Паровой котел

 

Использование: энергетика, котлостроение, пароэнергетические установки с водотрубными котлами. Сущность изобретения: котел содержит пароводяной барабан 1, к нижней части стенки 2 которого подключен пучок опускных труб 7, расположенных соосно внутри заглушенных труб 3. Торцы труб 3 и 7 заведены внутрь барабана 1. Каждая опускная труба выполнена в зоне торца с гибом, имеющим косой срез. Между осями труб пучка размещены радиальные перегородки 5 Т-образной формы, образующие со стенкой барабана 1 сепарационные камеры, в нижней части каждой из которых размещен косым срезом гиб опускной трубы. Каждая перегородка 5 выполнена с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана 1 участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр трубы 3. Опускные трубы 7 выполнены из фторопласта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области котлостроения для транспортных средств, в частности для судовых пароэнергетических установок с водотрубными котлами с пучками соосных двухстенных водяных труб, присоединенных одним концом к корпусу котла или пароводяного барабана и обеспечивающих циркуляцию и теплопередачу при противотоке.

Известен паровой котел, включающий два барабана, связанные между собой трубными пучками в виде обогреваемых подъемных труб и необогреваемых опускных (Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные котлы. Л. Судостроение, 1968. - С. 156-158).

Недостатком этого котла является большая тепловая инерционность вследствие большого водосодержания, определяемого внутренним объемом барабанов и высоким уровнем раздела сред, располагаемым выше трубной доски, пароводяного барабана. Использование холодной или слабо подогретой питательной воды ведет к росту термических напряжений в пучках подъемных и опускных труб, поэтому запуск этого котла в работу осуществляют в течение длительного времени для обеспечения равномерного прогрева металлоконструкций.

Указанные недостатки препятствуют использованию этого котла в энергетических установках с резким изменением нагрузки, в частности, в качестве главного, обеспечивающего движение судна. Необходимость поддержания уровня воды в пароводяном барабане в минимальных пределах от верхнего, определяющего допустимую влажность пара, до нижнего, определяющего надежность циркуляции, и зависящую от диаметра и места установки опускных труб, предопределяет сложность средств автоматического регулирования питания котла и увеличивает их стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является "Котлоагрегат" (паровой котел), содержащий пароводяной барабан, к нижней части стенки которого подключен пучок опускных труб, расположенных внутри глухих подъемных обогреваемых труб на части их длины (а.с. СССР N 488045, F 22 В 21/02, опубл. в 1975 г.).

Недостатком этого котла является также большая тепловая инерционность из-за большого водосодержания барабана, определяемого значительной высотой уровня раздела сред. Использование холодной или слабо подогретой питательной воды в этом котле также недопустимо, поскольку ведет к возникновению термических напряжений в местах контактов патрубков с барабаном, опускными и подъемными трубами. Кроме того, крепление опускных труб к пароводяному барабану увеличивает размеры трубной доски, что приводит к увеличению диаметра барабана и его тепловой инерционности.

Таким образом, котел-прототип также имеет существенные ограничения для использования его в транспортных энергетических установках при резких изменениях нагрузки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение тепловой инерционности котла, позволяющее использовать его в энергетических установках при резких изменениях нагрузки.

Поставленная задача достигается тем, что в известном паровом котле, содержащем пароводяной барабан, к нижней части стенки которого подключен пучок опускных труб, расположенных внутри подъемных обогреваемых труб, в отличие от него, заявляемый дополнительно снабжен радиальными перегородками, каждая из которых выполнена Т-образной формы, а каждая из опускных труб в заявляемом котле размещена соосно внутри подъемной в месте их подключения к барабану. При этом торцы упомянутых опускных и подъемных труб заведены внутрь барабана, а опускная труба в зоне торца выполнена с гибом, имеющим косой срез. Перегородки установлены между осями труб пучка с образованием со стенкой барабана сепарационных камер, в нижней части каждой из которых размещен косым срезом гиб опускной трубы. Каждая перегородка выполнена с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр подъемной трубы. При этом сами опускные трубы выполнены из фторопласта.

Заявленная совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает уменьшение тепловой инерционности котла, позволяющее использовать его в энергетических установках, работающих при резких изменениях нагрузки.

Благодаря установке радиальных перегородок, каждая из которых выполнена T-образной формы и с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр подъемной трубы, внутри барабана образуются многочисленные сепарационные камеры, каждая из которых в совокупности со стенкой барабана, опускными и подъемными трубами данного ряда определяет независимые контуры циркуляции. Количество воды в таком контуре определяется внутренним объемом опускных и подъемных труб и объемом сепарационной камеры, что значительно меньше по сравнению с дополнительным объемом воды в пароводяном барабане, и поэтому такой котел обладает малыми инерционными свойствами.

Т-образная форма радиальных перегородок, кроме того, предотвращает вытекание воды из сепарационной камеры при наличии качки судна и тем самым обеспечивает ее заполнение и надежную циркуляцию.

Выполнение опускных труб в зоне их торцов с гибом, имеющим косой срез, предотвращает попадание пара в опускные трубы и срыв циркуляции воды в контурах котла, в том числе и ее уменьшение при возможности смещения опускной трубы вниз и касания ею стенки барабана. Пароводяной поток, поступая в сепарационную камеру с относительно большим поперечным сечением, замедляется, что создает благоприятные условия для выхода паровых пузырей к поверхности раздела сред и подвода воды к нижней полости сепарационной камеры. Выполнение радиальных перегородок Т-образной формы с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр подъемной трубы, способствует, кроме того, эффективному отделению пара от воды в пароводяном потоке на выходе из подъемных труб.

Установка опускной трубы соосно внутри подъемной в месте ее подключения к барабану, т. е. на всей длине подъемной (а не на части длины), позволяет использовать, не вызывая термических напряжений, недогретую питательную воду, т. к. до поступления в подъемные трубы происходит существенный подогрев ее при движении в опускных трубах. Кроме того, такое размещение труб исключает крепление опускных труб непосредственно к стенке барабана, что, в свою очередь, исключает термические напряжения в барабане и самих трубах и поэтому позволяет использовать опускные трубы из облегченного инертного материала, в частности из фторопласта. Такое выполнение опускных труб из неметаллического материала устраняет химическое и электрическое их взаимодействие как с водой, так и с металлическими элементами конструкции, позволяет снизить металлоемкость котла в целом.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого парового котла.

Котел содержит пароводяной барабан 1, в нижней части 2 стенки которого закреплены обогреваемые подъемный трубы 3, противоположные концы которых снабжены спускными пробками 4. Между осевыми линиями труб 3 на внутренней поверхности нижней части 2 стенки барабана установлены радиальные перегородки 5 Т-образной формы с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр подъемной трубы.

Эти перегородки в совокупности с внутренней поверхностью нижней части 2 стенки барабана образуют сепарационные камеры 6. Внутри подъемных труб 3 по всей их длине соосно установлены опускные трубы 7, выполненные из инертного материала фторопласта. Верхние концы опускных труб 7 выполнены с гибом 8 и косым срезом 9 и заведены в нижнюю полость сепарационных камер 6. К пароводяному барабану 1 подсоединен трубопровод питательной воды 10, расположенный над верхней сепарационной камерой. Минимальное заполнение пароводяного барабана водой соответствует индивидуальным уровням раздела сред 11, определяемым положением верхних частей перегородок 5 сепарационных камер 6.

Котел используют следующим образом. Питательную воду, возможно достаточно холодную, вплоть до температуры 40^oС, подают по трубе 10 в верхнюю сепарационную камеру 6. Излишняя вода из верхней камеры 6 при достижении уровня перелива 11 перетекает в нижерасположенные камеры 6, обеспечивая их постоянное заполнение до индивидуальных уровней 11 всех камер.

При подводе теплоты со стороны газового потока в подъемных трубах 3 образуется пар, который в виде пароводяного потока движется в пространстве между трубами 3 и 7. Питательная вода из сепарационной камеры 6 поступает к косому срезу 9 и далее по гибу 8 и трубе 7 опускается к пробке 4 и в виде пароводяной смеси поднимается по трубе 3 к нижней части 2 стенки барабана, вытекая в полость сепарационной камеры 6, где пар отделяется от воды и выходит в пароводяной барабан 1 через уровень раздела сред 11, а циркуляционная вода вместе с питательной вновь поступает в опускную трубу 7. Таким образом обеспечивается циркуляция воды и пароводяной смеси в независимых контурах циркуляции сепарационных камер 6 в пределах перегородок 5.

Во время ремонтных работ удаляют опускные пробки 4 и производят осушение котла и механическую очистку внутренней поверхности подъемных труб 3 от отложений без вскрытия самого пароводяного барабана.

Формула изобретения

1. Паровой котел, содержащий пароводяной барабан, к нижней части стенки которого подключен пучок опускных труб, расположенных внутри заглушенных с одного торца подъемных обогреваемых труб, отличающийся тем, что он снабжен радиальными перегородками, каждая из которых выполнена Т-образной формы, каждая из опускных труб размещена соосно внутри подъемной в месте их подключения, к барабану, при этом торцы упомянутых труб заведены внутрь барабана, причем опускная труба в зоне торца выполнена с гибом, имеющим косой срез, а перегородки установлены между осями труб пучка с образованием со стенкой барабана сепарационных камер, в нижней части каждой из которых размещен косым срезом гиб опускной трубы, при этом каждая перегородка выполнена с высотой, превышающей высоту размещенного внутри барабана участка подъемной трубы на величину, равную либо превышающую диаметр подъемной трубы.

2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что опускные трубы выполнены из фторопласта.

РИСУНКИ

Рисунок 1