ПАРОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО КОТЛА Российский патент 1999 года по МПК F22B23/04 F28D7/12 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к котлостроению, и может быть использовано при создании стационарных и транспортных котельных установок с различными теплоисточниками.

Известно парогенерирующее устройство котла, содержащее обогреваемые трубы, связанные верхней оконечностью с трубной доской пароводяного барабана, а нижней оконечностью - с трубной доской водяного коллектора (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные парогенераторы. Л. , Судостроение, 1979, с. 207). Недостатком известного решения являются: 1) повышенные термические напряжения в параллельных пучках труб, возникающие под действием неравномерного обогрева и охлаждения; 2) увеличение габаритов и массы котла при двухбарабанной схеме крепления труб; 3) сложность замены труб в период эксплуатации и чистки от отложений; 4) сложность заглушки поврежденных труб в эксплуатации из-за необходимости вскрытия барабанов котла; 5) увеличенный размер барабанов (не менее 450 мм) в связи с необходимостью выполнения работ внутри барабана по замене и заглушке труб.

Известно парогенерирующее устройство котла, содержащее пучок соосно установленных труб, состоящих из внешней трубы, связанной верхней оконечностью с трубной доской пароводяного барабана котла, и внутренней трубы, верхняя оконечность которой заведена внутрь барабана, а нижняя имеет торец, расположенный на другом уровне относительно торца нижней оконечности внешней трубы (см. патент СССР N 8431, 1929 г., F 22 B 23/04). Это решение является ближайшим к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа. Недостатками известного технического решения являются: 1) сложность замены труб в период эксплуатации из-за необходимости вскрытия барабана котла для производства внутренних работ; 2) сложность очистки труб от отложений с наружной стороны из-за стесненности самих пучков труб, с внутренней стороны - из-за загроможденности пространства каждой внешней трубы внутренней трубой; 3) снижение производительности и КПД котла в эксплуатации при частичной вырезке поврежденных труб до выполнения заводских ремонтно-восстановительных работ с соответствующим перерасходом топлива в эксплуатационный период; 5) увеличенные трудозатраты за заводские ремонтно-восстановительные работы в связи с ответствием простого, индивидуального доступа ко всем трубам пучка и необходимостью частичной вырезки неповрежденных труб при расположении поврежденной трубы внутри пучка.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно: повышение технологичности эксплуатационного ухода и ремонтно-восстановительных работ, а также предотвращение снижения КПД котла и увеличения расхода топлива в эксплуатации с возникновением неисправностей отдельных труб и последующего их удаления.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном парогенерирующем устройстве котла, содержащем пучок соосно установленных труб, состоящих из внешней трубы, связанной верхней оконечностью с трубной доской пароводяного барабана котла, и внутренней трубы, верхняя оконечность которой заведена внутрь барабана, а нижняя имеет торец, расположенный на другом уровне относительно торца нижней оконечности внешней в отличие от него, заявляемое дополнительно содержит соединительное устройство и цилиндрическую камеру для сбора шлама. Внешняя труба имеет нижнюю оконечность глухую и вместе с внутренней трубой выполнена в диаметральной плоскости разъемной. Цилиндрическая камера для сбора шлама по верхней торцевой поверхности имеет кольцевую проточку, посредством которой она сопряжена с торцевой поверхностью нижней оконечности нижней части внешней трубы. Верхняя часть внешней трубы в нижней оконечности выполнена со ступенчатым кольцевым выступом, расположенным с внутренней стороны трубы, и с кольцевой проточкой по всей ее торцевой поверхности, посредством которой она сопряжена с торцевой поверхностью верхней оконечности нижней части внешней трубы. Соединительное устройство выполнено в виде кольца, имеющего прямоугольную форму в поперечном сечении, и установлено внутри верхней части внешней трубы на ее ступенчатом выступе. Верхняя часть внутренней трубы своей нижней оконечностью и нижняя часть внутренней трубы верхней оконечностью размещены в соединительном устройстве. На нижней оконечности нижней части внутренней трубы размещены - горизонтальный ряд сквозных отверстий, расположенных по ее образующей, и близ торца - участок с резьбой для соединения оконечности с цилиндрической камерой. Причем, цилиндрическая камера имеет соответственно по верхнему торцу отверстие под резьбовой участок оконечности и снабжена средством для удаления шлама, соединительное устройство имеет сквозные каналы, расположенные между его верхними и нижними торцами, а верхняя часть внешней трубы, камера для сбора шлама и участки их сопряжения с нижней частью внешней трубы покрыты изоляцией от теплового источника.

Заявляемые ограничительные и отличительные признаки обеспечивают предлагаемому техническому решению достижение поставленной задачи - повышение технологичности эксплуатационного ухода и ремонтно-восстановительных работ, предотвращение снижения КПД котла и увеличения его расхода топлива.

Выполнение внешней и внутренней труб в диаметральной плоскости разъемными, кольцевой проточки по торцевой поверхности нижней оконечности верхней части внешней трубы и размещение нижней оконечности верхней части внутренней трубы и верхней оконечности нижней части внутренней трубы в соединительном устройстве, установленном на ступенчатом выступе нижней оконечности верхней части внешней трубы, в совокупности обеспечивают возможность: 1) снять дефектную часть трубы в период эксплуатации котла без вскрытия барабана, что исключает технологическую необходимость увеличения объемов малых котлов, 2) осуществлять очистку теплообменной части трубы с внешней и внутренней сторон вне котла в удобном месте; 3) заменить в эксплуатации поврежденную трубу новым участком трубы, не прибегая к ее глушению, 4) поддерживать за счет этого в эксплуатации полную поверхность теплообмена без снижения КПД котла и увеличения расхода топлива; 5) снизить объем ремонтно-восстановительных работ в заводских условиях. Это же позволяет выполнить крепление верхней оконечности внешней трубы к трубной доске посредством сварки, чем упрощается и изготовление котла, т.е. достигается дополнительный эффект.

Соединительное устройство в районе разъема внутренних труб позволяет обеспечить при этом внутреннее уплотнение внешнего канала циркуляции путем образования соединения, в котором нижняя часть внутренней трубы выполняет функцию анкерной пустотелой связи, закрепленной верхней оконечностью в соединительном устройстве, а нижней - в цилиндрической камере посредством резьбовых соединений. Наружные уплотнения внешнего канала циркуляции (внешней трубы в плоскости разъема и стыка ее с камерой) достигаются посредством кольцевой проточки на торцевых поверхностях: нижней оконечности верхней части внешней трубы и верхней части цилиндрической камеры. Наличие цилиндрической камеры для сбора шлама в нижней части канала циркуляции позволяет в совокупности осуществлять постоянное в ходе циркуляции накопление в ней шлама, образующегося при работе котла. Снабжение камеры средством для его удаления обеспечивает возможность выполнения периодических продувок шлама путем спуска с ним части котловой воды. При этом наличие на нижней части внутренней трубы горизонтального ряда сквозных отверстий, расположенных по ее образующей, т.е. на нижнем уровне внешнего обогреваемого канала, позволяет сообщить внутреннюю трубу с подъемной внешней и, тем самым, в совокупности с каналами соединительного устройства обеспечить надежную естественную циркуляцию воды и пароводяной смеси в заявляемом парогенерирующем устройстве.

Наличие изоляции от теплового источника в районе верхней части внешней трубы, камеры для сбора шлама и участков их сопряжения с нижней частью внешней трубы позволяет предохранить районы стыка частей внешней трубы от перегрева и повысить надежность уплотнения стыков.

Таким образом достигается поставленная задача изобретения, обеспечиваются повышение технологичности эксплуатационного ухода и ремонтных работ, предотвращаются снижение КПД котла и увеличение его расхода топлива.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, на котором приведена схема парогенерирующего устройства котла.

Парогенерирующее устройство котла содержит пучок (не показан) соосно установленных труб из внешней трубы, состоящей из верхней части 1 в виде патрубка, и нижней части 2 в виде прямолинейного отрезка трубы. Верхняя часть 1 внешней трубы верхней оконечностью соединена с трубной доской 3 барабана котла (не показан) и нижней оконечностью сопряжена с верхней оконечностью нижней части 2 посредством кольцевой проточки 4. С внутренней стороны верхняя часть 1 внешней трубы в нижней оконечности снабжена ступенчатым кольцевым выступом 5, на который установлена соединительная муфта 6. Нижняя часть 2 внешней трубы имеет сопряжение своей нижней оконечности с камерой 7 сбора шлама, которое выполнено посредством ее кольцевой проточки 8. В нижней части камера 7 снабжена спускной пробкой 9. Внутренняя труба пучка также состоит из верхней части 10 в виде изогнутого патрубка, заведенного своей верхней оконечностью во внутреннее пространство трубной доски пароводяного барабана, а нижней оконечностью - в соединительную муфту 6, и нижней части 11 в виде прямолинейного отрезка трубы, соединенного верхней оконечностью посредством резьбового соединения (не показано) с муфтой 6 и верхней частью 10 внутренней трубы, а нижней оконечностью посредством резьбового соединения 12 в виде гайки и участка с резьбой близ торца - с камерой 7. Нижняя оконечность нижней части 11 внутренней трубы снабжена сквозными отверстиями 13, расположенными по ее образующей на нижнем уровне газохода 14. Верхняя часть 1 внешней трубы, камера 7 и участки их сопряжения с нижней частью 2 покрыты изоляцией 15 от теплового источника 16 (показан светлыми стрелками), расположенного в газоходе 14 котла. Для возможности циркуляции потока муфта 6 снабжена сквозными вертикальными каналами 17. Камера 7 оборудована полостью 18 сбора шлама. Устройство используется следующим образом. При движении теплоносителя в газоходе 14 котла осуществляется теплообмен, и теплота от теплоносителя передается через стенку нижней части 2 внешней трубы к котловой воде. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в пространство между нижними частями внутренней 11 и внешней 2 труб, проходит через каналы 17 и между верхними частями 10 и 1 труб и поступает в полость пароводяного барабана над трубной доской 3, где она разделяется на пар и воду, пар в виде пузырей всплывает к поверхности раздела сред барабана, а вода собирается у нижней образующей трубной доски 3 и поступает в верхнюю оконечность верхней части 10 внутренней трубы (как показано темными стрелками). Далее вода поступает в нижнюю часть 11 внутренней трубы и движется к отверстиям 13, через которые вытекает в полость между внутренней 11 и внешней 2 трубами. Движение воды и пароводяной смеси в указанных внешнем и внутреннем каналах циркуляции осуществляется в силу различия плотностей сред - воды во внутреннем канале и пароводяной смеси во внешнем канале, образованном в пространстве между внутренней и внешней трубами.

Механические примеси котловой воды в виде дисперсного шлама движутся совместно с водой вниз по внутреннему каналу. При резком повороте потока воды от осевого направления в радиальное в зоне отверстий 13 примесь шлама выпадает из потока и продолжает движение в осевом направлении к открытому торцу нижней части 11 внутренней трубы, расположенному во внутренней полости 18 камеры 7. Этим обеспечивается сепарация шлама и его накопление в камере 7. Удаление шлама из полости 18 осуществляется путем открытия пробки 9 и спуска воды при сбросе давления пара в котле. При необходимости замены поврежденных труб сборку парогенерирующего устройства котла после удаления дефектного участка осуществляют следующим образом. К трубной доске 3 путем сварки или вальцовки (не показано) крепят патрубки 1. Из внутреннего пространства барабана внутрь патрубка 1 на выступ 5 устанавливают муфту 6. В центральное отверстие муфты 6 заводят и устанавливают верхнюю часть внутренней трубы. Остальную сборку элементов осуществляют с наружной стороны барабана. В муфту 6 на резьбовом соединении устанавливают нижнюю часть 11 внутренней трубы. Устанавливают прокладки (не показаны) в кольцевые выточки 4 и 8, затем нижнюю часть 2 внешней трубы и камеру 7. Путем затяжки гайки 12 обеспечивают уплотнение соединений с последующей герметизацией водяной полости посредством пробки 9. Далее котел и устройство подвергают гидравлическому испытанию на плотность. В случае обнаружения неплотностей последние устраняют путем разборки и повторной сборки парогенерирующих труб индивидуально.

Изобретение относится к стационарным и транспортным котельным установкам с различными теплоносителями. Парогенерирующее устройство котла содержит пучок соосных труб: внешней 2 подъемной с глухой нижней оконечностью и внутренней 11 опускной. Каждая из труб выполнена в диаметрали разъемной, части труб 2 и 11 сопряжены: у внешней 2 трубы кольцевой проточкой 8 оконечности, у внутренней 11 - муфтой 6, установленной на внутреннем выступе 5 внешней трубы 2. Нижняя оконечность внутренней трубы 11 на резьбе 12 соединена с камерой 7 для сбора шлама, сопряженной проточкой с нижней оконечностью внешней трубы 2. При нагреве пароводяная смесь поднимается в канале между частями внутренней 11 и внешней 2 труб, проходит отверстия 17 муфты 6 и между частями 10 и 1 труб и поступает в барабан. С отделением от нее пара вода движется по внутренней трубе 11 и ее отверстиям 13 и вытекает в полость между частями 11 и 2 труб, а шлам выпадает в полость 18 камеры его сбора. Изобретение повышает технологичность ухода, ремонта и изготовления. 1 ил.

Парогенерирующее устройство котла, содержащее пучок соосно установленных труб, состоящих из внешней трубы, связанной верхней оконечностью с трубной доской пароводяного барабана котла, и внутренней трубы, верхняя оконечность которой заведена внутрь барабана, а нижняя имеет торец, расположенный на другом уровне относительно торца нижней оконечности внешней трубы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединительное устройство и цилиндрическую камеру для сбора шлама, внешняя труба имеет нижнюю оконечность глухую и вместе с внутренней трубой выполнена в диаметральной плоскости разъемной, цилиндрическая камера для сбора шлама по верхней торцевой поверхности имеет кольцевую проточку, посредством которой она сопряжена с торцевой поверхностью нижней оконечности нижней части внешней трубы, верхняя часть внешней трубы в нижней оконечности выполнена со ступенчатым кольцевым выступом, расположенным с внутренней стороны трубы, и с кольцевой проточкой по всей ее торцевой поверхности, посредством которой она сопряжена с торцевой поверхностью верхней оконечности нижней части внешней трубы, соединительное устройство выполнено в виде кольца, имеющего прямоугольную форму в поперечном сечении, и установлено внутри верхней части внешней трубы на ее ступенчатом выступе, верхняя часть внутренней трубы своей нижней оконечностью и нижняя часть внутренней трубы верхней оконечностью размещены в соединительном устройстве, на нижней оконечности нижней части внутренней трубы размещены горизонтальный ряд сквозных отверстий, расположенных по ее образующей, и близ торца участок с резьбой для соединения оконечности с цилиндрической камерой, причем цилиндрическая камера имеет соответственно по верхнему торцу отверстие под резьбовой участок оконечности и снабжена средством для удаления шлама, соединительное устройство имеет сквозные каналы, расположенные между его верхними и нижними торцами, а верхняя часть внешней трубы, камера для сбора шлама и участки их сопряжения с нижней частью внешней трубы покрыты изоляцией от теплового источника.