ПАРОВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F22B27/16 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения пара и горячей воды в системах отопления и горячего водоснабжения.

Известна паропроизводящая установка, содержащая погружной вертикальный корпус с парогенератором, сообщенным с водоподводящей и пароотводной трубами (см. авт.св. СССР 1531598, кл. F 22 В 1/02, опубл. 1994). Данная установка, предназначенная для опреснения морской воды, не пригодна для применения в системах горячего водоснабжения. Известен паровой котел, содержащий газоход, парогенерирующие и опускные трубы, а также барабан, соединенный с собирающим коллектором (см. авт. св. СССР 992898, кл. F 22 В 23/04, опубл. 1983). Известен также способ, в котором воду периодически подают на различные участки подогретого стеклоблока, на который с целью повышения количества утилизируемого тепла предварительно наносят раствор жидкого стекла, а подачу воды уменьшают по мере охлаждения блока (см. авт.св. СССР 1064073, кл. F 22 B 1/04, 1983). Данный способ применяется для утилизации тепла, выделяющегося при охлаждении блока. Полученный таким образом пар, параметры которого зависят от температуры и массы охлаждаемого блока, в дальнейшем используют для нагрева других блоков, подлежащих термообработке. По причине низкой производительности указанный способ, целиком основанный на технологии производства стеклоблоков, невозможно использовать в системах парового и (или) горячего водоснабжения.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является парогенератор, содержащий паровую камеру с водораспределительным устройством, имеющим входной и выходной участки, и греющую насадку в виде жаропрочного кожуха. В нем имеются два ряда нагревателей, в которых циркулирует расплавленный свинец, используемый в качестве теплоносителя (см. авт.св. СССР 1092324, кл. F 22 B 27/16, 1984 - прототип). Паровая камера в парогенераторе расположена между рядами нагревателей, входной участок водораспределителя - под нижним рядом нагревателей, а выходной - против греющей насадки.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность его конструкции, обусловленную применением нагревателей с теплоносителем в виде расплавленного свинца. Такие нагреватели не всегда безопасны с точки зрения экологии, поскольку существует вероятность утечки паров этого ядовитого металла. Кроме того, даже при кратковременном выключении нагревателя свинец быстро затвердевает и перестает циркулировать, а для его повторного плавления требуется дополнительная энергия.

Техническая задача состоит в упрощении конструкции, повышении эффективности.

Технический результат достигается тем, что пароводогрейный котел, содержащий жаровую камеру, имеющую поверхность нагрева в виде торцовой стенки, паровую камеру с поверхностью парообразования, выполненной заодно с торцовой стенкой жаровой камеры в виде жаровой пластины, подъемную трубу для пара, сообщенную с кожухом, снабжен трубами для впуска холодной и выпуска горячей воды, размешенными в кожухе с образованием кожухотрубного теплообменника, а также опускной трубой для возврата конденсата из теплообменника, нижний конец которой размещен в паровой камере и снабжен устройством для разбрызгивания конденсата, при этом верхний конец подъемной трубы размещен в кожухе. Котел характеризуется тем, что поверхность жаровой пластины выполнена с выступами и впадинами. Котел характеризуется также тем, что подъемная труба размешена внутри опускной трубы, при этом верхний конец подъемной трубы установлен выше максимально допустимого уровня конденсата в кожухе теплообменника.

Технический результат состоит в том, что в предлагаемом котле процесс парообразования сведен к мгновенному испарению капель конденсата на жаровой пластине, что дает существенное упрощение его конструкции.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны следующие виды: фиг. 1 - продольное сечение котла; фиг. 2 - схематичное изображение поперечного сечения котла.

В примере конкретного исполнения показан пароводогрейный котел, содержащий жаровую камеру 1 с горелками 2, отделенную от паровой камеры 3 жаровой пластиной 4, на которой выполнены выступы 5. Кожухотрубный теплообменник 6 содержит трубу 7 для впуска холодной воды, трубу 8 для выпуска горячей воды и кожух 9, соединенный с паровой камерой подъемной трубой 10 и опускной трубой 11, причем труба 10 установлена соосно внутри трубы 11. В примере конкретного исполнения предложена схема трехсекционного котла с тремя наборами горелок и труб. К нижнему концу трубы 11 присоединены разбрызгиватели 12, размещенные внутри паровой камеры 3, которая имеет трубу 13 для выдачи пара. Труба 14 с вентилем 15 служит для подачи воды в камеру 3 при запуске котла, а также для восполнения естественной убыли пара, пунктирной линией 16 показан примерный уровень конденсата в кожухе 9 при штатной работе котла. Труба 17 служит для выпуска воздуха из кожуха при запуске котла.

Пароводогрейный котел работает следующим образом. Для запуска котла открывают вентиль 15 и через трубу 14, соединенную с источником, подают в камеру 3 установленный, сравнительно небольшой объем воды, после чего вентиль 15 закрывают. Затем включают горелки 2, которые нагревают через жаровую пластину 4 воду в камере 3 до кипения и полностью превращают ее в пар при небольшом избыточном давлении 0,01-0,02 МПа (0,1-0,2 ати). Полученный пар поднимается по трубам 10 в кожух 9 теплообменника и вытесняет имевшийся здесь воздух через открытую трубу 17. В кожухе поток пара попадает в межтрубное пространство, достигает потолка кожуха и, сделав поворот на 180^o, начинает двигаться в обратном направлении, при этом встречные потоки пара разбиваются на турбулентные вихри. Эти паровые вихри конденсируются на водяных трубах теплообменника, передавая им скрытую теплоту парообразования, причем вихри разгоняют капли конденсата, успевшие образоваться на трубах, не позволяя им слиться в сплошную пленку. Конденсат стекает в нижнюю часть кожуха и по трубам 11 попадает в разбрызгиватели 12, которые разбивают жидкость на капли и орошают ими жаровую пластину 4. Благодаря выступам 5, которые увеличивают парообразующую поверхность пластины 4, мелкие капли горячего конденсата превращаются в пар при данном давлении практически мгновенно. Полученный пар снова поднимается по трубам 10 в кожух 9, где повторяется процесс передачи тепла от пара трубам с водой. При необходимости выдачи потребителю пара используют трубу 13.

Таким образом, производство пара происходит на жаровой пластине, которая является поверхностью нагрева. Благодаря указанному обстоятельству эффективность работы котла увеличивается в 2-3 раза, поскольку в котле данной конструкции нет водяной камеры с большой поверхностью нагрева и отсутствует этап нагрева до кипения большого объема воды. Пар, скрытая теплота образования которого при данном давлении в 5 превышает теплосодержание соответствующей массы воды при 104^oС, получается в достаточном количестве путем мгновенного испарения на поверхности парообразования, совмещенной с поверхностью нагрева. При этом сравнительно небольшое количество воды в котле выполняет роль рабочего тела, циркулируя естественным образом по трубам котла, поднимаясь в виде легкого пара в теплообменник и стекая в виде жидкости обратно в паровую камеру.

Как показывают расчеты, для изготовления котла предложенной конструкции потребуется металла в 3-3,5 раза меньше, чем для изготовления котла с водяной камерой. Указанное преимущество связано также с тем, что пар вырабатывается при низком избыточном давлении, что позволяет уменьшить толщину стенок паровой камеры и теплообменника.

Согласно описанной выше схеме на предприятии ООО "Велон-2000" (г. Екатеринбург) разработаны рабочие чертежи пароводогрейного котла с одной секцией и начато изготовление опытного образца.

Учитывая изложенное выше, можно сделать вывод, что данное устройство отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем предлагается к правовой защите патентом на изобретение.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения пара горячей воды в системах отопления и горячего водоснабжения. Пароводогрейный котел содержит жаровую камеру, имеющую поверхность нагрева в виде торцовой стенки, паровую камеру с поверхностью парообразования, выполненной заодно с торцовой стенкой жаровой камеры в виде жаровой пластины, подъемную трубу для пара, сообщенную с кожухом. При этом он снабжен трубами для впуска холодной и выпуска горячей воды, размещенными в кожухе с образованием кожухотрубного теплообменника, а также опускной трубой для возврата конденсата из теплообменника, нижний конец которой размещен в паровой камере и снабжен устройством для разбрызгивания конденсата, а верхний конец подъемной трубы размещен в кожухе. Поверхность жаровой пластины может быть выполнена с выступами и впадинами, а подъемная труба размещена внутри опускной трубы, при этом верхний конец подъемной трубы установлен выше уровня конденсата в кожухе теплообменника. Такое выполнение повышает эффективность работы и упрощает конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пароводогрейный котел, содержащий жаровую камеру, имеющую поверхность нагрева в виде торцовой стенки, паровую камеру с поверхностью парообразования, выполненной заодно с торцовой стенкой жаровой камеры в виде жаровой пластины, подъемную трубу для пара, сообщенную с кожухом, отличающийся тем, что он снабжен трубами для впуска холодной и выпуска горячей воды, размещенными в кожухе с образованием кожухотрубного теплообменника, а также опускной трубой для возврата конденсата из теплообменника, нижний конец которой размещен в паровой камере и снабжен устройством для разбрызгивания конденсата, при этом верхний конец подъемной трубы размещен в кожухе. 2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что поверхность жаровой пластины выполнена с выступами и впадинами. 3. Котел по п. 1, отличающийся тем, что подъемная труба размещена внутри опускной трубы, при этом верхний конец подъемной трубы установлен выше уровня конденсата в кожухе теплообменника.