Газотрубный котел

 

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Газотрубный котел содержит корпус, газоперепускные камеры, дымовую трубу и водяную полость, ограниченную фронтальной и задней стенками и цилиндрической обечайкой, нижняя часть которой имеет поверхность теплообмена в виде топки и дымогарных труб, коаксиально расположенных вокруг топки, сопряженных с фронтальной и задней стенками водяной полости и сообщенных с газоперепускными камерами, которые присоединены соответственно к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе. Газоперепускные камеры присоединены к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе посредством разъемных соединений, а водяная полость снабжена перегородками, установленными между фронтальной и задней стенками протяженностью от верхней до нижней оконечности поверхности теплообмена. Изобретение обеспечивает увеличение долговечности и упрощение эксплуатации и ремонта котла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а конкретно к котлостроению, и может быть использовано в газотрубных котлах с вертикальными или горизонтальными дымогарными трубами.

Известен газотрубный (огнетрубный) вертикальный котел типа UNEX, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с размещенной в нем водяной полостью, в нижней части которой расположена топка и над ней - дымогарные трубы, связанные с нижней и верхней трубными досками, газоперепускную камеру и дымовую трубу (см. в кн. Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки. - М.: Транспорт, 1993, с. 110-112, а также приложение в виде акта Технического управления ОАО ДВМП на 5 листах).

Недостатком известного газотрубного котла является образование и развитие усталостных трещин в дымогарных трубах, нижней трубной доске и топке через 5-7 лет с момента ввода котла в эксплуатацию.

Указанный недостаток снижает надежность работы котла и требует затрат на выполнение мероприятий по ликвидации трещин.

Известен газотрубный котел Южно-корейского производства для варки крабов при атмосферном давлении, содержащий газоперепускные камеры, дымовую трубу и водяную полость, ограниченную фронтальной, задней и боковыми стенками, нижняя часть которой имеет поверхность теплообмена в виде топки и дымогарных труб, сопряженных с фронтальной стенкой водяной полости и сообщенных с газоперепускными камерами, которые жестко присоединены к внешней поверхности фронтальной и задней стенки и дымовой трубе.

Недостатком известного котла Южно-корейского производства является развитие трещин в газоперепускных камерах и местах их присоединения к фронтальной стенке уже через 220 часов эксплуатации, что делает их непригодными для использования по назначению.

Известен газотрубный котел, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, газоперепускные камеры, дымовую трубу и водяную полость, ограниченную фронтальной и задней стенками и цилиндрической обечайкой, нижняя часть которой имеет поверхность теплообмена в виде топки и дымогарных труб, коаксиально расположенных вокруг топки, сопряженных с фронтальной и задней стенками водяной полости и сообщенных с газоперепускными камерами, которые присоединены соответственно к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе (см. в кн. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, с. 170-174). Этот котел, как наиболее близкий, выбран в качестве прототипа заявляемого решения.

Недостатками известного газотрубного котла являются:

- образование и развитие усталостных трещин в местах соединения газоперепускных камер и дымогарных труб с фронтальными стенками;

- образование выпучин на поверхности топки вследствие местного перегрева металла;

- отсутствие четко выраженных границ циркуляционных потоков котловой воды и пароводяной смеси в водяной полости котла;

- сложность и трудоемкость восстановления разрушенной или деформированной поверхности теплообмена.

Таким образом, газотрубный котел - прототип имеет существенные недостатки, снижающие долговечность его работы и затрудняющие его эксплуатацию и ремонт.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно:

- увеличение долговечности;

- исключение появления трещин и деформаций поверхности теплообмена в процессе эксплуатации;

- организация циркуляционных токов воды и пароводяной смеси в водяной полости;

- упрощение ремонта и очистки элементов конструкции котла, что повышает эффективность эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в известном газотрубном котле, содержащем корпус, газоперепускные камеры, дымовую трубу и водяную полость, ограниченную фронтальной и задней стенками и цилиндрической обечайкой, нижняя часть которой имеет поверхность теплообмена в виде топки и дымогарных труб, коаксиально расположенных вокруг топки, сопряженных с фронтальными стенками водяной полости и сообщенных с газоперепускными камерами, которые присоединены соответственно к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе, в отличие от него, в заявляемом соответствующие газоперепускные камеры присоединены к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе посредством разъемных соединений, а водяная полость снабжена перегородками, установленными между фронтальной и задней стенками протяженностью от верхней до нижней оконечности поверхности теплообмена. Эксплуатационно оправдано выполнение перегородок водяной полости в виде вертикально ориентированных стенок, отстоящих от цилиндрической обечайки водяной полости на расстоянии не менее 50 мм.

Заявляемая совокупность ограничительных и отличительных признаков улучшает организацию циркуляции и теплообмен, обеспечивает исключение образования трещин и деформаций на поверхностях теплообмена и увеличивает долговечность эксплуатации газотрубного котла, упрощает ремонт и очистку котла от отложений со стороны газоходов.

Присоединение газоперепускных камер к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе посредством разъемных соединений обеспечивает свободное тепловое расширение камер и фронтальных стенок, обладающих различной температурой при работе котла. Температура фронтальной и задней стенок котла несущественно отличается от температуры насыщения кипящей воды и составляет величину до 200°С, а температура газоперепускных камер близка к температуре газового потока и составляет величину 400-800°С, что существенно больше температуры насыщения. При этом в местах жесткого (сварного) контакта металлов с различной температурой возникают термические напряжения, которые при циклических пусках и остановках котла в эксплуатации приводят к проявлению усталости металла в виде трещин. Уменьшение термических напряжений контакта металлов с различной температурой в предлагаемом решении обеспечивается созданием условий свободного расширения путем нежесткого (разъемного) их соединения друг с другом. Разъемное соединение газоперепускных камер с фронтальными стенками и дымовой трубой упрощает также очистку газоходов от отложений и улучшает возможность выполнения ремонтных работ, в частности по замене теплоизоляции в виде кирпича или жаростойкого бетона.

Снабжение водяной полости перегородками, установленными между фронтальной и задней стенками протяженностью от верхней до нижней оконечности поверхности теплообмена, в частности вертикально ориентированными на расстоянии не менее 50 мм от цилиндрической обечайки водяной полости, обеспечивает, во-первых, создание четко выраженных контуров циркуляции воды и пароводяной смеси в водяной полости котла. При этом в средней части водяной полости с размещенной в ней поверхностью теплообмена обеспечивается только подъемная часть контура циркуляции образующейся пароводяной смеси, а во внешней части водяной полости, заключенной в пространстве между поверхностью цилиндрической обечайки и перегородками, обеспечивается только опускная часть контура циркуляции движения котловой воды. В этом случае создаются благоприятные условия по однозначности отвода теплоты от поверхностей нагрева с выравниванием температур стенок. Во-вторых, организация циркуляционных контуров воды и пароводяной смеси исключает возможность возникновения паровых пробок на поверхности теплообмена с увеличением местного перегрева металла вследствие ухудшения теплообмена, что также исключает возможность развития усталостных трещин и деформаций под действием термических напряжений.

Таким образом, достигается исключение возможности образования трещин на поверхностях теплообмена, упрощается ремонт и очистка котла от отложений со стороны газоходов и увеличивается долговечность эксплуатации.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами. На фиг.1 представлена схема поперечного сечения, а на фиг.2 - схема продольного сечения газотрубного котла.

Газотрубный котел имеет следующее устройство. Газотрубный котел содержит цилиндрическую обечайку 1 и фронтальную 2 и заднюю 3 стенки, образующие его корпус. Внутри корпуса расположена водяная полость 4. В нижней части водяной полости расположена поверхность теплообмена в виде цилиндрической топки 5 и дымогарных труб 6. Топка 5 и дымогарные трубы 6 присоединены (не показано) к фронтальной 2 и задней 3 стенкам. С внешней стороны фронтальной и задней стенок расположены газоперепускные камеры переднего 7 фронта и задней 8 стенки, сопряженные соответственно с топкой 5, дымогарными трубами 6 (не показано) и дымовой трубой 9 посредством разъемных соединений в виде крепежных болтов 10. В водяной полости 4 между фронтальной 2 и задней 3 стенками установлены перегородки 11 протяженностью от верхней до нижней оконечности поверхности теплообмена и на расстоянии не менее 50 мм от цилиндрической обечайки 1.

Газотрубный котел работает следующим образом. Подвод воздуха и топлива осуществляют с внешней стороны во внутреннюю полость 12 газоперепускной камеры 7 и далее внутрь топки 5 (топочное устройство не показано). Продукты сгорания из топки 5 поступают во внутреннюю полость 13 газоперепускной камеры 8 и далее в притопочные дымогарные трубы 6 и возвращаются во внешнюю полость 14 газоперепускной камеры 7. Затем продукты сгорания проходят по периферийным дымогарным трубам 6 во внешнюю полость 15 газоперепускной камеры 8 и далее в дымовую трубу 9.

При движении продуктов сгорания вдоль поверхности теплообмена происходит теплообмен со снижением температуры газового потока, а теплота передается в водяную полость 4 с образованием паровых пузырей в котловой воде. Пароводяная смесь движется вверх водяной полости к поверхности раздела сред, где пар отделяется от воды и переходит в паровое пространство, а вода движется к цилиндрической обечайке 1 и далее поступает в зазор между стенкой 1 и перегородкой 11. За счет разности плотности воды в зазоре между стенкой 1 и перегородкой 11 и плотности пароводяной смеси в остальном пространстве водяной полости 4 происходит естественная циркуляция воды и пароводяной смеси в водяной полости с образованием опускной части контура циркуляции, как показано темными стрелками, и подъемной части контура циркуляции, как показано светлыми стрелками.

Организованная таким более совершенным образом естественная циркуляция воды и пароводяной смеси исключает образование застойных зон циркуляции на поверхности теплообмена и вероятность возникновения паровых подушек с периодическим перегревом поверхности теплообмена и развитием усталостных напряжений, ведущих к образованию трещин, выпучин поверхности топки и выводу из работы газотрубного котла.

Отсутствие жесткого соединения (сварки) между фронтальной стенкой 2 и газоперепускной камерой 7, а также между задней стенкой 3 и газоперепускной камерой 8 и дымовой трубой 9 в совокупности с улучшенным теплообменом обеспечивает возможность независимого теплового расширения указанных элементов без искажения их формы и при исключении циклических термических напряжений и образования трещин, что способствует увеличению надежности и долговечности эксплуатации газотрубного котла.

Очистка и ремонт газового тракта котла при съемных газоперепускных камерах осуществляется с меньшими затратами времени и средств, что удобно и эффективно в течение эксплуатационного периода.

Так исключается образование трещин и деформаций на поверхностях нагрева, упрощается очистка от отложений газоходов и ремонт котла и увеличивается долговечность эксплуатации.

Формула изобретения

1. Газотрубный котел, содержащий корпус, газоперепускные камеры, дымовую трубу и водяную полость, ограниченную фронтальной и задней стенками и цилиндрической обечайкой, нижняя часть которой имеет поверхность теплообмена в виде топки и дымогарных труб, коаксиально расположенных вокруг топки, сопряженных с фронтальной и задней стенками водяной полости и сообщенных с газоперепускными камерами, которые присоединены соответственно к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе, отличающийся тем, что соответствующие газо-перепускные камеры присоединены к внешней поверхности фронтальной и задней стенок и дымовой трубе посредством разъемных соединений, а водяная полость снабжена перегородками, установленными между фронтальной и задней стенками протяженностью от верхней до нижней оконечности поверхности теплообмена.

2. Газотрубный котел по п.1, отличающийся тем, что перегородки водяной полости выполнены в виде вертикально ориентированных стенок, отстоящих от цилиндрической обечайки водяной полости на расстоянии не менее 50 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2