ПРЯМОТОЧНЫЙ БОЙЛЕР Российский патент 2010 года по МПК F22B21/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к прямоточному бойлеру, в частности к прямоточному бойлеру, который создает циркуляцию первично произведенного пара в камере сгорания для получения высокотемпературного пара даже при низком давлении, тем самым снижая расход топлива и время, требуемое на произведение пара так же, как и стоимость оборудования, а также повышая безопасность в эксплуатации.

Предшествующий уровень техники

В основном, бойлер является аппаратом, сконструированным для передачи теплоты сгорания топлива к воде и т.п., тем самым производя высокотемпературный пар высокого давления. Бойлер широко используется для подачи высокотемпературного пара высокого давления в паровые двигатели тепловых силовых установок, судов и т.п., а также в другие рабочие агрегаты и устройства теплоснабжения промышленных предприятий.

Бойлеры могут быть разделены на различные типы в зависимости от их конструкции. Один из типов бойлеров, прямоточный бойлер, в форме бойлера принудительной циркуляции, состоит только из трубок, включающих водяную трубку и удлиненную изогнутую трубку. Прямоточный бойлер, также называемый принудительный прямоточный котел, действует так, что вода, поданная к одному концу удлиненной трубки, нагревается, испаряется и перегревается в этой последовательности при прохождении через трубку за счет нагнетания насосом, выходя за счет этого из другого конца трубки как перегретый пар. Прямоточный бойлер подходит для генерации пара высокого давления, и особенно, является выгодным для использования в качестве котла сверхкритического давления. Прямоточный бойлер в последнее время совершенствовался в сочетании с системой автоматического управления, чтобы достичь легкости управления и высокого КПД при небольшой производительности. Также прямоточный бойлер способен производить пар высокого давления с высокой производительностью. По этой причине, в настоящее время, прямоточный бойлер широко используется как автономный или промышленный котел, например, как автономный бойлер теплоснабжения, теплооборудование курортов с минеральными источниками и т.п.

В прямоточном бойлере, водяной пар, содержащийся в газах сгорания, подлежащих выпуску наружу, контактирует с теплообменником и за счет этого конденсируется. Это позволяет регенерировать около 10% латентной теплоты, получая устройство с высоким КПД.

Однако обычный прямоточный бойлер имеет недостаток в том, что он обеспечивает относительно низкотемпературный пар с температурой ниже 100°С. Поскольку температура пара имеет тенденцию к постепенному снижению, когда пар подается к устройству теплоснабжения или двигателю, то относительно низкотемпературного пара обычного прямоточного бойлера недостаточно, чтобы обеспечить желательную стандартную температуру, подходящую для автономных или промышленных нужд, что приводит к ухудшению показателя его теплового КПД.

Поэтому, для получения пара, имеющего высокую температуру, обычный прямоточный бойлер адаптируют для повышения внутреннего давления в коллекторе. Однако повышение внутреннего давления в коллекторе или обеспечение высокопрочной водяной трубки все же приводит к ухудшению условий безопасности работы, приводя к авариям.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

В связи с этим настоящее изобретение направлено на решение вышеуказанных проблем, и целью настоящего изобретения является создание прямоточного бойлера, в котором пар вводится из камеры подачи пара в камеру сгорания для повторного нагрева в ней, чтобы таким образом достичь существенного увеличения температуры пара, что ведет к улучшению теплового КПД и энергоотдачи бойлера.

Другой целью настоящего изобретения является создание прямоточного бойлера, который может легко генерировать высокотемпературный пар с использованием обычных водяных трубок, тем самым снижая стоимость материалов и производства бойлера.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание прямоточного бойлера, который может безопасно генерировать высокотемпературный пар без повышения внутреннего давления в коллекторе, тем самым достигая безопасности работы бойлера.

Техническое решение

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, вышеуказанные и другие цели могут быть достигнуты за счет предлагаемого прямоточного бойлера, в котором первоначально сгенерированный пар вновь подается в камеру сгорания для повторного нагрева, тем самым преобразуясь в высокотемпературный пар, при этом прямоточный бойлер имеет трубу выпуска низкотемпературного пара и выходную трубу высокотемпературного пара, сообщающиеся друг с другом и управляемые по степени открытия для достижения желательной температуры пара.

Предпочтительно, когда трубка нагрева пара, приспособленная для повторного нагрева пара, поданного в камеру сгорания, расположена в нижней части камеры сгорания вблизи у внутренней периферии камеры сгорания так, чтобы не входить в непосредственный контакт с пламенем во время нагрева пара.

Предпочтительно, когда трубка нагрева пара имеет форму змеевика, петли или их комбинацию.

Преимущества

Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества.

Во-первых, прямоточный бойлер по настоящему изобретению позволяет достичь существенного увеличения температуры пара через повторный нагрев пара в камере сгорания, тем самым повышая тепловой КПД и теплоотдачу.

Во-вторых, прямоточный бойлер по настоящему изобретению позволяет легко генерировать высокотемпературный пар использованием обычных водяных трубок. Это эффективно снижает стоимость производства и материалов для изготовления прямоточного бойлера.

В-третьих, прямоточный бойлер по настоящему изобретению позволяет легко генерировать высокотемпературный пар без повышения внутреннего давления в коллекторе, тем самым повышая безопасность работы.

Краткое описание фигур чертежей

Вышеуказанные и другие цели, признаки и другие преимущества настоящего изобретения станут более ясно понятны из последующего подробного описания, сопровождаемого чертежами, где представлено:

фиг.1 - вид в перспективе прямоточного бойлера по настоящему изобретению;

фиг.2 - вид в разрезе прямоточного бойлера с фиг.1;

фиг.3 - вид в перспективе трубки нагрева пара согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - вид в перспективе трубки нагрева пара согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.5 - вид в перспективе трубки нагрева пара согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения

Далее поясняется предпочтительное осуществление настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи.

На фиг.1 представлен вид в перспективе прямоточного бойлера по настоящему изобретению. На фиг.2 представлен вид в разрезе прямоточного бойлера с фиг.1. На фиг.3 представлен вид в перспективе трубки нагрева пара согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.4 представлен вид в перспективе трубки нагрева пара согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 представлен вид в перспективе трубки нагрева пара согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на фиг.1-5, прямоточный бойлер 100 по настоящему изобретению включает корпус 110, блок подачи пара 120 и блок нагрева 130. Корпус 110 включает кожух 111 с открытой верхней частью, крышку 112, присоединенную к открытой верхней части кожуха 111, и направляющую трубу 113, протянутую вниз от центра крышки 112. Блок подачи пара 120 включает кольцевой водяной бак 122, смонтированный в нижней части корпуса 110, камеру подачи пара 124, расположенную в верхней части корпуса 110, множество вертикальных водяных трубок 121, протянутых вверх от водяного бака 122 и устроенных контурами по дугам, входную трубу низкотемпературного пара 125 и выходную трубу высокотемпературного пара 127, смонтированные с противоположных сторон противоположных контуров водяных трубок 121, и трубку нагрева пара 126, соединяющую входную трубу низкотемпературного пара 125 с выходной трубой высокотемпературного пара 127. Блок нагрева 130 включает горелку 131, смонтированную в направляющей трубе 113, выполненную у крышки 112 корпуса 110 так, чтоб немного выступать вниз из направляющей трубы 113, камеру сгорания 132, размещенную между горелкой 131 и водяным баком 122, и пластину 136, ограничивающую свод камеры сгорания 132 и соединенную как с направляющей трубой 113, так и с водяными трубками 121.

Листовое изоляционное покрытие 114 закреплено на внутренней периферийной поверхности корпуса 110 для увеличения теплоизоляции.

Рассматривая блок подачи пара 120 более подробно, множество вертикальных водяных трубок 121 устроено концентрическими контурами по дугам окружностей, а входная труба низкотемпературного пара 125 и выходная труба высокотемпературного пара 127, имеющие глухие нижние концы, расположены на одной дуге окружности и сообщаются друг с другом через трубку нагрева пара 126. Предпочтительно, когда трубка нагрева пара 126 имеет форму змеевика и расположена вблизи окружности периферии камеры сгорания 132. Эта конфигурация трубки нагрева пара 126 эффективна для предотвращения столкновения с факелом из горелки 131.

Трубка нагрева пара 126 расположена в нижней части камеры сгорания 132. Это предотвращает трубку нагрева пара 126 от вхождения в непосредственный контакт с наиболее широкой центральной частью факела.

Предпочтительно, когда трубка нагрева пара 126 занимает нижние 38% высоты камеры сгорания 132.

В дополнение к форме змеевика, трубка нагрева пара 126 может иметь форму петли или форму в виде комбинации этих форм.

Предпочтительно, когда нижняя часть трубки нагрева пара 126 соединена с входной трубой низкотемпературного пара 125, а верхняя часть трубки нагрева пара 126 соединена с выходной трубой высокотемпературного пара 127. Это позволяет полученному нагретому пару выходить при поддержании его наилучшего состояния в конце.

Тем временем, верхние концы водяных трубок 121 блока подачи пара 120 сообщаются с камерой подачи пара 124. Также, труба выпуска низкотемпературного пара 128 вертикально выступает через крышку 112. С такой конструкцией, низкотемпературный пар, который нагревается в водяных трубках 121, может выходить через трубу выпуска низкотемпературного пара 128.

Предпочтительно, когда труба выпуска низкотемпературного пара 128 и выходная труба высокотемпературного пара 127 сконструированы, чтобы сообщаться друг с другом, при этом контрольные клапаны 129 смонтированы соответственно на трубе выпуска низкотемпературного пара 128 и выходной трубе высокотемпературного пара 127 для управления температурой полученного пара.

Блок подачи пара 120 дополнительно включает трубу подачи питательной воды 123, соединенную с водяным баком 122 и снабженную контрольным клапаном для постоянного поддерживания постоянного уровня потока питательной воды, проходящей через водяные трубки 121.

Блок нагрева 130 дополнительно включает выхлопную камеру 134, расположенную прямо под водяным баком 122, сообщающуюся с камерой сгорания 132. Для сообщения между камерой сгорания 132 и выхлопной камерой 134, предусмотрено множество выхлопных трубок 133, проходящих через водяной бак 122. Также, выхлопная труба 135 присоединена к боковой стороне выхлопной камеры 134 для плавного выхлопа газов сгорания наружу.

Далее поясняется действие прямоточного бойлера по настоящему изобретению.

Сначала питательную воду подают в водяной бак 122 через трубу подачи питательной воды 123 так, чтобы запасти количество воды, адекватное подаваемому в множество водяных трубок 121.

Затем, горелка 131 воспламеняется для нагрева камеры сгорания 132, в результате чего полученная теплота передается к водяным трубкам 121 и водяному баку 122, тем самым нагревая питательную воду, которой они заполнены.

В результате нагрева, питательная вода, заполняющая водяные трубки 121, испаряется, позволяя заполняться паром камере подачи пара 124. Проходя этим путем, пар, имеющий температуру ниже 100°С, выпускается через трубу выпуска низкотемпературного пара 128, имея относительно низкую температуру.

Альтернативно, когда желателен выпуск высокотемпературного пара, имеющего температуру около 600°С, контрольный клапан 129, смонтированный на трубе выпуска низкотемпературного пара 128, закрывают, в то же время открывая контрольный клапан 129, смонтированный на выходной трубе высокотемпературного пара 127 так, чтобы низкотемпературный пар поступал во входную трубу низкотемпературного пара 125.

Низкотемпературный пар, введенный во входную трубу низкотемпературного пара 125, вновь нагревается проходя через трубку нагрева пара 126, смонтированную в камере сгорания 132, выходя наружу через выходную трубу высокотемпературного пара 127 в состоянии высокотемпературного пара.

Альтернативно, когда желателен выпуск пара, имеющего температуру в пределах от 100 до 600°С, то регулируют подачу топлива на горелку 131 или изменяют степень открытия контрольных клапанов 129, смонтированных как на трубе выпуска низкотемпературного пара 128, так и на выходной трубе высокотемпературного пара 127, чтобы отрегулировать циркуляцию пара. За счет регулировки циркуляции пара, наружу выпускают смесь высокотемпературного пара и низкотемпературного пара.

За счет такой генерации пара, высокотемпературный пар может безопасно подаваться с незначительным изменением давления. За счет этого снижаются расход топлива и затраты времени, наравне со снижением стоимости оборудования, и тем самым достигается безопасность работы прямоточного бойлера 100.

Также, поскольку температура пара может гибко изменяться, прямоточный бойлер 100 используется для плавного изменения желательной температуры пара в зависимости от его применения.

Промышленная применимость

Как очевидно из вышеприведенного описания, настоящее изобретение обеспечивает прямоточный бойлер, который позволяет достигнуть существенного увеличения температуры пара с помощью повторного нагрева пара в камере сгорания, тем самым повышая тепловой КПД и теплоотдачу.

Далее, в соответствии с настоящим изобретением, прямоточный бойлер позволяет легко генерировать высокотемпературный пар использованием обычных водяных трубок. Это эффективно снижает стоимость производства и материалов для изготовления прямоточного бойлера.

Более того, прямоточный бойлер по настоящему изобретению позволяет легко генерировать высокотемпературный пар без повышения внутреннего давления в коллекторе, тем самым повышая безопасность работы.

Хотя предпочтительное осуществление настоящего изобретения было раскрыто для целей иллюстрации, специалисты в этой области могут создать различные модификации, дополнения и замены без отхода от области охраны этого изобретения, определенной сопровождающей формулой изобретения.

Изобретение предназначено для нагрева пара и может быть использовано в теплотехнике. Прямоточный бойлер включает корпус с камерой сгорания и горелкой, камеру подачи пара, входную трубу низкотемпературного пара, трубку нагрева пара, смонтированную в пределах камеры сгорания, выходную трубу высокотемпературного пара. Бойлер выполнен с возможностью генерирования из питательной воды низкотемпературного пара, заполняющего камеру подачи пара, с последующим введением его во входную трубу низкотемпературного пара для повторного нагрева при прохождении через трубку нагрева пара с выпуском наружу через выходную трубу высокотемпературного пара в состоянии высокотемпературного пара. Бойлер включает кольцевой водяной бак, смонтированный в нижней части корпуса, выхлопную камеру, расположенную непосредственно под кольцевым водяным баком и сообщающуюся с камерой сгорания через выхлопные трубки, которые проходят через кольцевой водяной бак и вертикальные водяные трубки для нагрева питательной воды, протянутые вверх от кольцевого водяного бака. Верхние концы вертикальных водяных трубок сообщаются с камерой подачи пара, которая расположена в верхней части корпуса. Изобретение обеспечивает повышение КПД и теплоотдачи бойлера. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Прямоточный бойлер, включающий корпус с камерой сгорания и горелкой, камеру подачи пара, входную трубу низкотемпературного пара, трубку нагрева пара, смонтированную в пределах камеры сгорания, выходную трубу высокотемпературного пара, при этом бойлер выполнен с возможностью генерирования из питательной воды низкотемпературного пара, заполняющего камеру подачи пара, с последующим введением его во входную трубу низкотемпературного пара для повторного нагрева при прохождении через трубку нагрева пара с выпуском наружу через выходную трубу высокотемпературного пара в состоянии высокотемпературного пара, отличающийся тем, что дополнительно включает кольцевой водяной бак, смонтированный в нижней части корпуса, выхлопную камеру, расположенную непосредственно под кольцевым водяным баком и сообщающуюся с камерой сгорания через выхлопные трубки, которые проходят через кольцевой водяной бак и вертикальные водяные трубки для нагрева питательной воды, протянутые вверх от кольцевого водяного бака, при этом верхние концы вертикальных водяных трубок сообщаются с камерой подачи пара, которая расположена в верхней части корпуса.

2. Бойлер по п.1, отличающийся тем, что трубка нагрева пара расположена в нижней части камеры сгорания вблизи внутренней периферии камеры сгорания так, чтобы не входить в непосредственный контакт с пламенем во время нагрева пара.

3. Бойлер по п.2, отличающийся тем, что трубка нагрева пара имеет форму змеевика, петли или их комбинацию.

4. Бойлер по п.1, отличающийся тем, что дополнительно имеется труба выпуска низкотемпературного пара, сообщающаяся с выходной трубой высокотемпературного пара, при этом имеются контрольные клапаны, смонтированные соответственно на трубе выпуска низкотемпературного пара и выходной трубе высокотемпературного пара с возможностью управления температурой полученного пара.