ПАРОВОЙ КОТЕЛ Российский патент 1999 года по МПК F22B21/04 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к конструкции парового котла с использованием выработанного им пара в технологических производствах и теплоснабжении промышленных и сельских объектов.

Известен паровой котел типа ДЕ (Е.Ф.Бузников, К.Ф.Роддатис, Э.Я.Берзиньш Производственные и отопительные котельные, М.: Энергоиздат, 1984, с. 24-28), который имеет два барабана, расположенных по всей длине котла. Топочная камера размещается сбоку от конвективного пучка, образованного коридорно расставленными вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. От конвективного пучка топочная камера отделена газоплотной перегородкой из труб ⊘ 51 х 2,5 мм, поставленных с шагом 55 мм и сваренных между собой. Концы труб обсажены до диаметра 38 мм. В задней части перегородки имеется окно для входа газов в конвективный пучок. Перегородка у барабанов в месте обсадки труб уплотнена установкой чугунных гребенок, примыкающих к трубам и барабану. Трубы ⊘ 51 х 2,5 мм правого бокового экрана, покрывающего также под и потолок топочной камеры, установлены с шагом 55 мм и введены непосредственно в верхний и нижний барабаны и соединены с ними на вальцовке. Трубы заднего экрана ⊘ 51 х 2,5 мм не имеют обсадных концов и крепятся сваркой к верхнему и нижнему коллекторам ⊘ 159 х 6 мм, соединенным необогреваемой рециркуляционной трубой ⊘ 76 х 3,5 мм. Коллекторы приварены к верхнему и нижнему барабанам. Фронтовой (передний) экран котла имеет аналогичную конструкцию и отличается от заднего лишь отсутствием части труб, что позволяет разместить на фронтовой (передней) стене амбразуру горелки и взрывной клапан. Котел имеет в конвективных пучках продольные перегородки, что обеспечивает разворот газов в пучке и выход газов через заднюю стенку котла.

Наиболее близким техническим решением к предложенному устройству является "Стальной паровой котел", патент N 2075008 RU F 22 B 21/06, Бюл. N 7, 10.03.97 г., содержащий симметричную относительно барабанов, полностью экранированную топочную камеру, верхний и нижний укороченный барабаны, расположенные один над другим вдоль продольной оси котла и соединенные между собой, вне топочной камеры котла, конвективным пучком труб, а нижний барабан соединен с дополнительным центральным коллектором, расположенным внизу топки и соединенным в свою очередь с подовым, боковым вертикальным и потолочными экранами, из которых потолочный экран соединен с верхним барабаном, при этом центральный коллектор соединен с нижними передними и задними коллекторами, с которыми соединяются передние и здание топочные экраны, соединенные с верхним барабаном котла или верхними передними и задними коллекторами, причем котел на фронте может иметь два горелочных устройства, а центральный коллектор в этом случае соединяется двухрядным двусветным экраном с верхним барабаном котла.

Недостатками известного "Стального парового котла" являются недостаточный съем тепла в топочной камере и секционные передние (фронтальные) нижние коллекторы.

Цель изобретения - повышение КПД котла за счет увеличения съема тепла в топочной камере и снижение металлоемкости на единицу выработанной котлом тепловой энергии.

Цель достигается тем, что котел имеет два и более горелочных устройств, а топка котла выполнена секционная - разделенная на части многорядными двусветными экранами, при этом трубы двусветных экранов могут иметь различную геометрических конфигурацию и защищать поверхность верхнего барабана или коллекторов от излучения факела горелочных устройств, особенно при сжигании жидкого топлива, в свою очередь многорядные двусветные экраны устанавливаются на центральном коллекторе или коллекторах таким образом, чтобы полностью сработать радиационную энергию факелов горелочных устройств, между которыми расположены многорядные двусветные экраны, т.к. пространство топочной камеры между горелочными устройствами является наиболее теплонапряженным, то и установка дополнительных двусветных экранов, более двух, оправданно приведет к увеличению съема тепла в топочной камере котла, снизит отношение металлоемкости котла к единице тепловой энергии, выработанной котлом, и повысит КПД котла в целом на 0,2%, при этом двусветный центральный трубный экран, расположенный между другими двусветными экранами, может быть выполнен с металлическими проставками между труб (панельный). Котел может иметь два и более центральных коллекторов, соединенных с нижним барабаном, и также два и более ответных коллекторов, соединенных с верхним барабаном, причем центральные коллекторы, как и ответные коллекторы, могут располагаться не в одной горизонтальной плоскости, а между собой центральные и ответные коллекторы соединены однорядными или многорядными двусветными экранами в зависимости от диаметра коллекторов.

У предлагаемого выше варианта парового котла диаметр части нижнего барабана, расположенного внизу топочной камеры, может быть уменьшен относительно части этого барабана, размещенного в конвективной части котла.

Котел может иметь два цельных (несекционных), верхний и нижний передние коллекторы, расположенные перпендикулярно продольной оси котла, верхний из которых соединен с ответными коллекторами, а нижний коллектор соединен с центральными коллекторами, причем соединение передних коллекторов верхнего и нижнего может быть выполнено непосредственно - фронтальные верхние и нижние передние коллекторы с ответными и центральными коллекторами, или через перепускные трубы.

Передний верхний коллектор соединяется с нижним передним коллектором посредством однорядного или двухрядного трубного экранов, при этом трубы экрана (экранов) разведены для установки горелочных устройств.

Над верхней частью топочной камеры котла может быть дополнительно установлен выносной циклон с целью сепарации пара, выработанного в трубных экранах топочной камеры, при этом выносной циклон снизу соединяется с частью барабана, имеющего уменьшенный диаметр и расположенного над топочной камерой или соединяется с верхними ответными коллекторами, причем сверху выносной циклон соединен паровой трубой с частью верхнего барабана, расположенной в конвективной части котла, по верхней образующей барабана (с паровым отсеком).

Паровой котел, по независимому варианту, отличается тем, что нижний барабан котла может иметь одинаковый диаметр, как в топке, так и в конвективной части, при этом на барабане может быть установлено два и более двусветных многорядных экранов. Задний экран (экраны) топочной камеры расположены на задних секционных коллекторах и центральном коллекторе (коллекторах).

Сущность изобретения: повышение КПД котла обеспечивается установкой многорядных трубных экранов между горелочными устройствами, которые выполнены таким образом, что защищают часть верхнего барабана котла (коллекторов) от воздействия высоких температур горелочных устройств, при этом топка котла секционная, разделенная на секции двусветными трубными экранами, а нижний коллектор переднего экрана цельный и соединен с нижним коллектором (коллекторами) непосредственно или через перепускные трубы.

Подпитка котла водой организована с нижнего барабана и центрального коллектора (коллекторов), соединенного (соединенных) перед нижним барабаном, при этом конструкция предлагаемого котла имеет несколько вариантов. При нижней подпитке котла возрастает выработки пара котлом, т.к. в конвективном пучке отсутствуют опускные (рециркуляционные) трубы, и весь конвективный пучок труб работает как парогенерирующий.

На фиг. 1 представлен вид котла с фронта, имеющего топку, состоящую из двух секций, разделенную многорядным двусветным экраном, передний нижний сплошной (цельный) коллектор и верхний барабан с уменьшенным диаметром над топочной камерой. На фиг. 2 - вид котла сбоку. На фиг. 3 - вид котла с фронта, имеющего ответные коллекторы и выносной циклон. На фиг. 4 соединение переднего коллектора с нижними центральными или верхними ответными коллекторами, лежащими в одной горизонтальной плоскости. На фиг. 5 соединение переднего коллектора (верхнего или нижнего) с нижними центральными или верхними ответными коллекторами, лежащими в разных горизонтальных плоскостях. На фиг. 6 - секционная топка с двумя двусветными многорядными экранами и нижним барабаном, с уменьшенным диаметром относительно диаметра барабана, расположенного в конвективной части котла. На фиг. 7 - секционная топка с тремя двустветными многорядными экранами, соединенными с нижним барабаном котла, имеющим одинаковый диаметр по всей длине.

Паровой котел фиг. 1 содержит два барабана, расположенных вдоль продольной оси котла, один над другим, верхний барабан 1 продлен на всю длину котла, а его диаметр над топочной камерой уменьшен относительно части этого барабана, размещенной в конвективной части котла, нижний барабан 2 - укороченный. Котел имеет секционную топочную камеру 3 (передний и задний экраны не показаны) с подовым 4, боковыми вертикальными 5 и потолочным 6 двухрядными экранами, центральный коллектор 7 соединен с торцом нижнего барабана и расположен в нижней части секционной топки котла 3, передняя часть коллектора 7 соединена с передним сплошным (цельным) коллектором 8, на котором формируется передний фронтальный трубный экран, а сверху экран соединяется с верхним барабаном 1 уменьшенного диаметра и передними секционными коллекторами 9, центральный коллектор 7 соединяется с верхним барабаном 1, проходящим над топочной камерой, многорядным двусветным трубным экраном 10, который защищает топочную часть верхнего барабана 1 от температурного воздействия факела горелочных устройств (обозначенных окружностями).

На фиг. 2 представлен вид сбоку предлагаемой конструкции котла без подового, боковых, потолочного и многорядного двусветного трубных экранов; передний экран 11, задние секционные верхние и нижние коллекторы 12, соединенные задним многорядным экраном 13, который также соединяет центральный коллектор с частью верхнего барабана в конце топки. Конвективная часть котла состоит из конвективного пучка вертикальных труб 14, соединяющих верхний барабан 1 с нижним барабаном 2 по всей его длине, расположенной в конвективной части котла.

Паровой котел работает следующим образом.

Кипение воды и парообразование происходит во всех кранных трубах 4, 5, 6, 11, 13, а также в трубах многорядных двусветных экранов 10 и трубах конвективного пучка 14 котла. Ввод питательной воды в котел осуществляется в нижний барабан 2 перфорированной трубой 15 (трубами) и центральный коллектор 7 (коллекторыы). Отбор пара из котла осуществляется с верхней части барабана 1, расположенной в конвективной части котла, при этом продукты сгорания топлива из секционной топки 3 проходят в конвективную часть 14 котла и прямолинейно поступают в экономайзер.

На фиг. 3 изображен вариант котла, в котором наряду с нижними центральными коллекторами 16, соединенными с нижним барабаном 17 и цельным нижним передним коллектором 18, дополнительно установлены ответные верхние коллекторы 19, соединенные с верхним цельным коллектором 20 и расположенные над топочной секционной камерой котла 21, при этом нижние центральные коллекторы 16 соединены с верхними ответными коллекторами многорядными двусветными экранами 22, причем верхние ответные коллекторы соединяются с дополнительно установленным над ними выносным циклоном 23, верх которого соединен паровой трубой с частью верхнего барабана 24, расположенной над конвективным пучком труб, передние трубные экраны (на фиг. не показано) соединяются с передними нижним и верхним 18, 20 сплошными - цельными коллекторами, а трубы экранов разведены под горелочные устройства, количество которых определяется конструкцией котла (на фиг. обозначены окружностями), задние экраны, расположенные в топке, аналогичны ранее представленным конструкциям котла, при этом подовые, боковые вертикальные и потолочные экрана на фиг. не обозначены, причем центральных и ответных коллекторов может быть более двух, трех и т.д.

На фиг. 4 изображено, как центральные и ответные коллекторы 25 могут соединяться с передними коллекторами 26, непосредственно центральный коллектор 25 с передним коллектором 26, а соседние коллекторы 25 (боковые) соединяются с передним коллектором при помощи перепускных труб 27, которые могут находиться в разных плоскостях - горизонтальной, вертикальной и наклонной (под углом к вертикальной и горизонтальной плоскости). (Пример частного исполнения конструкции).

На фиг. 5 показано соединение центральных и ответных коллекторов 28, расположенных в разных плоскостях с передним коллектором 29, причем коллектор, расположенный по центру 28 (он может быть расположен и сверху над коллекторами - по центру) соединяется не с передним коллектором 29, а с коллекторами 28, расположенными не по центральной оси котла, при помощи перепускных труб 30, а боковые коллекторы 28 соединяются непосредственно с передним коллектором 29. (Пример частного исполнения конструкции).

На фиг. 6 предлагаемый вариант котла, диаметр части нижнего барабана 31, расположенный в топке, уменьшен относительно части этого барабана 31, размещенной в конвективной части котла, при этом в топочной камере котла установлено два двусветных многорядных экранов 32, 33, по всей длине топочной камеры, которые в свою очередь снизу топки соединены с частью нижнего барабана, расположенной в секционной топочной камере (на фиг. не обозначено), при этом перфорированная труба 34 подпитки котла проходит по всей длине нижнего барабана, при этом цельный (сплошной) передний коллектор может быть соединен с нижним барабаном перепускными трубами. (на фиг. не показано).

На фиг. 7, по независимому варианту, предлагается конструкция котла с нижним барабаном одинакового диаметра, который расположен в топочной и конвективной частях котла, при этом на части барабана, проходящей через секционную топочную камеру 36 устанавливаются многорядные двусветные экраны 37, при этом трубы двусветных экранов 37 могут иметь различную геометрическую конфигурацию и защищать поверхность нижнего барабана (31, 35) от температурного воздействия горелочных устройств.

Паровой котел содержит экранированную симметричную топку с топочными экранами, верхний и нижний барабаны, расположенные вдоль продольной оси котла, один над другим. Нижний барабан укорочен по сравнению с верхним и соединен с дополнительным центральным коллектором. Экраны выполнены двухрядными. Топка котла выполнена секционной. По центру топки установлен многорядный двусветный экран, соединяющий центральный коллектор с верхним барабаном, расположенным над топкой. Двусветный экран выполнен из рядов труб различной геометрической конфигурации. Нижний передний коллектор выполнен сплошным. Диаметр верхнего барабана над топкой уменьшен. Использование котла позволит увеличить съем тепла в топочной камере и снизить его металлоемкость. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Паровой котел, содержащий экранированную симметричную топку с подовым, боковыми вертикальными, потолочным, передним и задним топочными экранами, верхний и нижний барабаны, расположенные вдоль продольной оси котла, один над другим, из которых нижний барабан укорочен по сравнению с верхним барабаном и соединен с дополнительным центральным коллектором, расположенным внизу топки и соединенным, в свою очередь, с подовым, боковыми вертикальными и потолочным экранами, из которых последний соединен с верхним барабаном, центральный коллектор и надтопочная часть верхнего барабана соединена с секционными нижними и верхними, передними и задними коллекторами, к которым крепятся сваркой передние и задние топочные экраны, причем подовый, боковые, потолочный, задний и передний топочные экраны выполнены двухрядными и расположены по обе стороны центрального коллектора, а питательные трубы введены в нижний барабан и центральный коллектор, при этом трубы конвективного пучка соединяют часть верхнего и нижний барабаны котла, отличающийся тем, что топка котла выполнена секционной, по центру которой установлен многорядный двусветный экран, соединяющий центральный коллектор с верхним барабаном, расположенным над топкой, причем двусветный экран выполнен из рядов труб различной геометрической конфигурации, а нижний передний коллектор выполнен сплошным (цельным), при этом диаметр верхнего барабана над топкой уменьшен. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что он имеет два и более центральных коллектора, соединенных с нижним барабаном, и два и более ответных коллектора, соединенных с верхним барабаном, при этом коллекторы расположены снизу и сверху топки и соединены многорядными двусветными экранами. 3. Котел по п.1, отличающийся тем, что диаметр части нижнего барабана, расположенного в нижней части топки, уменьшен относительно части этого барабана, размещенной в конвективной части котла. 4. Котел по пп.1 - 3, отличающийся тем, что верхний передний коллектор выполнен сплошным. 5. Котел по пп.1 - 4, отличающийся тем, что над топочной камерой установлен как минимум один выносной циклон. 6. Котел по пп.1 - 5, отличающийся тем, что топочная камера выполнена многосекционной. 7. Котел по пп.1 - 6, отличающийся тем, что в топке установлено два и более многорядных двусветных экранов. 8. Котел по пп.1 - 7, отличающийся тем, что нижний барабан имеет одинаковый диаметр по всей длине котла.