ПАРОГЕНЕРАТОР
STEAM GENERATOR

Предлагаемое изобретение относится к подогревателям питательной воды.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является патент РФ на полезную модель №169332, МПК F28F 9/02 «Прямоточный паровой котел». Полезная модель обеспечивает компактность и простоту заявленной конструкции за счет совмещения котлом функций экономайзера, деаэратора, шламосборника, расширительного бака, сообщенного; с атмосферой, и бака-аккумулятора с запасом воды, достаточным для безопасной остановки парового котла в аварийных ситуациях. Паровой котел содержит корпус с полостью, ограниченной торцовыми стенками, наружными боковыми стенками корпуса и внутренними стенками камеры сгорания. Внутри камеры сгорания размещен теплообменник, образованный трубопроводом в форме горизонтальных цилиндрических наружного и внутреннего змеевиков. Внутренний змеевик образует топочную поверхность котла, а наружный змеевик - конвективную часть котла, причем конечный виток наружного змеевика соединен с начальным витком внутреннего змеевика соединительным звеном. На выходных трубах змеевиков, на топочном патрубке корпуса котла и задней его стенке установлены излучатели ультразвуковых колебаний, при этом для передачи ультразвуковых колебаний по змеевикам витки последних, соединены между собой посредством сварных соединений. В потолочной части корпуса установлены дымовая труба и дыхательный патрубок. Часть дымовой трубы размещена в полости корпуса, для дополнительного съема тепла из уходящих дымовых газов. В нижней части водонаполненного корпуса имеется шламосборник в виде наклонного желоба, соединенного с патрубком для удаления шлама.
Недостатком данного технического решения является то, что поверхность нагрева известного прямоточного котла выполнена из трех цилиндров. Внутри первого цилиндра находится топочная камера, между первым и вторым, а также между вторым и третьим цилиндрами находится конвективные газоходы. Поскольку эти газоходы имеют большую длину, и не содержат ни каких дополнительных поверхностей нагрева, то поддерживать скорость газов при их охлаждении на экономически выгодном уровне не представляется возможным, что приводит к повышенному расходу металла. При этом для подогрева, поступающего в котельную воздуха необходимо дополнительное внешнее оборудование. Задняя крышка котла представляет собой плоский сосуд под давлением, что сильно ограничивает рабочее давление парогенератора.
Задачей предлагаемого технического решения является создание эффективного парогенератора с обеспечением высокого рабочего давления.
Поставленная задача решается за счет того, что парогенератор, содержит: корпус с размещенными в нем топочной камерой, конвективными газоходами, границы которых выполнены с образованием полости для прокачки нагреваемого воздуха; топочную камеру, стены которой образованы трубами, экранирующими топочную камеру экранами, горелку, установленную в одном из торцов корпуса; обогреваемый атмосферный бак деаэратор; систему подачи воды; дымовую трубу; конвективные поверхности нагрева низкого и высокого давлений; соединительное звено с установленными на нем датчиком температуры, датчиком давления; сепаратор пара; излучатели ультразвуковых колебаний; торцевую фронтальную стальную плиту с, расположенной в ней горелкой; расположенный в корпусе воздухоподогреватель, воздух из которого омывает наружные боковые и верхние стенки конвективных газоходов; паровой инжектор, расположенный в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе и переходной газоход, который выполнен в виде экранированного радиационно-конвективного газохода, расположенного между топочной камерой и обогреваемым атмосферным баком деаэратором. Обогреваемый атмосферный бак деаэратор установлен с противоположной горелке торцевой стороны корпуса. Экранированный радиационно-конвективный газоход содержит фестон высокого давления. Конвективный газоход высокого давления содержит конвективную поверхность нагрева высокого давления. Конвективный газоход низкого давления содержит конвективную поверхность низкого давления. Фестон высокого давления, конвективные поверхности высокого и конвективные поверхности низкого давлений выполнены в форме змеевиков. Оба конвективных газохода выполнены в форме параллелепипедов. Топочная камера выполнена с образованием внутренней поверхности в виде параллелепипеда, а навитые трубы топочной камеры, образующие экран топочной камеры выполнены призматической формы в сечении. Обогреваемый атмосферный бак деаэратор дополнительно снабжен патрубками выпара, продувки и дренажа. Сепаратор пара выполнен пленочного типа, при этом конвективные поверхности нагрева обоих конвективных газоходов выполнены с переменным сечением для прохода газов.Воздухоподогреватель снабжен воздуходувкой, а между ними установлен датчик температуры. Датчик температуры установлен также перед горелкой. В обогреваемом атмосферном баке деаэраторе установлен шламосборник, выполненный в виде наклонного желоба. В верхней части обогреваемого атмосферного бака деаэратора дополнительно установлены датчики уровня воды, подключенные через блок управления питательным насосом низкого давления к системе подачи воды. Часть дымовой трубы размещена в полости корпуса. На соединительном звене начального витка экрана радиационно-конвективного газохода с конечным витком фестона высокого давления установлены датчик температуры и датчик давления. Входная труба конвективной поверхности нагрева высокого давления выведена наружу через полость конвективного газохода высокого давления по проходному футляру. Входная и выходная трубы конвективной поверхности нагрева низкого давления также выведены наружу через полость конвективного газохода низкого давления по проходным футлярам. Система подачи воды включает контур подачи воды из внешнего источника в конвективную поверхность нагрева низкого давления, далее в обогреваемый атмосферный бак деаэратор, затем через линию повышения давления воды в конвективную поверхность нагрева высокого давления, далее в фестон высокого давления и экран топочной камеры. Контур подачи воды из внешнего источника содержит последовательно соединенные датчик температуры, питательный насос низкого давления, обратный клапан и датчик потока воды. Контур подачи воды из внешнего источника соединен с патрубком наполнения конвективной поверхности нагрева низкого давления и обогреваемым атмосферным баком деаэратором. Линия повышения давления воды содержит последовательно соединенные датчик температуры, счетчик расхода воды, питательный насос высокого давления, обратный клапан и датчик давления. На экран топочной камеры нанесена натрубная изоляция.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1. - Основные объемы парогенератора.
Фиг. 2 - Парогенератор и его функциональные элементы.
Фиг. 3 - Схема работы функциональных элементов парогенератора.
Фиг. 4 - Парогенератор вид А
Фиг. 5 - Парогенератор вид Б
Фиг. 6 - Парогенератор разрез 1-1
Фиг. 7 - Парогенератор разрез 2-2
Парогенератор, содержит: корпус с размещенными в нем топочной камерой 2, конвективными газоходами 6, 7, границы которых выполнены с образованием полости для прокачки нагреваемого воздуха; топочную камеру 2, стены которой образованы трубами, экранирующими топочную камеру экранами 3; горелку 8, установленную в одном из торцов корпуса; обогреваемый атмосферный бак деаэратор 10; систему подачи воды; дымовую трубу 9; конвективные поверхности нагрева низкого 7 и высокого 8 давлений; соединительное звено с установленными на нем датчиком температуры, датчиком давления; сепаратор пара 23; излучатели ультразвуковых колебаний; торцевую фронтальную стальную плиту 1 с, расположенной в ней горелкой 8; расположенный в корпусе воздухоподогреватель 32, воздух из которого омывает наружные боковые и верхние стенки конвективных газоходов 6, 7; паровой инжектор 33, расположенный в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 и переходной газоход, который выполнены в виде экранированного радиационно-конвективного газохода 4, расположенного между топочной камерой 2 и обогреваемым атмосферным баком деаэратором, (см. фиг. 2)
Обогреваемый атмосферный бак деаэратор 10 установлен с противоположной горелке 8 торцевой стороны корпуса. Экранированный радиационно-конвективный газоход 4 содержит фестон высокого давления 17. Конвективный газоход высокого давления 6 содержит конвективную поверхность нагрева высокого давления 18. Конвективный газоход низкого давления 7 содержит конвективную поверхность низкого давления 19. Фестон высокого давления 17, конвективные поверхности высокого 18 и конвективные поверхности низкого 19 давлений выполнены в форме змеевиков. Оба конвективных газохода 5, 6 выполнены в форме параллелепипедов. Топочная камера 2 выполнена с образованием внутренней поверхности в виде параллелепипеда, а навитые трубы топочной камеры, образующие экран топочной камеры 3 выполнены призматической формы в сечении. Обогреваемый атмосферный бак деаэратор 10 дополнительно снабжен патрубками выпара 20, продувки и дренажа 16. Сепаратор пара 23 выполнен пленочного типа, при этом конвективные поверхности нагрева 18, 19 обоих конвективных газоходов 6, 7 выполнены с переменным сечением для прохода газов. Воздухоподогреватель 32 снабжен воздуходувкой 39, а между ними установлен датчик температуры Датчик температуры установлен также перед горелкой 8. В обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 установлен шламосборник 36, выполненный в виде наклонного желоба. В верхней части обогреваемого атмосферного бака деаэратора 10 дополнительно установлены датчики уровня воды 11, подключенные через блок управления питательным насосом низкого давления 24 к системе подачи воды. Часть дымовой трубы 9 размещена в полости корпуса. На соединительном звене начального витка экрана радиационно-конвективного газохода 5 с конечным витком фестона высокого давления 17 установлены датчик температуры и датчик давления. Входная труба конвективной поверхности нагрева высокого давления 18 выведена наружу через полость конвективного газохода высокого давления 6 по проходному футляру. Входная и выходная трубы конвективной поверхности нагрева низкого давления 19 также выведены наружу через полость конвективного газохода низкого давления 7 по проходным футлярам. Система подачи воды включает контур подачи воды из внешнего источника в конвективную поверхность нагрева низкого давления, далее в обогреваемый атмосферный бак деаэратор, затем через линию повышения давления воды в конвективную поверхность нагрева высокого давления 18, далее в фестон высокого давления 17 и экран топочной камеры 3. Контур подачи воды из внешнего источника 41 содержит последовательно соединенные датчик температуры 34, питательный насос низкого давления 24, обратный клапан 26 и датчик потока воды 40. Контур подачи воды из внешнего источника 41 соединен с патрубком наполнения конвективной поверхности нагрева низкого давления 19 и обогреваемым атмосферным баком деаэратором 10. Линия повышения давления воды 42 содержит последовательно соединенные датчик температуры 34, счетчик расхода воды, питательный насос высокого давления 25, датчик потока воды 40, обратный клапан 26 и датчик давления 35. На экран топочной камеры 3 нанесена натрубная изоляция, (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6).
Устройство работает следующим образом:
1. Перед пуском парогенератора через патрубок ввода холодной воды низкого давления 12 от внешнего источника закачивают воду питательным насосом низкого давления 24 через конвективную поверхность нагрева низкого давления 19 и патрубок ввода подогретой воды низкого давления в атмосферный бак 13 до верхнего уровня, контролируемого датчиком верхнего рабочего уровня (ВРУ). По сигналу этого датчика блок управления БУ включает питательный насос высокого давления 25.
2. Вода из обогреваемого атмосферного бака деаэратора 10 питательным насосом высокого давления 25 через патрубок ввода высокого давления 14 подается последовательно в трубы поверхностей нагрева 18, 17, 5, 3 и из патрубка выхода пара 15 пароводяная смесь поступает в сепаратор пара 23.
3. Когда уровень воды в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 достигает положения, контролируемого датчиком нижнего рабочего уровня НРУ, подается сигнал на блок управления, который увеличивает развиваемый расход питательного насоса низкого давления 24. При достижении верхнего рабочего уровня развиваемый расход питательного насоса низкого давления 24 снижается до первоначального значения. Таким образом, осуществляется автоматическая увязка работы двух насосов котла.
4. Через 5 минут после включения питательного насоса высокого давления 25 включается воздуходувка 39 и еще через 2 минуты включается горелка 8 в режиме вентиляции котла. Через 15 минут горелка 8 разжигается.
5. При появлении тепла в топочной камере 2 за счет начала испарения воды, начинается рост давления рабочей среды в поверхностях нагрева 18, 17, 5, 3.
6. Паропроизводительность парогенератора поддерживают выдерживанием соотношением вода-топливо.
7. Необходимое давление поддерживают регулятором давления пара до себя 37.
8. Температура воды на выходе на выходе из конвективной поверхности нагрева низкого давления 19 поддерживается на уровне 80-90°С и контролируется датчиком температуры Т2.
9. Вода в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 поддерживается на уровне 100°С, при падении температуры ниже 90 С включается паровой инжектор 33.
10. Благодаря работе генераторов ультразвуковых колебаний происходит осаждение шлама из толщи воды в шламосборник 36 и удаление части растворенных газов в атмосферу. Под воздействием ультразвуковых колебаний предотвращается кислородная коррозия и отложение шлама и накипи на стенках атмосферного бака деаэратора 10 и всех поверхностей нагрева 19, 18, 17, 5, 3. Удаление шлама из шламосборника 36 происходит периодически через патрубок продувки и дренажа 16.
11. Прямоточный паровой котел имеет автоматическую аварийную защиту по следующим параметрам:
- отсутствие расхода в контуре подачи воды из внешнего источника 41 и Линии повышения давления воды 42, контролируются двумя датчиками потока воды 40.
- понижение уровня воды в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 до датчика нижнего аварийного уровня НАУ;
- повышение температуры воды в обогреваемом атмосферном баке деаэраторе 10 более 100°С и менее 80°С, контролируемого датчиком температуры Т2;
- повышение температуры пара на перед сепаратором пара 23 до tн +10°С,
контролируемого датчиком температуры Т6;
- повышение давления воды перед сепаратором пара 23 до Рвых +0,4 МПа,
контролируемого датчиком давления Р2;
- повышение перепада давления на поверхностях нагрева 17 и 18 до ΔР +0,4 МПа,
контролируемого датчиками давления Р1 и Р2, ΔР=Р1-Р2;
- повышение перепада давления на поверхностях нагрева 3 и 4 до ΔР +0,4 МПа,
контролируемого датчиками давления Р2 и Р3, ΔР=Р2-Р3.
По всем остальным аварийным параметрам осуществляется аварийная остановка парового котла и подается сигнал аварии обслуживающему персоналу для принятия мер.
Для лучшего понимания прохождения процессов в предлагаемом парогенераторе римскими цифрами пронумерованы основные объемы парогенератора. Продукты сгорания последовательно проходят через объемы I, II, III, IV. Порядок прохода воды, начиная с элемента 17 пароводяной смеси по котлу по элементам 24-19-10-25-18-17-3-23.
1. I - Топочная камера.
2. II - Радиационно-конвективный газоход.
3. III - Конвективный пакет высокого давления.
4. IV - Конвективный пакет низкого давления.
5. V - Обогреваемый атмосферный бак деаэратор.
Перечень позиций.
1. Фронтальная стальная плита.
2. Топочная камера.
3. Экран топочной камеры.
4. Радиационно-конвективный газоход.
5. Экран радиационно-конвективного газохода.
6. Конвективный газоход высокого давления.
7. Конвективный газоход низкого давления.
8. Горелка.
9. Дымовая труба.
10. Обогреваемый атмосферный бак деаэратор.
11. Датчики уровня воды.
12. Патрубок ввода холодной воды низкого давления.
13. Патрубок ввода подогретой воды низкого давления в атмосферный бак.
14. Патрубок ввода воды высокого давления.
15. Патрубок выхода пара.
16. Патрубок продувки и дренажа.
17. Фестон высокого давления.
18. Конвективная поверхность нагрева высокого давления.
19. Конвективная поверхность нагрева низкого давления.
20. Патрубок выпара.
21. Лазовый люк.
22. Генератор ультразвуковых импульсов.
23. Сепаратор пара.
24. Питательный насос низкого давления.
25. Питательный насос высокого давления.
26. Обратный клапан.
27. F - датчик потока воды.
28. Конденсатоотводчик.
29. Натрубная изоляция.
30. Перегородка.
31. Рама.
32. Воздухоподогреватель.
33. Паровой инжектор.
i
34. Датчик температуры - T.
i
35. Датчик давления - P.
36. Шламосборник.
37. Регулятор давления пара до себя.
38. Предохранительный клапан.
39. Воздуходувка.
40. Датчик потока - F.
41. Контур подачи воды из внешнего источника.
42. Линия повышения давления воды.