КОТЕЛ Российский патент 2007 года по МПК F22B37/24 

Изобретение относится к тепловой энергетике, в частности к транспортабельным паровым котлам.

Наиболее близким техническим решением к заявленному котлу является котел, содержащий горизонтальные топку, включающую левый боковой, задний, фронтовой и разделительный с фестоном трубчатые мембранные экраны, верхний и нижний барабаны и конвективный газоход с испарительными поверхностями нагрева, включающий правый боковой, фронтовой и задний трубчатые мембранные экраны, пароперегреватель, углы изгибов труб в верхних частях разделительного экрана топки и правого бокового экрана конвективного газохода равны углу, образованному вертикальным и наклонным участками контура габарита подвижного состава железных дорог, а средние участки труб левого бокового, разделительного экранов топки и правого бокового экрана конвективного газохода выполнены вертикальными, повторяющими контуры габарита подвижного состава железных дорог, и экономайзер (Патент на изобретение RU №2096680, "Котел", кл. F 22 В 21/08, приоритет 13.02.95 г.).

Недостатками этого котла являются отгрузка котла в нерабочем состоянии с последующей сложной и трудоемкой не в заводской установкой котла на опоры, при этом существенно снижены теплотехнические и эксплуатационные характеристики котла.

Эти недостатки обусловлены тем, что:

в котле с естественной циркуляцией в рабочем положении в пределах рабочих нагрузок в трубах правого бокового и фронтового экранов конвективного газохода, размещенных в зоне температуры продуктов сгорания имеет место большая неравномерность полезного напора, что вызывает слабую циркуляцию, а в трубах фронтового экрана и прилегающих к ним трубах правого бокового экрана - застой и опрокидывание циркуляции, слабое кипение или его отсутствие в этих трубах усиливает отложение шлама и продуктов коррозии;

размещение пароперегревателя в конвективном газоходе в области невысокой температуры продуктов сгорания делает его характеристику чисто конвективной, при которой тепловосприятие уменьшается с понижением нагрузки, и обуславливающей в пределах рабочих нагрузок нестабильную температуру перегрева пара, усиливающуюся температурной разверсткой в трубах змеевиков вследствие неравномерности тепловосприятия по глубине пароперегревателя;

организация направленного движения продуктов сгорания путем специальной разводки труб фестона не является достаточным мероприятием для увеличения тепловосприятия труб заднего экрана конвективного газохода и усиления надежности циркуляции в этих трубах и трубах правого бокового экрана, прилегающих к заднему экрану конвективного газохода;

выделение в паровом пространстве верхнего барабана специального отсека, из которого производится отвод насыщенного пара в пароперегреватель, не соответствует требованиям к чистоте пара.

Технический результат изобретения - в создании транспортабельного котла с повышенными показателями надежности и монтажной технологичности в заводской сборке в рабочем состоянии с опорами в габаритах подвижного состава железных дорог.

Технический результат достигается тем, что котел, содержащий горизонтальные топку, включающую левый боковой, задний, фронтовой и разделительный с фестоном трубчатые мембранные экраны, верхний и нижний барабаны и конвективный газоход с испарительными поверхностями нагрева, включающий правый боковой, фронтовой и задний трубчатые мембранные экраны, пароперегреватель, углы изгибов труб в верхних частях разделительного экрана топки и правого бокового экрана конвективного газохода равны углу, образованному вертикальным и наклонным участками контура габарита подвижного состава железных дорог, а средние участки труб левого бокового, разделительного экранов топки и правого бокового экрана конвективного газохода выполнены вертикальными, повторяющими контуры габарита подвижного состава железных дорог, и экономайзер, согласно изобретению, снабжен опорной конструкцией, жестко связанной с нижним барабаном и имеющей стойки, свободно подпирающие нижние участки труб топки и конвективного газохода, пароперегреватель установлен у входа в конвективный газоход, а экономайзер установлен в конвективном газоходе на участке, примыкающем к фронтовому экрану конвективного газохода, при этом значение отношений площадей нормальных сечений топки и конвективного газохода составляет не менее 2.

Возможно при этом, что пароперегреватель, снабженный опорами, скрепленными с барабанами, препятствующими шунтовым перетокам продуктов сгорания, выполнен из дренируемых петлевых змеевиков, расположенных в вертикальных плоскостях, параллельных оси конвективного газохода, а оси труб входных петель змеевиков, крайних со стороны заднего экрана конвективного газохода и последующих, расположены в плоскостях, составляющих с плоскостью заднего экрана конвективного газохода острый угол, а два крайних относительно правого бокового экрана конвективного газохода змеевика расположены с шагом, равным не менее двух шагов между остальными змеевиками, при этом плоскость осей труб петель змеевиков, крайних со стороны заднего экрана конвективного газохода, проходит через вершину прямого угла, образованного задним и правым боковым экранами.

Кроме того, группы труб фестона разделительного экрана могут быть установлены так, что плоскости горизонтальных сечений труб каждой из групп фестона расположены к плоскости заднего экрана конвективного газохода под углом не более 30°.

Котел может иметь правый боковой экран конвективного газохода, выполненный из двух частей, одна из которых длиной, не превышающей половины длины правого бокового экрана, прилегающая к заднему экрану конвективного газохода, соединена с нижним и верхним барабанами, а вторая часть правого бокового экрана, выполненная в виде многозаходных трубных панелей с общими коллекторами и внутренними перегородками, включена в автономную систему питания, например, соединена с экономайзером.

Возможно выполнение фронтового экрана конвективного газохода в виде многозаходной одноходовой панели с коллекторами, выполненными концентрически сопряженными с барабанами, а экран снабжен внутренней тепловой изоляцией.

В котле испарительные поверхности нагрева могут быть выполнены из труб с наружным спиральным оребрением, при этом отношение высоты ребра к шагу ребер для труб испарительных поверхностей, размещенных непосредственно за пароперегревателем, находится в пределах 1,2-2,3, а для последующих испарительных поверхностей - в пределах от 2,9-3,4, при этом в рядах труб по ходу движения продуктов сгорания степень оребрения последовательно возрастает.

Барабаны на участках, свободных от труб испарительных поверхностей нагрева, примыкающих к фронтовому экрану конвективного газохода, могут быть выполнены с теплозащитным ограждением из прошивных матов в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке каждого слоя кремнеземной тканью, а на остальных участках, свободных от труб испарительных поверхностей нагрева до заднего экрана конвективного газохода - из прошивных хромсодержащих матов в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке кварцевой тканью.

Кроме того, выделение питания экранов котловой водой в автономный контур питания, например, водой после экономайзера, позволяет исключить опасные режимы циркуляции в трубах фронтового и правого бокового экранов конвективного газохода.

Размещение пароперегревателя в области температуры продуктов сгорания (1200°С) повышает ему степень радиационности, при которой с учетом конвективной составляющей воспринимаемого тепла перегрев пара будет постоянным в пределах рабочих нагрузок и расширяет возможность усиления циркуляции в трубах заднего и правого бокового экранов конвективного газохода.

Котел в заводской сборке содержит опорную конструкцию, обеспечивающую боковую устойчивость котла, а свободное соединение стоек с экранами не препятствует перемещению экранов при температурном расширении. Благодаря этому в экранах не возникают дополнительные напряжения.

На фиг.1 представлен котел.

На фиг.2 представлен разрез А-А котла.

На фиг.3 представлен пароперегреватель и фестон.

На фиг.4 представлен пароперегреватель в разрезе Б-Б.

На фиг.5 представлен фронтовой экран конвективного газохода.

На фиг.6 представлены трубы испарительной поверхности нагрева.

На фиг.7 изображен узел В труб испарительной поверхности нагрева.

На фиг.8 изображено теплозащитное ограждение барабанов.

На фиг.9 изображен разрез В-В теплозащитного ограждения фронтового экрана.

Котел (фиг.1, 2) содержит горизонтальные топку 1, включающую левый боковой 1, задний 3, фронтовой 4 и разделительный 5 с фестоном 6 трубчатые мембранные экраны, верхний и нижний барабаны 7, 8 и конвективный газоход 9 с испарительными поверхностями нагрева 10, включающий правый боковой 11, фронтовой 12 и задний 13 трубчатые мембранные экраны, пароперегреватель 14, углы β изгибов труб в верхних частях разделительного 5 экрана топки 1 и правого бокового экрана 11 конвективного газохода 9 равны углу β, образованному вертикальным 15 и наклонным 16 участками контура габарита подвижного состава железных дорог, а средние участки труб левого бокового 2, разделительного 5 экранов топки 1 и правого бокового экрана 11 конвективного газохода 9 выполнены вертикальными, повторяющими контуры габарита подвижного состава железных дорог, и экономайзер 17, согласно изобретению, котел снабжен опорной конструкцией 18, жестко связанной с нижним барабаном 8 и имеющей стойки 19, свободно подпирающие нижние участки труб топки 1 и конвективного газохода 9, пароперегреватель 14 установлен у входа в конвективный газоход 9, а экономайзер 17 установлен в конвективном газоходе 9 на участке, примыкающем к фронтовому экрану 12 конвективного газохода 9, при этом значение отношений площадей нормальных сечений топки 1 и конвективного газохода 9 составляет не менее 2, пароперегреватель 14 (фиг.3, 4) может быть снабжен опорами 20, скрепленными с барабанами 7, 8, препятствующими шунтовым перетокам продуктов сгорания, выполнен из дренируемых петлевых змеевиков 21, расположенных в вертикальных плоскостях, параллельных оси 22 конвективного газохода 9, а оси 23 труб входных петель 24 змеевиков 21, крайних со стороны заднего экрана 13 конвективного газохода 9 и последующих, расположены в плоскостях, составляющих с плоскостью заднего экрана 13 конвективного газохода 9 острый угол γ, а два крайних относительно правого бокового экрана 11 конвективного газохода 9 змеевика 21 расположены с шагом, равным не менее двух шагов между остальными змеевиками 21, при этом плоскость осей 23 труб входных петель 24 змеевиков 21, крайних со стороны заднего экрана 13 конвективного газохода 9, проходит через вершину прямого угла 25, образованного задним и правым боковым экранами 13 и 11.

В котле группы труб 26 фестона 6 разделительного экрана 5 топки 1 могут быть установлены так, что плоскости горизонтальных сечений труб 26 каждой из групп фестона 6 расположены к плоскости заднего экрана 13 конвективного газохода под углом δ не более 30°.

Правый боковой экран 11 конвективного газохода 9 может быть выполнен из двух частей (на фиг. не обозначены), одна из которых длиной, не превышающей половины длины правого бокового экрана 11, прилегающая к заднему экрану 13 конвективного газохода 9, соединена с нижним и верхним барабанами 7, 8, а вторая часть правого бокового экрана 11, выполненная в виде многозаходных трубных панелей с общими коллекторами и внутренними перегородками (на фиг. не обозначены), включена в автономную систему питания, например, соединена с экономайзером 17.

Фронтовой экран 12 (фиг.5, 9) конвективного газохода 9 может быть выполнен в виде многозаходной одноходовой панели 27 с коллекторами 28, выполненными концентрически сопряженными с барабанами 7, 8, а экран 12 снабжен внутренней тепловой изоляцией 29.

Испарительные поверхности 10 нагрева (фиг.6) выполнены из труб с наружным спиральным оребрением (фиг.7), при этом отношение высоты h ребра к шагу t ребер для труб испарительных поверхностей 10, размещенных непосредственно за пароперегревателем 14, находится в пределах 1,2-2,3, а для последующих испарительных поверхностей нагрева 10 - в пределах от 2,9-3,4, при этом в рядах труб по ходу движения продуктов сгорания степень оребрения последовательно возрастает.

Барабаны 7, 8 (фиг.8) на участках, свободных от труб испарительных поверхностей 10 нагрева, примыкающих к фронтовому экрану 12 конвективного газохода 9, выполнены с теплозащитным ограждением из прошивных матов 30 в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке каждого слоя кремнеземной тканью, а на остальных участках, свободных от труб испарительных поверхностей нагрева 10 до заднего экрана 12 конвективного газохода 9 - из прошивных хромсодержащих матов 30 в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке кварцевой тканью.

Котел работает следующим образом.

Питательная вода, пройдя экономайзер 17, поступает в верхний барабан 7 и вместе с котловой водой включается в циркуляционную систему котла.

Образующиеся в топке 1 продукты сгорания топлива отдают тепло экранам 2, 5, 4, 3 и через разреженные трубы экрана 5 поступают в конвективный газоход 9 в направлении пароперегревателя 14, разворачиваются в нем, последовательно проходят испарительные поверхности 10 нагрева, экономайзер 17 и покидают котел, отдав тепло пароперегревателю 14, экранам 11, 12, 13, испарительным поверхностям 10 нагрева и экономайзеру. Образующаяся в трубах экранов 2, 3, 4, 5, 11, 13 и в испарительных поверхностях 10 нагрева пароводяная смесь поступает в верхний барабан 7, где разделяется на воду и пар. Вода по опускным трубам направляется в нижний барабан 8 и снова включается в испарительную систему котла. Пар из верхнего барабана 7 поступает в пароперегреватель 14, перегревается в нем и из коллектора перегретого пара (выходного коллекторра пароперегревателя 14) направляется потребителю.

Таким образом достигается вышеназванный технический результат.

Источник информации

Патент на изобретение RU №2096680, "Котел", кл. F 22 В 21/08, приоритет 13.02.95 г.

Изобретение предназначено для выработки пара и может быть использовано в энергетике. Котел содержит топку, включающую левый боковой, задний, фронтовой и разделительный с фестоном трубчатые мембранные экраны, верхний и нижний барабаны и конвективный газоход с испарительными поверхностями нагрева, включающий правый боковой, фронтовой и задний трубчатые мембранные экраны, пароперегреватель и экономайзер. Углы изгибов труб в верхних частях разделительного экрана топки и правого бокового экрана конвективного газохода равны углу, образованному вертикальным и наклонным участками контура габарита подвижного состава железных дорог, а средние участки труб левого бокового, разделительного экранов топки и правого бокового экрана конвективного газохода выполнены вертикальными, повторяющими контуры габарита подвижного состава железных дорог. Котел снабжен опорной конструкцией, жестко связанной с нижним барабаном и имеющей стойки, свободно подпирающие нижние участки труб топки и конвективного газохода. Пароперегреватель установлен у входа в конвективный газоход. Экономайзер установлен в конвективном газоходе на участке, примыкающем к фронтовому экрану конвективного газохода. Значение отношений площадей нормальных сечений топки и конвективного газохода составляет не менее 2. Изобретение обеспечивает повышение надежности и монтажной технологичности транспортабельного котла. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Котел, содержащий горизонтальные топку, включающую левый боковой, задний, фронтовой и разделительный с фестоном трубчатые мембранные экраны, верхний и нижний барабаны и конвективный газоход с испарительными поверхностями нагрева, включающий правый боковой, фронтовой и задний трубчатые мембранные экраны, пароперегреватель, углы изгибов труб в верхних частях разделительного экрана топки и правого бокового экрана конвективного газохода равны углу, образованному вертикальным и наклонным участками контура габарита подвижного состава железных дорог, а средние участки труб левого бокового, разделительного экранов топки и правого бокового экрана конвективного газохода выполнены вертикальными, повторяющими контуры габарита подвижного состава железных дорог, и экономайзер, отличающийся тем, что котел снабжен опорной конструкцией, жестко связанной с нижним барабаном, имеющей стойки, свободно подпирающие нижние участки труб топки и конвективного газохода, пароперегреватель установлен у входа в конвективный газоход, а экономайзер установлен в конвективном газоходе на участке, примыкающем к фронтовому экрану конвективного газохода, при этом значение отношений площадей нормальных сечений топки и конвективного газохода составляет не менее 2.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что пароперегреватель снабжен опорами, скрепленными с барабанами, препятствующими шунтовым перетокам продуктов сгорания, и выполнен из дренируемых петлевых змеевиков, расположенных в вертикальных плоскостях, параллельных оси конвективного газохода, а оси труб входных петель змеевиков, крайних со стороны заднего экрана конвективного газохода и последующих, расположены в плоскостях, составляющих с плоскостью заднего экрана конвективного газохода острый угол, а два крайних относительно правого бокового экрана конвективного газохода змеевика расположены с шагом, равным не менее двум шагам между остальными змеевиками, при этом плоскость осей труб петель змеевиков, крайних со стороны заднего экрана конвективного газохода, проходит через вершину прямого угла, образованного задним и правым боковым экранами.3. Котел по п.1, отличающийся тем, что группы труб фестона разделительного экрана установлены так, что плоскости горизонтальных сечений труб каждой из групп фестона расположены к плоскости заднего экрана конвективного газохода под углом не более 30°.4. Котел по п.1, отличающийся тем, что правый боковой экран конвективного газохода выполнен из двух частей, одна из которых длиной, не превышающей половины длины правого бокового экрана, прилегающая к заднему экрану конвективного газохода, соединена с нижним и верхним барабанами, а вторая часть правого бокового экрана, выполненная в виде многозаходных трубных панелей с общими коллекторами и внутренними перегородками, включена в автономную систему питания, например соединена с экономайзером.5. Котел по п.1, отличающийся тем, что фронтовой экран конвективного газохода выполнен в виде многозаходной одноходовой панели с коллекторами, выполненными концентрически сопряженными с барабанами, а экран снабжен внутренней тепловой изоляцией.6. Котел по п.1, отличающийся тем, что испарительные поверхности нагрева выполнены из труб с наружным спиральным оребрением, при этом отношение высоты ребра к шагу ребер для труб испарительных поверхностей, размещенных непосредственно за пароперегревателем, находится в пределах 1,2-2,3, а для последующих испарительных поверхностей - в пределах 2,9-3,4, при этом в рядах труб по ходу движения продуктов сгорания степень оребрения последовательно возрастает.7. Котел по п.1, отличающийся тем, что барабаны на участках, свободных от труб испарительных поверхностей нагрева, примыкающих к фронтовому экрану конвективного газохода, выполнены с теплозащитным ограждением из прошивных матов в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке каждого слоя кремнеземной тканью, а на остальных участках, свободных от труб испарительных поверхностей нагрева до заднего экрана конвективного газохода - из прошивных хромсодержащих матов в два слоя, каждый толщиной не менее 40 мм, в обкладке кварцевой тканью.