Котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами. Дымогарные трубы водогрейного котла
Дымогарная конвективная труба стального жаротрубного водогрейного котла и способ ее изготовления
Изобретение предназначено для дымогарных труб и может быть использовано в теплоэнергетике. Дымогарная труба состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб. На внутренней поверхности толстостенной трубы имеются многозаходные канавки со спиралевидным направлением, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. На торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для разделения воздушных карманов. Способ изготовления дымогарной трубы основан на том, что на наружную поверхность трубы, являющуюся толстостенной, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. Изобретение позволяет избежать разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям дымогарных труб, используемых в теплообменных аппаратах с повышенной тепловой эффективностью, например в стальных жаротрубных водогрейных котлах.
Известны теплообменные аппараты, выполненные в виде параллельно расположенных и образующих секции конвективных труб, вваренные в верхние и нижние трубные доски. Дымовые газы проходят внутри труб, нагреваемое тело (вода) движется между трубами, омывая их в продольном или поперечном направлении (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. М.: Стройиздат, 1975, стр.210-218).
Недостатком известных теплообменных аппаратов, у которых конвективная поверхность выполнена в виде гладких труб, является низкий уровень теплообмена, обусловленный малой поверхностью теплообмена, низкой плотностью энерговыделения и недостаточной турбулизацией газовых потоков теплоносителя, особенно в ламинарном подслое около поверхности труб, где происходит основное термическое сопротивление теплообмену.
Известны дымогарные трубы, в которых конвективные поверхности имеют многозаходные спиралевидные канавки во внутренней полости и спиралевидные выступы на наружной поверхности. Такое конструктивное выполнение дымогарных труб по сравнению с гладкоствольными трубами обеспечивает увеличение поверхности теплообмена, интенсифицирует турбулентность потоков теплоносителей, разрушает пристеночные пограничные слои теплоносителя, отвечающего за интенсивность теплопередачи от одного теплоносителя к другому (патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).
Одним из наиболее производительных и экономически эффективных процессом изготовления таких труб является винтовое протягивание инструментальной головки с рядом давильников, которые формируют многозаходные канавки во внутренней полости трубы и ответные выступы металла на ее наружной поверхности (Петриков С.А. Разработка, исследование и освоение конструкций и технологии изготовления теплообменных труб с энергоэффективными конфигурациями поверхностей. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, ОАО ВИЛС, М., 2002, 20 с.; Петриков С.А., Серов Н.Б., Хованов Н.Н. Конструкция, расчет и технология изготовления конвективных труб к теплоэнергетическим аппаратам. В ж. Тяжелое машиностроение, М., 2000, №11, с.28-32; патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).
Однако металл всех вышеперечисленных конструкций дымогарных труб в момент запуска в эксплуатацию теплообменного аппарата подвергается разрушающему действию сернистой коррозии, которая образуется от конденсации на холодные поверхности труб водяных паров из воздуха, конденсации окислов азота NOx, монооксида углерода СО и окислов серы SO3 от сжигания газа или высокосернистого мазута. Находящиеся в продуктах сгорания окислы азота и окислы серы вступают в реакцию с водяными парами с образованием смеси азотной и азотистой кислот, серной кислоты, что ведет к коррозии поверхностей газохода. Например, растворимость монооксида азота 7,38 мл/100 г при 0°С, которая уменьшается с повышением температуры. Так, при 20°С и 100°С растворимость составляет соответственно 4,71 мл/100 г и 2,6 мл/100 г. Для защиты внутренних поверхностей дымогарных труб от разрушающего действия коррозии необходимо, чтобы температура металла в газоходе была выше росы проходящих газов, т.е. для предотвращения коррозии поверхностей газохода температура металла не должна быть ниже 65°С при сжигании газа и не ниже 100-110°С при сжигании высокосернистого мазута. Указанный режим в жаротрубных котлах поддерживается с помощью рециркуляционных насосов, которые заполняют котел перед очередным запуском предварительно подогретой (65°С или 100-110°С) сетевой водой (Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947, 145 с; Примак А.В., Сигал А.И. Методы и аппараты снижения выбросов оксидов азота в энергоустановках. Киев: Наукова думка, 1989, 46 с.).
Такая технология борьбы с низкотемпературной коррозией поверхностей нагрева приводит к удорожанию котельной и снижает ее экономические показатели.
Цель изобретения - избежание разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода за счет интенсивного повышения температуры металла в момент запуска котлоагрегата выше точки росы уходящих газов с одновременной интенсификацией теплообмена путем создания в пограничном ламинарном слое газохода турбулентных вихревых потоков.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном техническом решении дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, согласно изобретению предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы, упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.
Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, заключается в том, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.
Воздушные каналы, образованные при пластическом сочленении двух труб, термоизолируют толстостенную трубу в начальный период прохождения газового теплоносителя, что позволяет интенсивно ее прогреть по температуры выше точки росы и снизить время действия низкотемпературной коррозии. Многозаходное рифление на внутренней поверхности толстостенной трубы в виде спиралевидных и кольцевых канавок способствует созданию винтообразного турбулентного потока газового теплоносителя, который содействует турбулизации и разрушению пристеночных ламинарных зон, что в свою очередь приводит к существенно большему увеличению теплоотдачи от одного теплоносителя к другому.
Заявленное изобретение поясняется фиг.1, где показана конструктивная схема дымогарной трубы, а на фиг.2 - технологическая схема ее изготовления.
Как видно из фиг.1, дымогарная труба состоит из сочленения тонкостенной 1 и толстостенной 2 труб. Связь между трубами 1 и 2 обеспечивается путем формирования пластическим деформированием ряда канавок 3 винтообразного направления и кольцевыми канавками 4, расположенными по торцам трубы и между ними за счет ответных выступов 5 на наружной поверхности толстостенной трубы 2. Между поверхностями сочленения 1 и 2 труб имеются воздушные каналы 6, которые выполняют роль термоса в момент запуска котла и способствуют интенсивному нагреву металла толстостенной трубы 2 для быстрого преодоления временного режима выпадения сернистой, азотистой и азотной кислотной росы.
Технология изготовления предложенной конструкции поясняется фиг.2. Концентрично сочлененные с расчетным зазором трубы 1 и 2 пропускают через полый шпиндель токарно-винторезного станка 7 и через разжимную втулку 8 закрепляют в патроне станка. Свободный конец поддерживается выносным люнетом 9. Оправка 10 с инструментальной головкой с давильниками 11, размещенными в радиальной плоскости, пропускают через внутреннюю полость труб и закрепляют в резцедержателе 12 станка 7. При вращении труб и периодически взаимосвязанным через ходовой винт станка осевым перемещением инструментальной головки пластически формируют кольцевые и спиралевидные канавки в толстостенной трубе 2, ответные выступы которых обеспечивают пластическое соединение с тонкостенной трубой 1 с образованием воздушных каналов.
Эффективность предложенного технического решения выражается в том, что практически полностью исключается процесс разрушающего действия низкотемпературной коррозии в газоходном канале толстостенной трубы за счет ее быстрого прогрева, а наличие винтообразных и кольцевых канавок на ее внутренней поверхности вызывает принудительную турбулизацию газового теплоносителя в пограничном слое и интенсивную теплопередачу за счет
уменьшения толщины ламинарного пограничного слоя,
увеличения площади внутренней поверхности дымогарной трубы,
увеличения длины пути и времени прохождения газового теплоносителя.
1. Дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, отличающаяся тем, что упомянутая труба предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.
2. Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, отличающийся тем, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.
дымогарная труба теплообменного аппарата - патент РФ 2197683
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в паровых и водогрейных котлах. Дымогарная труба теплообменного аппарата, снабжена расположенным в ее полости вдоль всей длины турбулизатором, выполненным в виде навитой из жаропрочной проволоки спирали, зафиксированной в осевом направлении. На внутренней поверхности трубы выполнены многозаходные канавки по спирали, направление которых противоположно направлению спирали турбулизатора. При этом форма профиля канавок выполнена в виде радиусного сопряжения двух прямых лучей с углом между ними не более 90o, обеспечивающим плавный заход потока теплоносителя и встречное сопротивление в канавке. Такое выполнение дымогарной трубы повышает теплотехнические параметры установки и сокращает топливоэнергетические затраты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям дымогарных труб, используемых в теплообменных аппаратах с повышенной тепловой эффективностью, например в паровых и водогрейных котлах. В известных конструкциях паровых и водогрейных котлов размещается несколько гладкоствольных дымогарных труб диаметром 28...60 мм, которые снаружи омываются водой, а во внутренней части их проходят горячие газы. В таких котлах путем изменения числа труб обеспечивается увеличение поверхности нагрева и, соответственно, увеличение тепловой мощности [В.И. Панин. Котельные установки малой и средней мощности. М., Стройиздат, 1975, с.156-157]. Однако гладкоствольные дымогарные трубы имеют существенный недостаток - обладают слабой циркуляцией газовых потоков, т.к. между внутренней поверхностью трубы и тубулентным газовым потоком существует ламинарный вязкий пограничный подслой толщиной до
обеспечивает плавный заход теплоносителя, а торцевая поверхность, характеризуемая углом 
, - встречное сопротивление потоку теплоносителя, при этом угол между лучами равен или меньше 90o. Так как теоретически рассчитанная толщина пограничного слоя газа у стенки гладкоствольной трубы со спиральным турбулизатором находится в пределах до 0,73 мм, рекомендуемая глубина канавки до 1 мм. Профиль спиралевидной канавки характеризуется заходной поверхностью и торцовой поверхностью . На входе в канал (поверхность ) скорость движения теплоносителя практически равна скорости завихренного тубулизатором 2 газового теплоносителя. Далее, у торцовой поверхности профиля (поверхность ) вследствие торможения потока давление в нем повышается, происходит создание в пограничном слое возвратных и перекрещивающихся вихревых газовых потоков, приводящих к разрыву сплошности пограничного слоя, выброс газа из области замедленного течения в верхние слои. Этот выброс, с одной стороны, интенсифицирует порождение турбулентности в пристенном слое, а с другой стороны, обеспечивает выброс порции холодного газа из пристенного слоя в ядро горячего газа. Угол 
90o в канавке между заходной поверхностью и торцевой поверхностью в сечении по нормали к спиралевидному витку турболизатора 2 выбран так, чтобы тепловой поток на теплопередающую поверхность трубы 1 и характер изменения температуры газового потока периодически меняли свое направление и чередовались местами, т.е. внутренняя поверхность трубы 1 выполняла роль нагреваемой и греющей поверхности. Угол 90o также выбран исходя из технологических возможностей его изготовления. Многозаходность спиралевидных канавок обеспечивает интенсификацию тепловых и вихревых потоков. Эффективность предложенного технического решения выражается в том, что скорость теплопередачи в дымогарной трубе с многозаходными спиралевидными канавками, вызывающими принудительную конвекцию в пограничном слое, в 4...6 раз выше, чем в трубе со свободной конвекцией за счет: уменьшения толщины ламинарного пограничного слоя; периодического изменения взаимного направления теплового потока и движения газового теплоносителя; увеличения площади внутренней поверхности дымогарной трубы; увеличения длины пути и времени прохождения теплоносителя; высокой скорости прохождения газового теплоносителя (его завихрение обеспечивает вынос твердых частиц, содержащихся в теплоносителе за пределы теплообменного аппарата). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Дымогарная труба теплообменного аппарата, снабженная расположенным в ее полости вдоль всей длины турбулизатором, выполненным в виде навитой из жаропрочной проволоки спирали, зафиксированной в осевом направлении, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности трубы выполнены многозаходные канавки по спирали, направление которых противоположно направлению спирали турбулизатора. 2. Дымогарная труба по п. 1, отличающаяся тем, что форма профиля канавок выполнена в виде радиусного сопряжения двух прямых лучей с углом между ними не более 90o, обеспечивающим плавный заход потока теплоносителя и встречное сопротивление в канавке.www.freepatent.ru
Котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами
Заявляется котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами, который предназначен для нагрева воды и может быть использован в теплотехнике, а именно - в малых котельных, обогревающих жилые и производственные помещения. Данный водогрейный жаротрубный котел, содержащий вертикальный корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством. В верхней части расположен теплообменник. Теплообменник внутри имеет перегородки: две перегородки, расположенные в средней части теплообменника, между которыми образована щель. В передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы верхнего и нижнего хода. Воздушная камера не имеет непосредственного соединения с топочной камерой. Внутри воздушной камеры нагретый воздух, прошедший через трубы нижнего хода, меняет свое направление, и проходит далее, через трубы верхнего хода. В задней части котла расположена дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания, в которую выходят трубы верхнего хода, по которым из котла выводятся нагретые газы, поступающие в дымовую камеру, и далее - в дымоход. Надежность работы котлов обусловлена конструктивными особенностями котла - это жаротрубный котел с дымогарными трубами, т.е. по этим трубам, размещенным в теплообменнике, заполненном нагреваемой водой, проходят продукты сгорания топлива, а не вода, как в обычных водотрубных котлах. Это обстоятельство резко снижает требования к качеству подготовки воды и увеличивает срок службы котла в несколько раз.
Заявляется котел стальной, напольный, водогрейный, жаротрубный с горизонтально расположенными дымогарными трубами, который предназначен для нагрева воды и может быть использован в теплотехнике, а именно - в малых котельных, обогревающих жилые и производственные помещения.
Известен вертикальный водогрейный жаротрубный котел, запатентованный в качестве изобретения РФ под 
2158395, в котором имеется корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством, подающий и обратный патрубки, патрубок удаления дымовых газов. Верхняя часть котла выполнена в виде центральной трубчатой и кольцеобразной камер, нижняя часть которых заглушена, а верхняя часть соединена с корпусом котла, при этом камеры образуют с внутренним диаметром корпуса внутренний и внешний кольцеобразный вертикальные газоходы. Внутренний газоход соединен с внешним газоходом и с патрубком удаления дымовых газов с помощью окна.
Недостатком данного котла является его сложность и то, что он имеет повышенную пожарную опасность за счет того, что его стенки могут перегреваться.
Наиболее близкими к заявляемому являются котлы на пеллетах - серия FACI - котлы серии «эконом» (сайт www.ekotermo.ru).
Они имеют следующую конструкцию. Горизонтальная конструкция теплообменника выполнена из толстой стали. Топочная камера имеет вертикальную конструкцию.
Теплообменники котлов серии FACI выполнены S-образными трехзаходными. Внутри теплообменника проходят ряды труб-газоходов. Нижняя поверхность теплообменника выполнена в виде одного свода.
Стенки котла двойные, с водяным контуром охлаждения, что уменьшает риск перегрева котла. В задней части топки встроена отражающая панель. За теплообменником находится дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания (пепла).
Недостатком данного котла является недостаточно высокая теплоотдача, получающаяся за счет конструкции теплообменника.
Технический результат, получаемый в результате реализации заявляемого технического решения, это достижение повышения КПД котла, которое происходит:
- за счет увеличения времени прохождения дымовых газов через трубы при увеличении общей площади внутренней поверхности труб-газоходов;
- за счет того, что в циркуляционный контур, имеющий в своем составе теплообменник и стенки - боковые и заднюю, добавлена нижняя стенка котла. При этом увеличивается площадь теплоотдачи и дополнительно повышается пожаробезопасность котла;
- за счет изменения внутренней конструкции теплообменника, а именно, за счет того, что дополнительно установлены внутренние перегородки в теплообменнике, в верхней части теплообменника увеличивается интенсивность обмывания труб теплоносителем.
Заявляемый двухходовой жаротрубный котел имеет вертикально ориентированный корпус с патрубками для входящего и уходящего теплоносителя, имеющими горизонтальную ориентацию.
Топочная камера котла располагается между днищем котла, боковыми, передней и задней стенками, сверху заканчиваясь сводчатым потолком, являющимся днищем теплообменника.
Под горелкой может быть установлен поддон для золы. На фронтальной поверхности котла может располагаться дверь, предназначенная для доступа к трубам-газоходам и к топке.
Боковые, задняя и нижняя стенки котла выполнены двойными - сформированными внутренней и внешней рубашками корпуса котла. Внутренняя рубашка корпуса котла соединена с теплообменником. Теплоноситель, например - вода, залитый между внутренней и внешней рубашками котла и в теплообменник, образует водяной контур котла.
Через теплообменник проходят горизонтально ориентированные трубы-газоходы, образующие ходы для нагретого воздуха. Внутри теплообменника имеются перегородки, установленные между верхним рядом труб-газоходов нижнего хода и нижним рядом труб газоходов верхнего хода. В их числе имеются перегородки, которые стыкуются с боковыми стенками котла, и между ними образована щель от передней стенки до задней стенки. Над щелью, с частичным перекрыванием перегородок, имеется еще одна или несколько перегородок, которая выполняет (выполняют) функцию изменения направления движения теплоносителя внутри теплообменника.
Теплообменник сверху и снизу имеет поверхности, выполненные в виде сводов. Частично боковые стенки теплообменника совпадают с боковыми стенками котла.
Первый нижний свод теплообменника располагается над пламенем топки. Поверхность, образующая этот свод, не доходит до задней стенки котла и ограничивается стенкой теплообменника, в которую выведены трубы-газоходы нижнего хода.
Второй нижний свод соединяет стенку теплообменника с внутренней рубашкой со стороны задней стенки. Выше стенки теплообменника расположены трубы-газоходы верхнего хода. Верхний свод теплообменника располагается под верхней крышкой котла между боковыми стенками, причем спереди он достигает передней стенки, а сзади - задней стенки котла.
В передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы-газоходы верхнего и нижнего ходов. Воздушная камера не имеет непосредственного соединения с топочной камерой. Внутри воздушной камеры нагретый воздух, прошедший через трубы-газоходы нижнего хода, меняет свое направление, и проходит далее, через трубы-газоходы верхнего хода.
Нижний свод не доходит до задней стенки, и поэтому трубы-газоходы нижнего хода короче труб-газоходов верхнего хода и выходят в топочную камеру. С другой стороны эти трубы-газоходы выходят в воздушную камеру. Трубы-газоходы верхнего хода доходят до задней стенки и также выходят в воздушную камеру. Другой конец этих труб-газоходов выходит в дымоход.
Ход нагретого воздуха в заявляемом котле следующий. Нагретый воздух проходит через трубы-газоходы нижнего хода, поступает в воздушную камеру, разворачивается обратно, и поскольку горячий воздух всегда поднимается вверх, то далее он проходит через ряды труб-газоходов верхнего хода и поступает в дымовую камеру, которая находится за теплообменником для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания.
Ход теплоносителя в циркуляционном контуре следующий:
В патрубок для входящего теплоносителя поступает остывший теплоноситель, который прошел через внешний контур. Он вливается в циркуляционный контур, образованный между внешней и внутренней рубашками котла и поднимается к теплообменнику. Пройдя путь от дна котла до теплообменника, теплоноситель немного нагревается. Пройдя через нижнюю часть теплообменника, которая нагрета снизу пламенем горелки, он отбирает тепло у нижней поверхности теплообменника и нагретых труб-газоходов нижнего хода. При этом все трубы-газоходы верхнего хода омываются теплоносителем и получают от нагретого воздуха через поверхности труб-газоходов тепловую энергию.
За счет создания системы из перегородок внутри теплообменника движение теплоносителя в теплообменнике осуществляется по сложной траектории, и происходит интенсивная циркуляция теплоносителя вокруг труб-газоходов верхнего хода. При этом с внутренней поверхности вышеуказанных труб теплоносителем забирается большое количество тепловой энергии.
Через патрубок для уходящего теплоносителя, расположенный в верхней части теплообменника, теплоноситель поступает во внешний контур.
На Фиг.1, изображен заявляемый котел - вид спереди, на Фиг.2 - вид сбоку, где: 1 - внешняя рубашка котла; 2 - внутренняя рубашка котла; 3 - патрубок для входящего теплоносителя; 4 - патрубок для уходящего теплоносителя; 5 - топочная камера; 6 - горелка; 7 - теплообменник; 8 - первый свод теплообменника; 9 - второй свод теплообменника; 10 - стенка теплообменника; 11 - трубы-газоходы нижнего хода; 12 - трубы-газоходы верхнего хода; 13 - задняя стенка котла; 14 - воздушная камера; 15 - передняя дверь; 16 - боковые стенки котла; 17 - внутренние перегородки; 18 - щель между внутренними перегородками; 19 - верхняя перегородка; 20 - днище котла; 21 - циркуляционный контур теплоносителя; 22 - емкость для сбора золы; 23 - дымовая камера для отвода дымовых газов и сбора продуктов сгорания; 24 - дымоход.
Топливо котла сжигается в горелке 6 топочной камеры 5. Заявляемый котел ориентирован на сжигание пеллет. Как альтернативный вариант топлива для данного котла - это газ, и как временный - дрова и брикеты. Для регулирования процесса горения в котле может быть предусмотрена автоматическая система, включающая контроллер и дутьевой вентилятор, которая по сигналам с контроллера регулирует подачу дутьевого воздуха и топлива в топку котла.
Нагретый в топочной камере 5 воздух нагревает днище котла 22, стены топочной камеры 5 и поверхности теплообменника 7, выполненные в виде двух сводов, соединенных стенкой, и проходит в трубы-газоходы 11. В воздушной камере 14 он разворачивается и выходит в трубы-газоходы верхнего хода 12. Между всеми нагретыми поверхностями котла, и газами, циркулирующим по трубам, постоянно происходит обмен тепловой энергией.
Между внешней 1 и внутренней 2 рубашками котла имеется полость, заполненная через патрубок для входящего теплоносителя 3 теплоносителем, например водой. Внутри топочной камеры 5 установлен теплообменник 7, сверху закрытый внешней рубашкой котла 1, соединенный по бокам и сзади с внутренней рубашкой котла 2, и также заполненный теплоносителем. Теплоноситель, циркулирующий внутри рубашек котла и внутри теплообменника, образует циркуляционный контур теплоносителя 21. Он забирает тепло от газов, проходящих через трубы-газоходы нижнего 11 и верхнего 12 ходов. Отдавшие тепло газы выводятся через дымоход 17 в дымовую трубу.
Нагретый теплоноситель выводится из котла через патрубок для уходящего теплоносителя 4.
Патрубки для слива теплоносителя и спуска воздуха на чертежах не показаны и в описании технического решения не упомянуты, т.к. являются неотъемлемыми частями любого котла.
Примеры реализации котла.
| Характеристики | Котел 1 | Котел 2 |
| Номинальная теплопроизводительность кВт | 7-25 | 9-45 |
| Рекомендуемый объем обогреваемых помещений, м2 | 70-250 | 90-450 |
| Коэффициент полезного действия (к.п.д.), % | 80 | 80 |
| Удельный расход условного топлива, т/Гкал | 0,176-0,178 | 0,187-0,175 |
| Удельный расход пеллет, кг/час | 2,1-7 | 2,6-11,7 |
| Рабочее давление теплоносителя, МПа | 0,15 | 0,15 |
| Дымовая труба (сечение/высота), мм/м | 140/5 | 140/5 |
| Температура уходящих газов, не более °С | 280 | 228 |
| Рабочая температура теплоносителя не более, °С | 95 | 95 |
| Габаритные размеры (в работе):- высота, - ширина, - длина, мм | 1200×560×1600 | 1500×600×1640 |
1. Котел водогрейный, стальной, жаротрубный с дымогарными трубами, содержащий вертикально ориентированный корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством; патрубок для входящего теплоносителя; патрубок для уходящего теплоносителя; патрубок для удаления дымовых газов; теплообменник; дымовую камеру для сбора продуктов сгорания, расположенную за теплообменником; трубы-газоходы; при этом теплообменник расположен в верхней части котла, через теплообменник пропущены трубы-газоходы и имеется выход труб-газоходов в дымовую камеру, отличающийся тем, что нижняя поверхность теплообменника выполнена в виде двух сводов, расположенных на разных уровнях, и стенки между ними, где в выше указанной стенке начинаются трубы-газоходы нижнего хода; в передней части котла перед теплообменником дополнительно расположена воздушная камера, в которую выходят трубы-газоходы верхнего и нижнего хода; где внутри теплообменника имеются перегородки, установленные между верхним рядом труб-газоходов нижнего хода и нижним рядом труб-газоходов верхнего хода, где в числе их имеются перегородки, которые стыкуются с боковыми стенками котла, и между ними образована щель от передней стенки до задней стенки; где над щелью, с частичным перекрыванием перегородок, имеется еще одна или несколько перегородок.
2. Вертикальный водогрейный стальной жаротрубный котел с дымогарными трубами по п.1, отличающийся тем, что на фронтальной поверхности имеет дверь, обеспечивающую доступ ко всем трубам-газоходам и топочной камере котла.
3. Вертикальный водогрейный стальной жаротрубный котел с дымогарными трубами по п.1, отличающийся тем, что под горелкой установлен поддон для золы.
poleznayamodel.ru
Дымогарная конвективная труба стального жаротрубного водогрейного котла и способ ее изготовления
Изобретение предназначено для дымогарных труб и может быть использовано в теплоэнергетике. Дымогарная труба состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб. На внутренней поверхности толстостенной трубы имеются многозаходные канавки со спиралевидным направлением, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. На торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для разделения воздушных карманов. Способ изготовления дымогарной трубы основан на том, что на наружную поверхность трубы, являющуюся толстостенной, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы. Изобретение позволяет избежать разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к конструкциям дымогарных труб, используемых в теплообменных аппаратах с повышенной тепловой эффективностью, например в стальных жаротрубных водогрейных котлах.
Известны теплообменные аппараты, выполненные в виде параллельно расположенных и образующих секции конвективных труб, вваренные в верхние и нижние трубные доски. Дымовые газы проходят внутри труб, нагреваемое тело (вода) движется между трубами, омывая их в продольном или поперечном направлении (Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности. М.: Стройиздат, 1975, стр.210-218).
Недостатком известных теплообменных аппаратов, у которых конвективная поверхность выполнена в виде гладких труб, является низкий уровень теплообмена, обусловленный малой поверхностью теплообмена, низкой плотностью энерговыделения и недостаточной турбулизацией газовых потоков теплоносителя, особенно в ламинарном подслое около поверхности труб, где происходит основное термическое сопротивление теплообмену.
Известны дымогарные трубы, в которых конвективные поверхности имеют многозаходные спиралевидные канавки во внутренней полости и спиралевидные выступы на наружной поверхности. Такое конструктивное выполнение дымогарных труб по сравнению с гладкоствольными трубами обеспечивает увеличение поверхности теплообмена, интенсифицирует турбулентность потоков теплоносителей, разрушает пристеночные пограничные слои теплоносителя, отвечающего за интенсивность теплопередачи от одного теплоносителя к другому (патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).
Одним из наиболее производительных и экономически эффективных процессом изготовления таких труб является винтовое протягивание инструментальной головки с рядом давильников, которые формируют многозаходные канавки во внутренней полости трубы и ответные выступы металла на ее наружной поверхности (Петриков С.А. Разработка, исследование и освоение конструкций и технологии изготовления теплообменных труб с энергоэффективными конфигурациями поверхностей. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, ОАО ВИЛС, М., 2002, 20 с.; Петриков С.А., Серов Н.Б., Хованов Н.Н. Конструкция, расчет и технология изготовления конвективных труб к теплоэнергетическим аппаратам. В ж. Тяжелое машиностроение, М., 2000, №11, с.28-32; патент RU 2197683, F 22 В 9/00, 27.01.2003, 4 с.).
Однако металл всех вышеперечисленных конструкций дымогарных труб в момент запуска в эксплуатацию теплообменного аппарата подвергается разрушающему действию сернистой коррозии, которая образуется от конденсации на холодные поверхности труб водяных паров из воздуха, конденсации окислов азота NOx , монооксида углерода СО и окислов серы SO3 от сжигания газа или высокосернистого мазута. Находящиеся в продуктах сгорания окислы азота и окислы серы вступают в реакцию с водяными парами с образованием смеси азотной и азотистой кислот, серной кислоты, что ведет к коррозии поверхностей газохода. Например, растворимость монооксида азота 7,38 мл/100 г при 0°С, которая уменьшается с повышением температуры. Так, при 20°С и 100°С растворимость составляет соответственно 4,71 мл/100 г и 2,6 мл/100 г. Для защиты внутренних поверхностей дымогарных труб от разрушающего действия коррозии необходимо, чтобы температура металла в газоходе была выше росы проходящих газов, т.е. для предотвращения коррозии поверхностей газохода температура металла не должна быть ниже 65°С при сжигании газа и не ниже 100-110°С при сжигании высокосернистого мазута. Указанный режим в жаротрубных котлах поддерживается с помощью рециркуляционных насосов, которые заполняют котел перед очередным запуском предварительно подогретой (65°С или 100-110°С) сетевой водой (Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Изд-во АН СССР, 1947, 145 с; Примак А.В., Сигал А.И. Методы и аппараты снижения выбросов оксидов азота в энергоустановках. Киев: Наукова думка, 1989, 46 с.).
Такая технология борьбы с низкотемпературной коррозией поверхностей нагрева приводит к удорожанию котельной и снижает ее экономические показатели.
Цель изобретения - избежание разрушающего действия низкотемпературной коррозии на металл газохода за счет интенсивного повышения температуры металла в момент запуска котлоагрегата выше точки росы уходящих газов с одновременной интенсификацией теплообмена путем создания в пограничном ламинарном слое газохода турбулентных вихревых потоков.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном техническом решении дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, согласно изобретению предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы, упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.
Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, заключается в том, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.
Воздушные каналы, образованные при пластическом сочленении двух труб, термоизолируют толстостенную трубу в начальный период прохождения газового теплоносителя, что позволяет интенсивно ее прогреть по температуры выше точки росы и снизить время действия низкотемпературной коррозии. Многозаходное рифление на внутренней поверхности толстостенной трубы в виде спиралевидных и кольцевых канавок способствует созданию винтообразного турбулентного потока газового теплоносителя, который содействует турбулизации и разрушению пристеночных ламинарных зон, что в свою очередь приводит к существенно большему увеличению теплоотдачи от одного теплоносителя к другому.
Заявленное изобретение поясняется фиг.1, где показана конструктивная схема дымогарной трубы, а на фиг.2 - технологическая схема ее изготовления.
Как видно из фиг.1, дымогарная труба состоит из сочленения тонкостенной 1 и толстостенной 2 труб. Связь между трубами 1 и 2 обеспечивается путем формирования пластическим деформированием ряда канавок 3 винтообразного направления и кольцевыми канавками 4, расположенными по торцам трубы и между ними за счет ответных выступов 5 на наружной поверхности толстостенной трубы 2. Между поверхностями сочленения 1 и 2 труб имеются воздушные каналы 6, которые выполняют роль термоса в момент запуска котла и способствуют интенсивному нагреву металла толстостенной трубы 2 для быстрого преодоления временного режима выпадения сернистой, азотистой и азотной кислотной росы.
Технология изготовления предложенной конструкции поясняется фиг.2. Концентрично сочлененные с расчетным зазором трубы 1 и 2 пропускают через полый шпиндель токарно-винторезного станка 7 и через разжимную втулку 8 закрепляют в патроне станка. Свободный конец поддерживается выносным люнетом 9. Оправка 10 с инструментальной головкой с давильниками 11, размещенными в радиальной плоскости, пропускают через внутреннюю полость труб и закрепляют в резцедержателе 12 станка 7. При вращении труб и периодически взаимосвязанным через ходовой винт станка осевым перемещением инструментальной головки пластически формируют кольцевые и спиралевидные канавки в толстостенной трубе 2, ответные выступы которых обеспечивают пластическое соединение с тонкостенной трубой 1 с образованием воздушных каналов.
Эффективность предложенного технического решения выражается в том, что практически полностью исключается процесс разрушающего действия низкотемпературной коррозии в газоходном канале толстостенной трубы за счет ее быстрого прогрева, а наличие винтообразных и кольцевых канавок на ее внутренней поверхности вызывает принудительную турбулизацию газового теплоносителя в пограничном слое и интенсивную теплопередачу за счет
уменьшения толщины ламинарного пограничного слоя,
увеличения площади внутренней поверхности дымогарной трубы,
увеличения длины пути и времени прохождения газового теплоносителя.
Формула изобретения
1. Дымогарная конвективная труба водогрейного котла, имеющая на внутренней поверхности многозаходные канавки со спиралевидным направлением, отличающаяся тем, что упомянутая труба предназначена для стального жаротрубного котла и состоит из двух концентрично расположенных отрезков толстостенной и тонкостенной труб, между которыми предусмотрены воздушные карманы, при этом упомянутая внутренняя поверхность является внутренней поверхностью толстостенной трубы, а на наружной поверхности толстостенной трубы спиралевидно расположены выступы, образующие совместно с внутренней поверхностью тонкостенной трубы упомянутые воздушные карманы, при этом на торцовых участках толстостенной трубы и по ее длине дополнительно имеются кольцевые канавки и выступы для добавочного разделения воздушных карманов.
2. Способ изготовления дымогарной конвективной трубы водогрейного котла, основанный на формировании во внутренней полости трубы многозаходных канавок со спиралевидным направлением, отличающийся тем, что предварительно на наружную поверхность упомянутой трубы, являющуюся толстостенной и предназначенной для стального жаротрубного водогрейного котла, надевают с зазором тонкостенную трубу, после чего пластически формируют кольцевые и упомянутые многозаходные со спиралевидным направлением канавки во внутренней полости толстостенной трубы с формированием выступов на ее наружной поверхности, которые образуют с внутренней поверхностью тонкостенной трубы воздушные карманы.
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.05.2006
Извещение опубликовано: 27.04.2007 БИ: 12/2007
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.05.2006
Извещение опубликовано: 20.06.2007 БИ: 17/2007
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.11.2008
Извещение опубликовано: 10.11.2008 БИ: 31/2008
QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения
Лицензиар(ы): Петриков Сергей Анатольевич
Вид лицензии*: НИЛ
Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество "Дорогобужкотломаш"
Договор № РД0046392 зарегистрирован 30.01.2009
Извещение опубликовано: 10.03.2009 БИ: 07/2009
* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.05.2009
Дата публикации: 27.12.2011
RZ4A Другие изменения, относящиеся к зарегистрированным изобретениям
Изменения:
Публикацию в БИПМ № 17 за 2007 год о досрочном прекращении действия патента считать ошибочной
Дата публикации: 10.03.2012
bankpatentov.ru
