ПАРОВОЙ КОТЕЛ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ПОДАЧИ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК F24H1/00 F22B33/18 

Изобретение относится к теплоэнергетикe, а именно к паровым котлам с периодическим способом подачи питательной воды, и может быть использовано преимущественно в паровых котлах малой производительности (0,25-1,6 т пара в час) с естественной циркуляцией котловой воды.

Известен паровой котел с периодическим способом подачи питательной воды (см. И. И. Павлов, М.Н. Федоров. Котельные установки и тепловые сети.- М.: Стройиздат, 1977 г., с. 115).

В известном котле дымовые газы из топки сначала проходят через пучок кипятильных труб, затем по дымогарным трубам направляются в дымовую коробку и далее в дымовую трубу. При этом температура дымовых газов достаточно велика, в пределах 210-340^oC, что приводит к тепловому загрязнению окружающей среды и снижению КПД котла.

Известен также паровой котел с периодическим способом подачи питательной воды (прототип), см. а.с. N 48334, F 22 B 29/04 от 31.08.1936 г. Известный паровой котел с периодическим способом подачи питательной воды содержит экономайзерную установку, состоящую из встроенного в газоход котла экономайзера и соединенного с ним в верхней части смесительного бака, снабженного выходом питательной воды в котел, размещенным в своей верхней части над упомянутым соединением с экономайзером. В известном паровом котле обеспечивается непрерывная подача воды из смесительного бака в парообразующую часть котла при остановке питательного насоса за счет выдавливания питательной воды из смесительного бака паром, образующимся в змеевиках экономайзера, и этим решается задача защиты от пережога парообразующих змеевиков прямоточного котла, в котором экономайзерные и парообразующие змеевики соединены друг с другом. Однако при этом отсутствует непрерывный расход воды через экономайзер, что в рабочем режиме может привести к пережогу экономайзера. Полностью прекращать подачу воды допускается только при растопке котла, когда температура омывающих экономайзер дымовых газов достаточно низка (см., например, Елизаров П.П. Эксплуатация котельных установок высокого давления на электростанциях.- М. -Л. : Госэнергоиздат, 1961 г., с. 47). Но даже при растопке котла после прекращения подачи питательной воды экономайзер по линии рециркуляции соединяют с барабаном для охлаждения змеевиков котловой водой. Кроме того, вследствие нагрева оставшейся в экономайзере воды до кипения снижается температурный напор в теплообменной поверхности экономайзера, снижается эффективность его работы, повышается температура уходящих топочных газов, снижается КПД котла.

Задачей изобретения является обеспечение надежной с высокой тепловой эффективностью работы экономайзера при периодической подаче питательной воды.

Указанная задача решается тем, что в известном паровом котле с периодическим способом подачи питательной воды, содержащем экономайзерную установку, состоящую из встроенного в газоход котла экономайзера и соединенного с ним в верхней части смесительного бака, снабженного выходом питательной воды в котел, размещенным в своей верхней части над упомянутым соединением с экономайзером, согласно изобретению экономайзер и смесительный бак дополнительно соединены между собой в нижней части с образованием замкнутого контура естественной циркуляции питательной воды, при этом в смесительном баке, в его верхней части под местом соединения его с экономайзером, размещен вход холодной питательной воды.

При этом объем воды в смесительном баке по меньшей мере в четыре раза превышает объем воды, заключенной в котле между верхним и нижним рабочими уровнями.

Смесительный бак может быть размещен внутри корпуса котла.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примера его конкретного выполнения и чертежом, на котором схематично изображен общий вид парового котла (в разрезе).

Паровой котел 1 с периодическим способом подачи питательной воды содержит экономайзерную установку, состоящую из экономайзера 2, размещенного в газоходе 3 парового котла 1, и смесительного бака 4, соединенного с экономайзером 2 в его верхней части. При этом нижняя часть смесительного бака 4 сообщена с входом 5 питательной воды в экономайзер 2, а в верхней части смесительного бака 4 выполнены вход 6 холодной питательной воды от насоса (не показано), над ним - вход 7 горячей питательной воды из экономайзера 2, и в самой верхней точке смесительного бака 4 - выход 8 горячей воды в котел. Объем смесительного бака 4 равен по меньшей мере четырем объемам воды, заключенной в котле 1 между ее верхним и нижним уровнями. Меньший объем нежелателен, т. к. увеличивается амплитуда колебаний температуры воды в экономайзерной установке, что может привести к термической многоцикловой усталости металла. Верхний предел выбирается из условий конструктивной целесообразности. В другом варианте исполнения (на чертеже не показано) смесительный бак 4 размещен внутри корпуса парового котла 1. В этом случае смесительный бак 4 можно изготовить из более дешевого, чем сталь, водонепроницаемого и теплоизоляционного материала, такого, например, как паронит, резина и т.п.

Паровой котел с периодическим способом подачи питательной воды работает следующим образом. B исходном состоянии паровой котел 1, экономайзер 2 и сообщенный с ним смесительный бак 4 заполнены водой, котел 1 работает, давление в нем и в экономайзерной установке равно рабочему давлению пара, питательный насос (не показано) отключен, и вода в паровом котле 1 находится на нижнем рабочем уровне, питательная вода в экономайзерной установке циркулирует по замкнутому контуру, а именно пройдя установленный в газоходе 3 экономайзер 2 через вход 7 попадает в верхнюю часть смесительного бака 4, опускается в его нижнюю часть и через вход 5 поступает в экономайзер 2, при этом ее температура максимальна (в описываемом примере - 83^oC). Для восстановления нормального рабочего уровня воды в котле включают питательный насос (не показано) и начинается период работы парового котла 1 с подачей питательной воды. При этом холодная питательная вода с температурой 50^oC через вход 6 поступает в смесительный бак 4, где смешивается с уже имеющейся горячей питательной водой и вовлекается в ее циркуляцию по замкнутому контуру, как это описано выше. Так как производительность питательного насоса (не показано) всегда больше производительности парового котла 1, то температура питательной воды в экономайзерной установке начинает понижаться и к концу описываемого периода достигает минимального значения, в данном примере - до 77^oC. (В общем случае уровень понижения температуры питательной воды зависит от объема воды в смесительном баке 4). Далее самая горячая питательная вода, из самой верхней части смесительного бака 4 вытесняется через выход 8 в паровой котел 1. После достижения верхнего рабочего уровня воды в котле 1 питательный насос (не показано) отключают. Температура питательной воды, циркулирующей в экономайзерной установке, начинает повышаться до прежнего значения (83^oC), а уровень воды в котле 1 понижаться, доходя к концу периода до нижнего рабочего уровня. Далее цикл повторяется, как это показано выше. Следует отметить, что расход воды (м/ч), циркулирующей в замкнутом контуре, повышает расходную производительность питательного насоса, что исключает движение холодной питательной воды против направления ее естественной циркуляции в экономайзерной установке, а следовательно, исключает попадание ее в самую верхнюю часть смесительного бака 4 и далее в котел 1.

Таким образом, соединение экономайзера и смесительного бака с образованием замкнутого контура для естественной циркуляции питательной воды, позволяет утилизировать тепло дымовых газов в условиях периодической подачи питательной воды. Так как объем воды в смесительном баке равен по меньшей мере четырем объемам питательной воды, заключенной в котле между ее верхним и нижним уровнями, то скорость и амплитуда колебаний температуры питательной воды в установке небольшая, около 6-7^oC, что предотвращает усталость металла экономайзерной установки. К тому же более высокая температура (77-83^oC) питательной воды в экономайзере, по сравнению с температурой холодной воды (50^oC) исключает нежелательную конденсацию водяных паров дымовых газов на наружные стенки экономайзера при сжигании в котле природного газа и других малосернистых топлив. Размещение смесительного бака внутри корпуса парового котла обеспечивает равенство давлений среды на стенки смесительного бака с внутренней и наружной стороны, что позволяет использовать при его изготовлении менее прочные и более дешевые изоляционные влагонепроницаемые материалы, такие, например, как паронит, резина и т.п.

Изобретение предназначено для паровых котлов с периодическим способом подачи питательной воды и может быть использовано преимущественно в котлах с естественной циркуляцией котловой воды производительностью 0,25 - 1,6 т пара в час. Котел снабжен экономайзером и смесительным баком, соединенными между собой с образованием замкнутого контура для естественной циркуляции питательной воды, в котором нижняя часть смесительного бака сообщена с входом питательной воды в экономайзер, а в верхней его части выполнены размещенные один над другим соответственно вход холодной питательной воды, вход горячей воды из экономайзера и выход питательной воды в котел. Объем воды в смесительном баке по меньшей мере в четыре раза превышает объем воды в котле между ее верхним и нижним рабочими уровнями. Смесительный бак может быть размещен внутри корпуса парового котла и изготовлен в этом варианте из влагонепроницаемого теплоизоляционного материала, такого, например, как резина, паронит и т.п. Изобретение позволяет утилизировать тепло дымовых газов в условиях периодической подачи питательной воды. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Паровой котел с периодическим способом подачи питательной воды, содержащий экономайзерную установку, состоящую из встроенного в газоход котла экономайзера и соединенного с ним в верхней части смесительного бака, снабженного выходом питательной воды в котел, размещенным в своей верхней части над упомянутым соединением с экономайзером, отличающийся тем, что экономайзер и смесительный бак дополнительно соединены между собой в нижней части с образованием замкнутого контура естественной циркуляции питательной воды, при этом в смесительном баке в его верхней части под местом соединения его с экономайзером размещен вход холодной питательной воды. 2. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что объем воды в смесительном баке по меньшей мере в четыре раза превышает объем воды, заключенной в котле между верхним и нижним рабочими уровнями. 3. Паровой котел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что смесительный бак размещен внутри котла.