Горизонтальный жаротрубный котел

 

Использование: в конструкциях жаротрубных котлов. Сущность изобретения: горизонтальный жаротрубный котел включает корпус, соединенный по концам с передним и задним перфорированными днищами. К переднему днищу присоединен цилиндрический патрубок, скрепленный через конический переход с жаровой трубой, которая далее скреплена с коническим переходом. Внутри патрубка расположена кольцевая кладка из огнеупорного материала, образующая амбразуру горелки. Внутри корпуса котла расположена поворотная камера, состоящая из цилиндрической обечайки, соединенной по концам с перфорированной трубной решеткой и днищем. Перфорированная трубная решетка соединена с коническим переходом, а днище - с задним днищем. Переднее днище соединено с трубной решеткой пучком дымогарных труб, а с задним днищем пучком дымогарных труб. Пучки труб расположены в зонах с густой перфорацией по вершинам равносторонних треугольников с шагом t между трубами. Предложены еще три варианта исполнения котла с различным шагом расположения труб, ближайших к жаровой трубе, соединяющих переднее днище и трубную решетку. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в конструкциях жаротрубных котлов.

Известен горизонтальный жаротрубный котел, содержащий корпус с торцевыми трубными досками, в полости которого размещены дымогарные трубы и жаровая труба с поворотной камерой, причем жаровая труба и часть дымогарных труб закреплены с одной стороны в отверстиях трубной доски, а с другой в отверстиях стенки поворотной камеры, остальные дымогарные трубы закреплены концами в трубных досках, при этом выходной участок жаровой трубы, примыкающий к стенке поворотной камеры, выполнен в виде цилиндрического патрубка меньшего диаметра и соединен с участком большего диаметра посредством конического перехода [1] Недостатком известного котла являются значительные термонапряжения в зоне соединения входного участка жаровой трубы с трубной доской, обусловленные жесткостью последней, под действием продольных усилий, возникающих при работе котла из-за перепада температур между жаровой трубой, дымогарными трубами и корпусом котла, что может повлечь за собой снижение критического давления из условий устойчивости. Кроме того, из-за перепада температур особенно высокие напряжения возникают в зонах расположения ближайших к жаровой трубе дымогарных труб, поскольку трубные доски существенно ослаблены в этих зонах отверстиями под трубы, что может привести к образованию в них усталостных трещин. К тому же огнеупорная кладка под горелку, размещенная в начале входного конца жаровой трубы, из-за большой толщины со временем разрушается под температурным воздействием и требует замены.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности котла.

Для этого в известном котле входной участок жаровой трубы, закрепленный в трубной доске, также выполнен в виде цилиндрического патрубка с меньшим диаметром и соединен с участком трубы большего диаметра посредством конического перехода.

Ближайшие к жаровой трубе дымогарные трубы, закрепленные в отверстиях поворотной камеры, могут быть равномерно расположены по концентрическим окружностям, соосным с жаровой трубой.Также шаг дымогарных труб, расположенных на окружности меньшего диаметра и ближайших к жаровой трубе, может превышать шаг расположения дымогарных труб на других окружностях. Шаг расположения дымогарных труб, ближайших к жаровой трубе, нижет превышать расстояние между этими трубами и последующими дымогарными трубами, а также шаг расположения остальных труб пучка.

Выполнение входного участка жаровой трубы в виде цилиндрического патрубка с меньшим диаметром и его соединение с участком трубы большего диаметра посредством конического перехода обеспечивают сужение канала жаровой трубы на входе и уменьшение расчетной длины последней, что повышает ее устойчивость, увеличивает гибкость системы жаровая труба трубные доски дымогарные трубы корпус котла, что приводит к повышению долговечности трубных досок. Кроме того, улучшается охлаждение кладки под горелку, что повышает долговечность кладки.

Расположение ближайших к жаровой трубе дымогарных труб, закрепленных в отверстиях поворотной камеры, равномерно по концентрическим окружностям, соосным с жаровой трубой, приводит к снижению напряжений в наиболее напряженных зонах трубных досок и, следовательно, к увеличению долговечности котла. Увеличение шага труб, расположенных на окружности меньшего диаметра и ближайших к жаровой трубе, по сравнению с шагом расположения их на других окружностях приводит к дальнейшему снижению напряжений в трубных досках и, соответственно, повышению долговечности котла.

Превышение шагом расположения дымогарных труб, ближайших к жаровой трубе, расстояния между этими и последующими дымогарными трубами, а также шага расположения остальных труб пучка обеспечивает увеличение перемычек в трубных досках в наиболее напряженных зонах, что также приводит к снижению напряжений в трубных досках и повышению долговечности котла.

На фиг. 1 представлен горизонтальный жаротрубный котел, продольный разрез; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1 при исполнении котла согласно п. 1 формулы; на фиг. 3 то же при исполнении согласно п. 2 формулы; на фиг. 4 - то же при исполнении согласно п. 3 формулы и на фиг. 5 то же при исполнении согласно п. 4 формулы.

Горизонтальный жаротрубный котел содержит корпус 1 с торцевыми трубными досками 2 и 3, в полости которого размещены жаровая труба 4 с цилиндрической поворотной камерой 5 и дымогарные трубы, причем часть дымогарных трубе закреплена с одной стороны в отверстиях передней трубной доски 2, с другой в отверстиях передней стенки 7 поворотной камеры 5, а остальные дымогарные трубы 8 закреплены концами в трубных досках 2 и 3. Входной 9 и выходной 10 участки жаровой трубы 4 выполнены в виде цилиндрических патрубков 11 и 12 меньшего диаметра, закрепленных в передней трубной доске 2 и в передней стенке 7 поворотной камеры 5 и соединенных с участком жаровой трубы 4 большего диаметра посредством конических переходов 13 и 14 соответственно. Внутри патрубка 11 выполнена кольцевая кладка 15 из огнеупорного материала под горелку. Котел снабжен цилиндрическим патрубком 16, закрепленном в задней стенке 16 поворотной камеры 5 и задней трубной доске 3.

Отверстия под трубы 6 в трубной доске 2 и стенке 7 поворотной камеры 5 и под трубы 8 в трубных досках 2 и 3 расположены в зонах с густой перфорацией по вершинам равносторонних треугольников с шагом t между трубами. Часть труб 17 из пучка 6 может быть равномерно расположена по двум, например, концентрическим окружностям, соосным жаровой трубе 4, причем эти трубы 17 являются ближайшими к последней. При этом выдерживается неравенство t₂>t₁>t где t₁ шаг труб по окружности, ближайшей к жаровой трубе 4; t₂ шаг труб на второй окружности.

В варианте по п. 3 формулы шаг труб 17 на ближайшей к жаровой трубе 4 окружности равен t₃, причем t₃>t₂.

В последнем варианте исполнения котла ближайшие к жаровой трубе 4 трубы 17 расположены на одной цилиндрической окружности с шагом t₄, превышающим расстояние Si между этими трубами 17 и последующими трубами 6, а также шаг t расположения остальных труб пучка. При этом выдерживается неравенство t₄>Si>t.

При работе котла тепло от факела, начиная cт амбразуры горелки, и горячих газов передается через стенки жаровой трубы 4 воде, подающейся в котел через питательные трубопроводы. В поворотной камере 5 газы разворачиваются и проходят через пучок дымогарных труб 6 (17), продолжая отдавать тепло воде, затем разворачиваются в газовой камере, примыкающей к передней трубной доске 2, и проходят через пучок дымогарных труб 8, охлаждаясь до заданной температуры. Горячая вода через отводящие трубопроводы направляются потребителю. (Питательный и отводящий трубопроводы и газовая камера на чертежах не показаны).

При работе котла в исполнении по п. 1 формулы между жаровой трубой 4, пучками дымогарных труб 6 и корпусом 1 котла возникает перепад температур, под воздействием которого в жаровой трубе 4 возникают сжимающие усилия, а в трубах 6 и корпусе 1 растягивающие. Увеличение кольцевого зазора между жаровой трубой 4 и трубами 6 и корпусом 1 за счет выполнения входного и выходного концов 9 и 10 из труб меньшего диаметра приводит к снижению соответствующих напряжений от перепада температур. При этом уменьшаются изгибающие моменты в трубной доске 2 и стенке 7 поворотной камеры 5, что приводит к уменьшению соответствующих напряжений и, следовательно, увеличению долговечности котла. С введением патрубка 11 и конического перехода 13 уменьшается расчетная длина жаровой трубы 4, что позволяет увеличить давление в котле из условий устойчивости. Для формирования амбразуры горелки достаточно тонкой кольцевой кладки 15 из огнеупорного материала, что приводит к увеличению межремонтной службы последнего.

При работе котла в исполнении по п. 2 формулы между жаровой трубой 4, пучками дымогарных труб 6,17 и корпусом 1 также имеет место перепад температур. Дымогарные трубы 17 применительно к трубной доске 2 и стенке 7 является упругим основанием, сопротивляющимся смещению последних вдоль труб и повороту. Поэтому местные изгибающие моменты от смещения под действием перепада температур практически затухают на кольцевых участках расположения труб 17 и влияние их в пучке 6 незначительно. При исполнении котла по п. 3 формулы увеличение шага труб 17, расположенных на ближайшей к жаровой трубе 4 окружности, по сравнению с шагом труб 17 на второй окружности приводит к уменьшению ослабления трубной доски 2 и стенки 7 в наиболее напряженных зонах. Ориентировочно уменьшение ослабления в два раза приводит к увеличению долговечности котла в 10 раз.

При исполнении котла по п. 4 формулы напряжения в трубной доске 2 и стенке 7 в зонах расположения труб 6 уменьшаются за счет большей продольной деформации труб 17 под действием растягивающих усилий и восприятия последними части изгибающего момента от перекоса кольцевых участков трубной доски 2 и стенки 7.

Формула изобретения

1. Горизонтальный жаротрубный котел, содержащий корпус с торцевыми трубными досками, в полости которого размещены дымогарные трубы и жаровая труба с поворотной камерой, причем жаровая труба и часть дымогарных труб закреплены с одной стороны в отверстиях трубкой доски, а с другой в отверстиях стенки поворотной камеры, остальные дымогарные трубы закреплены концами в трубных досках, при этом выходной участок жаровой трубы, примыкающий к стенке поворотной камеры, выполнен в виде цилиндрического патрубка меньшего диаметра и соединен с участком большего диаметра посредством конического перехода, отличающийся тем, что входной участок жаровой трубы, закрепленный в трубной доске, также выполнен в виде цилиндрического патрубка с меньшим диаметром и соединен с участком трубы большего диаметра посредством конического перехода.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что ближайшие к жаровой трубе дымогарные трубы, закрепленные в отверстиях поворотной камеры, равномерно расположены по концентрическим окружностям, соосным с жаровой трубой.

3. Котел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шаг дымогарных труб, расположенных на окружности меньшего диаметра и ближайших к жаровой трубе, превышает шаг расположения дымогарных труб на других окружностях.

4. Котел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шаг расположения дымогарных труб, ближайших к жаровой трубе, превышает расстояние между этими трубами и последующими дымогарными трубами, а также шаг расположения остальных труб пучка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5