всех топочных и конвективных секциях, причем конвективные поверхности нагрева выполнены равновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла. The technical problem is solved in that in a sectional hot water boiler, including upper and lower collectors equipped with inlet and outlet pipes of network water, to which pipes of the furnace screens and convective heating surfaces connected in the form of rectangular sections consisting of vertical and horizontal smooth pipes are connected, and sections are connected by lower horizontal pipes to the lower collector, and upper horizontal pipes to the upper collector, while the supply pipes of the network water are in communication with lower horizontal pipes of the lower collector, and by means of jet nozzles installed at the entrance to one or at the entrances to several horizontal pipes of the upper collector, with the upper collector, according to the invention, recirculation pipes are installed between the upper and lower collectors, in the inlets of which there are jet nozzles for providing multiple circular circulation of water in all furnace and convective sections, moreover, convective heating surfaces are made equal in height with their mind sheniem towards the flue gas exiting the boiler.

В таком секционном водогрейном котле установка между верхним и нижним коллекторами труб рециркуляции предполагает размещение в верхнем коллекторе на входах труб рециркуляции струйных сопел с диаметрами проходных отверстий, способствующих устранению их забивания при эксплуатации, что, устраняя необходимость установки струйных сопел с малыми проходными отверстиями на входе в каждую нижнюю горизонтальную трубу топочных и части конвективных секций, обеспечивает во всех секциях многократную круговую циркуляцию воды, существенно повышая надежность работы струйных сопел, а следовательно, и всей гидравлической системы котла в целом. In such a sectional boiler, the installation between the upper and lower collectors of the recirculation pipes involves placing in the upper collector at the inlets of the recirculation pipes of the jet nozzles with diameters of the passage openings, eliminating their clogging during operation, which eliminating the need to install jet nozzles with small passage openings at the entrance to the each lower horizontal pipe of the furnace and parts of convection sections, provides in all sections multiple circular water circulation, significantly increasing I am the reliability of the jet nozzles, and therefore the entire hydraulic system of the boiler as a whole.

Выполнение конвективных поверхностей нагрева разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла приводит к постоянству скоростей дымовых газов в конвективных пучках, а следовательно, к увеличению тепловосприятия конвективных поверхностей нагрева и к уменьшению заноса золой поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив. The implementation of convective heating surfaces of different heights with their decrease towards the exit of the flue gases from the boiler leads to a constant velocity of the flue gases in convective beams, and consequently, to an increase in the heat perception of convective heating surfaces and to a decrease in the ash drift of the heating surfaces when burning solid fuels.

Эти обстоятельства повышают эффективность использования конвективных поверхностей нагрева, а следовательно, повышают КПД котла. These circumstances increase the efficiency of using convective heating surfaces, and therefore increase the efficiency of the boiler.

Сопоставительный анализ заявляемой конструкции секционного водогрейного котла и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемой конструкции по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". A comparative analysis of the claimed design of the sectional boiler and the prototype reveals the distinctive features of the claimed design in comparison with the closest analogue, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "novelty."

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентным и научно-техническим источникам информации не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод, что заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия". Since when examining the object of the invention according to patent and scientific and technical sources of information, no solutions were found containing the features of the claimed invention that are different from the prototype, it should be concluded that the claimed invention meets the criterion of "significant differences".

Использование конструкции по заявляемому изобретению в области теплоэнергетики обеспечивает ей соответствие критерию "промышленная применимость". The use of the design according to the claimed invention in the field of heat power ensures its compliance with the criterion of "industrial applicability".

Конструкция по предлагаемому изобретению изображена на чертежах, где на фиг.1 представлен общин вид котла, на фиг.2 - вид на котел спереди, на фиг.3 - разрез по А-А, на фиг.4 - разрез по Б-Б, на фиг.5 - разрез по В-В, на фиг. 6 - разрез по Г-Г. The construction according to the invention is shown in the drawings, in which Fig. 1 is a communal view of the boiler, Fig. 2 is a front view of the boiler, Fig. 3 is a section along A-A, Fig. 4 is a section along BB, in Fig.5 is a section along BB, in Fig. 6 - section along G-G.

Секционный водогрейный котел включает снабженные подводящими 1 и отводящими 2 патрубками сетевой воды верхний 3 и нижний 4 коллекторы, к которым подключены трубы 5 экранов и конвективные поверхности 6 нагрева, выполненные в виде прямоугольных секций 7, состоящих из вертикальных и горизонтальных гладких труб, причем секции 7 подключены нижними горизонтальными трубами 8 к нижнему коллектору 4, а верхними горизонтальными трубами 9 к верхнему коллектору 3, при этом подводящие патрубки 1 сетевой воды сообщены с нижними горизонтальными трубами 8 секций 7 посредством струйных сопел 10 верхнего коллектора 3, установленных на входах труб рециркуляции 11, расположенных между верхним 3 и нижним 4 коллекторами, а также сообщенные посредством струйных сопел 12, установленных на входе в одну или несколько горизонтальных труб 9 верхнего коллектора 3, при этом конвективные поверхности 6 нагрева выполнены разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла. Sectional boiler includes upper 3 and lower 4 collectors equipped with inlet 1 and outlet 2 pipes of network water, to which pipes 5 of screens and convective heating surfaces 6 are connected, made in the form of rectangular sections 7, consisting of vertical and horizontal smooth pipes, sections 7 connected by lower horizontal pipes 8 to the lower manifold 4, and upper horizontal pipes 9 to the upper collector 3, while the supply pipes 1 of the network water are in communication with the lower horizontal pipes 8 sec 7 by means of jet nozzles 10 of the upper collector 3 installed at the inlets of the recirculation pipes 11 located between the upper 3 and lower 4 collectors, as well as communicated by means of the jet nozzles 12 installed at the entrance to one or more horizontal pipes 9 of the upper collector 3, while convective heating surfaces 6 are made of different heights with their decrease towards the exit of flue gases from the boiler.

При работе секционного водогрейного котла сетевая вода подается через подводящие патрубки 1 в нижний коллектор 4 через струйные сопла 10 верхнего коллектора 3, установленные на входах труб рециркуляции 11, а также к струйным соплам 12 верхнего коллектора 3. Из коллектора 4 сетевая вода поступает в нижние горизонтальные трубы 8 прямоугольных секций 7 и по вертикальным высоконагруженным трубам топочных экранов 5 и высоконагруженным трубам конвективных поверхностей нагрева 6 поступает в верхний коллектор 3, осуществляя подъемное движение воды. Одновременно сетевая вода через струйные сопла 12 поступает в горизонтальные трубы 9 верхнего коллектора 3 и оттуда - в нижний коллектор 4 и в нижние горизонтальные трубы 8, осуществляя опускное движение воды и обеспечивая многократную круговую циркуляцию воды во всех топочных и конвективных секциях 7. During the operation of a sectional hot water boiler, the network water is supplied through the inlet pipes 1 to the lower collector 4 through the jet nozzles 10 of the upper collector 3 installed at the inlets of the recirculation pipes 11, as well as to the jet nozzles 12 of the upper collector 3. From the collector 4, the network water flows into the lower horizontal pipes 8 of rectangular sections 7 and through vertical highly loaded pipes of the furnace screens 5 and highly loaded pipes of convective heating surfaces 6 enters the upper collector 3, carrying out a lifting movement of water. At the same time, the network water through the jet nozzles 12 enters the horizontal pipes 9 of the upper collector 3 and from there to the lower collector 4 and the lower horizontal pipes 8, by lowering the movement of water and providing multiple circular water circulation in all furnace and convection sections 7.

Подъемное движение сетевой воды по вертикальным высоконагруженным трубам экранов 5 и трубам конвективных поверхностей 6 происходит в районе высокофорсированных топочных экранов и первых рядов труб первых по ходу газов конвективных поверхностей нагрева. В слабонагруженных секциях конвективных поверхностей нагрева может происходить как подъемное, так и опускное движение воды. The lifting movement of network water along the vertical highly loaded pipes of the screens 5 and the pipes of the convective surfaces 6 occurs in the region of highly accelerated furnace screens and the first rows of pipes of the first convective heating surfaces along the gases. In lightly loaded sections of convective heating surfaces, both lifting and lowering water movements can occur.

Нагретая в котле вода отводится потребителю через отводящие патрубки 2, установленные на верхнем коллекторе 3. The water heated in the boiler is discharged to the consumer through the outlet pipes 2 installed on the upper collector 3.

При этом выполнение конвективных поверхностей 6 нагрева разновеликими по высотам с их уменьшением в сторону выхода дымовых газов из котла стабилизирует скорости дымовых газов в конвективных пучках и поэтому увеличивает тепловосприятие конвективных поверхностей 6 и уменьшает их занос золой при сжигании твердых топлив, повышая КПД котла. At the same time, the implementation of convective heating surfaces 6 with different heights with their decrease towards the exit of the flue gases from the boiler stabilizes the speeds of the flue gases in convective beams and therefore increases the thermal perception of convective surfaces 6 and reduces their drift with ash when burning solid fuels, increasing the efficiency of the boiler.

Claims

Sectional boiler, including the upper and lower collectors equipped with inlet and outlet pipes of network water, to which the tubes of the furnace screens and convective heating surfaces are connected, made in the form of rectangular sections consisting of vertical and horizontal smooth pipes, the sections being connected by lower horizontal pipes to the lower to the collector, and the upper horizontal pipes to the upper collector, while the supply pipes of the network water are in communication with the lower horizontal pipes to the bottom about the collector, and by means of jet nozzles installed at the entrance to one or at the entrances to several horizontal pipes of the upper collector, with an upper collector, characterized in that recirculation pipes are installed between the upper and lower collectors, at the inlets of which there are jet nozzles in the upper collector to ensure multiple circular circulation of water in all furnace and convective sections, moreover, convective heating surfaces are made of different heights with their decrease towards the exit of flue gas from the boiler.