RU2120581C1

RU2120581C1 - Heating boiler

Info

Publication number: RU2120581C1
Application number: RU96119410A
Authority: RU
Inventors: В.А. Корягин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Елань"
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: low-capacity heating boilers. SUBSTANCE: heating boiler has furnace space bounded by front wall 10, rear wall 11, upper shield 6 and side walls 12 and 13 connected over perimeter of furnace space by means of lower header 14 and upper header 15 for water inlet and outlet; boiler includes also convection tube bank 3 bounded by gastight walls of boiler and separated from rear wall 11 by baffle partition 2. Mounted in upper portion of furnace space 1 is longitudinal convection tube bank 4 which forms gas- transfer chamber together with upper shield 6 over entire length of boiler. Part of bank 4 is located above downtake convection bank 3 by means of partition 7 extended as far as chamber. Each header is open at farthest point from water inlet/outlet. EFFECT: intensification of heat transfer from hot gases to water. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах малой мощности. The invention relates to a power system and can be used in boilers of low power.

Известен отопительный котел, содержащий топочное пространство, огражденное передним и задним потолочным и боковыми экранами, соединенными по периметру топочного пространства нижним и верхним контурными коллекторами для входа-выхода воды, а также опускной конвективный пучок, отделенный от заднего экрана отбойной перегородкой. A heating boiler is known that contains a furnace space enclosed by front and rear ceiling and side screens connected along the perimeter of the furnace space by lower and upper contour collectors for water inlet-outlet, as well as a lower convective beam separated from the rear screen by a baffle plate.

Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа (см. авт. св. СССР N1691675, опубл. 15.11.91), является возможность конденсации водяных паров и образования серной кислоты на поверхности водяных труб вследствие несогласованности температурных потоков воды и газа, а также налипание зольных частиц и снижение теплопередачи. Это приводит к низкой эффективности работы котла, что подтверждается достаточно высокими температурами отходящих газов. The disadvantage of this device, selected as a prototype (see ed. St. USSR N1691675, publ. 15.11.91), is the possibility of condensation of water vapor and the formation of sulfuric acid on the surface of water pipes due to inconsistency of the temperature flows of water and gas, as well as sticky ash particles and reduced heat transfer. This leads to a low efficiency of the boiler, which is confirmed by the rather high temperatures of the exhaust gases.

Заявленное техническое решение отличается тем, что в известном отопительном котле, содержащем топочное пространство, огражденное передним, задним, потолочным и боковыми экранами, соединенными по периметру топочного пространства нижним и верхним контурными коллекторами для входа-выхода воды, а также опускной конвективный пучок, ограниченный газонепроницаемыми стенками котла и отделенный от заднего экрана отбойной перегородкой, в верхней части топочного пространства установлен продольный конвективный пучок, образующий с верхним экраном по всей длине котла газоперепускную камеру, причем часть пучка посредством продленной до камеры перегородки размещена над опускным конвективным пучком, а каждый из контурных коллекторов выполнен разомкнутым в наиболее удаленной точке от входа-выхода воды, при этом вход воды осуществляется в нижний контурный коллектор и через передний, задний и боковые экраны в верхний контурный коллектор, выход из которого соединен с нижней точкой опускного конвективного пучка, а потолочный экран и продольный конвективный пучок являются продолжением опускного конвективного пучка. The claimed technical solution is characterized in that in a known heating boiler containing a combustion space enclosed by front, rear, ceiling and side shields connected along the perimeter of the combustion space by the lower and upper contour manifolds for water inlet and outlet, as well as a lower convection beam limited by gas-tight the walls of the boiler and separated from the rear screen by a baffle plate, in the upper part of the furnace space there is a longitudinal convective beam forming with the upper screen along the entire length of the boiler, a gas transfer chamber, with a part of the beam placed above the lowering convective beam through the baffle extended to the chamber, and each of the circuit collectors is open at the farthest point from the water inlet-outlet, while the water inlet is into the lower circuit collector and through front, rear and side screens to the upper contour manifold, the output of which is connected to the lower point of the lowering convective beam, and the ceiling screen and the longitudinal convective beam are continued it downflow convection beam.

Сущность изобретения состоит в следующем. The invention consists in the following.

Одним из отличительных признаков заявленного технического решения является введение в верхней части топочного пространства продольного конвективного пучка, способствующего более интенсивной теплопередаче от наиболее горячих потоков газа воде, циркулирующей в трубах конвективного пучка. При этом за счет образованной газоперепускной камеры трубы потолочного экрана омываются равномерно по всей длине, обеспечивая теплоперенос по максимальной поверхности, а продленная до перепускной камеры перегородка является направляющей, разделяющей поток газов на восходящий и опускной. Очевидно, что в данном случае в сравнении с прототипом поток газов имеет больший пробег, а это существенно улучшает перемешивание продуктов горения в самом потоке, в результате чего успевают догорать несгоревшие в топочном пространстве частицы топлива. За счет более полного сгорания не только повышается КПД котла, но и снижается загрязнение атмосферы. Это способствует тому, что в зоне опускного конвективного пучка выходящие газы будут иметь меньшую температуру, устраняя возможность перегрева при встрече потока высокотемпературных газов с относительно холодной водяной средой в трубах опускного конвективного пучка. В свою очередь, подача предварительно нагретой в топочном пространстве воды в нижнюю часть опускного конвективного пучка исключает конденсацию воды. При этом снижение температуры газов на выходе из котла как раз и свидетельствует о повышении эффективности котла, его КПД. One of the distinguishing features of the claimed technical solution is the introduction of a longitudinal convective beam in the upper part of the furnace space, which contributes to more intense heat transfer from the hottest gas flows to the water circulating in the convection beam pipes. At the same time, due to the formed gas transfer chamber, the pipes of the ceiling screen are washed uniformly along the entire length, providing heat transfer along the maximum surface, and the partition extended to the bypass chamber is a guide that separates the gas flow into the ascending and descending ones. Obviously, in this case, in comparison with the prototype, the gas stream has a greater range, and this significantly improves the mixing of the combustion products in the stream itself, as a result of which fuel particles that are not burnt in the furnace space have time to burn out. Due to more complete combustion, not only increases the efficiency of the boiler, but also reduces atmospheric pollution. This contributes to the fact that in the zone of the lower convective beam, the outgoing gases will have a lower temperature, eliminating the possibility of overheating when the high-temperature gas stream meets a relatively cold aqueous medium in the pipes of the lowering convective beam. In turn, the supply of water preheated in the furnace space to the lower part of the lowering convective beam eliminates water condensation. At the same time, a decrease in the temperature of the gases leaving the boiler just indicates an increase in the efficiency of the boiler and its efficiency.

Другим отличительным признаком предложенного изобретения является то, что контурные коллекторы экранов выполнены разомкнутыми в наиболее удаленной точке от входа-выхода воды. Такое выполнение создает не просто организованное движение потока воды в трубах экранов и коллекторах, но и за счет естественного потока (саморегулирования) позволяет устранить как "мертвые" объемы, так и быстро- или вялотекущие потоки воды, а значит, возможность недогрева или перегрева. Опыт эксплуатации аналогичных контурных схем подтверждает, что именно угловые участки являются чаще всего застойными зонами, за счет чего более прямые участки как бы берут на себя функции застойных зон и, естественно, оказываются в более теплонагруженном состоянии. Заявленный же признак позволяет не только устранить слабофункциональные зоны водяного контура, но и, что самое главное, обеспечить равномерный, более организованный поток воды по всем экранам, связанным друг с другом контурными коллекторами. Таким образом, устраняется возможность образования или застойных зон, могущих привести к локальному перегреву, или недогретых зон с большей скоростью воды в трубах. Another distinguishing feature of the proposed invention is that the contour collectors of the screens are made open at the farthest point from the input-output of water. This design creates not only an organized movement of the water flow in the pipes of the screens and collectors, but also due to the natural flow (self-regulation), it allows to eliminate both dead volumes and fast or sluggish water flows, which means the possibility of underheating or overheating. The operating experience of similar contour schemes confirms that it is the angular sections that are most often stagnant zones, due to which the more straight sections seem to assume the functions of stagnant zones and, naturally, find themselves in a more heat-loaded state. The claimed feature allows not only to eliminate poorly functional zones of the water circuit, but, and most importantly, to ensure a uniform, more organized flow of water across all screens connected to each other by contour collectors. Thus, the possibility of the formation of either stagnant zones, which can lead to local overheating, or underheated zones with a higher water velocity in the pipes, is eliminated.

Совместное использование указанных признаков позволяет получить новое свойство, а именно взаимодействие удлиненного газового потока за счет введения верхнего конвективного пучка и продленной газонепроницаемой перегородки с более равномерным потоком воды в трубах экранов за счет выполнения контурных коллекторов разомкнутыми позволяет организовать более эффективную теплопередачу путем согласования температурных зон котла. Кроме того, вход воды осуществляется в нижний контурный коллектор и через передний, задний и боковые экраны в верхний контурный коллектор, выход из которого соединен с нижней точкой опускного конвективного пучка, а потолочный экран и продольный конвективный пучок являются продолжением опускного конвективного пучка. Именно поэтому более высокотемпературные потоки газов (порядка 1200^oC) приходятся на участки труб (верхний конвективный пучок и потолочный экран), где вода уже предварительно нагрета до высоких температур. При этом поступающая вода в опускной конвективный пучок, предварительно нагретая в экранах, уже взаимодействует с меньшими температурами (600^oC) газового потока. Как видно, и в том, и в другом случаях устраняется возможность конденсации водяных паров при встрече горячих газов с относительно холодной поверхностью труб, а значит, и возможное налипание золовых частиц с последующим ухудшением процесса теплопередачи. Очевидно и то, что поток воды в верхнем конвективном пучке, отделенный от потолочного экрана перепускной камерой и разделенный дополнительно газонепроницаемой перегородкой, удачно согласуется с потоком газа по принципу противотока.The joint use of these features allows you to get a new property, namely the interaction of an elongated gas stream due to the introduction of the upper convective beam and an extended gas-tight partition with a more uniform water flow in the screen tubes due to the performance of open-loop circuit collectors allows you to organize more efficient heat transfer by coordinating the temperature zones of the boiler. In addition, water enters the lower contour collector and through the front, rear and side screens into the upper contour collector, the outlet of which is connected to the lower point of the lowering convective beam, and the ceiling screen and longitudinal convective beam are a continuation of the lowering convective beam. That is why higher-temperature gas flows (of the order of 1200 ^o C) occur in pipe sections (upper convective beam and ceiling screen), where water is already preheated to high temperatures. In this case, the incoming water into the lowering convective beam, previously heated in the screens, already interacts with lower temperatures (600 ^o C) of the gas stream. As can be seen, in both cases the possibility of condensation of water vapor during the meeting of hot gases with the relatively cold surface of the pipes, and, therefore, the possible adhesion of ash particles with subsequent deterioration of the heat transfer process, is eliminated. It is also obvious that the water flow in the upper convective beam, separated from the ceiling screen by a bypass chamber and separated by an additional gas-tight partition, is successfully consistent with the gas flow according to the counterflow principle.

Таким образом, в предложенном техническом решении путем внесения отмеченных конструктивных изменений выдерживается более согласованное соотношение температурного градиента потока газов с температурными градиентами соответствующих участков потока воды, что и обеспечивает снижение температуры выходящих из котла газов, т.е. их более полное срабатывание, а значит, и повышение КПД котла. Thus, in the proposed technical solution, by making the noted design changes, a more consistent ratio of the temperature gradient of the gas flow with the temperature gradients of the corresponding sections of the water flow is maintained, which ensures a decrease in the temperature of the gases leaving the boiler, i.e. their more complete operation, and therefore, increased boiler efficiency.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена схема котла в разрезе. Figure 1 presents a diagram of the boiler in the context.

На фиг.2 - схемы водяных экранов, связанных коллекторами. Figure 2 - scheme of water screens connected by collectors.

На фигурах обозначено: 1 - топочное пространство; 2 - отбойная перегородка ; 3 - опускной конвективный пучок; 4 - продольный конвективный пучок; 5 - газоперепускная камера; 6 - экран потолочный; 7 - дополнительная газонепроницаемая перегородка; 8 - восходящий поток газов; 9 - опускной поток газов; 10 - передний экран; 11 - задний экран; 12 и 13 - боковые экраны; 14 - нижний контурный коллектор; 15 - верхний контурный коллектор; 16 - патрубок входа воды; 17 - патрубок выхода воды; 18 - место разрыва в нижнем коллекторе; 19 - место разрыва в верхнем коллекторе; 20 - патрубок выхода воды из верхнего контурного коллектора 15. Стрелками на фиг.2 обозначено направление потока воды. In the figures indicated: 1 - furnace space; 2 - baffle plate; 3 - lowering convective beam; 4 - longitudinal convective beam; 5 - gas transfer chamber; 6 - ceiling screen; 7 - additional gas-tight partition; 8 - upward flow of gases; 9 - lowering gas flow; 10 - front screen; 11 - rear screen; 12 and 13 - side screens; 14 - lower contour collector; 15 - upper contour manifold; 16 - pipe inlet water; 17 - pipe outlet water; 18 - place of a gap in the lower manifold; 19 - place of a gap in the upper manifold; 20 - pipe outlet of water from the upper loop collector 15. The arrows in figure 2 indicate the direction of water flow.

Отопительный котел содержит топочное пространство 1, ограниченное отбойной перегородкой 2, за которой размещен опускной конвективный пучок 3. Над топочным пространством 1 расположен продольный конвективный пучок 4 и отделенный от него газоперепускной камерой 5 потолочный экран 6. Дополнительная газонепроницаемая перегородка 7 является продолжением отбойной перегородки 2 и делит продольный конвективный пучок 4 на восходящий 8 и опускной 9 потоки газов. Поверхности топочного пространства 1 выполнены в виде водяных экранов - потолочного 6, а также переднего 10, заднего 11 и боковых 12 и 13 (фиг.2), соединяющих нижний 14 и верхний 15 контурные коллекторы с патрубками входа 16 и выхода 20 нагреваемой воды, причем контурные коллекторы 14 и 15 разомкнуты в наиболее удаленных точка соответственно 18 и 19. Общий выход нагретой воды из котла осуществляется через патрубок 17 выхода воды. The heating boiler contains a furnace space 1 bounded by a baffle plate 2, behind which a lower convective bundle 3 is placed. A longitudinal convective bundle 4 and a ceiling screen 6 separated from it by a gas transfer chamber 5 are located above the furnace space 6. An additional gas-tight partition 7 is a continuation of the baffle plate 2 and divides the longitudinal convective bundle 4 into ascending 8 and lowering 9 gas flows. The surface of the furnace space 1 is made in the form of water screens - ceiling 6, as well as front 10, rear 11 and side 12 and 13 (figure 2), connecting the lower 14 and upper 15 contour collectors with nozzles of the input 16 and output 20 of the heated water, and loop collectors 14 and 15 are open at the most distant points, respectively 18 and 19. The total output of heated water from the boiler is through the pipe 17 of the water outlet.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Образующийся от сгорания топлива в топочном пространстве 1 восходящий поток газов 8, ограниченный отбойной перегородкой 2 и дополнительной перегородкой 7, проходит часть продольного конвективного пучка 4 по газоперепускной камере 5, образованной пучком 4 и экраном 6, огибает дополнительную перегородку 7, переходя в опускной поток 9 газов, который проходит другую часть 4 и опускной конвективный пучок 3, после чего выходит из котла в атмосферу. The upward gas flow 8 generated from the combustion of fuel in the furnace space 1, limited by the baffle plate 2 and the additional partition 7, passes part of the longitudinal convective bundle 4 through the gas transfer chamber 5, formed by the bundle 4 and the screen 6, envelops the additional partition 7, passing into the bypass stream 9 gases, which passes through the other part 4 and the downward convective beam 3, after which it leaves the boiler into the atmosphere.

Вода для нагрева в котел поступает через патрубок 16 (фиг.2) в нижний контурный коллектор 14 и по вертикальным трубам переднего 10, заднего 11 и боковых 12 и 13 экранов поступает в верхний контурный коллектор 15 и через его выходной патрубок 20 в опускной конвективный пучок 3. Пройдя пучок 3 снизу вверх, вода поступает одновременно в продольный конвективный пучок 4 и в потолочный экран 6, после чего через патрубок 17 направляется потребителю. Water for heating to the boiler enters through the pipe 16 (Fig. 2) to the lower loop collector 14 and through the vertical pipes of the front 10, rear 11 and side 12 and 13 screens enters the upper loop collector 15 and through its outlet pipe 20 into the lower convection beam 3. Having passed the beam 3 from the bottom up, water enters simultaneously into the longitudinal convective beam 4 and into the ceiling screen 6, after which it is sent to the consumer through the pipe 17.

Из представленных рисунков следует, что восходящий поток 8 газов, поднимаясь вверх, наиболее полно обеспечивает нагрев части продольного конвективного пучка 4 и отделенного от него газоперепускной камерой 5 потолочного экрана 6, причем именно за счет введения газоперепускной камеры 5 и осуществляется противоток, т. е. газы по газоперепускной камере 5 перемещаются слева направо, а вода в трубах экрана 6 и пучка 4, образующих эту камеру, протекает справа налево. Далее опускной поток 9 газов предварительного нагревает часть конвективного пучка 4, поэтому начальная часть пучка 4 взаимодействует с менее нагретым газом, а основная часть пучка 4 после предварительного нагрева взаимодействует в топочном пространстве 1 с наиболее высокой температурой газов. Таким образом, введенный в конструкцию отопительного котла продольный конвективный пучок 4, кроме того, что сам размещен в оптимальных температурных зонах, но и обеспечивает снижение температуры газов при выходе в опускную зону, т.е. при входе в опускной конвективный пучок 3, который уже находится в низкой температурной зоне, чем и исключается возможность перегрева или конденсации при встрече высокотемпературных потоков газа с относительно холодной водяной средой в трубах опускного пучка 3. Из представленных рисунков видно, что опускной (с более низкими температурами) поток 9 газов приходится на менее прогретые участки труб пучка 4 (размещенного в опускном участке) и на опускной пучок 3, а восходящий поток 8 газов (с высокими температурами) контактирует с более нагретыми участками труб экрана 6 и пучка 4, чем и обеспечивается согласование уровней температур потоков газов и воды. Этому в немалой степени способствует устранение возможных застойных зон в нижнем 14 и верхнем 15 коллекторах, контуры которых размещены в наиболее удаленных точках соответственно 18 и 19 от патрубков входа 16 и выхода 20 воды. From the presented figures it follows that the upward flow of gases 8, rising upward, most fully provides heating for part of the longitudinal convective beam 4 and the ceiling screen 6 separated from it by the gas transfer chamber 5, and it is precisely through the introduction of the gas transfer chamber 5 that the counterflow is carried out, i.e. Gases move from left to right through the gas transfer chamber 5, and water flows from right to left in the tubes of the screen 6 and the beam 4 forming this chamber. Next, the downstream gas stream 9 preheats a part of the convective beam 4, therefore, the initial part of the beam 4 interacts with a less heated gas, and the main part of the beam 4 after preheating interacts in the furnace space 1 with the highest gas temperature. Thus, the longitudinal convective bundle 4 introduced into the design of the heating boiler, in addition to being placed in the optimal temperature zones, also provides a reduction in the temperature of the gases when entering the lowering zone, i.e. at the entrance to the lowering convective beam 3, which is already in a low temperature zone, which excludes the possibility of overheating or condensation when high-temperature gas flows with relatively cold water medium in the pipes of the lowering beam 3. It can be seen from the presented figures that the lowering (with lower temperatures) the gas stream 9 falls on the less warmed sections of the tubes of the beam 4 (located in the lower section) and in the lower beam 3, and the upward stream of 8 gases (with high temperatures) comes into contact with the more heated sections of the tubes of the screen 6 and beam 4, which ensures the coordination of temperature levels of gas and water flows. This is largely facilitated by the elimination of possible stagnant zones in the lower 14 and upper 15 collectors, the contours of which are located at the most remote points 18 and 19, respectively, from the nozzles of the inlet 16 and the outlet 20 of the water.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

В серийно изготавливаемом котле типа КВМ-1,0 потолочный экран 6 размещался на такой высоте, что между экраном 6 и топочным пространством 1 размещался пучок 4 труб диаметром 61 мм в четыре ряда и длиной, равной длине потолочного экрана 4, при этом между экраном 6 и пучком 4 образовывалась перепускная камера 5 высотой 30 см. Дополнительная перегородка 7, являясь продолжением отбойной перегородки 2, доходила до верхних труб пучка 4, разделяя таким образом поток газов на восходящий 8 и опускной 9. На нижнем 14 и верхнем 15 коллекторах в противоположных точках соответственно 18 и 19 от патрубка входа 16 и выхода 20 воды контуры были рассоединены и заглушены. При испытании опытного образца отопительного котла с заявленными конструктивными изменениями при эксплуатации на рабочем режиме было отмечено, что при температуре в верхней части топочного пространства 1 1200^oC температура газов в опускной части пучка 4 составляла 600^oC, при этом температура уходящих из котла газов не превышала 200^oC, что свидетельствует о более эффективной работе котла.In a series-manufactured boiler of the KVM-1.0 type, the ceiling screen 6 was placed at such a height that between the screen 6 and the furnace space 1 there was a bundle of 4 pipes with a diameter of 61 mm in four rows and a length equal to the length of the ceiling screen 4, while between the screen 6 and beam 4 formed a bypass chamber 5 with a height of 30 cm. An additional partition 7, being a continuation of the baffle 2, reached the upper pipes of the beam 4, thus dividing the gas flow into ascending 8 and lower 9. On the lower 14 and upper 15 collectors at opposite points x, respectively, 18 and 19 from the branch pipe of the inlet 16 and the outlet 20 of the water circuits were disconnected and plugged. When testing a prototype heating boiler with the claimed design changes during operation, it was noted that at a temperature in the upper part of the furnace space of 1200 ^° C, the temperature of the gases in the lower part of the beam 4 was 600 ^° C, while the temperature of the gases leaving the boiler did not exceeded 200 ^o C, which indicates a more efficient operation of the boiler.

Заявленная конструкция отопительного котла может найти широкое применение в отопительных устройствах, поскольку вносимые несложные конструктивные изменения значительно перекрываются получаемым эффектом как в повышении КПД установки и меньшей загрязненностью окружающей среды, так и более надежной его эксплуатации и повышения срока службы. The claimed design of the heating boiler can be widely used in heating devices, since the simple structural changes introduced significantly overlap with the effect obtained both in increasing the efficiency of the installation and lower environmental pollution, as well as in more reliable operation and longer service life.

Claims

A heating boiler containing a furnace space bounded by a front, rear, ceiling and side shields connected along the perimeter of the furnace space by lower and upper contour collectors for water inlet-outlet, as well as a lower convection beam bounded by gas-tight boiler walls and separated from the rear screen by a baffle plate characterized in that a longitudinal convective beam is installed in the upper part of the furnace space, forming a gas bypass with a ceiling screen along the entire length of the boiler a chamber, and a part of the beam, by means of a partition extended to the chamber, is placed above the lower convective beam, and each of the loop collectors is made open at the farthest point from the water inlet-outlet, while the water inlet is made to the lower loop collector and through the front, rear and side screens - into the upper contour collector, the output of which is connected to the lower point of the lowering convective beam, and the ceiling screen and the longitudinal convective beam are a continuation of the lowering convective beam.