БЕЗБАРАБАННЫЙ ПАРОВОЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к устройствам для получения пара и может использоваться для реконструкции и производства паровых котлов.
Известен выбранный в качестве аналога паровой котел с естественной циркуляцией [1, рис.3.2., 3.3.]. Котел содержит пароперегреватель, вынесенные паросепарационные устройства, выполненные в виде двух циклонов, и трубную систему с испарительными экранами, установленными между нижними и верхними коллекторами. Экраны замкнуты опускными, пароотводящими и водоподводящими трубами в контур циркуляции, который снизу имеет дренажи для продувки. Кроме того, котел имеет испарительный трубный пучок, установленный между нижним и верхним громоздкими металлоемкими барабанами.
Недостатками этого котла является большая металлоемкость, большая высота, громоздкость, большая продувка и некачественная сепарация пара. Котел не вписывается в железнодорожные габариты, поставляется несколькими блоками или россыпью, и для его монтажа требуются большие затраты средств и времени, в том числе на строительную часть котельной.
Известен выбранный в качестве прототипа безбарабанный паровой котел [1, рис.3.34, 3.35.]. Это комбинированный пароводогрейный безбарабанный котел, выполнен путем реконструкции водогрейного котла с установкой вдоль его продольных верхних коллекторов длинных уравнительных емкостей, труб диаметром 630 мм. В паровую часть трубной системы котла входят вынесенные паросепарационные устройства, испарительные экраны и трубные пучки, установленные между нижними и верхними коллекторами, замкнутые уравнительными сосудами, опускными, рециркуляционными и пароотводящими трубами в контуры циркуляции. Отсутствие громоздких верхнего паросепарационного и нижнего барабанов заметно снижает металлоемкость котла.
В прототипе имеются следующие недостатки. Естественная циркуляция имеется только в экранах и дополнительном испарительном пучке, работа конвективных пучков котла осуществляется в режиме принудительной циркуляции от циркуляционного насоса, что существенно усложняет эксплуатацию котла. Топочный объем не выделяется, имеются проблемы с организацией эффективного топочного процесса в котле. Схема организации ступенчатого испарения и сепарации пара сложна, не обеспечивает промывку пара. Помимо указанных, недостатками прототипа является большая металлоемкость, большая высота, особенно из-за вынесенных паросепарационных устройств (циклонов), громоздкость. Котел не вписывается в железнодорожные габариты и поставляется несколькими блоками. Для его монтажа требуются большие затраты средств и времени.
Целью полезной модели является создание безбарабанного парового котла с малыми габаритами и металлоемкостью, работающего при естественной циркуляции со ступенчатой схемой испарения и промывкой пара, имеющего топочный объем, выделенный разделительным экраном с газовыпускным окном, позволяющего организовать высокоэффективный вихревой топочный процесс. Кроме того, целью полезной модели является обеспечение надежной циркуляции в контурах, увеличение располагаемого напора в паросепарационных устройствах.
Поставленная цель достигается тем, что в безбарабанном паровом котле, содержащем пароперегреватель, трубные пучки, уравнительные сосуды, паросепарационные устройства и испарительные экраны, установленные между нижними и верхними коллекторами, замкнутые опускными трубами в контуры циркуляции, по предлагаемой полезной модели трубные пучки так же установлены между нижними и верхними коллекторами и замкнуты уравнительными сосудами, опускными, рециркуляционными и пароотводящими трубами в контуры естественной циркуляции. При этом топочный объем отделен от трубных пучков разделительным экраном, имеющем газовыпускное окно, которое выполнено в виде многоугольного или круглого замкнутого коллектора, включенного в рассечку разделительного экрана, причем этот коллектор может устанавливаться вертикально, горизонтально или с подъемом в сторону верхнего коллектора разделительного экрана. Кроме того, пароотводящие патрубки и линии подачи питательной воды подключены к верхним коллекторам или уравнительным сосудам надтрубными пучками, а дренажи продувки установлены с противоположного конца котла на нижнем коллекторе фронтового экрана, при этом опускные трубы паросепарационных устройств подключены к дренажам.
Дополнительно линии подачи питательной воды подключаются к соплам, расположенным над входом в опускные трубы трубных пучков, а трубные пучки выполняются в виде рядов труб, врезанных в нижний участок L-образных рециркуляционных или опускных труб, включенных в контуры циркуляции, сверху в пароотводящие трубы. Кроме того, дополнительно в пароотводящих патрубках могут быть установлены сопла, подключенные к линии подачи питательной воды. Котел может выполняться с паросепарационными устройствами, установленными в верхних коллекторах и уравнительных сосудах. Благодаря компактности котел по предлагаемой полезной модели может быть вписан в транспортные, например, железнодорожные габариты.
Схематично безбарабанный паровой котел, его элементы и сечения показаны на фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 показан продольный разрез котла А-А. На фиг.2 показан поперечный разрез Б-Б циркуляционных блоков экранов, причем слева со схемой включения вынесенного паросепарационного устройства. На фиг.3 показан поперечный разрез В-В трубных пучков. На фиг.4 показана конструкция встроенного паросепарационного устройства.
Паровой безбарабанный котел 1 имеет боковые 2, фронтовой 3 и разделительный 4 экраны, а также трубные пучки 5, которые установлены между нижними 6 и верхними 7 коллекторами. Экраны 2, 3, 4 и трубные пучки 5 замкнуты через уравнительные 8 сосуды, опускными 9, рециркуляционными 10 и пароотводящими 11 трубами в контуры циркуляции, и благодаря этому котел 1 выполнен с естественной циркуляцией. Линии 12 подачи питательной воды могут подключаться к соплам 13, расположенным над входом в опускные трубы трубных пучков 5, причем трубные пучки выполняются в виде рядов труб, врезанных в нижний участок L-образных 9а опускных труб (фиг.3, справа), что дополнительно улучшает интенсивность естественной циркуляции.
Котел 1, фиг.2, имеет пароперегреватель 14, который соединен с паросепарационными устройствами 15, подключенными пароотводящими патрубками 16 к верхним коллекторам 7 или уравнительным сосудам 8. Для повышения располагаемого напора и, соответственно, повышения эффективности отделения воды и солей опускная труба вынесенных паросепарационных устройств 15 может быть подключена к дренажам 17. При этом паросепарационные устройства 15 будут надежно работать вне зависимости от колебаний уровня воды в верхних коллекторах и уравнительных сосудах.
Пароотводящие патрубки 16 и линии 12 подачи питательной воды, фиг.1., подключены над трубными пучками, вблизи друг от друга, а дренажи продувки 17 установлены с противоположного конца котла на нижнем коллекторе фронтового экрана 3. При этом за счет встречного движения питательной воды и пара обеспечивается промывка пара и ступенчатая схема испарения с чистым отсеком в трубных пучках 5 и соленым отсеком во фронтовом экране 3. Ступенчатая схема испарения позволяет обходиться минимальными продувками и обеспечивает чистоту большей части поверхностей нагрева котла, приходящуюся на трубные пучки 5. В пароотводящих патрубках 16 фиг.2 могут быть установлены сопла 13, подключенные к линии 12 подачи питательной воды, при этом подача чистой питательной воды обеспечит дополнительную промывку и чистоту пара.
Топочный объем 18 по предлагаемой полезной модели отделен от трубных пучков 5 разделительным экраном 4, имеющим газовыпускное окно, которое выполнено в виде многоугольного или круглого замкнутого коллектора 19, включенного в рассечку разделительного экрана 4. Коллектор 19 может быть установлен вертикально, горизонтально или с подъемом в сторону верхнего коллектора 20 разделительного экрана. При этом разделительный экран 4 позволяет организовать вихревой, высокоэффективный по теплообмену и горению топочный процесс в выделенном топочном объеме 18 со значительным уменьшением габаритов топки и котла в целом.
Кроме того, габариты котла существенно уменьшаются при использовании встраиваемых паросепарационных устройств, циклонов горизонтального типа 21, устанавливаемых в верхние 7 коллекторы и уравнительные 8 сосуды, фиг.4. Боковые стены котла могут быть выполнены из плит 22 теплоизоляции и обмуровки, установленных за трубными пуками 5 и экранами 2, 3, или для уменьшения размеров газоплотными с варкой полосы между труб экранов 2, 3, 4. Соответственно, благодаря компактности дополнительно предлагается вписывать рассматриваемые безбарабанные паровые котлы в транспортные, например, железнодорожные габариты.
Безбарабанный паровой котел 1 по предлагаемой модели работает следующим образом. За счет воспринимаемого тепла от сгорания топлива в боковых 2, фронтовом 3 и разделительном 4 экранах, а также в трубных пучках 5 происходит интенсивное кипение питательной воды с образованием пара. Пароводяная смесь поднимается с паром и движется по трубам из нижних коллекторов 6 в верхние 7 коллекторы. Экраны 2, 3, 4 и трубные пучки 5 замкнуты через уравнительные 8 сосуды опускными 9, рециркуляционными 10 и пароотводящими 11 трубами в контуры циркуляции. Соответственно, вода в верхних коллекторах 7 отделяется от пара и по опускным 9 трубам поступает снова в нижние коллекторы 6, циркулирует, а пар из верхних коллекторов 7 по пароотводящим патрубкам 16 поступает в вынесенные паросепарационные устройства 15. Таким образом, котел 1 работает в режиме естественной циркуляции, производится пар, а поверхности нагрева котла надежно охлаждаются.
Пар отводится непрерывно, для отделения пара от воды в верхних коллекторах 7 и уравнительных сосудах 8 поддерживается определенный уровень границы раздела пар - вода за счет подачи питательной воды в котел по линии 12. При подаче питательной воды через сопла 13, расположенные над входом в опускные трубы 9 трубных пучков 5, движущий напор и интенсивность циркуляции заметно увеличиваются за счет импульса струй питательной воды. Уменьшение гидравлического сопротивления L-образных 9а опускных труб дополнительно улучшает интенсивность естественной циркуляции.
Пар из верхних коллекторов 7 или уравнительных сосудов 8 по пароотводящим патрубкам 16 поступает в паросепарационные устройства 15. В них пар отделяется от воды и поступает в пароперегреватель 14, где перегревается и отводится потребителю, а сепарированная вода по опускной трубе 9 возвращается в нижний коллектор 6 котла. При этом так как гидравлические потери в паросепарационном устройстве 15 компенсируются давлением столба жидкости в опускной трубе 9, паросепарационное устройство 15 устанавливают выше верхних коллекторов 7 или уравнительных сосудов 8.
Для повышения располагаемого напора и, соответственно, повышения эффективности отделения воды и солей опускная труба паросепарационных устройств 15 может быть подключена к дренажам 17. При этом паросепарационное устройство 15 надежно работает вне зависимости от колебаний уровня воды в верхних коллекторах и уравнительных сосудах.
При работе котла питательная вода поступает по линии 12. Вода циркулирует в контурах, постепенно испаряется и продвигается по трубной системе во фронтовой экран 3, откуда остаток насыщенный солями через дренажи продувки 17 выводится из котла. При этом так как точки питательной воды и отвода пара расположены вблизи друг от друга, а дренажи продувки 17 установлены с противоположного конца котла, за счет встречного движения питательной воды и пара обеспечивается промывка пара и ступенчатая схема испарения с чистым отсеком в трубных пучках 5 и соленым отсеком во фронтовом экране 3. Реализованная ступенчатая схема испарения позволяет обходиться минимальными продувками и обеспечивает чистоту большей части поверхностей нагрева котла, приходящуюся на трубные пучки 5.
Подача части чистой питательной воды из линии 12 в распыленном виде в пароотводящие патрубки 16 через сопла 13 фиг.2 обеспечивает дополнительную промывку и чистоту пара.
В варианте использования встраиваемых паросепарационных устройств, циклонов горизонтального типа 21, устанавливаемых в верхние 7 коллекторы и уравнительные 8 сосуды, фиг.4, из котла сразу выводится очищенный от капелек воды насыщенный пар, который при необходимости подогревается в пароперегревателе 14 и отводится потребителю.
В выделенном топочном объеме 18 под разделительным экраном 4 с газовыпускным окном, которое выполнено в виде замкнутого коллектора 19, организуется вихревой топочный процесс, высокоэффективный по теплообмену и горению. Естественная циркуляция дополнительно усиливается за счет подъема разделительного экрана в сторону верхнего коллектора 20.
Эффективную работу топки 18 и котельных пучков 5 без присосов внешнего воздуха обеспечивают непроницаемые боковые стены котла 1, выполненные из плит 22 теплоизоляции и обмуровки, или газоплотные экраны, выполненные с варкой полосы между труб экранов 2, 3, 4.
Котел легко доставляется и быстро монтируется благодаря компактности и его транспортабельным габаритам.
Использование предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом [1, рис.3.34, 3.35.] позволит создать безбарабанные паровые котлы с малыми габаритами и малой металлоемкостью, работающие при естественной циркуляции со ступенчатой схемой испарения и промывкой пара с высокоэффективным вихревым топочным процессом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Е.Ф.Бузников, К.Ф.Роддатис, Э.Я.Берзиныш Производственные и отопительные котельные. - М.: Энергоатомиздат, 1984, 248 с.