Испаритель для охлаждения синтетического газа и получения пара Российский патент 2025 года по МПК F28C3/08 

Область техники

Изобретение относится к конструкциям поверхностных испарителей и может быть использовано, в частности, в теплоэнергетике для охлаждения синтетического газа и получения пара, направляющегося в пароперегреватель.

Уровень техники

Из уровня техники известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения испаритель выпарной установки, содержащий горизонтальный корпус, размещенные в нем горизонтальные трубы, установленные вертикальными рядами, распределительное устройство для выпариваемого раствора, выполненное в виде перфорированного листа с ограничителями уровня, патрубок подачи греющего пара и патрубки отвода вторичного пара, размещенные перпендикулярно оси труб, отличающийся тем, что, с целью повышения его производительности путем обеспечения оптимального орошения горизонтальных труб, ограничители уровня размещены над вертикальным рядом труб, наиболее удаленным от патрубков отвода вторичного пара (авторское свидетельство на изобретение SU 1185672 А1, дата публ.: 27.07.1996 г., далее - [1]).

Недостатки известного из [1] испарителя заключаются в следующем.

У патрубка подачи греющего пара, входного коллектора, а также входной и выходной трубных досок отсутствует система охлаждения, что может приводить к их повреждению в процессе работы испарителя из-за воздействия на них высоких температур. При этом у стенки горизонтального цилиндрического корпуса испарителя отсутствует компенсатор тепловых расширений, которые могут возникать в процессе работы испарителя.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является разработка конструкции поверхностного испарителя, предназначенного для охлаждения синтетического газа и получения пара, направляющегося в пароперегреватель, а техническими результатами - обеспечение охлаждения патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя, входного и выходного коллекторов, а также входной и выходной трубных досок; обеспечение повышения термостойкости патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя, входного и выходного коллекторов, а также входной и выходной трубных досок; и обеспечение компенсации тепловых расширений стенки горизонтального цилиндрического корпуса испарителя в процессе его работы.

Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что испаритель содержит патрубок для подвода греющего теплоносителя, который присоединен к входному коллектору, соединенному с первым концом горизонтального цилиндрического корпуса, на котором установлена входная трубная доска. При этом входная трубная доска соединена с входами трубок, размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса. Причем выходы указанных трубок соединены с выходной трубной доской, которая установлена на втором конце горизонтального цилиндрического корпуса, соединенного с выходным коллектором, к которому присоединен патрубок для отвода греющего теплоносителя. При этом внутренние объемы входного и выходного коллекторов сообщаются с внутренними объемами трубок, размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса. Причем к горизонтальному цилиндрическому корпусу присоединен как минимум один патрубок для отвода пара. При этом к горизонтальному цилиндрическому корпусу равномерно вокруг него присоединены патрубки для подвода нагреваемой воды, первая часть выходов которых обращена в сторону торцевой поверхности входной трубной доски, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. Причем вторая часть выходов патрубков для подвода нагреваемой воды обращена в сторону торцевой поверхности выходной трубной доски, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. При этом испаритель содержит первую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности входного коллектора и патрубка для подвода греющего теплоносителя. Причем к первой охлаждающей камере присоединены патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости. При этом на внутреннюю поверхность стенки патрубка для подвода греющего теплоносителя, на внутреннюю поверхность стенки входного коллектора и на торцевую поверхность входной трубной доски, обращенную к внутреннему объему входного коллектора, нанесена шамотная обмазка. Причем испаритель содержит вторую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности выходного коллектора и патрубка для отвода греющего теплоносителя. При этом ко второй охлаждающей камере присоединены патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Причем на внутреннюю поверхность стенки патрубка для отвода греющего теплоносителя, на внутреннюю поверхность стенки выходного коллектора и на торцевую поверхность выходной трубной доски, обращенную к внутреннему объему выходного коллектора, нанесена шамотная обмазка. При этом горизонтальный цилиндрический корпус содержит как минимум один компенсатор его теплового расширения. Причем выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. При этом выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемыми техническими результатами заключается в следующем.

В процессе работы испарителя при прохождении высокотемпературного синтетического газа через патрубки для подвода и отвода греющего теплоносителя, и входной и выходной коллекторы обеспечивается охлаждение стенок входного и выходного коллекторов и патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя за счет наличия первой и второй охлаждающих камер. При подаче нагреваемой воды в горизонтальный цилиндрический корпус обеспечивается охлаждение входной и выходной трубных досок, за счет того, что выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса, и за счет того, что выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. При этом за счет нанесения шамотной обмазки на внутренние поверхности стенок патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя, на внутренние поверхности стенок входного и выходного коллекторов, а также на торцевую поверхность входной трубной доски, обращенную к внутреннему объему входного коллектора, и на торцевую поверхность выходной трубной доски, обращенную к внутреннему объему выходного коллектора, обеспечивается повышение их термостойкости.

Наличие как минимум одного компенсатора теплового расширения у горизонтального цилиндрического корпуса испарителя, обеспечивает компенсацию тепловых расширений его стенки в процессе работы испарителя.

Краткое описание фигур

На фиг.1 представлен вид испарителя сбоку. На фиг.2 представлен вид испарителя с торца со стороны входа греющего теплоносителя. На фиг.3 представлен вид испарителя в сечении А-А.

Описание позиций фигур

1 - патрубок для подвода греющего теплоносителя;

2 - входной коллектор;

3 - горизонтальный цилиндрический корпус;

4 - входная трубная доска;

5 - горизонтальные трубки;

6 - выходная трубная доска;

7 - выходной коллектор;

8 - патрубок для отвода греющего теплоносителя;

9 - патрубки для подвода нагреваемой воды;

10 - патрубок для отвода пара;

11 - первая охлаждающая камера;

12 - патрубок для подвода охлаждающей жидкости;

13 - патрубок для отвода охлаждающей жидкости;

14 - шамотная обмазка;

15 - вторая охлаждающая камера;

16 - патрубок для подвода охлаждающей жидкости;

17 - патрубок для отвода охлаждающей жидкости;

18 - шамотная обмазка;

19, 20 - компенсаторы теплового расширения;

21 - первый раздающий коллектор нагреваемой воды;

22 - второй раздающий коллектор нагреваемой воды;

23 - опоры;

24 - болты;

25 - гайки;

26 - патрубок для подачи нагреваемой воды;

27 - болты;

28 - гайки;

29 - патрубок для подачи нагреваемой воды.

Осуществление изобретения

Ниже приведен частный пример испарителя и принцип его работы.

Испаритель содержит патрубок для подвода греющего теплоносителя 1, выполненный из стали 12Х18Н10Т, который приварен к эллиптическому входному коллектору 2, выполненному из стали 12Х18Н10Т. При этом фланец входного коллектора 2 соединен с помощью болтов 24 и гаек 25 с фланцем, приваренным к первому концу выполненного из стали 12Х18Н10Т горизонтального цилиндрического корпуса 3, к которому приварена входная трубная доска 4, выполненная из стали 12Х18Н10Т. Причем входные части горизонтальных трубок 5, выполненных из стали 12Х1МФ и размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса 3, закреплены во входной трубной доске 4 посредством вальцовки. При этом выходные части указанных трубок 5 закреплены посредством вальцовки в выполненной из стали 12Х18Н10Т выходной трубной доске 6, которая приварена к фланцу второго конца горизонтального цилиндрического корпуса 3, который соединен с помощью болтов 27 и гаек 28 с фланцем выполненного из стали 12Х18Н10Т выходного коллектора 7, к которому приварен патрубок для отвода греющего теплоносителя 8, выполненный из стали 12Х18Н10Т. Причем внутренние объемы входного и выходного коллекторов 2, 7 сообщаются с внутренними объемами трубок 5, размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса 3. При этом к горизонтальному цилиндрическому корпусу 3 присоединен патрубок для отвода пара 10, выполненный из стали 12Х18Н10Т. Причем к горизонтальному цилиндрическому корпусу 3 равномерно вокруг него присоединены выполненные из стали 12Х18Н10Т двадцать четыре патрубка для подвода нагреваемой воды 9, выходы двенадцати из которых обращены в сторону торцевой поверхности входной трубной доски 4, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3, причем вышеуказанные двенадцать трубок присоединены к первому раздающему коллектору нагреваемой воды 21, к которому приварен патрубок для подачи нагреваемой воды 26. При этом выходы остальных двенадцати патрубков для подвода нагреваемой воды 9 обращены в сторону торцевой поверхности выходной трубной доски 6, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3, причем вышеуказанные двенадцать трубок присоединены ко второму раздающему коллектору нагреваемой воды 22, к которому приварен патрубок для подачи нагреваемой воды 29. При этом выходы патрубков для подвода нагреваемой воды 9, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса 3, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок 4 и 6, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3. При этом выходы патрубков для подвода нагреваемой воды 9, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса 3, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок 4 и 6, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3. Причем испаритель содержит выполненную из стали 12Х18Н10Т первую эллиптическую охлаждающую камеру 11, приваренную к внешней поверхности входного коллектора 2 и к внешней поверхности патрубка для подвода греющего теплоносителя 1. При этом к первой охлаждающей камере 11 приварен выполненный из стали 12Х18Н10Т патрубок для подвода охлаждающей жидкости 12 и выполненный из стали 12Х18Н10Т патрубок для отвода охлаждающей жидкости 13. Причем на внутреннюю поверхность стенки патрубка для подвода греющего теплоносителя 1, на внутреннюю поверхность стенки входного коллектора 2 и на торцевую поверхность входной трубной доски 4, обращенную к внутреннему объему входного коллектора 2, нанесена шамотная обмазка 14, представляющая собой шамотный бетон марки ШБ-Б. Причем испаритель содержит выполненную из стали 12Х18Н10Т вторую эллиптическую охлаждающую камеру 15, приваренную к внешней поверхности выходного коллектора 7 и патрубка для отвода греющего теплоносителя 8. При этом ко второй охлаждающей камере 15 приварен выполненный из стали 12Х18Н10Т патрубок для подвода охлаждающей жидкости 16 и выполненный из стали 12Х18Н10Т патрубок для отвода охлаждающей жидкости 17. При этом на внутреннюю поверхность стенки патрубка для отвода греющего теплоносителя 8, на внутреннюю поверхность стенки выходного коллектора 7 и на торцевую поверхность выходной трубной доски 6, обращенную к внутреннему объему выходного коллектора 7, нанесена шамотная обмазка 18, представляющая собой шамотный бетон марки ШБ-Б. Причем горизонтальный цилиндрический корпус 3 содержит компенсаторы теплового расширения 19, 20 на его первом и втором концах, выполненные в виде трехлинзовых осевых компенсаторов в соответствии с ОСТ 34-10-571-93. При этом к горизонтальному цилиндрическому корпусу 3 приварены опоры 23, выполненные из стали 12Х18Н10Т (Фиг. 1-3).

Работа испарителя осуществляется следующим образом.

Греющий теплоноситель, в качестве которого используется синтетический газ с температурой 1150°С, подается в патрубок для подвода греющего теплоносителя 1, из которого он поступает во входной коллектор 2. После чего синтетический газ проходит через отверстия во входной трубной доске 4, из которых он поступает в трубки 5. Затем синтетический газ проходит через отверстия в выходной трубной доске 6 и поступает в выходной коллектор 7, из которого он отводится через патрубок для отвода греющего теплоносителя 8. При этом вода поступает через первый и второй раздающие коллекторы нагреваемой воды 21, 22 и патрубки для подвода нагреваемой воды 9 в горизонтальный цилиндрический корпус 3, в котором осуществляется теплообмен между водой и синтетическим газом через стенки трубок 5. При этом за счет подачи воды через патрубки для подвода нагреваемой воды 9 на торцевые поверхности входной и выходной трубных досок 4, 6 обеспечивается их охлаждение. За счет нагрева воды начинается ее испарение, в результате чего образующийся пар выходит из горизонтального цилиндрического корпуса 3 через патрубок для отвода пара 10, из которого он направляется в пароперегреватель (на фиг. не показан). При этом через патрубки для подвода охлаждающей жидкости 12, 16 подается вода в первую и вторую охлаждающие камеры 11, 15, которая отводится через патрубки для отвода охлаждающей жидкости 13, 17, для обеспечения охлаждения входного и выходного коллекторов 2, 7 и патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя 1, 8.

В процессе работы испарителя при прохождении высокотемпературного синтетического газа через патрубки для подвода и отвода греющего теплоносителя 1, 8, и входной и выходной коллекторы 2, 7 обеспечивается охлаждение стенок входного и выходного коллекторов 2, 7 и патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя 1, 8 за счет наличия первой и второй охлаждающих камер 11, 15. При подаче нагреваемой воды через патрубки 26, 29, первый и второй раздающие коллекторы нагреваемой воды 21, 22 и патрубки для подвода нагреваемой воды 9 в горизонтальный цилиндрический корпус 3 обеспечивается охлаждение входной и выходной трубных досок 4, 6, за счет того, что выходы патрубков для подвода нагреваемой воды 9, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса 3, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок 4, 6, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3, и выходы патрубков для подвода нагреваемой воды 9, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса 3, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок 4, 6, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса 3. При этом за счет нанесения шамотной обмазки 14, 18 на внутренние поверхности стенок патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя 1, 8, на внутренние поверхности стенок входного и выходного коллекторов 2, 7, а также на торцевую поверхность входной трубной доски 4, обращенную к внутреннему объему входного коллектора 2, и на торцевую поверхность выходной трубной доски 6, обращенную к внутреннему объему выходного коллектора 7, обеспечивается повышение их термостойкости.

Наличие двух компенсаторов теплового расширения 19, 20 у горизонтального цилиндрического корпуса 3, обеспечивает компенсацию тепловых расширений его стенки в процессе работы испарителя.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и фигурах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области конструкций поверхностных испарителей.

Изобретение относится к конструкциям поверхностных испарителей и может быть использовано, в частности, в теплоэнергетике для охлаждения синтетического газа и получения пара, направляющегося в пароперегреватель. Испаритель содержит патрубок для подвода греющего теплоносителя, который присоединен к входному коллектору, соединенному с первым концом горизонтального цилиндрического корпуса, на котором установлена входная трубная доска. К горизонтальному цилиндрическому корпусу присоединен как минимум один патрубок для отвода пара. При этом к горизонтальному цилиндрическому корпусу равномерно вокруг него присоединены патрубки для подвода нагреваемой воды. При этом испаритель содержит первую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности входного коллектора и патрубка для подвода греющего теплоносителя. Причем испаритель содержит вторую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности выходного коллектора и патрубка для отвода греющего теплоносителя. При этом ко второй охлаждающей камере присоединены патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости. При этом горизонтальный цилиндрический корпус содержит как минимум один компенсатор его теплового расширения. Причем выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. При этом выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса. Технический результат - обеспечение охлаждения патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя, входного и выходного коллекторов, а также входной и выходной трубных досок; обеспечение повышения термостойкости патрубков для подвода и отвода греющего теплоносителя, входного и выходного коллекторов, а также входной и выходной трубных досок; и обеспечение компенсации тепловых расширений стенки горизонтального цилиндрического корпуса испарителя в процессе его работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поверхностный испаритель для охлаждения синтетического газа и получения пара, содержащий патрубок для подвода греющего теплоносителя, который присоединен к входному коллектору, соединенному с первым концом горизонтального цилиндрического корпуса, на котором установлена входная трубная доска; при этом входная трубная доска соединена с входами трубок, размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса; причем выходы указанных трубок соединены с выходной трубной доской, которая установлена на втором конце горизонтального цилиндрического корпуса, соединенного с выходным коллектором, к которому присоединен патрубок для отвода греющего теплоносителя; при этом внутренние объемы входного и выходного коллекторов сообщаются с внутренними объемами трубок, размещенных внутри горизонтального цилиндрического корпуса; причем к горизонтальному цилиндрическому корпусу присоединен как минимум один патрубок для отвода пара, отличающийся тем, что к горизонтальному цилиндрическому корпусу равномерно вокруг него присоединены патрубки для подвода нагреваемой воды, первая часть выходов которых обращена в сторону торцевой поверхности входной трубной доски, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса; причем вторая часть выходов патрубков для подвода нагреваемой воды обращена в сторону торцевой поверхности выходной трубной доски, обращенной к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса; при этом испаритель содержит первую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности входного коллектора и патрубка для подвода греющего теплоносителя; причем к первой охлаждающей камере присоединены патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости; при этом на внутреннюю поверхность стенки патрубка для подвода греющего теплоносителя, на внутреннюю поверхность стенки входного коллектора и на торцевую поверхность входной трубной доски, обращенную к внутреннему объему входного коллектора, нанесена шамотная обмазка; причем испаритель содержит вторую охлаждающую камеру, присоединенную к внешней поверхности выходного коллектора и патрубка для отвода греющего теплоносителя; при этом ко второй охлаждающей камере присоединены патрубки для подвода и отвода охлаждающей жидкости; причем на внутреннюю поверхность стенки патрубка для отвода греющего теплоносителя, на внутреннюю поверхность стенки выходного коллектора и на торцевую поверхность выходной трубной доски, обращенную к внутреннему объему выходного коллектора, нанесена шамотная обмазка; при этом горизонтальный цилиндрический корпус содержит два компенсатора его теплового расширения, один из которых расположен в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса, а другой в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса.

2. Поверхностный испаритель по п. 1, отличающийся тем, что выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в верхней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 90° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса; при этом выходы патрубков для подвода нагреваемой воды, находящиеся в нижней половине горизонтального цилиндрического корпуса, расположены под углом 30° к торцевым поверхностям входной и выходной трубных досок, обращенным к внутреннему объему горизонтального цилиндрического корпуса.