МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ КОТЕЛ С АГРЕГАТОМ НАДДУВА Российский патент 1998 года по МПК F22B1/24 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в котлостроении.

Известен паровой котел с агрегатом наддува, содержащий источник нагреваемой среды, газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, одна из частей газохода на входе подключена к горелочному устройству, причем части газохода подключены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, подключенной к газовому тракту между упомянутыми частями газохода, при этом теплообменная поверхность каждой части газохода выполнена в виде цилиндрических обечаек с полыми стенками, внутри которых выполнены спиральные каналы для прохода нагреваемой среды, причем обечайки, являющиеся по своему назначению парогенерирующими цилиндрами и размещенные одна относительно другой коаксиально с кольцевыми зазорами, образующими в совокупности с центральным каналом при последовательном соединении всех зазоров упомянутый газоход (см. патент Российской Федерации, 2056584, МКЛ F 22 B 1/24, 1996 г. ).

Известный котел имеет хорошие весогабаритные характеристики, однако эти характеристики могут быть значительно улучшены. Указанный технический результат может быть достигнут следующим образом.

Парогенерирующие цилиндры, расположенные по газоходу во второй части за турбиной, по конструкции неоправданно усложнены. Спиральные каналы в парогенерирующих цилиндрах требуются для обеспечения эксплуатационной надежности при протекании нагреваемой среды в зоне с высокой температурой греющих продуктов сгорания, т.е. в первой части газохода до турбины. В газоходе за турбиной температура продуктов сгорания всегда значительно ниже и поэтому здесь не требуется спиральная форма каналов для нагреваемой среды. В этой части котла можно обойтись более простой конструкцией и образовать теплообменную поверхность газохода в виде парообразующих цилиндров, стенки которых изготовлены из расположенных вдоль оси по образующей и примыкающих одна к другой прямых трубок для прохода в них нагреваемой среды, причем данные цилиндры установлены коаксиально по отношению к обечайкам и между собой с зазорами, соединенными последовательно и образующими вторую часть газохода котла. Трубки выходят в коллекторы, в которых могут быть установлены разделительные перегородки по группам трубок для организации прямого и обратного движения нагреваемой среды в цилиндре либо эти разделительные перегородки отсутствуют, и тогда нагреваемая среда движется по трубам в цилиндре в одном направлении. Организация движения нагреваемой среды в цилиндре зависит от параметров и назначения котла. Число парогенерирующих цилиндров из обечаек на первом участке газохода до турбины и число парогенерирующих цилиндров, изготовленных из трубок, на втором участке газохода после турбины также зависит от параметров котла.

Задачей изобретения является создание такой конструкции теплообменных поверхностей на втором участке газохода, которая позволяет уменьшить массогабаритные характеристики котла в целом. Поясним это на примере. Для цилиндрического котла паропроизводительностью 4 т/ч в соответствии с теплогидравлическими расчетами требуются два парогенерирующих цилиндра на первом участке газохода и два парогенерирующих цилиндра на втором участке газохода. При фиксированной величине средних диаметров 3-го и 4-го парогенерирующих цилиндров теплообменная поверхность в случае изготовления их в виде цилиндров из трубок будет при той же длине парогенерирующих цилиндров примерно в π/2 раза больше, чем в случае изготовления их в виде обечаек с внутренними спиральными каналами. Это, в свою очередь, приводит к возможности сократить диаметр или длину парогенерирующих цилиндров при сохранении прежней величины теплообменной поверхности и, в конечном счете, к уменьшению массогабаритных характеристик котла в целом.

На фиг. 1 представлена схема выполнения малогабаритного цилиндрического котла с агрегатом наддува, а также показано движение продуктов сгорания по газоходу и нагреваемой среды (в данном случае воды) по каналам парогенерирующих цилиндров; на фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 представлена схема движения нагреваемой среды по трубкам и коллекторам; на фиг. 4 схема движения нагреваемой среды по трубкам и коллекторам, снабженным разделительными перегородками, а на фиг. 5 - схема движения нагреваемой среды и продуктов сгорания в первой части газохода, расположенной до турбины.

Малогабаритный цилиндрический котел с агрегатом наддува содержит источник нагреваемой среды (не показано), газоход, разделенный на две части 1 и 2, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, а первая часть 1 газохода на входе осевого канала подключена к горелочному устройству 3, причем части 1 и 2 газохода соединены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство 3 воздух компрессора (К) 4 с приводом от газовой турбины (Т) 5, подключенной к газовому тракту между упомянутыми частями 1 и 2 газохода с возможностью вращения под воздействием продуктов сгорания, при этом теплообменная поверхность первой части 1 газохода между горелочным устройством 3 и газовой турбиной 5 выполнена в виде цилиндрических обечаек 6 и 7 с полыми стенками, внутри которых образованы спиральные каналы 8 для прохода нагреваемой среды, обечайки 6 и 7 размещены относительно друг друга коаксиально с зазором и образованием упомянутого газохода. Теплообменная поверхность второй части 2 газохода образована парогенерирующими цилиндрами 9 и 10, расположенными снаружи от обечайки 7, причем стенки цилиндров 9 и 10 изготовлены из расположенных вдоль оси по образующей и примыкающих одна к другой прямых трубок 11 для прохода в них нагреваемой среды, парогенерирующие цилиндры 9 и 10 установлены коаксиально по отношению к обечайкам 6 и 7 и между собой с зазорами и образованием последовательно соединенных между собой каналов газохода, которые с каналами первой части 1 образуют упомянутый газоход, а выход турбины 5 подключен к каналу, образованному внешней поверхностью обечайки 7 и внутренней поверхностью цилиндра 9, при этом трубки 11 соединены с коллекторами 12, расположенными по их концам. Коллекторы 12 могут быть снабжены разделительными перегородками 13 по группам трубок 11 для организации прямого и обратного движения потока нагреваемой среды в цилиндре. Вход в турбину 5 соединен с выходом первой части 1 газохода.

Малогабаритный цилиндрический котел с агрегатом наддува работает следующим образом.

Продукты сгорания, образующиеся в горелочном устройстве 3 до входа в турбину 5 охлаждаются путем передачи тепла нагреваемой среде в первой части 1 газохода до температуры, допустимой с точки зрения стойкости рабочих лопаток турбины 5. Работа расширения продуктов сгорания в турбине 5 идет на привод сочлененного с ней компрессора 4, который нагнетает воздух в горелочное устройство 3. Отработавшие в турбине 5 продукты сгорания поступают в канал, образованный внешней поверхностью обечайки 7 и внутренней поверхностью цилиндра 9, далее проходят последовательно все остальные участки газохода, продолжая отдавать тепло стенкам парогенерирующих цилиндров 9 и 10 второй части 2 газохода, и выходят из котла. Нагреваемая среда поступает в трубки 11 внешнего парогенерирующего цилиндра 10, который исполняет функцию экономайзерного цилиндра, последовательно проходит остальные каналы, нагреваясь продуктами сгорания, и выходит в виде пара или горячей воды из котла, причем с помощью разделительных перегородок 13 и коллекторов 12 в трубках 11 может быть организован противоток нагреваемой среды.

Предназначен для использования в энергетике, котлостроении. Газоход котла разделен на две последовательно подключенные части. Между ними к газоходу подключена турбина, приводящая во вращение компрессор, нагнетающий воздух в горелочное устройство котла. Теплообменная поверхность котла первой части газохода выполнена в виде обечаек с полыми стенками, в которых организованы спиральные каналы для прохода нагреваемой среды. Теплообменная поверхность во второй части газохода образована цилиндрами, изготовленными из прямых трубок, примыкающих одна к другой. Такое выполнение позволяет сократить диаметр или длину парогенерирующих цилиндров, что в целом уменьшает массогабаритные характеристики котла. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. .

1. Малогабаритный цилиндрический котел с агрегатом наддува, содержащий источник нагреваемой среды, газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, первая часть газохода на входе осевого канала подключена к горелочному устройству, причем части газохода соединены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, подключенной к газовому тракту между упомянутыми частями газохода, при этом теплообменная поверхность первой части газохода между горелочным устройством и газовой турбиной выполнена в виде цилиндрических обечаек с полыми стенками, внутри которых образованы спиральные каналы для прохода нагреваемой среды, обечайки размещены относительно друг друга коаксиально с зазором и образованием упомянутого газохода, отличающийся тем, что теплообменная поверхность второй части газохода образована цилиндрами, расположенными снаружи от обечаек, причем стенки цилиндров изготовлены из расположенных вдоль оси по образующей и примыкающих одна к другой прямых трубок для прохода в них нагреваемой среды, цилиндры установлены коаксиально по отношению к обечайкам и между собой с зазорами и образованием последовательно соединенных между собой каналов газохода, а выход турбины подключен к каналу, образованному внешней поверхностью обечайки и внутренней поверхностью цилиндра, при этом трубки соединены с коллекторами, расположенными по их концам. 2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что коллекторы снабжены разделительными перегородками по группам трубок для организации прямого и обратного движения потока нагреваемой среды в цилиндре.