Результат интеллектуальной деятельности: КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Изобретение относится к котельной технике, в частности к котлам малой мощности с тепловой производительностью до 4,0 МВт с топочным устройством в виде наклонной переталкивающей решетки, может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий.

В настоящее время в практике Российского котлостроения развивается тенденция моноблочной поставки котлов и топочных устройств на объект, что значительно ускоряет выполнение монтажных работ и снижает затраты на строительство.

В данном случае корпус топочных устройств различных конструкций и их рамные основания используются как непосредственный фундамент топки котла (см. Котлы водогрейные Гефест: ОАО «Бийский котельный завод») шурующей планкой, тогда как конвективный блок котлов опирается на самостоятельные опорные стойки. Для этих целей разрабатываются котлы с прямоугольной топкой, образованной двумя нижними продольными коллекторами, на которые замыкаются вертикальные боковые экраны топки и вертикальные стояки конвективной части котла.

Известен также котел водогрейный прямоугольного поперечного сечения, включающий фундамент, на котором смонтированы топка и конвективный блок, при этом пространство топки, соответственно, снизу, спереди, с боков и сверху ограничено наклонной переталкивающей топочной решеткой, фронтовым, боковыми и потолочным топочными экранами, выполненными в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими двумя верхними и двумя нижними продольными коллекторами котла, причем топка примыкает к конвективному блоку, включающему конвективные газоходы, снабженные теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки коридорной компоновки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла (см. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок, М. , 1967, с.87-90, рис.II.41).

Недостаток этого решения - невозможность транспортировки котла единым блоком, кроме того, при использовании топочных устройств в виде решеток прямого хода или наклонной переталкивающей решетки изготовление котла совместно с топкой в виде единого блока становится затруднительным.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении возможности транспортировки котла в виде единого транспортируемого блока высокой готовности к работе.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении весогабаритных характеристик котла, уменьшении объема монтажных работ (отпадает необходимость обустройства фундамента) и, как следствие, затрат на строительство.

Для решения поставленной задачи котел водогрейный прямоугольного поперечного сечения, включающий фундамент, на котором смонтированы топка и конвективный блок, при этом пространство топки, соответственно, снизу, спереди, с боков и сверху ограничено наклонной переталкивающей топочной решеткой, фронтовым, боковыми и потолочным топочными экранами, выполненными в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими двумя верхними и двумя нижними продольными коллекторами котла, причем топка примыкает к конвективному блоку, включающему газоходы, снабженные теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки коридорной компоновки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла, отличается тем, что котел дополнительно снабжен осадительной камерой, при этом фундамент котла выполнен как единая опорная фундаментная рама, включающая корпус наклонной переталкивающей топочной решетки и корпус осадительной камеры, причем корпуса топки и конвективного блока оперты на единую опорную фундаментную раму и скреплены с ней, при этом как верхние, так и нижние продольные коллекторы котла выполнены как единые элементы топки и конвективного блока, с возможностью их использования как несущих балок длиной, соответствующей длине котла, причем нижние коллекторы на длине топочного пространства включают ступенчатые трубчатые участки, гидравлически связанные с примыкающими к ним, опертые на несущую конструкцию наклонной переталкивающей решетки, при этом длина труб, составляющих одну вертикальную панель, сообщенную с одним ступенчатым трубчатым участком, одинакова, но увеличивается по ступенчатым трубчатым участкам в сторону конвективного блока, кроме того, над наклонной переталкивающей решеткой, над участком, примыкающим к фронтовому экрану, смонтирован горизонтальный зажигательный свод из теплостойкого, теплоаккумулирующего материала, при этом горизонтальный зажигательный свод выполнен составным из шамотных кирпичей, опертых своими скошенными кромками на горизонтальные участки Г-образных опускных труб, верхние концы которых сообщены с поперечной связью потолочного экрана, а нижние - с нижним поперечным коллектором фронтового экрана, кроме того, по меньшей мере один из боковых топочных экранов вблизи от зажигательного свода снабжен сквозным лазом с дверью.

Кроме того, вышележащие ступенчатые трубчатые участки нижнего коллектора оперты своими концами на соседние с ними нижележащие участки и сообщены с ними через отверстия, выполненные в их стенках, причем торцы ступенчатых трубчатых участков заглушены. Кроме того, котел, включая стенки между наклонной переталкивающей топочной решеткой и нижними продольными коллекторами котла, снабжен теплозащитной обмуровкой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признаки, указывающие что котел «дополнительно снабжен осадительной камерой» ,способствуют освобождению исходящих газов от частиц золы.

Признаки, указывающие что «фундамент котла выполнен как единая опорная фундаментная рама, включающая корпус наклонной переталкивающей топочной решетки и корпус осадительной камеры», обеспечивают возможность использования названных функциональных элементов котла как конструктивных элементов его фундамента.

Признаки, указывающие что «корпуса топки и конвективного блока оперты на единую опорную фундаментную раму, и скреплены с ней» позволяют «объединить» функциональные элементы котла в один пространственный конструктивный блок.

Признаки, указывающие что «как верхние, так и нижние продольные коллекторы котла выполнены как единые элементы топки и конвективного блока, с возможностью их использования как несущих балок длиной, соответствующей длине котла», позволяют сформировать фундамент котла, объединяя в один конструктивный блок корпуса топочного устройства (установленного на собственном основании) и осадительную камеру. Данная конструкция фундамента котла может быть применима к различным видам топочных устройств (решетки обратного хода, шурующая планка, наклонная переталкивающая решетка).

Признаки, указывающие что «нижние коллекторы на длине топочного пространства включают ступенчатые трубчатые участки, гидравлически связанные с примыкающими к ним, … при этом длина труб, составляющих одну вертикальную панель, сообщенную с одним ступенчатым трубчатым участком, одинакова, но увеличивается по ступенчатым трубчатым участкам в сторону конвективного блока», позволяют повысить площадь боковых топочных экранов (их теплоснимающей поверхности) и тем самым повышают КПД использования энергии сжигаемого топлива, при наличии наклонной топочной поверхности. Кроме того, упрощается изготовление котла, т.к. минимизируются вариации длин трубчатых заготовок, используемых при формировании боковых топочных экранов.

Признаки, указывающие что ступенчатые трубчатые участки оперты «на несущую конструкцию наклонной переталкивающей решетки», позволяют повысить прочностные характеристики этих участков за счет снижения конструктивной нагрузки на них, перераспределяемой непосредственно на фундамент котла.

Признаки, указывающие что «над наклонной переталкивающей решеткой, над участком, примыкающим к фронтовому экрану, смонтирован горизонтальный зажигательный свод из теплостойкого, теплоаккумулирующего материала», обеспечивают формирование в котле теплоаккумулирующих поверхностей, интенсифицирующих термическое воздействие на сжигаемый уголь.

Признаки, указывающие что «горизонтальный зажигательный свод выполнен составным из шамотных кирпичей, опертых своими скошенными кромками на горизонтальные участки Г-образных опускных труб, верхние концы которых сообщены с поперечной связью потолочного экрана, а нижние - с нижним поперечным коллектором фронтового экрана», раскрывают конструкцию этого узла, упрощают процесс формирования и ремонта горизонтального зажигательного свода.

Признаки, указывающие что «по меньшей мере, один из боковых топочных экранов, вблизи от зажигательного свода снабжен сквозным лазом с дверью», обеспечивают обслуживание и поддержание работоспособности горизонтального зажигательного свода и наклонной топочной решетки в целом.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают упрощение конструкции нижних продольных коллекторов котла и их прочностные параметры.

Признаки третьего пункта формулы изобретения исключают потери тепла, генерируемого котлом, за счет его излучения в окружающую среду.

На фиг. 1 показан продольный вертикальный разрез котла; на фиг. 2 показаны совмещенные поперечные разрезы А-А и Б-Б котла; на фиг. 3 показан горизонтальный продольный разрез В-В конвективного блока; на фиг. 4 показан узел Г; на фиг. 5 показан поперечный разрез Д-Д конвективного блока.

На чертежах показаны фундамент 1, корпус 2 и основание 3 наклонной переталкивающей решетки, осадительная камера 4, топка 5, конвективный блок 6, фронтовой 7, боковые 8 и потолочный 9 топочные экраны, верхние 10 и 11 и нижние 12 и 13 продольные коллекторы котла, лучисто-конвективный газоход 14, первая плавниковая трубчатая панель 15, трубчатые поперечные связи 16 и 17, их торцы 18, продольные горизонтальные трубы 19, вертикальные трубы 20, поперечный коллектор 21, горизонтальный зажигательный свод 22, ступенчатые трубчатые участки 23, вертикальные трубные панели 24, торцы 25 участков 23, шамотные кирпичи 26, их кромки 27, горизонтальные участки 28 Г-образных опускных труб 29, вертикальные стояки 30 боковых экранов 8, сквозной лаз с дверью 31, осадительные камеры 32, 33 и 34, лучисто-конвективный узел 35, расширительная камера 36, приемная камера золы 37, вторая плавниковая трубчатая панель 38, дверь 39, конвективный узел 40, конвективные газоходы 41-43, вертикальные третья-пятая плавниковые панели 44-46, верхний поперечный коллектор 47, газоплотная изоляция заднего фронта котла 48, выходной дымовой короб 49, двери осадительных камер 50-52, окна 53 плавниковых панелей, патрубок 54 входа воды в котел, верхние 55 и нижние 56 поперечные коллекторы конвективного блока, топливный бункер 57.

Подача топлива на наклонную переталкивающую решетку осуществляется из топливного бункера 57 (конструкция бункера, механизм подачи топлива и привода решетки не рассматриваются, так как они являются отдельными узлами, которыми комплектуется котел).

На фундамент 1 оперты смонтированные на нем топка 5 (над корпусом 2 наклонной переталкивающей решетки) и конвективный блок 6 (над корпусом осадительной камеры 4). Пространство топки 5, соответственно, снизу, спереди, с боков и сверху ограничено наклонной переталкивающей топочной решеткой, фронтовым 7, боковыми 8 и потолочным 9 топочными экранами, выполненными в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими двумя верхними 10 и 11 и двумя нижними 12 и 13 продольными коллекторами котла. Топка 5 непосредственно примыкает к лучисто-конвективному узлу 35 конвективного блока 6, содержащему конвективный газоход 14. Таким образом, задний фронт топки 5 представлен первой плавниковой трубчатой панелью 15 конвективного блока 6 (одна ее сторона обращена в полость топки). Конвективный газоход 14 снабжен теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки коридорной компоновки, гидравлически связанные с соответствующими продольными коллекторами котла.

Боковые 8 топочные экраны выполнены в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими верхними (10 и 11) и нижними (12 и 13) продольными коллекторами котла, с возможностью последовательного восходящего и нисходящего движения воды по ним. Вертикальные стояки 30 боковых экранов 8 (входят в состав первой вертикальной трубной панели 24 и выполнены диаметром, меньшим диаметра продольных коллекторов 10-13, но большим диаметра остальных труб панели 24) размещены в плоскости фронтового экрана 7 котла. Как верхние (10 и 11), так и нижние (12 и 13) продольные коллекторы котла выполнены как единые элементы топки 5 и конвективного блока 6, с возможностью их использования как несущих балок длиной, соответствующей длине котла. Причем нижние коллекторы 12 и 13 на длине топочного пространства включают ступенчатые трубчатые участки 23, каждый из которых гидравлически связан с примыкающими к ним вертикальными трубными панелями 24. Ступенчатые трубчатые участки 23 оперты на несущую конструкцию наклонной переталкивающей решетки (верхнюю часть ее корпуса 2), при этом длина труб, составляющих одну вертикальную трубную панель 24, сообщенную с одним ступенчатым трубчатым участком 23, одинакова, но увеличивается по ступенчатым трубчатым участкам 23 в сторону конвективного блока 6. Кроме того, соседние вышележащие ступенчатые трубчатые участки 23 нижнего коллектора 12 или 13 оперты своими концами на соседние с ними нижележащие участки 23 и сообщены с ними через отверстия (на чертежах не показаны), выполненные в их стенках, обращенных друг к другу, причем торцы 25 ступенчатых трубчатых участков 23 заглушены. Эта конструкция нижних продольных коллекторов котла осуществима без излишних соединительных деталей между секциями нижних коллекторов при угле наклона к горизонту переталкивающей решетки в диапазоне 9-10 градусов (максимальный угол наклона в котельной практике, - до 25 градусов).

Потолочный топочный экран 9 включает трубчатые поперечные связи 16 и 17, торцы 18 которых скреплены с верхними продольными коллекторами 10 и 11 без гидравлической связи с ними, при этом полости поперечных связей 16 и 17 сообщены друг с другом трубчатой панелью, содержащей продольные горизонтальные трубы 19, концы которых открыты в них.

Фронтовой топочный экран 7 (котла) выполнен в виде панели из вертикальных труб 20, верхние концы которых сообщены с полостью передней трубчатой поперечной связи 16, а нижние сообщены с поперечным коллектором 21 фронтового топочного экрана 7.

Над наклонной переталкивающей решеткой (ее корпусом 2), над участком, примыкающим к фронтовому топочному экрану 7, смонтирован горизонтальный зажигательный свод 22 из теплостойкого, теплоаккумулирующего материала (свод выполнен составным из шамотных кирпичей 26, опертых своими скошенными кромками 27 на горизонтальные участки 28 Г-образных опускных труб 29, верхние концы которых сообщены с поперечной связью 16 потолочного экрана 9, а нижние - с нижним поперечным коллектором 21 фронтового экрана 7). Кроме того, по меньшей мере, один из боковых топочных экранов 8, вблизи от зажигательного свода 22 снабжен сквозным лазом с дверью 31. Кроме того, котел, включая стенки между корпусом наклонной переталкивающей топочной решетки 2 и нижними продольными коллекторами котла 12 и 13, снабжен теплозащитной обмуровкой (на чертежах не обозначено).

Особенностью топочного устройства, снабженного наклонной переталкивающей решеткой, является создание значительного количества мелких фракций топлива (в результате перетирания его подвижными и неподвижными колосниками), что обусловливает значительное повышение золового уноса дымовых газов в сравнении с другими видами топочных устройств.

Для снижения вероятности заноса поверхности нагрева конвективного блока, содержащего лучисто-конвективный газоход 14, предусмотрено предварительное осаждение летучей золы, что обеспечивается лучисто-конвективным узлом 35 и расширительной камерой 36, под которой размещена осадительная камера 4, ниже которой размещена приемная камера золы и шлака 37, выполненная с возможностью удаления из нее золы совместно со шлаком в золовой канал. Лучисто-конвективный узел 35 конвективного блока 6 ограничен по оси котла плавниковыми панелями 15 и 38, снабженными соответствующими боковыми проемами (окнами 53) для прохода газов.

Для контроля за возможным выпадением золы в лучисто-конвективном узле 35 и, при необходимости, чистки его нижней зоны используют дверь 39.

Конвективный узел 40 конвективного блока 6 котла конструктивно схож с узлом 35 и состоит из вертикальных труб, образующих коридорный трубный пучок, обуславливающий поперечное обтекание его продуктами сгорания, и состоит из конвективных газоходов 41-43, которые образованы тремя вертикальными плавниковыми панелями 44-46 с окнами 53 для прохода и поворота в них дымовых газов. Вертикальные плавниковые панели состоят из симметричных левой и правой частей, образованных вертикальным рядом труб, вваренных в верхний 55 и нижний 56 коллекторы, и разрезанных посередине и заглушенных на сварке по концам. При этом плавниковые панели посередине имеют вертикальный плавниковый разъем (см. фиг. 4). Плавниковые панели 44-46 вверху и внизу содержат перегородки, исключающие перетекание дымовых газов поверх и под ними (на чертежах не обозначены). В нижней части конвективные газоходы 41-43 открыты на осадительные камеры 32, 33 и 34, снабженные внизу дверями 50-52 для удаления летучей золы.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Котел монтируется в одной сборке, включающей фундамент 1 (объединяющий, корпус 2 и опорное основание 3 наклонной переталкивающей решетки и корпус осадительной камеры 4 (выполненной единым блоком с корпусами осадительных камер 32, 33 и 34). На фундаменте закрепляют котел, состоящий из топки 5 и конвективного блока 6, монтируют остальные узлы и агрегаты, необходимые для работы котла, подключают его к источнику воды и потребителям горячего водоснабжения. Сжигание топлива осуществляется известным образом в топке 5.

Горизонтальный зажигательный свод 22 (за счет своего объема, набранного из шамотного кирпича) «работает» как теплоаккумулирующий объем в полости топки, что значительно повышает интенсивность возгорания влажных топлив, в особенности бурых углей, за счет отдачи топливу аккумулированного тепла и обеспечения его сушки и дополнительного прогрева.

Дымовые газы, содержащие в своем объеме частицы золы, из пространства топки 5 попадают в лучисто-конвективный узел 35 конвективного блока 6 (через окно 53 сбоку первой плавниковой трубчатой панели 15). Лучисто-конвективный газоход 14 обеспечивает (из-за интенсивного лучисто-конвективного теплообмена) охлаждение дымовых газов и уменьшение вследствие этого их объема и, как следствие, снижение скорости движения газов. На выходе из лучисто-конвективного узла 35 за окном плавниковой трубчатой панели 38 расположена расширительная камера 36, в которой в результате резкого падения скорости дымовых газов происходит интенсивное выпадение основной массы летучей золы, которая осаждается в приемную камеру золы 37, откуда по мере накопления удаляется через поворотный затвор в золовой канал.

В процессе перемещения газов последние отдают свою теплоту воде, прокачиваемой через теплоснимающие элементы котла.

При этом вода в теплоснимающих элементах движется следующим образом: входит через патрубок 54 входа воды в котел, далее попадает в полость задней поперечной связи 17, затем через продольные горизонтальные трубы 19 потолочного экрана 9 попадает в полость передней поперечной связи 16, откуда попадает в вертикальные трубы 20 переднего фронта 7 и далее через его поперечный прямолинейный коллектор 21 передается на нижние (9 и 10) продольные коллекторы котла и проходит по боковым топочным экранам 8 топки двумя симметричными потоками, совершая подъемно-опускные движения по секциям, образованным вертикальными трубными панелями 24. Далее вода попадает в конвективный блок 6, оказываясь в его поперечно обтекаемых трубных пучках, далее горячая вода через верхний поперечный прямолинейный коллектор 47, расположенный у заднего фронта котла, перенаправляется на тот из продольных верхних коллекторов 10 или 11, который предназначен для выдачи горячей воды из котла.

Конвективные газоходы 41-43 обеспечивают движение газов до выходного дымового короба 49, что обеспечивает при проходе газами поворотов в движении выпадение из газового потока летучей золы. Это в свою очередь уменьшает объем золы выбрасываемой в атмосферу.

Механическая очистка трубных поверхностей конвективных газоходов осуществляется через двери 39 и 50-52, выполненные в боковых стенках конвективной части котла. Удаление шлака из топки и золы, выпавшей в лучисто-конвективном газоходе 14 и конвективных газоходах 41-43, может быть осуществлено различными способами в зависимости от конструкции топочного устройства. В данном техническом решении сброс шлака осуществляется в канал золоудаления (на чертежах не обозначен).

Вертикальные трубы, составляющие трубные пучки конвективного блока 6, имеют одинаковую длину и не требуют индивидуальных шаблонов. Также, длина горизонтальных трубчатых поперечных связей 16 и 17 (верхних и нижних) одинакова, кроме того, верхний и нижний поперечные коллекторы 55 и 56 имеют одинаковую длину. Это позволяет рационально использовать объем конвективных газоходов, а также упрощает изготовление конвективного блока 6.