УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА Российский патент 2001 года по МПК F22B33/18 

Изобретение относится к устройствам для получения пара и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в нефтехимической при реконструкции печей, котлов и других теплоагрегатов.

Известен водонагревательный аппарат, содержащий топку, змеевики, газогорелочное устройство, дымоходы, заключенные в герметичный корпус, при этом аппарат снабжен камерой, установленной над топкой, соединенной с дымоходами и переключающим устройством, соединенные соответствующим образом [Патент РФ N 2175011, МПК⁶ F 24 H 1/22, оп. 1997 г.].

Недостатком устройства является ограниченная область его применения, т. к. нельзя использовать для получения пара.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для получения пара, содержащее котел с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева и насос для подачи воды в них. Кроме того, в устройство входит экономайзер, собирающий и раздающие коллекторы, пароводяной трубопровод и дымоход, а также сепаратор пара и коллектор подачи пара потребителю. При этом экономайзер своим входом и выходом соединен соответственно трубопроводом с насосом подачи воды и раздающим коллектором и размещен в дымоходе на выходе дымовых газов из котла, а раздающий коллектор подключен к конвективной поверхности нагрева, сообщающейся через собирающий коллектор и пароводяной трубопровод с сепаратором [Патент РФ N 2091664, МПК⁶ F 22 B 1/02, оп. 27.09.97].

Недостатком устройства является несовершенство конструкции и как следствие завышенные тепловые потери и перерасход энергоресурсов.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат при получении пара заданных параметров.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для получения пара, содержащем котел с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева и насос для подачи воды в них, экономайзер, собирающий и раздающий коллекторы, пароводяной трубопровод и дымоход, сепаратор пара, коллектор подачи пара потребителю, при этом экономайзер своим входом соединен трубопроводом с насосом для подачи воды, а выходом - с раздающим коллектором и размещен в дымоходе на выходе дымовых газов из котла, раздающий коллектор подключен к конвективной поверхности нагрева, сообщенной через собирающий коллектор и пароводяной трубопровод с сепаратором, сепаратор дополнительно подключен своим входом и выходом к соответственно входу и выходу упомянутой радиационной поверхности с образованием контура циркуляции, в котором дополнительно установлен насос, сепаратор подключен к коллектору подачи пара потребителю, а конвективная поверхность нагрева выполнена в виде двух змеевиковых секций, подключенных параллельно к собирающему и раздающему коллекторам.

Кроме того, змеевиковые секции расположены горизонтально друг над другом в нижней части котла, а радиационная поверхность нагрева образована потолочным, подовым и двухсветным экранами.

Отношение радиационной и конвективной поверхности нагрева составляет 2,33:1 и пар, направляемый потребителю, имеет параметры: температуру 160^oC и давление 0,6 МПа.

Совокупность новых приемов и дополнительных элементов в устройстве для получения пара в сочетании с известными позволяет получить пар заданных параметров существующих теплоагрегатов.

Исследования работы технологических печей показали, что их можно приспособить для получения пара при небольших затратах, используя развитые поверхности теплообмена радиационных и конвективных зон.

Для повышения качества получаемого пара при заданных параметрах по температуре и давлению предлагается установить контур циркуляции пароводяной смеси через радиационные змеевики. Для увеличения поверхности нагрева использовать коллекторы, водяной экономайзер, который передает тепло выходящих дымовых газов для подогрева воды при питании котла, что также повышает производительность установки и уменьшает потери тепла в окружающую атмосферу.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства для получения пара.

Устройство включает котел 1, куда вода насосом 2 через трубное пространство экономайзера 3 по трубопроводу 4, коллектор ввода воды для питания 5 поступает для нагревания:
- по трубопроводу 6 в первый конвективный змеевик 7;
- по трубопроводу 8 во второй конвективный змеевик 9.

Далее вода при подаче топлива (горелки условно не показаны) подогревается, испаряется и через собирающий и раздающий коллектор 10 и 5 и пароводяной трубопровод 11 поступает в сепаратор 12. Затем по контуру циркуляции смеси "сепаратор - радиационные змеевики - сепаратор" - "12-13-14-15", (где 13 - трубопровод циркуляции, 14 - радиационные змеевики; 15 - насос), пароводяная смесь возвращается в сепаратор 12, где происходит отделение воды от пара, который через коллектор пара 16 передается потребителю.

Дымовые газы с низа котла 1 через дымоходную трубу 17 направляются в межтрубное пространство экономайзера 3, в котором отдают свое тепло воде, подаваемой на питание котла. Далее газы идут на сброс в дымовую трубу.

Таким образом, отделяя пар от воды в сепараторе при циркуляции пароводяной смеси, добиваемся повышения качества пара, а утилизируя тепло отходящих дымовых газов, уменьшаем потери тепла и повышаем производительность котлоагрегата. Кроме того, уменьшается количество газов, выбрасываемых в окружающую атмосферу, что улучшает экологию среды.

Ниже приведен численный пример работы устройства и таблица испытаний.

Пример
1. По заданной нагрузке на котел 1 подаем насосом 2 воду для питания в количестве G_в=31 т/ч, которую распределяем по конвективным змеевикам 7, 9 в соотношении 2,7: 1 и направляем через коллектор 10 и трубопровод 11 в сепаратор 12 (Контрольно-измерительные приборы на чертеже условно не показаны).

2. Заполняем сепаратор 12 до 70% масс. по уровню.

3. Подаем в котел 1 топливо в количестве G_т=2200 м³/ч.

4. Включаем в работу насос 15 и контур циркуляции "сепаратор-радиационные змеевики-сепаратор"- "12-13-14-15-12", кратность циркуляции, n=15 - 18.

5. Отделяем пар от воды в сепараторе 12 и при температуре T=160^oC и давлении P=0,6 МПа в количестве Gn=26,5 т/ч направляем его через коллектор пара 16 потребителю.

6. Дымовые газы с низа котла 1 через дымоходную трубу 17 при температуре T= 570^oC направляем в экономайзер 3, где тепло передается поступающей воде, температура выходящих газов из экономайзера 3 составляет Т_ч=250^oC.

Ниже в таблице приведены сравнительные показатели работы устройства и аналогов (прототипа).

Таким образом, из таблицы видно, что увеличивается производительность котла, уменьшаются потери тепла и увеличивается коэффициент полезного действия.

Изобретение относится к устройствам для получения пара и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Изобретение предназначено для использования в нефтехимической промышленности при реконструкции печей, котлов и других теплоагрегатов, а также в других отраслях промышленности для получения пара. В устройстве для получения пара, содержащем конвективные и радиационные поверхности нагрева и насос для подачи воды в них, экономайзер и сепаратор пара, последний дополнительно подключен своим входом и выходом соответственно к входу и выходу радиационной поверхности с образованием контура циркуляции, в котором дополнительно установлен насос, и соединен с коллектором подачи пара потребителю, а конвективная поверхность нагрева выполнена в виде двух змеевиковых секций, подключенных параллельно к собирающему и раздающему коллекторам. Такое выполнение устройства позволит снизить энергозатраты при получении пара. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Устройство для получения пара, содержащее котел с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева и насос для подачи воды в них, экономайзер, собирающий и раздающий коллекторы, пароводяной трубопровод и дымоход, сепаратор пара, коллектор подачи пара потребителю, при этом экономайзер своим входом соединен трубопроводом с насосом для подачи воды, а выходом - с раздающим коллектором и размещен в дымоходе на выходе дымовых газов из котла, раздающий коллектор подключен к конвективной поверхности нагрева, сообщенной через собирающий коллектор и пароводяной трубопровод с сепаратором, отличающееся тем, что сепаратор дополнительно подключен своим входом и выходом соответственно к входу и выходу упомянутой радиационной поверхности с образованием контура циркуляции, в котором дополнительно установлен насос, кроме того, сепаратор подключен к коллектору подачи пара потребителю, а конвективная поверхность нагрева выполнена в виде двух змеевиковых секций, подключенных параллельно к собирающему и раздающему коллекторам. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что змеевиковые секции расположены горизонтально друг над другом в нижней части котла. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что радиационная поверхность нагрева образована потолочным, подовым и двухсветным экранами. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что отношение радиационной и конвективной поверхностей нагрева составляет 2,33:1. 5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что пар, направляемый потребителю, имеет параметры: температуру 160^oС и давление 0,6 МПа.