Паровым или водогрейным котельным агрегатом теплогенератором)
называют устройство, имеющее топку для сжигания органического топлива и обогреваемое продуктами сгорания этого топлива, предназначенное для получения пара или горячей воды с давлением выше атмосферного, которые используют вне самого устройства [1].
При сжигании органического топлива горючие химические элементы
(метан, углерод, водород, сера), входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и образуют продукты сгорания
(двуокись углерода, водяные пары, сернистый газ). В котельный агрегат
необходимо подать некоторое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить полное сгорание топлива и передачу теплоты от топочных газов рабочему телу; удалить продукты сгорания топлива; подать рабочее тело – воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой температуры или превратить ее в пар требуемого давления, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки. Производительность теплогенератора определяется количеством теплоты или пара, получаемых в процессе сжигания топлива [1].
От высокотемпературных продуктов сгорания органического топлива тепловая энергия передается трубам суммарным потоком теплоты: конвекцией и лучеиспусканием. Затем от внешней поверхности кипятильных труб к внутренней через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи теплота передается путем теплопроводности, а от внутренней поверхности труб к воде благодаря теплопроводности и конвекции [1].
Устройство, имеющее топку для сжигания органического топлива, обогреваемое продуктами сгорания, предназначенное для получения горячей воды с давлением выше атмосферного, называют водогрейным котлом (теплогенератором). Горячая вода от водогрейных котлов – теплогенераторов идет на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений. Для унификации водогрейных котлов утверждена следующая шкала теплопроизводительности
в Гкал/ч: 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100; 180 [3].
В производственно-отопительных котельных с паровыми котлами для получения горячей воды используется пар как промежуточный теплоноситель, что требует установки сетевых пароводяных подогревателей. Водогрейные котельные агрегаты осуществляют непосредственный подогрев сетевой воды, благодаря чему капитальные затраты на водогрейные котельные агрегаты и вспомогательное оборудование ниже, чем при использовании паровых котельных агрегатов, а тепловые схемы проще. Однако при отсутствии пара усложняется процесс подогрева мазута, требуется вакуумная деаэрация воды [3].
Водогрейный котел состоит из топочного и конвективного блоков, и
может иметь горизонтальную, П-образную или башенную компоновку.
Топочный блок – это топка в виде параллелепипеда, полностью экраниро-
ванная трубами, которые установлены на боковых экранах вертикально, а на подовом (внизу) и потолочном – горизонтально или с наклоном. Все эти экранные трубы приварены обычно к нижним и верхним коллекторам
большего диаметра [3].
Конвективный блок устанавливается в шахте, где температура топоч-
ных газов ниже, чем в топке. Конвективная шахта состоит из экранов с
нижними и верхними коллекторами, к которым приварены вертикальные
стояки, а в эти стояки вварены горизонтально расположенные U-образные
трубы диаметром 28 мм. Экраны топки и конвективной шахты всех
водогрейных котлов выполняются с подъемным и опускным движением воды. Надежность работы всех труб котла обеспечивается при скорости воды в подъемных трубах – 0,6…1 м/с, а в опускных – 1…1,6 м/с. Многоходовое движение воды по экрану достигается установкой заглушек и перегородок в коллекторах. Правильный подбор скоростей воды обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление всего контура водогрейного котла, которое составляет 1,5…2 кгс/см2. Гидродинамический режим работы должен исключить снижение давления и расхода воды, проходящей через водогрейный котельный агрегат, ниже допустимого. Кипение воды в водогрейном котле недопустимо, так как это приводит к гидравлическим ударам, нарушению опускного движения, созданию замкнутых циркуляционных контуров, отложению накипи и пережогу отдельных труб. В соответствии с этим трубная часть водогрейных котлов до 20 Гкал/ч рассчитывается на давление 16 кгс/см2, а котлов 30 Гкал/ч и выше – 25 кгс/см2. Исключено и повышение давления выше допустимого во избежание разрыва труб [8].
Температура воды на выходе из экранов должна быть ниже темпера-
туры насыщения (кипения при соответствующем давлении) на 20…30 °С, что достигается выбором соответственного давления воды на выходе из водогрейного котла. Для стальных водогрейных котлов 20 Гкал/ч и ниже температура воды на выходе принимается до 150 °С, а для котлов 30 Гкал/ч и выше допускается повышение температуры воды до 200 °С. Котлы производительностью 4…20 Гкал/ч должны обеспечивать работу только в основном режиме, а котлы 30 Гкал/ч и выше допускают работу как в основном, так и в пиковом режимах [1].
Во избежание низкотемпературной коррозии минимальная температура воды на входе в стальной водогрейный котел должна быть не ниже 70 °С при работе на газе и не ниже 90 и 110 °С при работе соответственно на сернистом и высокосернистом мазутах. Это
достигается путем рециркуляции – подачи расчетного количества уже
подогретой в котельном агрегате воды на ввод обратной сетевой воды водогрейного котла с помощью рециркуляци о нных насосов. После подогрева в котельном агрегате вода разделяется на три потока: в теплосеть, на рециркуляцию, на собственные нужды котельной. Для определения расхода воды, проходящей через котел, расчетов гидродинамических режимов и других характеристик вспомогательного
оборудования водогрейные котельные агрегаты рассчитываются на пять
режимов для следующих температур наружного воздуха:
1. максимально-зимнего – при температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;
2. наиболее холодного месяца – при температуре наружного воздуха
в холодном месяце;
3. при средней температуре за отопительный период;
4. в точке излома температурного графика и летнего [9].
По расчетным температурам заданного города выстраивается температурный график. При расчетной температуре наружного воздуха для максимально-зимнего режима температура воды в подающем и обратном трубопроводах принимается максимальной – 150 и 70 °С.
При температуре наружного воздуха, отличной от расчетной, температура воды в подающем трубопроводе регулируется путем перепуска части воды из обратного трубопровода в подающий по подмешивающей перемычке, на которой установлен регулятор температуры [9].
Зная расход воды через котельные агрегаты, установленные в котельной, определяются единичная теплопроизводительность водогрейного котла и расход воды через каждый агрегат [9].
На водогрейных котлах установлена автоматика регулирования и автоматика безопасности (блокировки), которая прекращает подачу топлива в топку в следующих случаях:
1. при снижении давления воды ниже допустимого (так как при этом
вода закипит);
2. при повышении давления выше допустимого (во избежание разрыва труб на прочность);
3. при снижении расхода воды через водогрейный котел ниже допустимого (так как это приведет к закипанию воды);
4. при повышении температуры воды на выходе из котла до значения на 20 °С ниже температуры насыщения, соответствующей рабочему давлению воды в выходном коллекторе котла;
5. при снижении давления газа или мазута перед горелками ниже допустимого и др.
На всех водогрейных котлах устанавливается следующая арматура:
1. на входе воды в котел: запорная задвижка, манометр (с трехходовым
краном), термометр;
2. на выходе воды из котла: запорная задвижка, обратный клапан, манометр (с трехходовым краном), термометры (показывающий и регистрирующий), два предохранительных клапана, расходомер воды. Кроме того, в верхней части котла и перепускных трубах устанавливаются воздушные вентили для выпуска воздуха при заполнении котла в режиме пуска, а в нижней части котла и нижних коллекторах – спускные вентили для выпуска воды при остановке и ремонте котла. Гарнитура: взрывной предохранительный клапан на топке и конвективной шахте, люки, гляделки и пр. в соответствующих местах [10].
5 DohrmmDFjkMRex8NMFyxF1doedxwRZsrtLLbmlZoWu2XKyI8Em/exRXYFXMdo4GIA1SGK55xOKxD tELvbzBc0eYKLc23uELTag9cEQRYbYmLXNiVtC2Xgp4PmTyyieWUw3CF4YrnHiTtwBV6g8qhcAUc lxNHyoUcrI6/8zPr7TRctw/pn/wDAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQByICZd4AAAAAwBAAAPAAAA ZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI9NS8NAEIbvgv9hGcGb3XxoLDGbUop6KoKtIN6m2WkSmt0N2W2S/nun J73Nyzy8H8VqNp0YafCtswriRQSCbOV0a2sFX/u3hyUIH9Bq7JwlBRfysCpvbwrMtZvsJ427UAs2 sT5HBU0IfS6lrxoy6BeuJ8u/oxsMBpZDLfWAE5ubTiZRlEmDreWEBnvaNFSddmej4H3CaZ3Gr+P2 dNxcfvZPH9/bmJS6v5vXLyACzeEPhmt9rg4ldzq4s9VedKyT5JFRBcnyGcQViLOI1x34ytI0BVkW 8v+I8hcAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA W0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAA AAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAvdjjbNwYAAOw/AAAOAAAAAAAAAAAA AAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQByICZd4AAAAAwBAAAPAAAAAAAA AAAAAAAAAJEIAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAngkAAAAA ">
2.Описание объекта промышленной собственности. Объект –котел
Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Котел содержит герметичный корпус, в нижней части которого размещены топочная камера с горелкой и дымогарные трубы, расположенный над дымогарными трубами теплообменник. Котел снабжен датчиком давления и электромагнитным клапаном, расположенными в верхней части котла. Выход электромагнитного клапана соединен трубопроводом с внутренней полостью горелки. Изобретение обеспечивает увеличение теплопередачи от паров котловой воды к воде системы теплоснабжения и снижение содержания окислов азота в отработанных газах.
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам, и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
Известны водогрейные котлы, основными элементами которых являются герметичный корпус, частично заполненный жидким теплоносителем, погруженные в теплоноситель топочная камера с горелкой и дымогарные трубы, размещенный над поверхностью теплоносителя теплообменник, например патент РФ №2080516, МПК F22B 7/00.
При работе котла данного типа в результате испарения жидкого теплоносителя его паровая фаза контактирует с поверхностью теплообменника, конденсируется на ней, а конденсат стекает в объем жидкого теплоносителя.
Известный водогрейный котел является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбран в качестве ближайшего аналога.
Недостатком известного котла является то, что в паровом пространстве котла (зона, где расположен теплообменник), наряду с паровой фазой теплоносителя, присутствует воздух, который ограничивает контакт паровой фазы теплоносителя с поверхностью теплообменника, тем самым ухудшает передачу тепла от паровой фазы теплоносителя к поверхности теплообменника и далее к нагреваемой воде системы теплоснабжения.
Техническим результатом изобретения является увеличение теплопередачи от паровой фазы теплоносителя к воде системы теплоснабжения.
Увеличение теплопередачи достигается за счет освобождения парового пространства котла от воздуха, вследствие чего увеличивается мощность котла.
Указанный технический результат достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем герметичный корпус, в нижней части которого размещены топочная камера с горелкой и дымогарные трубы, над которыми расположен теплообменник, согласно изобретению котел снабжен датчиком давления и электромагнитным клапаном, расположенными в верхней части котла, при этом выход электромагнитного клапана соединен трубопроводом с внутренней полостью горелки.
Благодаря указанному выполнению устройства котла воздух из парового пространства котла периодически удаляется, при этом улучшается передача тепла от паровой фазы теплоносителя к нагреваемой воде системы теплоснабжения, вследствие чего увеличивается мощность котла.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен разрез водогрейного котла в рабочем состоянии.
Водогрейный котел содержит герметичный корпус 1, в нижней части которого размещены топочная камера 2 с горелкой 3, дымогарные трубы 4. В верхней части котла размещен теплообменник 5. Верхняя часть корпуса 1 снабжена датчиком давления 6 и электромагнитным клапаном 7, при этом выход электромагнитного клапана соединен трубопроводом 8 с внутренней полостью горелки 3.
Котел работает следующим образом.
Перед запуском котла в работу топка котла продувается воздухом путем включения вентилятора горелки 3. Затем подают в горелку газ и поджигают его. Продукты сгорания топлива проходят через топочную камеру 2 и систему дымогарных труб 4, при этом осуществляется передача тепла от горячего газа к воде, находящейся в котле. Вода в котле нагревается, начинается ее кипение и испарение. Пары воды поднимаются от поверхности жидкой фазы теплоносителя к трубкам теплообменника 5, на холодной поверхности трубок они конденсируются, и конденсат в виде капель падает в кипящую воду. Пар собирается в верхней части котла, то есть в области теплообменника 5, давление в котле увеличивается, так как в паровом пространстве присутствует воздух, и при достижении избыточного давления значения приблизительно 0,8 кг/см2 датчик давления 6 выдает электрический сигнал на открытие электромагнитного клапана 7. При этом воздух из парового пространства через трубопровод 8 вместе с некоторой частью пара будет вытеснен во внутреннюю полость горелки 3, потому что давление во внутренней полости горелки во время ее работы ниже атмосферного. Процесс вытеснения воздуха из парового пространства будет продолжаться до тех пор, пока давление пара в котле не снизится до значения менее 0,7 кг/см2, при этом электрический сигнал с датчика 6 перестает воздействовать на электромагнитный клапан 7, и он закрывается. При остановке котла или регулировании его мощности возможно натекание воздуха в котел. Присутствие воздуха в котле при повторном запуске вновь вызывает повышение давления в нем, вновь открывается клапан 7, выпуская воздух вместе с паром в горелку 3.
Процесс удаления воздуха из котла сопровождается удалением некоторого количества теплоносителя, поэтому в конструкции котла предусмотрен механизм восполнения утраченного теплоносителя, автоматически пополняющий котел теплоносителем до определенного уровня.
Процесс испарения и конденсации теплоносителя непрерывно повторяется, при этом происходит перенос тепла от паров теплоносителя к воде в системе теплоснабжения.
Кроме того, поступление в горелку вместе с воздухом паров теплоносителя снижает содержание окислов азота в выбрасываемых в атмосферу отработанных газах.
Таким образом, благодаря указанному выполнению устройства котла воздух из парового пространства при работе котла периодически удаляется, при этом существенно улучшается передача тепла от паровой фазы теплоносителя к нагреваемой воде системы теплоснабжения, вследствие чего увеличивается мощность котла и уменьшаются выбросы окислов азота в атмосферу.
