КОТЕЛ С НИЖНЕЙ ОПОРОЙ Российский патент 2019 года по МПК F22B37/24 

[0001] Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Изобретение относится к котлу с нижней опорой, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. В частности, изобретение относится к котлу с нижней опорой, содержащему корпус котла под давлением, такой как топка, конвекционную решетку, пустой проход, сепаратор твердых частиц, или горизонтальный проход, и конструкцию для опоры корпуса котла под давлением.

[0003] Уровень техники

[0004] Относительно большие корпусы котлов под давлением, такие как топка с трубчатыми стенками, обычно расположены с опорой наверху, т.е. так что корпус котла под давлением висит на жесткой опорной конструкции. Сравнительно небольшие корпусы котла под давлением обычно расположены с нижней опорой, при этом вертикальная нагрузка корпуса котла под давлением воспринимается лишь опорной конструкцией, расположенной ниже корпуса котла под давлением. Основное различие между опирающимся вверху или котлом с нижней опорой в том, что при повышении температуры корпуса котла под давлением, тепловое расширение опирающегося вверху котла происходит вниз, в то время как в котле с нижней опорой тепловое расширение корпуса котла под давлением происходит в основном вверх. Корпусы котлов под давлением с нижней опорой обычно более простые и экономически более выгодные, чем опирающиеся вверху корпусы котлов под давлением, поскольку они не требуют отдельной опорной структуры. Недостатком конструкции с нижней опорой является то, что стенки должны быть достаточно прочными для выдерживания вертикальной нагрузки сжатия корпуса котла под давлением. Поэтому конструкция с нижней опорой обычно применяется лишь для сравнительно небольших корпусов котлов под давлением, таких как топки энергетических котлов с мощностью меньше 40 МВт электроэнергии.

[0005] В патенте США 3 280 800 раскрыт обычный котел с нижней опорой, содержащий самостоятельно стоящую топку с трубчатыми стенками и пучок котла по ходу за топкой, опирающейся на циркуляционную трубу. Нижняя опора для топки обеспечивается посредством множества опорных элементов, установленных наверху основания и предназначенных для вхождения в зацепление неподвижно или с возможностью скольжения с головными частями стенных труб.

[0006] В патенте США 3 927 714 раскрыт котел с нижней опорой, содержащий раму из вертикально проходящих вниз труб и труб обратного потока, соединенных с коллекторами и головными частями, и обеспечивающую снизу вертикальную опору для вертикальных водных труб, проходящими между коллекторами и головными частями.

[0007] В патенте Германии 27 48 650 раскрыт котел с нижней опорой, содержащий согнутые U-образно испарительные трубы внутри котла, при этом самые наружные части испарительных труб соединены с противоположной стенкой водных труб, с целью обеспечения вертикальной опоры для испарительных труб.

[0008] Задачей данного изобретения является создание котла с нижней опорой с улучшенной опорной конструкций для вертикальных водных трубчатых стенок корпуса котла под давлением.

Сущность изобретения

[0009] Согласно одному аспекту, данное изобретение предлагает котел с нижней опорой, содержащий корпус котла под давлением, имеющего прямоугольное горизонтальное поперечное сечение, образованное посредством соединения вместе попарно четырех плоских водяных трубчатых стенок с образованием четырех угловых частей, и опорную конструкцию, при этом опорная конструкция содержит четыре вертикальные колонны, опирающиеся вертикально на грунт, при этом вертикальные колонны расположены снаружи корпуса котла под давлением, так что смежно каждой из угловых частей расположена одна из четырех вертикальных колонн, при этом каждая из вертикальных колонн соединена с соответствующей угловой частью.

[0010] Согласно изобретению, вертикальные нагрузки, такие как силы тяжести и силы, вызываемые сейсмическими нагрузками и ветровыми нагрузками, корпуса котла под давлением уравновешиваются, т.е. передаются на грунт или основание котла, посредством четырех вертикальных колонн, предпочтительно единственно посредством четырех вертикальных колонн. Это отличается от обычного решения, в котором вес корпуса котла под давлением передается через трубчатые стенки, за счет чего нижние части водных труб сильно нагружаются, и требуются относительно плотно расположенные обратные подпорки для исключения чрезмерного сжатия и эластичного изгибания панелей водных труб. Данное изобретение минимизирует также необходимость использования толстостенных труб большого диаметра, как это требуется в обычных решениях при реализации больших котлов, с целью достижения достаточной жесткости и прочности трубчатых стенок. При использовании данного решения также исключается использование множества опорных элементов, большинство из которых являются опорным элементами скольжения, под каждой головной частью стенных труб, для опоры нижних головных частей, воспринимающих вес стальной структуры, а также требующее много времени регулирование опорных элементов для выравнивания распределения сил между опорными элементами.

[0011] Четыре вертикальные колонны предпочтительно по существу имеют высоту, равную высоте корпуса котла под давлением, однако в некоторых альтернативных решениях могут иметь меньшую высоту, чем корпус котла. Поэтому четыре вертикальные колонны предпочтительно прикреплены к соответствующим угловым частям в зоне, имеющей высоту, соответствующую по меньшей мере 30% высоты корпуса котла под давлением, более предпочтительно высоту, соответствующую по меньшей мере 60% высоты корпуса котла под давлением. В некоторых случаях, когда вертикальные колонны имеют также другие функции помимо опоры корпуса под давлением, например, опоры верхнего разделительного барабана, вертикальные колонны или по меньшей мере некоторые из них, могут проходить даже выше, чем корпус котла под давлением. Когда используются вертикальные колонны, имеющие одинаковую или большую высоту по сравнению с высотой корпуса котла под давлением, то четыре вертикальные колонны предпочтительно крепятся на соответствующей части в зоне, имеющей высоту, которая по существу равна высоте корпуса котла под давлением.

[0012] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, каждая из четырех вертикальных колонн прикреплена к соответствующей угловой части посредством непрерывной металлической полосы для обеспечения в вертикальном направлении жесткого соединения. Металлическая полоса предпочтительно имеет такой размер, что она обеспечивает, дополнительно к желаемой жесткости, также хороший тепловой контакт между угловой частью и вертикальной колонной, так что они имеют примерно одинаковую температуру. Крепление выполняется посредством непрерывной сварки с угловым ребром между самыми наружными водными трубами трубчатых стенок, образующих угловую часть.

[0013] Тепловое расширение плоских водных трубчатых стенок корпуса котла под давлением происходит главным образом вверх. Однако тепловое расширение происходит в целом, обычно в меньшей степени, также в горизонтальном направлении. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, горизонтальное тепловое расширение учитывается за счет опоры по меньшей мере некоторых из четырех вертикальных колонн на грунт с использованием обычных элементов скольжения. В таком случае особенно предпочтительно обеспечение опоры всех четырех вертикальных колонн посредством элементов скольжения, и предотвращения горизонтальных движений корпуса котла под давлением посредством подходящих элементов скольжения. Однако возможно также, что одна из вертикальных колонн соединена с грунтом или основанием котла, а три других вертикальных колонн опираются посредством элементов скольжения.

[0014] Предпочтительно, четыре вертикальные колонны опираются на грунт посредством стальной опорной конструкции под вертикальными колоннами. Стальная опорная конструкция предпочтительно содержит вторую вертикальную стальную колонну под каждой из четырех вертикальных колонн. Когда используются опорные элементы скольжения, то опорная стальная конструкция является предпочтительно по существу жесткой. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, стальная опорная конструкция выполнена гибкой для обеспечения возможности достаточного изгиба стальной опорной конструкции, с целью обеспечения возможности горизонтального теплового расширения плоских водных трубчатых стенок без элементов скольжения между вертикальными колоннами и стальной опорной конструкцией. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, стальная опорная конструкция содержит под корпусом котла под давлением верхнюю часть, которая является гибкой для обеспечения возможности горизонтального теплового расширения плоских водных трубчатых стенок без элементов скольжения, и жесткую нижнюю часть, такую как основание котла.

[0015] Согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, по меньшей мере одна, предпочтительно каждая из четырех вертикальных колонн является трубой котла. Предпочтительно, трубы котла являются опускными трубами котла, однако в некоторых применениях они могут быть также, например, паровыми трубами. За счет использования опускных труб в качестве вертикальных колонн, минимизируется необходимость специальной опоры опускных труб. Поскольку вода в опускных трубах имеет приблизительно ту же температуру, что и вода в водных стенных трубах, то нет значительного теплового напряжения между водными трубчатыми стенками и опускными трубами.

[0016] Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, который специально применим, когда опускные трубы или другие подходящие трубы котла не имеются в распоряжении, по меньшей мере одна из нескольких вертикальных колонн не является трубой котла. Такая вертикальная колонна может быть, например, отдельной полой вертикальной балкой с квадратным поперечным сечением. Такие отдельные полые вертикальные балки, которые предназначены для использования в качестве вертикальных колонн, имеют то преимущество, что их размеры можно выбирать более свободно, и их размеры могут даже изменяться с высотой. При использовании таких отдельных полых балок в качестве вертикальных колонн необходима минимизация разницы температур между водными трубчатыми стенками и вертикальными колоннами посредством использования особенно хорошей теплопроводности, обеспечиваемой металлическими полосами между водными трубчатыми стенками и вертикальными колоннами. Для минимизации разницы температур, каждая из вертикальных колонн, независимо от того, является ли она, например, трубой котла или вертикальной полой балкой, предпочтительно расположена внутри общей тепловой изоляции вместе с корпусом котла под давлением.

[0017] Данное изобретение, в частности, применимо, когда котел является котлом с нижней опорой с псевдоожиженным слоем, таким как котел со стационарным кипящим слоем, или котлом с нижней опорой РС. За счет использования данного изобретения можно выполнять котлы с нижней опорой с мощностью, например, 70 МВт электроэнергии или даже больше. Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения, корпус котла под давлением является топкой, конвекционной решеткой в соединении с топкой, пустым проходом в соединении с топкой, сепаратором твердых частиц в соединении с топкой или горизонтальным проходом в соединении с топкой.

[0018] Данное изобретение обеспечивает возможность особенно простой конструкции котла, более быстрого возведения котла, чем при использовании обычных способов, и значительного уменьшения количества требуемых стальных конструкций.

[0019] Приведенное выше краткое описание, а также другие цели, признаки и преимущества данного изобретения, поясняются более подробно в приведенном ниже детальном описании предпочтительных, но служащих лишь в качестве иллюстрации, вариантов осуществления данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0020] Фиг. 1 - вид сбоку котла, согласно первому варианту осуществления данного изобретения;

[0021] фиг. 2а и 2b - два варианта осуществления детали котла, согласно данному изобретению;

[0022] Фиг. 3 - вид сбоку котла, согласно второму предпочтительному варианту осуществления данного изобретения.

Подробное описание изобретения

[0023] На фиг. 1 схематично показан вид сбоку котла 10 с нижней опорой со стационарным кипящим слоем, согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Котел 10 со стационарным кипящим слоем является свободно стоящим и опирающимся на грунт 12 посредством жесткой опорной конструкции 14, расположенной под котлом с нижней опорой. Таким образом, тепловое расширение котла происходит вверх от опорной стальной конструкции 14. Однако на практике имеется также расширение в горизонтальном направлении, параллельном горизонтальным балкам 16 опорной стальной конструкции. Оно учитывается за счет по меньшей мере частичной опоры котла на опорную стальную конструкцию 14 посредством подходящих опорных элементов 18 скольжения. На фиг. 1 показан один опорный элемент 18 скольжения и один фиксированный опорный элемент 20, однако возможно также, что котел опирается на опорную стальную конструкцию лишь посредством опорных элементов скольжения.

[0024] Котел 10 содержит корпус 22 котла под давлением, выполненный из четырех плоских водных трубчатых стенок 24, лишь одна из которых видна на фиг. 1. Водные трубчатые стенки 24 выполнены обычным образом из вертикальных водных труб 38 и ребер, приваренных между водными трубами. Водные трубчатые стенки 24 соединены попарно друг с другом с образованием прямоугольного горизонтального поперечного сечения, имеющего четыре угловые части 26.

[0025] На фиг. 1 показан также верхний разделительный барабан 42, из которого циркулирующая вода направляется обычным образом через опускные трубы 44, 46 и нижние головные части 28, из которых лишь одна видна на фиг. 1, в водные трубы 38 водных трубчатых стенок 24. Верхний разделительный барабан предпочтительно расположен наверху опускных труб 44, так что он опирается на опускные трубы 44. Вода испаряется в водных трубах 38, и смесь пара и воды направляется через верхнюю головную часть 48 и паровые трубы 50 обратно в верхний разделительный барабан 42 для обеспечения пара для дальнейшего использования. За счет циркулирующей воды, тепловое расширение опускных труб 44, 46 почти такое же, как и трубчатых стенок 24 корпуса 22 котла под давлением.

[0026] Согласно данному изобретению, корпус 22 котла под давлением опирается не на опорную стальную конструкцию 14 обычным образом в нескольких точках нижних головных частей 28 водных трубчатых стенок 24, а с использованием четырех вертикальных колонн 30, расположенных снаружи корпуса 22 котла под давлением. В показанном на фиг. 1 варианте осуществления, вертикальные колонны образованы посредством опускных труб 44, 46. В других возможных вариантах осуществления вертикальные колонны могут быть другими трубами котла, такими как паровые трубы, вместо опускных труб. В других вариантах осуществления вертикальные колонны могут быть колоннами не из труб котла, например, полыми вертикальными балками.

[0027] Поскольку водные трубчатые стенки 24 опираются не снизу, а по сторонам посредством четырех вертикальных колонн 30, то минимизирована опасность выгибания водных трубчатых стенок. За счет этого обычные горизонтальные опорные стойки 56 могут быть расположены даже на нижней части водных трубчатых стенок 24 с таким расстоянием друг от друга, что имеется достаточное пространство для расположения питающих устройств 58 и другого необходимого оборудования на водных трубчатых стенках.

[0028] Согласно данному изобретению, смежно каждой из угловых частей 26 расположена одна из четырех вертикальных колонн 30. Каждая из вертикальных колонн 30 жестко соединена в вертикальном направлении с соответствующей угловой частью 24 посредством проходящей вертикально металлической полосы 32. Металлические полосы предпочтительно имеют такие размеры, что они обеспечивают достаточную теплопроводность между угловыми частями 26 с соответствующими вертикальными колоннами 30. Разница температур между угловыми частями 26 и вертикальными колоннами 30 должна быть в любых рабочих условиях относительно небольшой для предотвращения не желательной тепловой усталости.

[0029] На фиг. 2а и 2b показаны более детально два примера крепления вертикальной колонны 30, 30' на угловой части 26 двух водных трубчатых стенок 24. На фиг. 2а вертикальная колонна 30 является опускной трубой, или другой относительно толстостенной трубой котла. На фиг. 2b вертикальная колонна 30' является полой вертикальной балкой с квадратным поперечным сечением. Как показано на фиг. 2а и 2b, металлические полосы 32 предпочтительно соединены посредством обычных сварных швов 34 с вертикальными колоннами 30, 30' и с угловым ребром 36, 36' между самыми наружными водными трубами 38, 38' водных трубчатых стенок 24, образующих угловую часть 26. В показанном на фиг. 2а варианте осуществления угловое ребро 36 образует угол, в то время как угловое ребро 36' на фиг. 2b скошено.

[0030] На фиг. 2а и 2b металлическая полоса 32 расположена под углом 45° к водным трубчатым стенкам 24, однако на практике металлическая полоса может быть в качестве альтернативы расположена параллельно водной трубчатой стенке или под другим подходящим углом к стенкам. На фиг. 2b схематично показана также изоляция 40, окружающая как водные трубчатые стенки 24, так и вертикальные колонны 30', которая необходима для удерживания вертикальной колонны и водных трубчатых стенок 24 при одинаковой температуре. Понятно, что соответствующую изоляцию можно использовать также в показанном на фиг. 2а варианте осуществления.

[0031] Как указывалось выше, в показанном на фиг. 1 варианте осуществления стальная опорная конструкция 14 под корпусом котла под давлением является жесткой, и горизонтальное тепловое расширение учитывается посредством опоры скольжения по меньшей мере части вертикальных колонн 30 на опорную стальную конструкцию 14. На фиг. 3 показан другой вариант осуществления данного изобретения, который отличается от варианта осуществления на фиг. 1 лишь тем, что вместо жесткой, опорная стальная конструкция 14', расположенная под корпусом 22 котла под давлением, выполнена гибкой. За счет этого гибкая опорная стальная конструкция 14' обеспечивает возможность достаточного изгиба опорной стальной конструкции для обеспечения возможности горизонтального теплового расширения плоских водных трубчатых стенок, без использования элементов скольжения между вертикальными колоннами и опорной стальной конструкцией. Опорная стальная конструкция содержит вторые вертикальные колонны 52 под каждой из указанных выше вертикальных колонн 30 смежно угловым частям 26. Гибкая опорная стальная конструкция может содержать также диагональные подпорки 54 от нижней части вторых вертикальных колонн 52 к центральной части горизонтальной балки 16 в верхней части опорной стальной конструкции 14'. Следует отметить, что в показанном на фиг. 3 варианте осуществления вторые вертикальные колонны 52 и диагональные подпорки 54 соединены с изолированными, горячими вертикальными колоннами 30 и горизонтальными балками 16', соответственно, в то время как в варианте осуществления на фиг. 1 опорная стальная конструкция 14 содержит верхнюю горизонтальную балку 16, которая имеет почти температуру окружающего среды.

[0032] Как следует их указанного выше, предлагаются различные варианты осуществления котла с кипящим псевдоожиженным слоем с простой и надежной опорной конструкцией котла с нижней опорой. Следует понимать, что элементы, указанные в связи с одним вариантом осуществления могут использоваться в других вариантах осуществления. Соответствующие опорные конструкции также применимы в нескольких других применениях, таких как топка, конвекционную решетку в соединении с топкой, пустой проход в соединении с топкой, сепаратор твердых частиц в соединении с топкой, или горизонтальный проход в соединении с топкой и назначениям.

[0033] Хотя описание изобретения было приведено в качестве примера в связи с наиболее предпочтительными в настоящее время примерами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а охватывает различные комбинации или модификации признаков и несколько других применений внутри объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к котлам с нижней опорой. Котел (10) с нижней опорой, содержащий корпус (22) котла под давлением, имеющего прямоугольное горизонтальное поперечное сечение, образованное посредством соединения вместе попарно четырех плоских водяных трубчатых стенок (24) с образованием четырех угловых частей (26), и опорную конструкцию (14, 14'), при этом опорная конструкция содержит четыре вертикальные колонны (30, 30'), опирающиеся вертикально на грунт (12), при этом вертикальные колонны расположены снаружи корпуса котла под давлением, так что смежно каждой из угловых частей расположена одна из четырех вертикальных колонн, при этом каждая из вертикальных колонн соединена с соответствующей угловой частью. Изобретение на упрощение с одновременным повышением надежности опорной конструкции котла с нижней опорой. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Котел (10) с нижней опорой, содержащий корпус (22) котла под давлением, имеющий прямоугольное горизонтальное поперечное сечение, образованное посредством соединения вместе попарно четырех плоских водяных трубчатых стенок (24) с образованием четырех угловых частей (26), и опорную конструкцию (14, 14'), отличающийся тем, что опорная конструкция содержит четыре вертикальные колонны (30, 30') для опоры вертикально на грунт (12), вертикальные колонны расположены снаружи корпуса котла под давлением, так что смежно каждой из угловых частей (26) расположена одна из четырех вертикальных колонн (30, 30'), при этом каждая из вертикальных колонн соединена с соответствующей угловой частью с возможностью передавать вертикальные нагрузки корпуса (22) котла под давлением на грунт посредством четырех вертикальных колонн (30, 30').

2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные нагрузки корпуса (22) котла под давлением передаются на грунт лишь посредством четырех вертикальных колонн (30, 30').

3. Котел по п. 1, отличающийся тем, что каждая из четырех вертикальных колонн (30, 30') соединена с соответствующей угловой частью (26) в зоне, имеющей высоту, соответствующую по меньшей мере 30% высоты корпуса (22) котла под давлением.

4. Котел по п. 3, отличающийся тем, что каждая из четырех вертикальных колонн (30, 30') соединена с соответствующей угловой частью (26) в зоне, имеющей высоту, соответствующую по меньшей мере 60% высоты корпуса (22) котла под давлением.

5. Котел по п. 1, отличающийся тем, что каждая из четырех вертикальных колонн (30, 30') соединена с соответствующей угловой частью (26) посредством непрерывной металлической полосы (32) для обеспечения в вертикальном направлении жесткого соединения.

6. Котел по п. 1, отличающийся тем, что соединение выполнено посредством непрерывных сварных швов (34).

7. Котел по п. 6, отличающийся тем, что соединение выполнено с угловым ребром (36) между самыми наружными водными трубами (38, 38') водных трубчатых стенок (24), образующих угловую часть (26).

8. Котел по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть их четырех вертикальных колонн (30, 30') опирается на грунт (12) с использованием элементов (18) скольжения для обеспечения возможности горизонтального теплового расширения плоских водных трубчатых стенок.

9. Котел по п. 8, отличающийся тем, что

каждая из вертикальных колонн (30, 30') опирается на грунт посредством опорной стальной конструкции (14) под вертикальной колонной.

10. Котел по п. 1, отличающийся тем, что несколько вертикальных колонн (30, 30') опираются на грунт посредством опорной стальной конструкции (14'), обеспечивающей возможность изгиба опорной стальной конструкции для обеспечения возможности горизонтального теплового расширения плоских водных трубчатых стенок (24) и горизонтальной балки (16') опорной стальной конструкции (14').

11. Котел по п. 10, отличающийся тем, что опорная стальная конструкция (14') содержит стальную колонну (52) под каждой из четырех вертикальных колонн (30, 30').

12. Котел по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из нескольких вертикальных колонн (30, 30') является трубой котла.

13. Котел по п. 12, отличающийся тем, что труба котла является опускной трубой (44, 46) котла (10).

14. Котел по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из четырех вертикальных колонн является колонной (30'), которая не является водной трубой.

15. Котел по п. 14, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из четырех вертикальных колонн (30') имеет квадратное поперечное сечение.

16. Котел по п. 1, отличающийся тем, что каждая из четырех вертикальных колонн (30, 30') расположена внутри общей тепловой изоляции (40) вместе с корпусом (22) котла под давлением.

17. Котел по п. 1, отличающийся тем, что котел (10) является котлом с нижней опорой с кипящим псевдоожиженным слоем.

18. Котел по п. 1, отличающийся тем, что корпус котла под давлением является топкой, конвекционной решеткой в соединении с топкой, пустым проходом в соединении с топкой, твердотельным сепаратором в соединении с топкой или горизонтальным проходом в соединении с топкой.