ГАЗОТРУБНЫЙ КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 2000 года по МПК F22B9/12 F22B1/18 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к области утилизации тепла горячих газов, отходящих от различных технологических установок, и может быть использовано для получения пара низкого и среднего давления, необходимого, например, в технологии производства керамического кирпича для нагрева и увлажнения сырья.

Известен газотрубный котел (а.с. СССР N 1179006, F 22 B 7/18, 1985 г.), содержащий пучок труб первого и второго хода, соединенных торцевой поворотной камерой, которая снабжена нагревателями, размещенными на ее стенках и выполненными преимущественно в виде трубчатых экранов.

Известен также горизонтальный котел (а.с. СССР N 866329, F 22 B 9/12, 1981 г.), содержащий барабан с передними и задним днищами, в зоне последнего из которых подключены питательный и дренажный патрубки, продольно установленные в барабане дымогарные трубы, закрепленные в днищах, а также продольные перегородки с наклонными в вертикальной осевой плоскости участками, разделяющими барабан на отсеки, сообщенные между собой проемами, расположенными в зоне верхних и нижних торцов перегородок. Причем наклонные участки перегородок расположены между трубами.

Наиболее близким техническим решением к данному аппарату является газотрубный котел-утилизатор для использования тепла технологических газов (П.Д. Лебедев, А.А. Щукин. "Теплоиспользующие установки промышленных предприятий" (курсовое проектирование), М.: Энергия, 1970 г. ), содержащий корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубную решетку пучок газовых труб, имеющий испарительную и нагревательную поверхности, и штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара.

Задачей изобретения является интенсификация теплоотдачи в водном объеме путем внесения изменений в конструкцию расположенного в нем трубного пучка и повышение надежности работы котла-утилизатора.

Задача решается посредством котла-утилизатора, содержащего корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб, который имеет испарительную и нагревательную поверхности, и штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара, в котором в отличие от прототипа верхняя часть испарительной поверхности газовых труб имеет в трубном пучке вертикальные коридоры между параллельными рядами труб, проходное сечение которых больше, чем проходное сечение между трубами в нагревательной и нижней части испарительной поверхности трубного пучка, которые имеют сплошное заполнение трубами. Штуцер для подвода питательной воды целесообразно снабдить смесителем для смешения питательной и котловой воды, а сам смеситель может выполняться из концентрически расположенных труб разного диаметра.

Наличие вертикальных коридоров в верхней части испарительной поверхности газовых труб обеспечивает отвод паровых пузырьков из водяного объема без соприкосновения с трубами, что предотвращает оголение труб в процессе кипения воды и тем самым способствует интенсификации теплоотдачи от поверхности трубок к воде. Следует отметить, что теплоотдача от нагретой поверхности к воде происходит значительно интенсивнее, чем к водяному пару.

Эффективное смешение питательной и котловой воды при помощи специального смесителя предотвращает местно переохлаждение труб, поступающей в котел питательной водой, что позволяет избежать термических напряжений в материале труб и этим повышает надежность эксплуатации оборудования.

На фиг. 1 показан котел-утилизатор и его разрез по Б-Б; на фиг. 2 изображен смеситель и его разрез по А-А.

Котел-утилизатор содержит корпус 1 со входной газораспределительной камерой 2 и выходной газосборной камерой 3. Камеры 2, 3 снабжены штуцерами 4, 5 для подвода и отвода горячих газов соответственно, а также манометрами 6, 7 и датчиками температуры 8, 9. Для осмотра камер газового тракта имеются люки 10, 11.

В корпусе 1 размещен также вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб 12, который образует нагревательную и испарительную поверхности. Нагревательная поверхность и нижняя часть испарительной поверхности 13 конструктивно выполнены со сплошным заполнением трубами с узкими проходами между ними, а верхняя часть испарительной поверхности 14 имеет в трубном пучке 12 вертикальные коридоры 15 между параллельными рядами труб. В корпусе 1 расположен штуцер 16 для подвода питательной воды, который снабжен смесителем 17. Над корпусом 1 выступает сухопарник 18, в котором размещено отбойное устройство 19 для отделения капельной влаги от пара. Сухопарник 18 имеет штуцер 20 для отвода пара из котла. В нижней части корпуса 1 расположен сборник 21, снабженный штуцером 22 для отвода солей, накопившихся в котловой воде или продувки котла.

Корпус 1 имеет линзовый компенсатор 23, обеспечивающий безопасную эксплуатацию котла при термических расширениях корпуса. Для целей безопасной эксплуатации котла-утилизатора предусмотрены также два предохранительных клапана 24, дублирующие друг друга, манометр 25 и датчик реле сигнализации уровня 26. Штуцер 27 служит для первоначального заполнения водой котла-утилизатора и вывода горячей воды в процессе работы (если это необходимо), а штуцеры 28, 29 предназначены для монтажа приборов и регуляторов уровня жидкости в котле. Котел-утилизатор установлен на неподвижную 30 и подвижную 31 опоры.

Котел-утилизатор работает следующим образом.

Питательная вода через штуцер 16 поступает в смеситель 17 в количестве равном производительности котла по пару и величине продувки котла. В смесителе 17, работающем на принципе эжекции, происходит смещение питательной воды с котловой. Вода, отводимая из смесителя 17, попадает в водяной объем и контактирует с нагревательной частью поверхности 13 трубного пучка 12. На этом участке труб достигается начало температуры кипения воды и она начинает кипеть, соприкасаясь при дальнейшем продвижении с испарительной частью поверхности 13. Для нагрева воды используются только нижние 4 - 5 рядов поверхности 13, имеющей сплошное заполнение трубами, остальная часть этой поверхности работает в режиме парообразования. Образующийся в процессе кипения воды насыщенный пар отводится из водяного объема в виде пузырьков по вертикальным коридорам 15 испарительной поверхности 14 и, проходя отбойное устройство 19, через штуцер 20 выводится из котла.

Горячие газы через штуцер 4 поступают в газораспределительную камеру 2 и попадают в пучок газовых труб 12, нагревая при этом поступающую в котел воду. Проходя пучок труб 12, в результате теплоотдачи газы охлаждаются до заданной температуры и попадают в газосборную камеру 3, а затем выводятся из котла через штуцер 5. Поступающая в котел вода частично превращается в пар и концентрация солей в ней постепенно увеличивается. Эта вода, накапливаясь в нижней части корпуса 1, продвигается к сборнику 21 и через продувочный штуцер 22 выводиться из котла.

В процессе работы котла-утилизатора осуществляется контроль температуры газов на входе и выходе котла датчиками температуры 8, 9 и давление газа манометрами 6, 7. Кроме того, предусмотрен автоматический и визуальный контроль и регулирование уровня воды в котле и его сигнализации при помощи реле уровня 26. Давление пара в котле-утилизаторе контролируется манометром 25.

Технический результат изобретения заключается в интенсификации теплоотдачи в водяном объеме и повышении надежности работы котла-утилизатора. Интенсификация теплоотдачи в кипящей воде достигается за счет отвода пузырьков пара из водяного объема без соприкосновения их с нагретыми поверхностями труб, что обеспечивает более эффективное смачивание последних и приводит к увеличению теплоотдачи с единицы поверхности теплопередающих труб, так как коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности к воде на порядок выше, чем к водяному пару.

Интенсификация теплоотдачи позволяет достаточно эффективно использовать в котле-утилизаторе данной конструкции тепловую энергию даже таких низкотемпературных газов с температурами порядка 150 - 170^oC. В этом случае давление в котле-утилизаторе не будет превышать 6 - 7 ати, что позволяет его безопасно эксплуатировать в автоматическом режиме работы без специально обученного персонала. В целях безопасности эксплуатации котла-утилизатора в данном случае достаточно иметь автоматические устройства контроля, регулирования, сигнализации основных его параметров давления, температуры, уровня.

Надежность работы котла-утилизатора и безопасность его эксплуатации обеспечивается также интенсивным смешением питательной и котловой воды при помощи смесителя специальной конструкции, что создает возможность подать воду в котел-утилизатор при любой температуре без предварительного нагрева ее в экономайзере.

Источники информации
1. А.С. СССР 1179006, F 22 B 7/18, 1985 г.

2. А.С. СССР 866329, F 22 B 9/12, 1981 г.

3. П. Д. Лебедев, А.А. Щукин "Теплоиспользующие установки промышленных предприятий" (курсовое проектирование), М., Энергия, 1970 г.

Котел предназначен для утилизации тепла горячих газов и может быть использован для получения пара низкого и среднего давления. Газотурбинный котел-утилизатор содержит корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб, имеющий испарительную и нагревательную поверхности, штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара. Верхняя часть испарительной поверхности газовых труб имеет в трубном пучке вертикальные коридоры между параллельными рядами труб, проходное сечение которых больше, чем проходное сечение между трубами в нагревательной и нижней частях испарительной поверхности трубного пучка, которые имеют сплошное заполнение трубами. Предложенная конструкция обеспечивает интенсификацию теплоотдачи в водяном объеме и повышение надежности работы котла-утилизатора. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Газотрубный котел-утилизатор, содержащий корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб, имеющий испарительную и нагревательную поверхности, штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара, отличающийся тем, что верхняя часть испарительной поверхности газовых труб имеет в трубном пучке вертикальные коридоры между параллельными рядами труб, проходное сечение которых больше, чем проходное сечение между трубами в нагревательной и нижней частях испарительной поверхности трубного пучка, которые имеют сплошное заполнение трубами. 2. Газотрубный котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что штуцер для подвода питательной воды снабжен смесителем для смешения питательной и котловой воды. 3. Газотрубный котел-утилизатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что смеситель выполнен из концентрически расположенных труб разного диаметра.