ПАРОВОЙ КОТЕЛ Российский патент 2007 года по МПК F22B37/24 F22B21/00 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к паровым котлам, и может быть использовано при реконструкции старых и создании новых паровых котлов.

Известен паровой котел, включающий смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого скреплены посредством соединительных элементов в группы, каждая из которых подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего и подвешенный к верхним элементам каркаса котла и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего. См. М.В.Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ. Стр.150-152, рис.6-14(б). М.: Энергия, 1978 г.

В известном котле в качестве опорных средств для подвески вертикального участка заднего экрана использованы его отдельные трубы, в которые через развилки поступает часть рабочей среды. Указанные трубы расположены с внутренней стороны аэродинамического выступа в плоскости заднего экрана и ограничивают поворотный газоход со стороны топки, ограничивая тем самым площадь размещаемых в газоходе поверхностей нагрева, а следовательно, и мощность котла. К тому же выполнение развилок с дроссельными шайбами усложняет конструкцию заднего экрана топки.

Известен также паровой котел, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности (прототип). См. М.В. Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ, М.: Энергия, 1978 г., стр.150-150, рис.6-15.

Известный паровой котел включает смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего и подвешенный к верхним элементам каркаса котла, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего.

В известном паровом котле трубы вертикального участка заднего экрана скреплены в группы по 8-10 шт. соединительными элементами, выполненными в виде приваренных между трубами промежуточных коротких стальных прутков, и каждая группа подвешена к соответствующему опорному средству, причем в качестве опорных средств использованы рециркуляционные трубы заднего экрана.

При этом весь вес вертикального участка заднего экрана распределяется только на рециркуляционные трубы, что увеличивает нагрузку на указанные трубы и этим снижает надежность у котла. Кроме того, подвесные элементы, посредством которых вертикальный участок заднего экрана подвешен к опорным средствам (рециркуляционным трубам), выполнены в виде косынок, приваренных одними концами к соединительным элементам, объединяющим трубы в группы, а другими концами - непосредственно к рециркуляционным трубам. Для того чтобы снизить влияние неодинакового теплового перемещения необогреваемых косынок и обогреваемых прямых труб соседних с задним экраном экранов, размер косынок выбирают минимально допустимым по условиям прочности, однако до конца избежать разницы перемещений экранов в известном котле не представляется возможным вследствие жесткого крепления подвесных и соединительных элементов к, соответственно, опорным средствам и подвешиваемым трубам, что приводит к возникновению дополнительных напряжений в металле и, в конечном счете, к снижению надежности котла.

Следует отметить, что используемые в качестве опорных средств рециркуляционные трубы заднего экрана расположены в плоскости последнего и ограничивают пространство поворотного газохода со стороны топки, регламентируя тем самым величину площади поверхностей нагрева, размещаемых в газоходе (радиационная и конвективная части пароперегревателя), следовательно, налагая ограничения и на величину мощности котла.

Задачей изобретения является создание такого парового котла, в котором подвеска труб вертикального участка заднего экрана не влияла бы на тепловое перемещение труб экранов и позволяла бы увеличить пространство поворотного газохода для размещения дополнительных поверхностей нагрева, повышая тем самым надежность и мощность котла.

Указанная задача решается тем, что в известном паровом котле, включающем смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего, согласно изобретению каждая группа труб вертикального участка заднего экрана подвешена к двум, расположенным по обе стороны заднего экрана вне его плоскости опорным средствам, в качестве которых использованы, соответственно, верхний коллектор заднего экрана топки и подовый экран пароперегревателя, при этом верхний коллектор заднего экрана к верхним элементам каркаса котла подвешен со смещением от плоскости заднего экрана в глубину топки, промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя придвинут к верхнему коллектору заднего экрана и подвешен к верхним элементам каркаса котла, а подвесные элементы выполнены в виде тяг и продольных и поперечных элементов жесткости, размещенных, соответственно, между подвешенными к опорным средствам концами тяг и с внутренней стороны аэродинамического выступа, вдоль его труб, и скрепленных с тягами с образованием жесткой необогреваемой пространственной конструкции, которая с обогреваемыми трубами подового экрана пароперегревателя, группами труб вертикального участка заднего экрана топки и его верхним коллектором связана с возможностью тепловых перемещений последних относительно упомянутой конструкции.

При этом:

- каждая пространственная конструкция из тяг и элементов жесткости с трубами подового экрана пароперегревателя, группами труб вертикального участка заднего экрана топки, его верхним коллектором и трубами подового экрана соединена шарнирно;

- соединительные элементы выполнены в виде поперечных балок, связанных с соединяемыми трубами шарнирно, каждая группа труб к верхнему коллектору заднего экрана подвешена через связанную с последним шарнирно дополнительную балку, установленную параллельно поперечной балке, продольные элементы жесткости выполнены в виде продольных балок и с концами тяг, подвешенными к верхнему коллектору заднего экрана, скреплены через упомянутые дополнительные балки, а поперечные элементы жесткости выполнены в виде опорных стержней, концы которых, обращенные к топке, жестко связаны с центральной частью аэродинамического выступа, а противоположные концы - с поперечной и дополнительной балками;

- каждая группа труб вертикального участка заднего экрана к трубам подового экрана пароперегревателя подвешена в месте их гиба при переходе в опускную шахту;

- промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя жестко скреплен с верхним коллектором заднего экрана и к верхним элементам каркаса котла подвешен на общей с упомянутым верхним коллектором подвеске;

- верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен в направлении, параллельном верхнему (по ходу рабочей среды) участку аэродинамического выступа;

- верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен на расстояние, не выходящее за пределы наиболее удаленного от плоскости упомянутого экрана участка аэродинамического выступа;

- подовый экран пароперегревателя дополнительно соединен с продольными балками пространственной конструкции посредством шарнирных опор.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый паровой котел (продольный разрез), на фиг.2 - пространственная конструкция (вид по «А» фиг.1).

Паровой котел включает размещенные в каркасе 1 и соединенные между собой топку 2, поворотный газоход 3 и опускную шахту 4. В топке 2 размещен задний экран 5 с аэродинамическим выступом 6. В поворотном газоходе 3 размещен верхний коллектор 7, в который входят трубы заднего экрана 5. Указанный верхний коллектор 7 подвешен к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла со смещением от оси заднего экрана 5 в глубину топки 2. В поворотном газоходе 3 размещен также пароперегреватель, включающий подовый экран 8 часть которого располагается в опускной шахте 4 и конвективную часть, выполненную в виде вертикальных змеевиков 9, подвешенных к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла. Верхний коллектор 7 смещен в глубину топки 2 в направлении преимущественно параллельном верхнему по ходу рабочей среды участка аэродинамического выступа 6. Это необходимо для того, чтобы сохранить угол наклона подового экрана 8 пароперегревателя для обеспечения оптимальных условий отекания с последнего сыпучих отложений. Расстояние, на которое перемещается верхний коллектор 7, не должно превышать расстояния наиболее удаленного от плоскости заднего экрана топки 5 участка аэродинамического выступа, так как дальнейшее смещение верхнего коллектора 7 в глубину топки 2 ухудшает аэродинамику газового потока на выходе из топки 2 и в поворотном газоходе 3. В поворотном газоходе 3 установлен промежуточный коллектор 10 подового экрана 8, сообщенный с трубами последнего. Указанный промежуточный коллектор 10 также смещен в глубину топки 2, размещен рядом с верхним коллектором 7 заднего экрана 5, жестко скреплен с последним и подвешен на одной с ним подвеске 11 к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла. Трубы вертикального участка заднего экрана 5 скреплены в группы посредством соединительных элементов в виде поперечных балок 12, связанных с трубами шарнирно. В отличие от известных котлов в предлагаемом котле каждая группа труб вертикального участка заднего экрана подвешена через соединительные элементы к двум опорным средствам, размещенным вне плоскости экрана, по обе его стороны. Одним из опорных средств является верхний коллектор 7 заднего экрана 5, а другим - трубы подового экрана 8 пароперегревателя. Такая подвеска позволяет перераспределить вес заднего экрана на две опоры, что облегчает работу подвесок. Кроме того, само наличие второго опорного средства и использование в качестве последнего труб подового экрана 8 в месте их гиба при переходе в опускную шахту 4 позволяет сместить верхний коллектор 7 заднего экрана 5 от вертикальной оси заднего экрана в глубину топки 2, и использовать его в качестве опорного средства, что, во-первых, увеличивает размеры поворотного газохода 3, позволяя разместить в нем дополнительные поверхности нагрева, увеличивая тем самым мощность котла без увеличения его габаритных размеров, что очень важно, особенно при реконструкции котлов, а во-вторых, позволяет отказаться от использования в качестве опорных средств рециркуляционных труб заднего экрана (как в прототипе) или от развилок, как в типовых паровых котлах, что упрощает конструкцию заднего экрана. К трубам подового экрана 8 и к верхнему коллектору 7 заднего экрана 5 вертикальный участок последнего подвешен с помощью подвесных элементов, выполненных в виде тяг 13, 14. Предпочтительнее данные тяги 13, 14 изготовить из труб, т.к. напряжения от растяжения распределяются более равномерно. При этом тяги 13 скреплены с верхним коллектором 7 заднего экрана 5 через дополнительные балки 15, связанные с упомянутым верхним коллектором 7 шарнирно и установленные параллельно поперечным балкам 12. Тяги 14 с трубами подового экрана 8 также соединены шарнирно. Между связанными с опорными средствами концами тяг 13, 14 размещены жестко скрепленные с последними продольные балки 16, что позволяет предотвратить прогиб труб подового экрана и смещение верхнего коллектора 7 заднего экрана 5 под действием веса последнего. Каждая группа труб вертикального участка заднего экрана 5 подвешена к трубам подового экрана 8 пароперегревателя по меньшей мере двумя тягами 14. С внутренней стороны аэродинамического выступа 6 установлены поперечные элементы жесткости, выполненные в виде опорных стержней 17, 18, концы которых, обращенные к топке 2, жестко соединены со средним участком аэродинамического выступа 6. Противоположные концы упомянутых опорных стержней 17, 18 жестко скреплены, соответственно, с дополнительной 15 и поперечной 12 балками. Опорные стержни 17, 18 ужесточают конструкцию в поперечном направлении. В аэродинамическом выступе 6 каждой группы труб заднего экрана 5 установлено по две пары опорных стержней 17, 18. Соединенные с тягами 13, 14 продольные 16 и поперечные 17, 18 элементы жесткости образуют жесткую необогреваемую пространственную конструкцию, связанную с обогреваемыми опорными средствами и подвешиваемыми трубами заднего экрана 5 шарнирами 19, что позволяет обеспечить свободное тепловое перемещение упомянутых обогреваемых узлов относительно указанной пространственной конструкции, исключая при этом деформацию экранов. Подовый экран 8 пароперегревателя дополнительно опирается на промежуточные шарнирные опоры 20, установленные между названным экраном 8 и продольными балками 16 и скрепленные с ними.

Во время разогрева и работы котла внутри труб топочных экранов, в том числе и заднего экрана 5, перемещается пароводяная смесь, а в трубах газоплотных панелей пароперегревателя, в том числе и в трубах подового экрана 8, перемещается нагретый пар, и названные экраны за счет температурного расширения удлиняются либо возвращаются к первоначальным размерам при охлаждении после выключении котла. При этом вся жесткая пространственная конструкция из тяг 13, 14 и связанных с ними элементов жесткости в виде опорных стержней 17, 18 и продольных балок 16 работает как единый подвешенный сжатый стержень и обеспечивает одновременно распределение подвешенной к нему массы заднего экрана, а также свободные температурные удлинения (укорочения) экранов. Одновременно с этим опирание подового экрана 8 пароперегревателя через шарнирные опоры 20 на продольные балки 16 предотвращает прогиб труб подового экрана.

Использование необогреваемой пространственной конструкции в качестве подвесных элементов, вследствие ее шарнирного соединения с обогреваемыми трубами экранов и верхним коллектором, не препятствует свободному тепловому перемещению экранов несмотря на разницу температур обогреваемых и необогреваемых поверхностей, компенсирует разницу величин перемещений (при этом размеры необогреваемой конструкции особого значения не имеют), исключая тем самым рост напряжений в металле труб, и, соответственно, повышает надежность котла в целом.

Изобретение предназначено для выработки пара и может быть использовано в энергетическом машиностроении. Паровой котел включает топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном и промежуточный коллектор подового экрана. Каждая группа труб вертикального участка заднего экрана через соединительные элементы подвешена к верхнему коллектору заднего экрана топки и подовому экрану пароперегревателя. Верхний коллектор заднего экрана к верхним элементам каркаса котла подвешен со смещением от плоскости заднего экрана в глубину топки. Промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя придвинут к верхнему коллектору заднего экрана и подвешен к верхним элементам каркаса котла. Подвесные элементы выполнены в виде тяг и продольных и поперечных элементов жесткости, размещенных соответственно между концами тяг и с внутренней стороны аэродинамического выступа вдоль его труб и скрепленных с тягами с образованием жесткой необогреваемой пространственной конструкции, которая с обогреваемыми трубами подового экрана пароперегревателя и вертикального участка заднего экрана топки и его верхним коллектором связана с возможностью тепловых перемещений последних относительно упомянутой пространственной конструкции. Изобретение обеспечивает повышение надежности и мощности котла. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Паровой котел, включающий смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству посредством подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту, и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего, отличающийся тем, что каждая группа труб вертикального участка заднего экрана через соединительные элементы подвешена к двум, расположенным по обе стороны заднего экрана вне его плоскости опорным средствам, в качестве которых использованы, соответственно, верхний коллектор заднего экрана топки и подовый экран пароперегревателя, при этом верхний коллектор заднего экрана к верхним элементам каркаса котла подвешен со смещением от плоскости заднего экрана в глубину топки, промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя придвинут к верхнему коллектору заднего экрана и подвешен к верхним элементам каркаса котла, а подвесные элементы выполнены в виде тяг и продольных и поперечных элементов жесткости, размещенных соответственно между концами тяг и с внутренней стороны аэродинамического выступа вдоль его труб и скрепленных с тягами с образованием жесткой необогреваемой пространственной конструкции, которая с обогреваемыми трубами подового экрана пароперегревателя и вертикального участка заднего экрана топки и его верхним коллектором связана с возможностью тепловых перемещений последних относительно упомянутой пространственной конструкции.2. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что каждая жесткая пространственная конструкция из тяг и элементов жесткости с подвешиваемыми группами труб заднего экрана соединена шарнирно.3. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены в виде поперечных балок, связанных с соединяемыми трубами шарнирно, каждая группа труб к верхнему коллектору заднего экрана топки подвешена через связанную с последним шарнирно дополнительную балку, установленную параллельно поперечной балке, продольные элементы жесткости выполнены в виде продольных балок и с концами тяг, подвешенными к верхнему коллектору заднего экрана, скреплены через упомянутые дополнительные балки, а поперечные элементы жесткости выполнены в виде опорных стержней, концы которых, обращенные к топке, жестко связаны с центральной частью аэродинамического выступа, а противоположные концы - с поперечной и дополнительными балками.4. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что каждая группа труб вертикального участка заднего экрана к трубам подового экрана пароперегревателя подвешена в месте их гиба при входе в опускную шахту.5. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя жестко скреплен с верхним коллектором заднего экрана и к верхним элементам каркаса котла подвешен на общей с упомянутым верхним коллектором подвеске.6. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен в направлении, параллельном верхнему (по ходу рабочей среды) участку аэродинамического выступа.7. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен на расстояние, не выходящее за пределы наиболее удаленного от плоскости упомянутого экрана участка аэродинамического выступа.8. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что подовый экран пароперегревателя дополнительно соединен с продольными балками пространственной конструкции посредством шарнирных опор.