Паровой водотрубный котел с естественной циркуляцией
STEAM WATER TUBE BOILER WITH NATURAL CIRCULATION

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к паровым котлам с естественной циркуляцией, предназначенным для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для энергетических, технологических, хозяйственных и бытовых нужд предприятий промышленности и сельского хозяйства.
Известен паровой котел с горизонтальным ходом газов в газоплотном (мембранном) исполнении, состоящий из основного блока котла (ОБК), включающего в себя два барабана, соединенных между собой по торцам опускными трубами, топку и конвективный газоход с расположенными в нем котельными пучками, пакеты конвективного пароперегревателя для выработки перегретого пара и отдельно стоящий водяной экономайзер (ВЭ). Котел выполнен одним транспортабельным блоком (патент RU №2096680 С1, МПК F22B 21/08, от 13.02.1995, опубл. 20.11.1997).
Однако производительность известного котла рассчитана от 10 до 40 т/ч. При увеличении производительности свыше 40 т/ч значительно вырастают оптимальные габариты котла, что может привести к невозможности его транспортировки из-за превышения габаритов подвижного состава железных дорог, т.к. конструкция ОБК выполнена одним транспортабельным блоком и разделения ОБК на отдельные блоки для транспортировки не предусмотрено.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является паровой водотрубный котел типа БЭМ с естественной циркуляцией, с горизонтальным ходом газов, в газоплотном (мембранном) исполнении, состоящий из ОБК, включающего в себя верхний и нижний барабан, соединенные между собой по торцам опускными трубами, топку и конвективный газоход с расположенными в нем котельными пучками труб и пакетами конвективного пароперегревателя (Каталог «Паровые и водогрейные котлы для малой энергетики ОАО «Белэнергомаш», 2000 г., стр. 13).
Однако возможности известных котлов по выработке пара ограничены. Данные котлы предназначены только для выработки пара от 10 до 40 т/ч. Предельные возможности транспортировки ОБК не позволяют создавать котлы типа БЭМ с номинальной паропроизводительностью выше 40 т/ч, так как по мере роста номинальной паропроизводительности возникает необходимость в увеличении габаритов котлов, превышающих габариты подвижного состава железных дорог, что является следствием соблюдения требований, рекомендаций и ограничений по организации внутрикотловых процессов. Котел состоит из одного ОБК, что приводит к затруднению отправки котла железнодорожным транспортом, разделение котла на два крупных поставочных блока для транспортировки не предусмотрено.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является увеличение единичной производительности (мощности) котла за счет увеличения габаритов котла и разделения ОБК на два крупных поставочных блока для транспортировки.
Техническая задача достигается тем, что в паровой водотрубный котел с естественной циркуляцией, состоящий из основного поставочного блока котла, горизонтальной призматической топки и блока водяного экономайзера, при этом основной поставочный блок котла включает в себя верхний и нижний барабаны, соединенные между собой по торцам вертикальными необогреваемыми опускными трубами, конвективный газоход с расположенными в нем котельными пучками труб и пакетами конвективного пароперегревателя, согласно изобретению, дополнительно в основной поставочный блок котла входят ограждающие цельносварные трубчатые экраны, внешнему контуру основного поставочного блока котла придана форма, максимально приближенная к конфигурации транспортабельного габарита для размещения блока на платформе в наклонном положении под углом 20-30° по отношению к его рабочему положению, причем ось верхнего барабана размещена в районе биссектрисы одного из верхних тупых углов транспортабельного габарита, призматическая топка выполнена автономной, а ее ограждающие стены выполнены в виде боковых цельносварных трубчатых экранов с возможностью соединения экранов с барабанами подводящими и отводящими трубами, при этом в поперечном сечении форма внешнего контура призматической топки приближена к конфигурации транспортабельного габарита при размещении топки на платформе в положении под углом 90° к ее рабочему положению, выходной участок конвективного газохода ОПБК заужен с возможностью размещения в высвободившемся снаружи котла пространстве полностью или частично блочного водяного экономайзера.
Дополнительное размещение ограждающих цельносварных трубчатых экранов в ОПБК позволяет сократить объем монтажных операций при окончательной досборке ОБК на монтажной площадке.
Придание внешнему контуру ОПБК формы, максимально приближенной к конфигурации транспортабельного габарита при размещении блока на платформе в наклонном положении под углом 20-30° по отношению к его рабочему положению, обеспечивает крупноблочную поставку ОБК мощностью более 40 т/ч за счет изготовления его из двух крупных транспортабельных единиц, а также позволяет оптимально использовать определенный транспортабельный габарит при поставке ПТ котла, выполнить ее полностью автономной, соединить ее с барабанами только поводящими и отводящими трубами, а внешнему контуру ОПБК (боковому экрану) - придать форму, максимально приближающуюся к конфигурации данного габарита при размещении ОПБК на платформе в наклонном положении по отношению к его рабочему положению.
Размещение оси верхнего барабана в районе биссектрисы одного из верхних тупых углов транспортабельного габарита дает возможность максимального увеличения межосевого расстояния для барабанов котла и тем самым увеличить габариты котла для увеличения единичной производительности (мощности) котла.
Снабжение котла дополнительно автономной горизонтальной ПТ, ограждающие стены которой выполнены в виде боковых цельносварных трубчатых экранов с возможностью соединения с барабанами подводящими и отводящими трубами, при этом в поперечном сечении конфигурация внешнего контура ПТ приближена к конфигурации транспортабельного габарита при размещении топки на платформе в положении под углом 90° к ее рабочему положению, позволяет создать для котла топку с максимально возможным поперечным сечением для возможности увеличения производительности котла с целью обеспечения его крупноблочной поставки.
Заужение выходного участка конвективного газохода дает возможность размещения в высвободившемся снаружи котла пространстве полностью или частично блока водяного экономайзера и тем самым позволяет уменьшить ширину ячейки в помещении котельной, предназначенной для установки котла в сборе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан паровой водотрубный котел с естественной циркуляцией в сборе, общий вид;
на фиг. 2 показан основной блок котла (ОБК) в рабочем положении после сборки, продольное сечение;
на фиг. 3 показан основной блок котла (ОБК) в рабочем положении после сборки, поперечное сечение;
на фиг. 4 показан основной поставочный блок котла (ОПБК), установленный на платформе в наклонном положении под углом 20-30° по отношению к его рабочему положению, при этом ось верхнего барабана размещается в районе биссектрисы одного из верхних тупых углов транспортабельного габарита;
на фиг. 5 показана горизонтальная призматическая топка (ПТ), в поперечном сечении внешнему контуру ПТ придана конфигурация, максимально приближенная к конфигурации габарита при размещении топки на платформе в положении под углом 90° к ее рабочему положению.
В паровой водотрубный котел с естественной циркуляцией входят:
1 - основной поставочный блок котла (ОПБК), куда входят:
1.1 - верхний барабан;
1.2 - нижний барабан;
1.3 - опускные трубы;
1.4 - конвективный газоход;
1.5 и 1.6 - котельные пучки труб;
1.7 - конвективный пароперегреватель;
1.8 - цельносварные (мембранные) трубчатые экраны
2 - горизонтальная призматическая топка (ПТ), куда входят:
2.1 - боковой цельносварной (мембранный) трубчатый экран;
2.2 - фронтальный цельносварной (мембранный) трубчатый экран;
2.3 - задний цельносварной (мембранный) трубчатый экран;
2.4 - разделительный цельносварной (мембранный) трубчатый экран;
2.5 - фестон или окно;
2.6 и 2.7 - подводящие и отводящие трубы
2.8 - горелочное устройство;
3 - блочный водяной экономайзер (БВЭ);
4 - портал;
5 - газоход;
6 – опоры.
Паровой водотрубный котел с естественной циркуляцией с горизонтальным ходом газов в газоплотном (мембранном) исполнении состоит из основного блока котла ОБК и БВЭ (фиг. 1, 2). С целью обеспечения крупноблочной поставки котлов мощностью более 40 т/ч ОБК изготавливают из двух крупных транспортабельных единиц: ОПБК 1 и ПТ 2 (фиг. 3, 4, 5). ОПБК 1 включает в себя верхний 1.1 и нижний 1.2 барабаны. Барабаны 1.1 и 1.2 соединены между собой по торцам вертикальными необогреваемыми опускными трубами 1.3 и конвективный газоход 1.4 с расположенными в нем котельными пучками труб 1.5 и 1.6 и, если котел служит для выработки перегретого пара, то пакетами или ширмами конвективного пароперегревателя 1.7, а также ограждающие цельносварные (мембранные) трубчатые экраны 1.8. Внешнему контуру ОПБК 1 (боковому цельносварному (мембранному) трубчатому экрану 2.1) придана форма, максимально приближенная к конфигурации данного транспортабельного габарита при размещении ОПБК 1 на платформе в наклонном положении под углом 20-30° по отношению к его рабочему положению таким образом, что ось верхнего барабана 1.1 размещается в районе биссектрисы одного из верхних тупых углов транспортабельного габарита (фиг. 4). ПТ 2 содержит: боковой цельносварной трубчатый (мембранный) экран 2.1, фронтальный цельносварной (мембранный) трубчатый экран 2.2, задний цельносварной (мембранный) трубчатый экран 2.3, разделительный цельносварной (мембранный) трубчатый экран 2.4. В задней части примыкающего к конвективному газоходу 1.4 разделительного цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.4 ПТ 2 выполнен фестон или окно 2.5 для проникновения продуктов сгорания из топки в конвективный газоход 1.4 ОПБК 1, расположенный параллельно ПТ 2. С целью оптимального использования определенного транспортабельного габарита при поставке котла ПТ 2 выполняют полностью автономной, соединенной с барабанами только подводящими 2.6 и отводящими 2.7 трубами и в поперечном сечении внешнему контуру ПТ 2 придают конфигурацию, максимально приближающуюся к конфигурации данного габарита при размещении ПТ 2 вдоль платформы в положении под углом предпочтительно 90° к ее рабочему положению таким образом, что средний участок разделительного цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.4 размещают на платформе транспортного средства (фиг. 5). На фронтальном цельносварном (мембранном) трубчатом экране 2.2 установлено горелочное устройство 2.8. На монтажной площадке после доставки и разгрузки ОПБК 1 и ПТ 2 приводят в рабочее положение и соединяют друг с другом при помощи сварки в одно целое - ОБК и устанавливают на опорах 6. При этом все нижние участки цельносварных (мембранных) трубчатых экранов 1.8 ОБК в рабочем положении располагают в пространстве под углами 15-20° к горизонту, что предотвращает при работе котла расслоение пароводяной смеси и обеспечивает его полную дренируемость после остановки (фиг. 3). Газовый тракт котла завершается в БВЭ 3, который устанавливают на портале 4 после ОБК, и подсоединяют к нему при помощи газохода 5. Участок конвективного газохода 1.4 заужают примерно в 2 раза, что позволит увеличить эффективность теплообмена, а образованная снаружи конвективного газохода 1.4 местная ниша может быть полезно использована для полного или частичного размещения БВЭ 3, что позволяет существенно уменьшить ширину котла в плане при его размещении его в здании котельной.
Паровой водотрубный котел работает следующим образом.
Верхний 1.1 и нижний 1.2 барабаны соединяют между собой по торцам вертикальными опускными трубами 1.3, и конвективным газоходом 1.4 с расположенными в нем котельными пучками 1.5 и 1.6, пакеты конвективного пароперегревателя 1.7. ПТ 2 состоит из бокового цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.1, фронтального цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.2, заднего цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.3 и разделительного цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.4. На фронтальном цельносварном (мембранном) торцевом экране 2.2 устанавливают горелочное устройство 2.8, а в задней части примыкающего к конвективному газоходу 1.4 разделительного цельносварного (мембранного) трубчатого экрана 2.4 ПТ 2 выполняют фестон или окно 2.5 для проникновения продуктов сгорания в конвективный газоход 1.4 ОПБК 1. Газоход 5 располагают параллельно ПТ 2. С целью оптимального использования определенного транспортабельного габарита при поставке котла призматическую топку ПТ 2 выполняют полностью автономной и соединяют с барабанами 1.1 и 1.2 подводящими 2.6 и отводящими 2.7 трубами. Внешнему контуру ОПБК 1 цельносварному (мембранному) трубчатому экрану 1.8 придают форму, максимально приближающуюся к конфигурации данного габарита при размещении ОПБК 1 на платформе в наклонном положении под углом 20-30° по отношению к его рабочему положению (фиг. 3). С этой же целью ПТ 2 в поперечном сечении придают конфигурацию, максимально приближающуюся к конфигурации данного габарита при размещении ее на платформе в положении под углом примерно 90° к ее рабочему положению (фиг. 5). ОПБК 1 и ПТ 2 соединяют друг с другом при помощи сварки в одно целое - основной блок котла ОБК (фиг. 3). При этом цельносварной (мембранный) трубчатый экран 1.8 ОБК в рабочем положении располагают в пространстве под углами более 20° к горизонту, что предотвращает при работе котла расслоение пароводяной смеси и обеспечивает его полную дренируемость. Газовый тракт котла завершается в БВЭ 3, который устанавливают на монтаже после ОБК. В конвективном газоходе 1.4 ОБК происходит интенсивное охлаждение продуктов сгорания, поступающих из ПТ 2 (от температур порядка 1100°С до 400°С и ниже), что приводит к снижению скоростей дымовых газов почти в два раза. Вслед за этим снижается эффективность теплообмена на выходном участке конвективного газохода 1.4. Участок конвективного газохода 1.4 заужают примерно в 2 раза, что позволит увеличить эффективность теплообмена, а образованная снаружи конвективного газохода 1.4 местная ниша может быть полезно использована для полного или частичного размещения БВЭ 3 для уменьшения ширины котла в плане при размещении его в здании котельной и боковом расположении БВЭ 3. Продукты сгорания из ПТ 2 проходят в конвективный газоход 1.4, омывают котельные пучки труб 1.5, 1.6 и змеевики конвективного пароперегревателя 1.7, если котел предназначен для выработки перегретого пара, и через конвективный газоход 1.4 направляется в БВЭ 3, расположенный в нише, образованной заужением на цельносварном (мембранном) трубчатом экране 1.8 конвективного газохода 1.4. Питательная вода через узел питания поступает в БВЭ 3, из БВЭ 3 - в верхний барабан 1.1, а оттуда по опускным трубам 1.3 котловая вода поступает в нижний барабан 1.2, и через испарительные поверхности пароводяная смесь поступает в верхний барабан 1.1, где сепарируется пар, и, если необходимо, в пароперегревателе 1.7 он доводится до требуемых параметров.