УСТРОЙСТВО КОТЛА С НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИЕЙ Российский патент 2021 года по МПК F22B37/20 F22B37/24 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящее изобретение относится к устройству котла, содержащему топку и несущую конструкцию в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству котла, содержащему несущую конструкцию и топку, опирающуюся на несущую конструкцию в средней части топки, причем топка окружена стенками из труб для воды, содержащими две боковые стенки и две торцевых стенки, потолок и дно, причем боковые стенки имеют общую высоту Н от дна до потолка, и каждая из двух боковых стенок содержит вертикальный верхний участок, который проходит от потолка до уровня 30-70% высоты Н, нижний участок, который проходит от дна до уровня 30-70% высоты H и имеет вертикальный верхний участок, и изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок на уровне между верхним участком боковой стенки и вертикальным верхним участком нижнего участка боковой стенки.

[0003] ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0004] Относительно большие котлы обычно выполнены поддерживаемыми сверху, то есть они поддерживаются таким образом, что топка котла выполнена подвешенной на несущей конструкции, как правило, жесткой несущей стальной конструкции, проходящей вокруг и над топкой. Относительно небольшие котлы обычно выполнены поддерживаемыми снизу, причем вертикальная нагрузка топки уравновешивается несущей конструкцией, расположенной под котлом. Основное различие между конструкциями поддерживаемой сверху и поддерживаемой снизу опорами заключается в том, что при повышении температуры топки тепловое расширение котла, поддерживаемого сверху, происходит в основном вниз, тогда как в котле, поддерживаемом снизу, тепловое расширение происходит в основном вверх. Поддерживаемые снизу котлы, в случае относительно небольших котлов, как правило, более просты и экономически более выгодны, чем поддерживаемые сверху котлы, так как они не требуют отдельной несущей конструкции, проходящей вокруг и над топкой. Недостаток поддерживаемой снизу конструкции состоит в том, что стенки топки должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать вертикальную компрессионную нагрузку топки.

[0005] Третьей альтернативой является поддержка топки в ее среднем сечении жесткой несущей конструкцией. В результате, нижняя часть топки, которая ниже среднего сечения, поддерживается сверху, а верхняя часть топки, которая выше среднего сечения, поддерживается снизу. Поддерживаемая по середине конструкция выгодна для некоторых применений, поскольку она уменьшает размер несущей стальной конструкции по сравнению с размером, который необходим вокруг топки котла, поддерживаемого сверху. Одновременно такая конструкция, поддерживаемая по середине, устраняет необходимость в таких очень прочных стенках топки, как в больших котлах, поддерживаемых снизу. Различные конструкции котлов, поддерживаемых по середине, показаны, например, в US2583599, US2856906, ЕP0073851 А1 и публикации патентной заявки US 2015/0241054.

[0006] US4428329 раскрывает конструкцию поддерживаемого по середине котла и несущую стальную конструкцию, содержащую несколько неподвижных консольных рычагов на промежуточной высоте котла. Чтобы поглотить горизонтальное тепловое расширение, стенки из труб топки подвешены на множестве рычагов, гибко соединенных с консольными рычагами посредством ряда вертикальных звеньев, прикрепленных к изогнутой в направлении вниз наружу секции стенки из труб. Публикация WO2004/048849 раскрывает устройство котла, имеющее секцию сжигания, секцию теплообмена, расположенную над секцией сжигания, и стационарную несущую конструкцию, причем секции по отдельности подвешены на их верхней части на стационарной несущей конструкции.

[0007] Проблема в проектировании котлов, поддерживаемых по середине, состоит в том, чтобы найти простой и выгодный способ прикрепления средней секции топки к жесткой несущей конструкции вокруг топки и одновременно учесть эффекты горизонтального теплового расширения.

[0008] Задачей настоящего изобретения является создание устройства котла, имеющего выгодную несущую конструкцию для топки, поддерживаемой по середине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано устройство котла, содержащее несущую конструкцию и топку, поддерживаемую на опорной конструкции в средней по вертикали секции топки, причем топка охвачена стенками из труб для воды, содержащими две боковые стенки и две торцевые стенки, потолок и дно, причем боковые стенки имеют общую высоту H от дна до потолка, и каждая из двух боковых стенок содержит вертикальный верхний участок, который проходит от потолка до уровня 30-70% высоты H, нижний участок, который проходит от дна до уровня 30-70% высоты H и имеет вертикальный верхний участок и изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок на уровне между верхним участком боковой стенки и вертикальным верхним участком нижнего участка боковой стенки, при этом несущая конструкция содержит горизонтальные балки, поддерживающие стенки, которые расположены параллельно боковым стенкам на уровне ниже потолка топки и непосредственно над вертикальными верхними участками нижних участков двух боковых стенок, и топка поддерживается на несущей конструкции посредством того, что промежуточные участки боковых стенок присоединены к смежным горизонтальным балкам, поддерживающим стенки, чтобы уравновесить вертикальные нагрузки топки.

[0010] Чтобы обеспечить эффективную и надежную опору топки, например, топки котла с псевдоожиженным слоем, на промежуточной высоте топки, в средней по вертикали секции боковых стенок топки расположен изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок. Благодаря изогнутому наружу промежуточному участку боковых стенок можно расположить горизонтальные поддерживающие балки, далее называемые горизонтальными балками, поддерживающими стенки, непосредственно над вертикальными верхними участками нижних участков боковых стенок и поддерживать боковые стенки вертикально на горизонтальных балках, поддерживающих стенки.

[0011] Опорная конструкция предпочтительно содержит две горизонтальные балки, поддерживающие стенки, по одной рядом с каждой из боковых стенок. Таким образом, длина горизонтальных балок, поддерживающих стенки, как правило, по меньшей мере, равна ширине боковых стенок. В некоторых применениях также можно использовать по частям горизонтальные балки, поддерживающие стенки, в результате чего, например, рядом с каждой из боковых стенок расположены две горизонтальные балки, поддерживающие стенки, одна за другой. Опора боковых стенок преимущественно состоит из множества коротких вертикальных стержней подвески, присоединенных между изогнутыми наружу промежуточными участками боковых стенок и соответствующими горизонтальными балками, поддерживающими стенки.

[0012] Главной особенностью настоящего изобретения является то, что топка поддерживается по середине, то есть, что вертикальные нагрузки, такие как гравитационные силы и сейсмические силы, влияющие на топку, сбалансированы жесткой несущей конструкцией на промежуточной высоте, между дном и потолком топки. Благодаря опоре по середине нижний участок топки, который ниже средней секции, поддерживается сверху, а верхний участок топки, который выше средней секции, поддерживается снизу. Таким образом, когда температура топки увеличивается от температуры окружающей среды до нормальной рабочей температуры, такой как 850°С, верхняя часть топки расширяется, как правило, более чем на десять сантиметров вверх, а нижняя часть топки расширяется аналогичным образом вниз. Однако, естественно, тепловое расширение топки также происходит в горизонтальном направлении. Следовательно, опора топки, поддерживаемой по середине, должна быть выполнена так, чтобы она также могла поглощать горизонтальное тепловое расширение.

[0013] Аналогичный изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок на уровне между верхним участком и нижним участком боковой стенки топки, поддерживаемой по середине, показан также в US4428329. Однако, в решении, показанном в US4428329, группы труб для воды боковых стенок поддерживаются вертикальными звеньями посредством множества горизонтальных рычагов, поглощающих тепловое расширение, к соответствующим неподвижным консольным кронштейнам. US4428329 не раскрывает поддерживания стенок из труб горизонтальными балками, поддерживающими стенки, расположенными параллельно боковым стенкам непосредственно над вертикальными нижними участками боковых стенок.

[0014] Чтобы сделать возможным простое и надежное поглощающее теплового расширения опоры топки на промежуточной высоте топки, несущая конструкция преимущественно содержит первый участок, имеющий множество вертикальных колонн, опирающихся на фундаменты устройства котла, и множество неподвижных горизонтальных балок, жестко поддерживаемых на вертикальных колоннах, и второй участок подвижно соединенный с первым участком и содержащий горизонтальные балки, поддерживающие стенки. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения каждая из горизонтальных балок, поддерживающих стенки, подвижно поддерживается на, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балках, причем, по меньшей мере, две неподвижные горизонтальных балки расположены параллельно торцевым стенкам топки.

[0015] Горизонтальные балки, поддерживающие стенки, предпочтительно, расположены на уровне ниже потолка топки, более предпочтительно, на уровне 30-70%, еще более предпочтительно, на уровне 40-60% высоты Н от нижнего участка топки. Преимущественно, горизонтальные балки, поддерживающие стенки, соединены с неподвижными горизонтальными балками несущей конструкции, расположенной вблизи того же уровня, что и горизонтальные балки, поддерживающие стенки, либо ниже горизонтальных балок, поддерживающих стенки, или слегка над горизонтальными балками, поддерживающими стенки. Тем самым, несущая конструкция согласно настоящему изобретению делает возможным использование простой и экономически выгодной неподвижной несущей конструкции, имеющей явно меньшую высоту, чем у обычной несущей конструкции топки, поддерживаемой сверху, которая проходит до уровня, явно выше, чем потолок топки.

[0016] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть возможно дополнить вышеописанное поддержание по середине топки гибкими вспомогательным поддержанием сверху или поддержанием снизу, но в любом случае, согласно настоящему изобретению, большинство вертикальных нагрузок топки уравновешены поддержкой по середине. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения вертикальные нагрузки топки уравновешиваются исключительно посредством горизонтальных балок, поддерживающих стенки. Выражение, что топка поддерживается исключительно горизонтальными балками, поддерживающими стенки, не означает, что нет никаких соединений с окружающими конструкциями, но что такие другие соединения, такие как средства для подачи топливного газа из топки или воды в трубы для воды, или средства для подачи воздуха и топлива в топку, не обеспечивают какой-либо существенной балансировки вертикальных нагрузок топки.

[0017] Как упомянуто выше, несущая конструкция предпочтительно содержит множество вертикальных колонн, опирающихся на фундаменты устройства котла, множество неподвижных горизонтальных балок, жестко закрепленных на вертикальных колоннах, и горизонтальные балки, поддерживающие стенки, которые подвижно поддерживаются на, по меньшей мере, двух из множества неподвижных горизонтальных балок, которые расположены параллельно торцевым стенкам топки. По меньшей мере, две неподвижные горизонтальные балки, предпочтительно, содержат по меньшей мере, две из одной или более горизонтальных балок, расположенных снаружи торцевых стенок топки, и одну или более консольных балок, выступающих в направлении центрального участка боковой стенки топки.

[0018] Горизонтальные балки, поддерживающие стенки, длина которых превышает ширину боковых стенок топки, обычно поддерживаются на неподвижных горизонтальных балках, расположенных снаружи торцевых стенок топки. В случае, если ширина боковых стенок относительно велика, например, как в котле с псевдоожиженным слоем с двумя или более сепараторами частиц, расположенными рядом, горизонтальные балки, поддерживающие стенки, преимущественно также поддерживаются, по меньшей мере, одной неподвижной консольной балкой, выступающей в направлении центрального участка соответствующей боковой стенки. Обычно число консолей на каждой боковой стенке на единицу меньше числа смежных сепараторов частиц, благодаря чему между каждой парой сепараторов имеется консольная балка. При использовании расположенных одна за другой по частям балок, поддерживающих стенки, естественно необходимо поддерживать, по меньшей мере, внутренние концы частичных балок, поддерживающих стенки, на консольных балках, выступающих в направлении центрального участка соответствующей боковой стенки.

[0019] Температура горизонтальных балок, поддерживающих стенки, преимущественно, соответствует температуре топки. Следовательно, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, горизонтальные балки, поддерживающие стенки, расположены внутри общей теплоизоляции. Такое расположение обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что горизонтальные балки, поддерживающие стенки, остаются в любых условиях почти при той же температуре, что и топка, и тепловое расширение горизонтальных балок, поддерживающих стенки, почти такое же, как тепловое расширение топки.

[0020] Из-за почти одинаковой температуры горизонтальных балок, поддерживающих стенки, и топки нет необходимости в гибком соединении стенок из труб для воды с горизонтальными балками, поддерживающими стенки. Вместо этого можно подвешивать топку на двух горизонтальных балках, поддерживающих стенки, просто посредством множества относительно коротких стержней подвески, которые присоединены к боковым стенкам топки. Предпочтительно, длина стержней подвески составляет не более двух метров, еще более предпочтительно, не более одного метра.

[0021] Стержни подвески, предпочтительно, прикреплены к двум боковым стенкам посредством несущего выступа. Несущий выступ предпочтительно приварен к краю между нижним концом промежуточного участка боковой стенки и верхним концом вертикального верхнего участка нижнего участка боковой стенки. Выступ предпочтительно выполнен так, чтобы стержень подвески совмещался с вертикальным верхним участком нижнего участка соответствующей боковой стенки. Поскольку горизонтальные балки, поддерживающие стенки, в любых условиях остаются приблизительно при той же температуре, что и топка, стержни подвески на практике остаются выровненными с вертикальными верхними участками нижних участков боковых стенок.

[0022] Несущие выступы стержней подвески приварены близко друг к другу на трубах или ребрах стенки из труб боковой стенки. Чтобы обеспечить почти равномерную опору для топки, расстояние между смежными стержнями подвески преимущественно кратно расстоянию между смежными трубами для воды стенки из труб для воды. Таким образом, расстояние между стержнями подвески в N раз больше расстояния между смежными трубами для воды в стенке из труб для воды, где N - небольшое целое число. Предпочтительно N составляет самое большее три, более предпочтительно, самое большее два, и еще более предпочтительно, N равно единице.

[0023] С другой стороны, горизонтальные балки, поддерживающие стенки, не остаются при той же температуре, что и неподвижная несущая конструкция. Следовательно, необходимо присоединить горизонтальные балки, поддерживающие стенки, к неподвижной несущей конструкции таким образом, чтобы обеспечить дифференциальное горизонтальное тепловое расширение. Соответственно, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения каждая из горизонтальных балок, поддерживающих стенки, опирается на поверхности скольжения, расположенные на, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балках.

[0024] Согласно другому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения каждая из горизонтальных балок, поддерживающих стенки, поддерживается подвешенной на, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балках, расположенных параллельно торцевым стенкам топки. Преимущественно, каждая из двух горизонтальных балок, поддерживающих стенки, поддерживается подвешенной на, по меньшей мере, двух основных стержнях подвески с, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балок. Основные стержни подвески, как правило, выполняются относительно длинными, чтобы обеспечить достаточный наклон основных стержней подвески для поглощения дифференциального горизонтального теплового расширения, вызванного относительным перемещением между неподвижными горизонтальными балками и горизонтальными балками, поддерживающими стенки. Длина основных стержней подвески, таким образом, предпочтительно составляет, по меньшей мере, три метра, еще более предпочтительно, по меньшей мере, пять метров.

[0025] Настоящее изобретение делает возможной особенно простую конструкцию котла, значительно более быстрый монтаж котла, чем при использовании традиционных способов, и во многих случаях значительное уменьшение количества требуемых стальных конструкций.

[0026] Приведенное выше краткое описание, а также другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более полно оценены при обращении к последующему подробному описанию предпочтительных, но, тем не менее, иллюстративных вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением в сочетании с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0027] Фиг.1 схематически иллюстрирует вид сбоку устройства котла в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0028] Фиг.2 схематически иллюстрирует горизонтальный вид сверху устройства котла с фиг.1.

[0029] Фиг.3 схематично иллюстрирует деталь подвески топки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0030] Фиг.4 схематически иллюстрирует вид сбоку устройства котла в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0031] Фиг.5 схематически иллюстрирует вид сбоку устройства котла в соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0032] Фиг.6 схематично показывает другой вид сбоку устройства котла с фиг.5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0033] Схема на фиг.1 схематически иллюстрирует вид сбоку устройства 10 котла с псевдоожиженным слоем в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 котла с псевдожиженным слоем содержит топку 12, имеющую дно 14 и потолок 16 на высоте H от дна, две боковые стенки 18 и две торцевые стенки 20, только одна из которых показана на фиг.1. Боковые стенки 18 и торцевые стенки 20 выполнены обычными и состоящими из вертикальных труб 22 для воды, соединенных между собой ребрами. Котел может быть либо барабанным, либо прямоточным. Топка содержит также другое обычное оборудование, такое как канал 24 для топливных газов и средство для подачи топлива 26 и первичного воздуха 28 в топку. Поскольку такое оборудование не имеет отношения к пониманию настоящего изобретения, то оно не описано здесь подробно.

[0034] Боковые стенки 18 содержат вертикальный верхний участок 30 и нижний участок 32 с наклонным внутрь нижним участком 34 и вертикальным верхним участком 36. Между вертикальным верхним участком 30 и вертикальным верхним участком 36 нижнего участка 32 боковой стенки 18 имеется направленный вниз наружу промежуточный участок 38.

[0035] В случае котла с псевдоожиженным слоем, имеющего прямоугольную топку, охваченную двумя более длинными стенками и двумя более короткими стенками, причем более короткие стенки, которые обычно являются вертикальными, обычно рассматриваются как торцевые стенки. Таким образом, опора топки согласно настоящему изобретению осуществляется на более длинных стенках, которые следует рассматривать как боковые стенки. Поперечное сечение такой топки показано на фиг.2. С другой стороны, топка котла с циркулирующим псевдоожиженным слоем, имеющая только один сепаратор частиц, обычно имеет, по меньшей мере, почти квадратное поперечное сечение. В таком случае любые две охватывающие стенки могут рассматриваться как боковые стенки, как в настоящем описании, то есть опора топки в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена на любых двух противоположных друг другу стенках охватывающих стенок.

[0036] Топка 12 опирается на землю 40 посредством несущей конструкции 42, которая содержит множество вертикальных колонн 44, опирающихся на землю 40, и нескольких фиксированных горизонтальных балок 46, прочно прикрепленных к вертикальным колоннам 44. Опорная конструкция 42 содержит также горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, расположенные параллельно боковым стенкам 18. В дополнение к внутренним вертикальным колоннам 44, расположенным рядом с топкой 12, обычно также имеются, например, внешние вертикальные колонны 44’, которые необходимы для обеспечения поддержки другого оборудования устройства 10 котла, такого как паровой барабан, топливные бункеры или сепараторы частиц, не показанных на фиг.1.

[0037] Горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, расположены с возможностью скольжения за счет использования подходящих скользящих поверхностей 50 на двух неподвижных горизонтальных балках 46, расположенных параллельно торцевым стенкам 20. Как видно на фиг.2, также могут быть консольные балки 58, выступающие в направлении центральных секций боковых стенок 18 для обеспечения дополнительной поддержки горизонтальным балкам 48, поддерживающим стенки. Одинаковые ссылочные позиции обычно используются для одинаковых или соответствующих элементов на всех фиг.1-6.

[0038] Горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, расположены вблизи изогнутых наружу промежуточных участков 38 стенок, непосредственно над вертикальными верхними участками 36 нижних участков 32 боковых стенок 18. Затем топка 12 поддерживается путем подвешивания боковых стенок 18 топки на горизонтальных балках 48, поддерживающих стенки, посредством множества коротких стержней 52 подвески.

[0039] Горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, опираются на неподвижные горизонтальные балки 46 на уровне С, который находится в средней по вертикали секции топки. Когда топка 12 нагревается от температуры окружающей среды до рабочей температуры, такой как 850°С, тепловое расширение увеличивает высоту и ширину топки. Когда топка поддерживается по середине, как на фиг.1, средний участок топки остается на своем первоначальном уровне, а верхняя часть топки 12, которая выше уровня С, расширяется вверх, а нижняя часть топка, которая ниже уровня С, расширяется вниз. В дополнение к вертикальному расширению топка испытывает тепловое расширение также в горизонтальном направлении. Эффект и поглощение горизонтального теплового расширения будут рассмотрены ниже.

[0040] Уровень С находится явно ниже потолка топки, предпочтительно, на уровне 30-70%, еще более предпочтительно на уровне 40-60% высоты H от дна топки. Таким образом, общая высота несущей конструкции 42 может быть явно меньше, чем у обычной топки, поддерживаемой сверху, в которой несущая конструкция проходит явно выше потолка топки.

[0041] Фиг.2 - горизонтальный вид сверху устройства котла с фиг.1. Как видно на фиг.2, торцевые стенки 20 топки 12 короче боковых стенок 18. В дополнение к неподвижным горизонтальным балкам 46 снаружи и параллельно торцевым стенкам 20 имеются также внутренние и внешние фиксированные горизонтальные балки 56, 56’ снаружи и параллельно боковым стенкам 18. Имеются также дополнительные внутренняя и внешняя вертикальные колонны 60, 60’ для поддержки внутренней и внешней неподвижных горизонтальных балок 56, 56’ и консольных балок 58, выступающих к боковым стенкам 18. На практике топка с псевдоожиженным слоем с более чем одним сепаратором частиц, расположенным на боковой стенке топки, имеет консольную балку 58 между каждой парой смежных сепараторов частиц.

[0042] Фиг.3 показывает более детально подвес топки 12 на горизонтальной балке 48, поддерживающей стенку. Более конкретно, на фиг.3 показана скользящая поддержка горизонтальной балки 48, поддерживающей стенку, посредством скользящей поверхности 50 в местоположении консольной балки 58, которая заканчивается вблизи вертикального верхнего участка 30 боковой стенки 18. Поддержка горизонтальных балок 48, поддерживающих стенки, на неподвижных горизонтальных средствах 46 снаружи и параллельно торцевым стенкам 20 в целом аналогична показанной на фиг.3. Нижние концы стержней 52 подвески прикреплены опорными выступами 60 к краю 62 между промежуточным изогнутым наружу участком стенки 38 и вертикальным верхним участком 36 нижнего участка 32 боковой стенки 18. Чтобы поддерживать горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, при той же температуре, что и топка 12, они покрыты общим изолирующим слоем 64.

[0043] Как видно на фиг.3, верхние концы стержней 52 подвески прикреплены к горизонтальной балке 48, поддерживающей стенку, посредством соответствующих крепежных гаек 54, или других подходящих средств. Места расположения стержней 52 подвески вдоль боковых стенок 18 на горизонтальных балках 48, поддерживающих стенки, также показаны на фиг.2 на основании крепежных гаек 54 над вертикальным верхним участком 36 нижнего участка 32 боковых стенок 18. Консольные балки 58 могут иметь вертикальные отверстия для прохождения стержней 52 подвески через консольные балки в местоположении расположения балок, как показано на фиг.2. Как вариант, стержни подвески могут отсутствовать в местах расположения консольных балок.

[0044] На фиг.2 показаны горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, расположенные на поверхностях 50 скольжения даже на консольных балках 58. Как вариант, горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, могут быть прикреплены к консольным балкам 58 в центральном местоположении боковой стенки 18. Также возможно, что горизонтальные балки 48, поддерживающие стенки, проходят по частям, например, от консольной балки 58 до фиксированной горизонтальной балки 46 снаружи и параллельно торцевой стенке 20. Части такой горизонтальной балки, по частям поддерживающей стенки, как правило, соединены друг с другом, чтобы обеспечить желаемое продольное тепловое перемещение балки, по частям поддерживающей стенки.

[0045] Фиг.4 схематично иллюстрирует вид сбоку другого устройства 10’ котла, если смотреть на боковую стенку 18. Устройство 10’ котла в противном случае соответствует системе 10 котла, показанной на фиг.1 и 2, но оно имеет более короткие боковые стенки 18, в результате чего нет необходимости в дополнительной опоре горизонтальных балок 48, поддерживающих стенки, посредством консольных балок в центральном участке боковых стенок 18. На фиг.4, в частности, показано, что для обеспечения почти равномерной поддержки боковых стенок 18 топки 12 множество стержней 52 подвески находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Преимущественно, расстояние между смежными стержнями 52 подвески кратно расстоянию между смежными трубами 22 для воды стенки из труб для воды. Таким образом, расстояние между стержнями подвески предпочтительно в N раз больше расстояния между смежными трубами 22 для воды стенки из труб для воды, где N представляет собой небольшое целое число. Предпочтительно, N составляет самое большее три, более предпочтительно, самое большее два, и еще более предпочтительно, N равно единице.

[0046] Согласно настоящему изобретению горизонтальные балки, поддерживающие стенки, остаются, в частности, благодаря теплоизолирующему слою 64, показанному на фиг.3, преимущественно во всех рабочих условиях при той же или, по меньшей мере, почти одинаковой температуре с топкой 12. Следовательно, тепловое расширение горизонтальных балок 48, поддерживающих стенки, практически идентично тепловому расширению ширины боковых стенок 18. Благодаря поверхностям 50 скольжения горизонтальные балки, поддерживающие стенки, могут скользить относительно неподвижных горизонтальных балок 46, в результате чего стержни 52 подвески остаются во время теплового расширения параллельными друг другу и вертикальными в направлении плоскости, параллельной вертикальным участкам смежной боковой стенки 18. В направлении вертикальной плоскости, перпендикулярной смежной торцевой стенке 18, стержни подвески могут быть равномерно наклонены на небольшой угол, который необходимо учитывать при креплении стержней подвески к горизонтальным балкам 48, поддерживающим стенки, и к выступам 60.

[0047] Фиг.5 схематично иллюстрирует вид сбоку другого варианта осуществления настоящего изобретения. Устройство 10’ котла, показанное на фиг. 5, отличается от устройства на фиг.1 главным образом тем, что горизонтальные балки 48’, поддерживающие стенки, не поддерживаются с возможностью скольжения на неподвижных горизонтальных балках, но горизонтальные балки 48’, поддерживающие стенки, подвешены на неподвижных горизонтальных балках 46’ посредством основных стержней 66 подвески. Как видно на фиг.6, преимущественно имеется единственный основной стержень 66 подвески, соединенный с неподвижными горизонтальными балками 46’ снаружи и параллельно торцевым стенкам 20. Также возможно иметь консольные балки, аналогично показанным на фиг.2, для размещения дополнительных основных стержней подвески также на центральных участках горизонтальных балок 48’, поддерживающих стенки.

[0048] Горизонтальные балки 48’, поддерживающие стенки, преимущественно находятся внутри общего с топкой 12 изолирующего слоя, в результате чего горизонтальные балки 48’, поддерживающие стенки, остаются при той же температуре, что и топка 12. Дифференциальное горизонтальное тепловое расширение между горизонтальными балками 48’, поддерживающими стенки, и неподвижными горизонтальными балками 46’ поглощается наклоном основных стержней 66 подвески. Чтобы избежать слишком больших углов наклона, стержни подвески должны иметь достаточную длину, например, не менее трех метров. Более длинные основные стержни подвески поглощают горизонтальное тепловое расширение за счет малого наклона, но они имеют тот недостаток, что, возможно увеличение высоты несущей конструкции, необходимой для поддержания топки на определенной высоте.

[0049] Следует понимать, что фиг.1-6 показывают только примерные варианты осуществления настоящего изобретения, и признаки, показанные в различных вариантах осуществления, могут быть изменены на соответствующие признаки, показанные в других вариантах осуществления, или на те, которые основаны на общем изложении настоящего описания, всякий раз, когда это технически возможно.

[0050] Как становится ясно из изложенного выше, созданы различные варианты топки устройства котла с простой и надежной несущей конструкцией. Следует понимать, что элементы, описанные в связи с вариантом осуществления, могут быть использованы также в других вариантах осуществления, когда это возможно.

[0051] Хотя изобретение было описано здесь в качестве примеров в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а предназначено для охвата различных комбинаций или модификации его признаков и множества других применений, включенных в объем изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство (10) котла содержит несущую конструкцию (42) и топку (12), поддерживаемую на несущей конструкции в средней по вертикали секции топки, причем топка окружена стенками из труб для воды, содержащими две боковые стенки (18) и две торцевые стенки (20), потолок (16) и дно (14), при этом боковые стенки имеют общую высоту H от дна до потолка, и каждая из двух боковых стенок содержит вертикальный верхний участок (30), который проходит от потолка до уровня 30-70% высоты H, нижний участок (32), который проходит от дна до уровня 30-70% высоты H и имеет вертикальный верхний участок (36) нижнего участка (32) боковой стенки (18), и изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок (38) на уровне между вертикальным верхним участком (30) боковой стенки (18) и вертикальным верхним участком (36) нижнего участка (32) боковой стенки (18), причем несущая конструкция (42) содержит горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, на уровне ниже потолка (16) топки. Горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, расположены параллельно двум боковым стенкам (18) и непосредственно над вертикальными верхними участками (36) нижнего участка (32) двух боковых стенок (18), и топка (12) поддерживается на несущей конструкции (42) посредством промежуточных участков (38) двух боковых стенок, присоединенных к горизонтальным балкам (48), поддерживающим стенки, таким образом, чтобы уравновесить вертикальные нагрузки топки. Изобретение позволяет создать несущую конструкцию для топки, поддерживаемой по середине с учетом эффектов горизонтального теплового расширения. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство (10) котла, содержащее несущую конструкцию (42) и топку (12), поддерживаемую на несущей конструкции в средней по вертикали секции топки, причем топка окружена стенками из труб для воды, содержащими две боковые стенки (18) и две торцевые стенки (20), потолок (16) и дно (14), при этом боковые стенки имеют общую высоту H от дна до потолка, и каждая из двух боковых стенок содержит вертикальный верхний участок (30), который проходит от потолка до уровня 30-70% высоты H, нижний участок (32), который проходит от дна до уровня 30-70% высоты H и имеет вертикальный верхний участок (36) нижнего участка (32) боковой стенки (18), и изогнутый в направлении вниз наружу промежуточный участок (38) на уровне между вертикальным верхним участком (30) боковой стенки (18) и вертикальным верхним участком (36) нижнего участка (32) боковой стенки (18), причем несущая конструкция (42) содержит горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, на уровне ниже потолка (16) топки, отличающееся тем, что горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, расположены параллельно двум боковым стенкам (18) и непосредственно над вертикальными верхними участками (36) нижнего участка (32) двух боковых стенок (18), и топка (12) поддерживается на несущей конструкции (42) посредством промежуточных участков (38) двух боковых стенок, присоединенных к горизонтальным балкам (48), поддерживающим стенки, таким образом, чтобы уравновесить вертикальные нагрузки топки.

2. Устройство котла по п.1, отличающееся тем, что горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, расположены на уровне 30-70% высоты H от дна топки.

3. Устройство котла по п.1, отличающееся тем, что несущая конструкция (42) содержит первый участок, имеющий множество вертикальных колонн (44), опирающихся на фундаменты устройства котла, и множество неподвижных горизонтальных балок (46), жестко закрепленных на вертикальных колоннах, и второй участок, который подвижно соединен с первым участком и содержит горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки.

4. Устройство котла по п.3, отличающееся тем, что каждая из горизонтальных балок (48), поддерживающих стенки, подвижно поддерживается, по меньшей мере, двумя неподвижными горизонтальными балками (46), причем, по меньшей мере, две неподвижные горизонтальные балки расположены параллельно торцевым стенкам (20) топки.

5. Устройство котла по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, две неподвижные горизонтальные балки (46) содержат, по меньшей мере, две из одной или более горизонтальных балок, расположенных снаружи торцевой стенки (20) топки, и одной или более консольных балок (58), выступающих к центральному участку боковой стенки (18) топки.

6. Устройство котла по п.5, отличающееся тем, что каждая из горизонтальных балок (48), поддерживающих стенки, опирается на поверхности (50) скольжения, расположенные на, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балках (46).

7. Устройство котла по п.5, отличающееся тем, что каждая из горизонтальных балок (48), поддерживающих стенки, поддерживается подвешенной посредством, по меньшей мере, двух основных стержней (66) подвески на, по меньшей мере, двух неподвижных горизонтальных балках (46).

8. Устройство котла по п.1, отличающееся тем, что вертикальные нагрузки топки (12) уравновешены исключительно горизонтальными балками (48), поддерживающими стенки.

9. Устройство котла по п.1, отличающееся тем, что горизонтальные балки (48), поддерживающие стенки, расположены внутри общей с топкой (12) теплоизоляции (64).

10. Устройство котла по п.1, отличающееся тем, что каждый из промежуточных участков (38) боковых стенок поддерживается на смежной горизонтальной балке, поддерживающей стенки, посредством множества коротких стержней (52) подвески, которые выровнены с вертикальным верхним участком (36) нижнего участка (32) соответствующей боковой стенки (18).

11. Устройство котла по п.10, отличающееся тем, что каждый из коротких стержней (52) подвески снабжен несущим выступом (60), прикрепленным к внешнему краю (62) изогнутого в направлении вниз наружу промежуточного участка (38) соответствующей боковой стенки (18).

12. Устройство котла по п.10, отличающееся тем, что расстояние между смежными стержнями (52) подвески в N раз больше расстояния между смежными вертикальными трубами (22) для воды стенки из труб для воды соответствующей боковой стенки (18), где N целое число не более трех.

13. Устройство котла по п.12, отличающееся тем, что N составляет не более двух.

14. Устройство котла по п.13, отличающееся тем, что N составляет один.

15. Устройство котла по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что топка (12) представляет собой топку котла с псевдоожиженным слоем.