Устройство для охлаждения паром котельного барабана

 

Использование: для расхолаживания паром котельных барабанов в переходных режимах эксплуатации котлов (при остановках, разгрузке и т. п.). Сущность изобретения: устройство предусматривает установку дополнительных распределительных коллекторов, которые вместе с основными устанавливают не менее, чем по два в верхней части объема под дроссельным потолком, нижней его части под листами барбатажной промывки и нижней части водяного объема под циклонами. Все коллекторы расположены на растоянии 0,05 - 0,3 внутреннего диаметра барабана от его стенки, что позволяет более равномерно охлаждать стенку барабана. Угол выхода пара из направляющих патрубков 45°<α=90° относительно продольной оси барабана. 5 ил.

Изобретение относится к котельной технике и может быть использовано для расхолаживания паром котельных барабанов в переходных режимах эксплуатации котлов (при остановах, разгрузке и т.п.).

Известно устройство охлаждения котла паром, содержащее распределительный коллектор в верхней части парового объема, подключенный к источнику постороннего пара, и расположенные в верхней части корпуса направляющие короба, подключенные входными участками к паровым объемам крайних циклонов [1] Недостатками данного технического решения являются: 1. Низкая эффективность охлаждения, которая не позволяет охладить барабан быстрее, чем за 7-10 ч.

Невысокая эффективность охлаждения объясняется недостатками компоновки (расположение и количество коллекторов, направление потоков пара и т.п.).

2. Неуниверсальность устройства, которая заключается в невозможности использования при весьма часто встречающихся режимах останова котла без сохранения уровня воды в барабане (например, при разрывах труб экрана, экономайзера).

Последнее объясняется тем, что в специальные короба для отвода пара от циклонов перестает поступать собственный пар котла после ухода уровня воды из барабана. При этом охлаждение торцевых участков барабана прекращается и появляются значительные перепады температур по длине верхней образующей барабана.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для охлаждения барабана котла паром от постороннего источника, содержащее два распределительных коллектора; один из которых расположен в паровом объеме барабана, другой в водяном, при этом коллекторы снабжены направляющими патрубками с углом выхода пара до 45^о относительно продольной оси барабана [2] Недостатками данного технического решения является низкая эффективность и надежность.

Это объясняется тем, что струи пара, выходящие из патрубков, находятся на значительном расстоянии от стенки барабана на расстоянии 0,5-0,3 Д_н, где Д_н внутренний диаметр барабана, что не позволяет эффективно произвести теплообмен между паром и стенкой барабана. Кроме того, при продольном шаге между струями (около 1,5 м) охлаждение барабана происходит "пятнами" (только под потоком пара), что способствует возникновению дополнительных напряжений в стенках барабана, что значительно снижает надежность расхолаживания.

Размещение по одному распределительному коллектору в паровом и водяном объемах барабана не позволяет, в силу комплекса конструктивных ограничений, повысить эффективность охлаждения путем увеличения количества отверстий, приближения их к стенке барабана и т.п. К таким ограничениям относятся невозможность использования распределительных коллекторов диаметром более 50-80 мм в заполненном сепарационными устройствами внутреннем объеме барабана. В свою очередь известный принцип равномерного распределения среды между отверстиями для выхода из коллектора требует соотношения между суммарным сечением отверстий и сечением коллектора, как 1:2. При этих условиях шаг между отверстиями для выхода пара в существующих конструкциях составляет не менее 1,2-1,5 м.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности и надежности расхолаживания.

Для решения поставленной задачи известное устройство парового охлаждения котельного барабана с сепарационными устройствами, выполненными в виде дроссельного потолка, барботажной промывки и циклонов, содержащие распределительные коллекторы с направляющими патрубками, один из которых расположен в верхней части парового, а другой в нижней части водяного объемов, дополнительно содержит распределительные коллекторы, с расположением всех коллекторов не менее, чем по два в верхней части парового объема под дроссельным потолком, нижней его части под листами барботажной промывки и нижней части водяного объема под циклонами, при этом все коллекторы размещены на расстоянии 0,05-0,3 внутреннего диаметра барабана от его стенки, а угол выхода пара из направляющих патрубков относительно продольной оси барабана 45^о< α≅90^о.

На фиг.1 показан поперечный разрез барабана с устройством парового охлаждения; на фиг.2 направляющий патрубок; на фиг.3 продольный разрез Г-Г вертикальной плоскости барабана; на фиг.4 горизонтальные разрезы А-А, Б-Б, В-В; на фиг. 5 показаны графики расхолаживания барабанов котлов с устройствами охлаждения (известным и предлагаемым).

Устройство для охлаждения котельного барабана 1 паром с сепарационными устройствами, выполненными в виде дроссельного потолка 2, листов барботажной промывки 3, коробов слива 4, промывочной воды с барботажных устройств 3 и циклонов 5 с поддоном, содержит распределительные коллекторы 6, расположенные не менее, чем по два в верхней части парового объема под дроссельным потолком 2, в нижней части парового объема под листами барботажной промывки 3, в нижней части водяного объема под циклонами 5. Распределительные коллекторы 6 снабжены направляющими патрубками 7 с углом α выхода пара. Пар от постороннего источника подается через линии подвода пара 8. Д_н внутренний диаметр барабана, а расстояние коллектора от стенки барабана в горизонтальной плоскости, ср.ур. средний уровень воды в барабане.

Для охлаждения барабана 1 котла после его останова через линии подвода пара 8 подается насыщенный пар из барабанов соседних работающих котлов ко всем распределительным коллекторам 6. Через отверстия направляющих патрубков пар истекает в пристенную область барабана 1, где и осуществляется теплообмен между стенкой барабана и паром.

Подача пара через два коллектора позволяет приблизить струи пара к стенке, направить поток пара в одном направлении и уменьшить шаг между направляющими патрубками примерно в 2 раза при сохранении диаметра распределительного коллектора. Шаг между патрубками при этом уменьшается с 1-1,5 до 0,5-0,75 м, что позволяет более равномерно охлаждать стенку.

Возможно и уменьшение диаметра распределительного коллектора, т.к. последний выбирается из условия равномерного распределения пара при выходе из отверстий (соотношение суммарного сечения отверстий и внутреннего диаметра коллектора должно быть не менее 1:2).

Использование двух коллекторов позволяет организовать общий поток пара в каждой половине барабана в разных направлениях, при этом образуется замкнутое движение пара, что позволяет интенсивно включить в теплообмен наряду с посторонним собственный пар котла.

Таким образом, установка двух коллекторов позволяет более интенсивно и равномерно охлаждать стенки барабана, а также выполнить устройство более компактным.

Установка двух коллекторов в нижней части барабана под поддонами циклонов, кроме положительных моментов от интенсификации теплообмена, указанных выше, позволяет освободить проход между циклонами и обеспечить удобство ремонтных работ.

Установка дополнительных коллекторов под листами барботажной промывки позволяет охладить стенку барабана в районе горизонтальной оси на участках между коробами слива промывочной воды с барботажного устройства, что также повышает эффективность процесса расхолаживания.

Увеличение количества направляющих патрубков позволяет снизить расход пара через каждый патрубок, что дает возможность приблизить коллекторы к стенке барабана и направить поток пара под углом, большим 45^о до 90^о). Это способствует более эффективному охлаждению стенок барабана, исключить его охлаждение "пятнами" и избежать эрозионный износ при прямом ударе струи пара в стенку.

Кроме повышения эффективности и надежности охлаждения, расположение распределительных коллекторов ближе к стенке барабана делает более удобной компоновку и тем самым повышает удобство проведения ремонтных работ и осмотров.

Испытания предлагаемой конструкции были проведены на котлах БКЗ-340-140ГМ, ТГМ-84Б и ТГ-104. Результаты испытаний приведены на графике (фиг.5), где отражена картина расхолаживания с использованием устройства парового охлаждения предлагаемой конструкции (I) и с использованием устройства известной конструкции (по прототипу), где ▿- термопары 1-6 на стенке барабана. Цифры у кривых на графике соответствуют номерам термопар на стенке барабана. Из графика видно, что время охлаждения барабана сокращается до 3-4 ч против 7-8 ч с использованием известного устройства.

Следовательно, использование предлагаемого устройства охлаждения барабана котла паром позволяет повысить эффективность и надежность охлаждения (сократить время расхолаживания примерно в 2 раза, исключить эрозионный фактор, повысить равномерность охлаждения стенки барабана).

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОМ КОТЕЛЬНОГО БАРАБАНА с сепарационными устройствами в виде дросельного потолка, барботажной промывки и циклонов, содержащее распределительные коллекторы с патрубками, один из которых расположен в верхней части парового объема, другой в нижней части водяного объема, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит распределительные коллекторы, при этом все коллекторы расположены не менее чем по два в верхней части парового объема под дроссельным потолком, нижней его части под листами барботажной промывки и нижней части водяного объема под циклонами, причем все коллекторы размещены на расстоянии 0,05 0,3 внутреннего диаметра барабана от его стенки, а угол выхода пара из направляющих патрубков относительно продольной оси барабана составляет 45°<α≅ 90°.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5