Изобретение касается парогенераториых установок, в которых тепло, например, получаемое в процессе изготовления стали в кислородных конверторах, прерывисто подают в котел-утилизатор, имеющий охлаждаемые в результате иарообразоваиия поверхности. Пар ири этом поступает в паровой коллектор парогенерирующей цепи установки.
Известные установки работают ио принципу системы либо с естественной циркуляцией, либо Принудительной, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Цель изобретения - создание установки, которая при естественной циркуляции обладала бы достаточиой надежностью, характерной для системы с принудительной циркуляцией.
Это достигается тем, что между парогенерирующими новерхностями котла и его сепарационным барабаном установлен по меньшей мере один впрыскиватель для подачи пара от постороннего источиика в период, предшествующий очередному циклу подачи тепла в котел.
Вспомогательный источник пара включен параллельно с магистральным иаропроводом.
X}; на фиг. 3 - вариант впрыскивателя, разрез; на фиг. 4 - разрез по А-Л на фиг. 3; на фиг. 5 - впрыскиватель с перфорированной пластиной для пропуска пара, разрез; на
фиг. 6 впрыскиватель с продольной перфорированной трубкой для ввода пара, разрез; на фиг. 7 - то же, с поперечной трубкой; на фиг. 8 - то же, с кольцевым соплом для ввода пара; на фиг. 9 - то же, с кольцевым соплом
тнна сопла Вентурн.
Газоход / прерывисто принимает тепло от источннка 2, например конвертора вынлавки стали. Стенки газохода оборудованы о.хлаждаемыми в результате парообразования поверхностями, нанример трубчатыми панелями. Панели газохода выполнены в впде трех отдельных секций, но их может быть и больше. Каждая секция панели соединена с выходным отверстием водяного коллектора 3, откуда смесь пара с водой через вертикал1зные трубы 4 подается в сепарационпый барабан 5. Пар ноступает из барабана через трубу 6, а вода в барабан - через трубу 7. Сливная труба из барабана обозначена иозицией 8. Вода из барабана 5 через циркуляционную трубу 9 и входной водяной коллектор 10 поступает на охлаждаемые панели. Вспомогательные циркуляционные устройства (впрыскиватели) 11 предиазиачены для впрыскивания пара в каждую вертикальную трубу 4, причем пар подается через питающие трубы 12, на каждой из которых монтируют обратный клапан 13, и через общие питающие линии 14 и 15. Поток регулируется с помощью распределительных клапанов 16 и 17. Общая питающая линия 15 подает пар от магистрали нли от другого источника, например дополнительного компактного парового котла. Хотя изобретение, главным образом, касается поддержания устойчивых циркуляционных режимов на работающих установках, оно обеспечивает также определенные преимущества и там, где установка начинает работать с нуля. Ниже онисывается более полно принцип работы установки. Холодную нарогенераторную установку заполняют водой через питающую трубу 7. Затем подают пар по линиям 14 и 15 через впрыскиватели //.Пар начинает конденсироваться в воде в вертикальных трубках 4. Скорость потока пара, поступающего во впрыскиватели // для их подогревания, регулируют с помощью распределительного клапана 17. Нагревающий пар, который также конденсируется, вызывает изменение плотности воды в вертикальных трубах 4. Это создает тепловую циркуляцию в системе. При продолжении впрыскивания пара температура воды повышается до тех нор, пока не достигнет точки кипения при атмосферном давлении. Тогда отсекается воздущный кран барабана 5 парового котла. Внрыскиватели // продолжают подавать пар в циркуляционный контур и повышают давление пара. Одновременно повышается температура воды, которая в этот момент уже достигла насыщения (то есть состояния кипения). При достижении в барабане 5 минимально приемлемого рабочего давления закрывается распределительный клапан 17 и открывается клапан 16 предпочтительно большей емкости. Этот клапан открывается как раз перед тем, как система должна получить тепло от источника. Поскольку вода достигла условия насыщения, то пузырьки пара, поступающего от впрыскивателей 11, обеспечат существование в вертикальных трубах 4 смеси пара с водой. Из-за разности плотностей воды в циркуляционной трубе 9 и смеси пара с водой в вертикальных трубах 4 усиливается циркуляция в системе. Для поддержания достаточного возбуждающего давления для циркуляции нар из барабана 5 отбирают по мере необходимости. Таким образом, к моменту включения в работу источника тепла 2, в охлаждающих панелях уже существует поток воды. Поскольку этот поток турбулептный, то он оказывает очиих панелей н поэтому сводит до минимума епловой удар, а также вибрацию. Как только произойдет подвод тепла от источника 2, давление в барабане 5 может быть повыщено с управляемой скоростью. Если давление подводимого пара на впрыскиатели // ниже давления пара в системе, то по мере повышеиия давления в системе клапаны 13 будут закрыты и ноток пара на впрыскиватели // отсечен. С этого момента система начинает работать полностью как система с естественной циркуляцией до тех пор, пока происходит подача тепла. После прекращения подвода тепла система начинает охлаждаться, в результате чего давление пара в барабане 5 падает. В случае пеобходимости скорость падения давления в барабане 5 можно регулировать, допуская мгновенное образование нара по мере падения этого давления. Вода в сети ноддерживается при температуре насыщения, которая соответствует существующему в этот момент давлению. Это означает, что состояние турбулентности будет существовать в смеси нара с водой но всему контуру. Иногда давление в контуре может оказаться ниже давления пара, поступающего па впрыскиватели //. В этом случае возбудить циркуляцию можно с номощью пара, подачу которого регулируют распределительными клапанами 16 и 17. При этом снова начинается только что описанный цикл. Установка может включать главный аккумулятор 18 хранения пара известного типа, соединенный линиями 19 и 20 параллельно с трубой 6. Конденсаторы 21 соединены посредством линии 22 с цепью паропровода установки и с аккумулятором 18. Пар, предназначенный для внрыскивателей //, может храниться во вспомогательном аккумуляторе 23. Трубы 12 сообщаются с питающей линией 14, которая присоединена к аккумулятору 23 с помощью линии 24. Аккумулятор 23 с номощью линии 25 соединяют с трубой 6 установки. Установка, в состав которой входят аккумуляторы 18 и 23, работает следующим образом. В начале нроцесса, когда охлаждающий контур, включающий барабан 5, трубу 9, газоход /, впрыскиватель // и трубу 4, заполнен холодной водой, давление в контуре соответствует атмосферному. После этого через линии J4 и 15 и Внрыскиватели // пускают Р Температура воды в контуре новыщается до точки кипення при ат.мосферном давлении. При продолжении подачи пара через впрыскиватели // давление и температура воды, а также температура металлических элементов, в которых заключена вода в контуре, постепенно повышаются, до тех пор, пока не будет достигнуто давление, приблизительно равное давлению источника питания (в данном случае давлению пара, поступающего по линии
пара от впрыскивателей // в вертикальных трубах 4 вызывают циркуляцию воды в контуре со скоростью, вполне достаточной для осуществления запуска главного источника тепла 2. Последний, включаясь в работу, генерирует больше пара в контуре, вызывая повышение давления в нем выше уровня пара в трубе 6 и тем самым отсекая обратные клапаны 13. Поскольку поступление тепла продолжается, давление в контуре будет подпиматься с регулируемой скоростью до достижения заданного максимума. Это повышение также заставляет сам контур действовать в качестве теплового узла или узла хранения пара.
Впрыскиватели // соединяют параллельно с теперь уже нагретым контуром посредством труб 12 и линий 14, 24, 25. На линии 25 монтируют обратный клапан 26.
Повышение давления в акку.муляторе 23 должно происходить с такой же скоростью, что и в нагреваемом контуре.
После того, как начинается производственный процесс и к нагреваемому контуру поступает тепло, автоматически начинает работать вся установка. Причем, каждый раз при возобновленни цикла на впрыскиватели 11 поступает пар со вспомогательного аккумулятора 23. Последний полностью обеспечивает циркуляцию воды перед началом подвода тепла.
Если в какой-то момент прекращается поступление тепла, то давление пара в барабане автоматически подает ниже уровня давления во вспомогательном аккумуляторе 23. В результате, можно получить необходимый поток пара через впрыскиватели //.
При нормальных рабочих условиях распределительный клапан 27 открыт под воздействием сигпала, который с небольшой задержкой во времени вызывает запуск источника тепла 2 таким образом, что начало движения пара через впрыскиватели // всегда несколько отстает по времени. Управление клапаном 27 осуществляется таким образом, что он поддерживает сравнительно постояппый поток пара в контуре. После начала подачи тепла источником 2 через определенный промежуток времени временное реле отсекает распределитльный кланан 27. По мере новышения давления в системе вспомогательный аккумулятор 23 будет подзаряжаться через линию 25.
Таким образом, в начале каждого цикла сигнал заставляет срабатывать клапан 27, в результате чего пар получает возможность попасть на впрыскиватели 11 и вызвать циркуляцию воды в контуре 5-9-/-П-4. После этого начинается подвод тепла, и генерируемый нар вызывает повышение давления в системе. Скорость повыщения давления в системе регулируется из условия приемле ости ее для элементов. Давление во вспомогательном аккумуляторе повышается с такой же скоростью.
В конце периода подвода тепла давление пара в контуре может уменьшаться с регулируемой скоростью. При этом хранящийся в
контуре пар уходит в магистраль, а вода поддерживается при температуре точки кипен11я во всей цепи. В результате этого устраняется нежелательное неравномерное распределение температуры и удаляется из контура переохлажденная вода.
Таким образом, благодаря пспользозанию парового аккумулятора 23 для впрыскпватслей Пив результате соответствующего управленпя паровой цепью создают установку, в которой можно обеспечить принудительную циркуляцию в любой момент во время рабочего цикла, включая и те случаи, когда происходит задержка в подаче тепла от главного источника его иоступления.
Таким образом, в предлагаемой устаповке сочетаются преимущества как системы с естественной циркуляцией, так и системы с принуднтельной циркуляцией и обеспечивается принудительная циркуляция в течение небольшого промежутка времени непосредственно перед внезапным подводом тепла. При этом не требуется прнменения дорогостоящих насосов, связанных с ними отверстий и трубопроводов с небольщпм внутренним диаметром. Охлаждаелгые в результате парообразования степки могут иметь более жесткую и прочную конструкцию, связанную с трубками больщего диаметра, используемыми при естественной циркуляции.
Устраняется переохлаждение и обеспечивается экономия средств.
Во время использования тепла имеющих высокие тепловые нагрузки крупных конверторпых зстановок нринудительная циркуляция в целях охлаждения в начале каждого продувания просто необходима. Предлагаемое изобретение обеспечивает такую циркуляцию простым и выгодным путем н так, что эффективно уменьшаются тепловые нагрузки п вибрации прп запуске.
На фиг. 3-9 показано несколько различных форм вспомогательных циркуляционных устройств (внрыскнватолей), которые могут быть нснользованы в описываемой установке.
Нз вышеизложенного ясно, что внрыскпватели 11 используют для подогревания холодной системы и для создания циркуляции в цепи после окопчания процесса подогревания. В ходе подогревания системы весь впрыскиваемый пар конденсируется. Во время впрыскивания пара для создания циркуляции посредством образования смеси пара с водой также может произойти конденсацня впрыскиваемого пара. Доля конденсации впрыскиваемого тaки образом пара зависит от результирующего статического напора. Статический напор илп давление может создаваться в воде в точке впрыскивания пара при температуре, которая ниже точки кинения. Тенлота пара может поглощаться, в результате чего происходит пекоторая конденсация. По мере того, как смесь пара с водой поднимается в вертикальных трубах 4, часть конденсированного пара мончет снова превращаться в пар.
Чтобы ие допустить вибрации и шума, возникающих в результате любой конденсации паров, а также в результате удара пузырьков пара, поднимающихся по вертикальным трубам 4, необходимо уделять особое внимание конструкции и размещению отверстий. Прп неправильной конструкции отверстий может случиться так, что конденсация будет происходить так быстро, что жидкость втянется в отверстие, откуда она внезапно выбрасывается. Это может вызвать колебания, усиливающие вибрацию и шум.
Кроме того, когда пузырьки пара поднимаются по трубке, то более крупные увеличиваются в своих размерах путем поглощепия более мелких, и это может привести к тому, что размер пузырьков станет таким, что возникнет удар пара поперек диаметра трубки.
Поэтому впрыскиватели 11 должны иметь конструкцию, не допускающую удара пара в точке входа индуктированного потока воды.
Впрыскивание пара должпо осуществляться таким образом, чтобы индуктированный поток воды был концентрическим и щел параллельно в строго вертикальной части вертикальной трубки. Чтобы свести до минимума слияние пузырьков пара на стеике вертикальной трубки, предпочтительно вход впрыскиваемого пара установить в центральной части этой трубки.
Отверстие сопла, через которое осуществляют впрыскивание пара, должпо иметь пебольщой диаметр.
Сердечпик впрыскивающего сопла, а также (если это возможно расстояние между соплом и трубкой ввода сопла необходимо уплотнить стальным волокном или его эквивалентом.
Вспомогательное циркуляционное устройство (впрыскиватель), изображенное на фиг. 3 и 4, охватывает дугообразную трубчатую секцию 28, по касательной к которой расположена трубка ввода 29.
Трубка впрыска 30 пара, имеющая сопло 31 па одпой из своих концевых частей, расположена коаксиально с трубкой ввода 29 и входит Б трубчатую секцию 28 таким образом, что сопло 31 располагается концентрически относнтельпо прямой части трубчатой секции 28. В месте стыка последней и трубки ввода 29 ставят паправляющую пластинку 32 трубки впрыска, при этом трубку ввода уплотняют волокном из нержавеющей стали.
Трубка впрыска 30 предназначена для присоединения к трубе 12 и также уплотпеиа волокном из нержавеющей стали.
Сопло 31 имеет конусообразную часть и несколько просверленных отверстий 33 небольшого диаметра, которые расположены наклонно вверх для ускорения направленного вверх потока небольших пузырьков пара. Вертикальный шаг h отверстий 33 такой, что, если смотреть на них сверху, существует небольшой зазор с между двумя смежными рядами отверстий.
Сопло 31 оборудовано четырьмя продольными, расположенными на некотором расстоянии друг от друга элементами жесткости с направляющими ребрами 34, а его передняя концевая часть закрыта колпачком 35.
Передняя часть трубки впрыска пара расположена коаксиально по отношению к поперечному сечению трубчатой секции 28 с помощью четырех регулируемых жестких стержней 36,
каждый из которых соприкасается с ребрами элементов жесткости. Последние для этой цели оборудованы блоками 37 усиления.
Для лучшей центровки трубки 30 используют запирающую пластинку 38, которая закрывает трубку 20 и которую крепят на трубке 30. Положение занирающей пластинки 38 фиксируется с помощью двух устаповочных щтифтов 39, расположенных на противоноложных частях фланца 40, который закреплен на трубке 29.
Па фиг. 5 показан другой вариант вспомогательного циркуляционного устройства (впрыскивателя), в котором пар поступает в трубчатую секцию 28 через набивочную камеру 41,
заполненную проволочным волокном. На передней концевой части набивочной камеры монтируют снабженную отверстиями нластину 42, расположенную таким образом, чтобы пар попадал в поток воды, двигаясь в одном с
ним направлении.
В вспомогательных циркуляционных устройствах, изображенных на фиг. 7, 8 и 9, нет трубок ввода пара; его впрыскивают в трубчатую секцию 28 через поперечпо расположенную трубку 43, которую соединяют с трубой 12.
Трубка 43 (см. фиг. 7) соединена с сонлом 44 поперечного потока, через отверстия 45 которого нар попадает в поток воды.
Трубка 43 (см. фиг. 8) соединена с кольцевым соплом 46, расположенным внутри трубчатой секции 28. Через его отверстия 47 пар попадает в поток воды.
Трубка 43 (см. фиг. 9) присоединена к кольцевому соплу 48 типа Вентури, расположенному внутри трубчатой секции 28. Через его отверстия 49 пар попадает в поток воды.
Предмет изобретения
1.Парогенераторная установка, содержащая котел-утилизатор с естественной циркуляцией и прерывистой подачей тепла, например
при плавке стали в кислородных конверторах, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, на тракте между парогенерирующими поверхностями котла и его сепарационным барабаном установлен по меньщей мере
один впрыскиватель для подачи пара от посторонпего источника в период, предшествующий очередному циклу подачи тепла в котел.
2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что впрыскиватели устаповлены на вертикальных
3..Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что впрыскиватель закреплен в вертикальном цилиндрическом патрубке, присоединенном к дугообразному закруглению пароотводящей трубы в месте перехода от наклонного к вертикальному участку.
4.Установка по п. 3, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде расположенной соосно с патрубком и заполненной набивкой, например, из стального волокна, трубки с конусным нерфорированным насадком на выходном конце.
5.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде помещенной в верхней части патрубка по всему его сечению пластины, перфорировапной вертикальными отверстиями.
6.Установка по пп. 3-5, отличающаяся тем, что полость патрубка, не занятая внрыскивателем, заполнена набивкой, например, из стального волокна.
10
7.Установка по нн. 1 и 2, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде горизонтальной трубы, установленной поперек пароотводяш,ей трубы по ее диаметру, имеет перфорацию в верхней части и заполнен набивкой, например, из стального волокна.
8.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде кольцевой камеры, располол енной соосно внутри
пароотводящей трубы внлотную к ее стенке, заполнен набивкой, например, из стального волокна, и имеет перфорацию в верхней части.
9.Установка по п. 8, отличающаяся тем, что камера имеет торовидную форму.
10. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что внутренняя стенка камеры имеет форму сопла Вентури.
11. Установка по пп. 1 -10, отличающаяся те.м, что она имеет вспомогательный источник
пара, например маломощный паровой котел.
rHXttlKlTobooJxHXM
- --jс«-EX;-
/I-А
Фиг 5
