проточный парогенератор
Классы МПК: | F22B37/10 котельные водяные трубы; принадлежности к ним F23M5/08 охлаждение к ним; трубчатые экраны |
Автор(ы): | Вольфганг Кастнер[DE], Вольфганг Келер[DE], Эберхард Виттхов[DE] |
Патентообладатель(и): | Сименс АГ (DE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-04-18 публикация патента:
20.03.1997 |
Использование в проточных парогенераторах с вертикальным газоходом, в котором герметично сваренные друг с другом в основном вертикальные трубы образуют стенки топочной камеры и несут горелки. Сущность: в проточных парогенераторах такого типа трубы образуют вместе стенки топочной камеры и несут горелки для ископаемого топлива. Трубы часто снабжены на их внутренней стороне образующими многозаходную резьбу ребрами и включены параллельно друг другу для протекания средства охлаждения. Согласно изобретению внутренний диаметр труб d является функцией частного к, а точки, определенные в системе координат парами значений внутреннего диаметра труб d и частного к, лежат между кривой A и прямой B. При этом для образования частного к служит суммарный весовой расход M всех труб при 100%-ном парообразовании, деленный на периметр газохода в горизонтальном сечении через топочную камеру, и при этом четыре определенные точки лежат на кривой A, которая является постоянной нарастающей. Применение этой системы является выгодным также для проточных парогенераторов с номинальными мощностями значительно ниже 500 мегаватт. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Проточный парогенератор, содержащий вертикальный газоход с горелками, образованный герметично сваренными одна с другой трубами, расположенными в основном, вертикально, имеющими заданный внутренний диаметр d, выполненными с внутренним оребрением в виде многозаходной резьбы и включенными по охлаждающей среде параллельно, отличающийся тем, что внутренний диаметр трубы d является функцией частного К, определяемого путем деления суммарного весового расхода охлаждающей среды (кг/с) через все трубы при 100% парообразовании на периметр газохода (м) в горизонтальном сечении, измеренный по линии, проходящей через центры соседних труб, причем точки, определенные парами значений d и К, лежат в системе координат между кривой А и прямой В, при этом точки, соответствующие парам значений d1 12,5 мм при К1 3 кг/с
d2 20,4 мм при К2 7 кг/с

d3 30,6 при К3 13 кг/с

и d4 39,0 мм при К4 19 кг/с

лежат на кривой А, являющейся постоянно нарастающей, а точки, соответствующие парам значений -
d5 14,3 мм при К5 1,8 кг/с

и d6 38,4 мм при К6 7,6 кг/с

лежат на прямой В. 2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что заданный в метрах шаг ребер h равен 0,9 корня из заданного в метрах внутреннего диаметра d, а высота H резьбы ребер равна по меньшей мере 0,04 d. 3. Парогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренний диаметр труб d, соответствующий частному значению К, максимально на 10% меньше или максимально на 30% больше значения d, соответствующего этому частному К на кривой А. 4. Парогенератор по пп.1 3, отличающийся тем, что при плотности массового потока охлаждающей среды 800 850 кг/м2 с внутренний диаметр труб d составляет до 25 мм, а при плотности массового потока 850 950 кг/м2 с d > 25 мм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к проточному парогенератору с вертикальным газоходом из в основном вертикально расположенных и герметично сваренных друг с другом труб, которые вместе образуют стенки топочной камеры и несут горелки для ископаемого топлива, имеющие внутренний диаметр труб d и содержащие образующие на их внутренней стороне многозаходную резьбу ребра с шагом h и высотой ребер H и которые включены параллельно для протекания средства охлаждения. Подобные проточные парогенераторы с вертикальными системами труб стенок топочной камеры являются более дешевыми в изготовлении по сравнению с винтовыми системами труб и кроме того имеют более низкие потери давления со стороны воды/пара. Разумеется, например, вследствие различной степени зашлаковывания до и после обдувки сажей, могут приводиться к температурным различиям между отдельными трубами на выходе испарителя до 160oC (Европейская патентная заявка 0 217 079), которые обуславливают повреждения вследствие недопустимых тепловых напряжений. Кроме того, подобные парогенераторы вследствие охлаждения труб могут до сих пор изготавливаться только для высоких единичных мощностей. В публикации "Прямоточный котел для работы в режиме со скользящим давлением с вертикальной системой труб топочной камеры" Х. Юзи и др. в журнале "VGB KRAFTWERKSTECHNIK", 64, N.4, стр.292 и т.д. для парогенератора с топочной камерой с вертикальной системой труб и тангенциальным сжиганием каменного угля указано нижнее граничное значение мощности 500 мегаватт. Из этой публикации следует, что массовая плотность потока средства охлаждения в трубе наряду с внутренним диаметром труб является определяющей величиной для аэрогидродинамического определения параметров системы параллельных труб, которая действует в качестве нагревательной поверхности испарителя. Типичные массовые плотности потока для винтовых систем труб топочных камер с гладкими на внутренней стороне трубами лежат между 2000 и 3000 кг/м2 сек. для вертикальных систем труб с внутренним оребрением - между 1500 и 2000 кг/м2 сек. При этих расчетных параметрах доля падения давления на трение во всем падении давления проточного испарителя является очень высокой. Подобные испарители вследствие этого имеют типичную характеристику, согласно которой исходя из расчетного состояния весовой расход в отдельной трубе при ее более сильном нагреве снижается, а при ее более слабом нагреве повышается. Эта характеристика является причиной для больших температурных различий между отдельными трубами на выходе испарителя при газоходах с вертикально расположенными трубами. Для снижения этих температурных различий является известным встраивание дросселей на входе испарителя и/или расположение в верхней части стенок топочной камеры вне газохода смесительных собирающих камер, в которые впадают трубы и в которых имеет место известное выравнивание энтальпии за счет смешивания. При единичных мощностях ниже 500 мегаватт в до сих пор реализованных проточных парогенераторах для стенок топочной камеры была предусмотрена винтовая система труб, чтобы можно было выдерживать необходимые для охлаждения гладких труб массовые плотности потока и достигать известного выравнивания нагрева при больших длинах труб. Эта мера приводит однако к более высоким расходам на изготовление проточного парогенератора и требует сравнительно больших мощностей питающих насосов вследствие появляющегося высокого падения давления. В основе изобретения поэтому лежит задача благоприятного с точки зрения расходов изготовления и эксплуатации проточных парогенераторов, причем температурные различия на выходе испарителя должны быть экономичным образом снижены до допустимых значений и кроме того граница применимости для проточных парогенераторов с вертикальной системой труб стенок топочной камеры должна быть расширена заметно ниже 500 мегаватт. Эта задача решается согласно изобретения для проточных парогенераторов выше названного типа тем, что внутренний диаметр труб d является функцией частного K, а точки, определенные парами значений из внутреннего диаметра труб d и частного K, лежат в системе координат между кривой A и прямой B. При этом для образования частных K суммарный весовой расход M всех труб при 100% паропроизводительности делят на периметр газохода в горизонтальном сечении, измеренном на соединительных линиях центров соседних труб. При этом точки лежат соответственно парам значений. d112,5 мм при K1 3 кг/сек.мd220,4 мм при K27 кг/сек.м,
d330,6 мм при K313 кг/сек.м и
d4= 39,0 мм при K4 19 кг/сек.м
на кривой A, которая является постоянно нарастающей, и причем прямая B определена точками согласно парам значений d514,3 мм при K51,8 кг/сек.м и d6 38,4 мм при K67,6 кг/сек.м
Согласно целесообразным выполнениям соответствующего изобретению проточного парогенератора шаг h в m образующих многозаходную резьбу ребрах на внутренней стороне труб максимально равен 0,9-кратному корня из внутреннего диаметра труб d в m, а высота ребер H составляет, по меньшей мере, 0,04-кратное внутреннего диаметра труб d. Предпочтительное выполнение изобретения состоят в том, что приданный соответственно частному K внутренний диаметр труб d отклоняется максимально на 30% от внутреннего диаметра труб d, соответствующего на кривой A этому частному K. Кривые A и B определены таким образом, что парогенератор еще может работать с минимальной нагрузкой 50% от полной нагрузки или ниже в надежном непрерывном режиме без потери соответствующих изобретению преимуществ. Соответствующее изобретение проточного парогенератора является особенно предпочтительным, поскольку с его помощью настолько уменьшены массовые плотности потоков в протекаемых трубах и внутренний диаметр труб d определен таким образом, что составляющая геодезического падения давления во всем падении давления вызывает изменение характеристики проточных парогенераторов, согласно которому исходя из расчетного состояния весовой расход в отдельной трубе при ее более сильном нагреве повышается, а при ее более слабом нагреве снижается. Эта характеристика нового вида приводит к значительному выравниванию температур пара и таким образом и температур стенки трубы на выходе образующих нагревательные поверхности испарителя стенках топочной камеры. Снижение плотностей массового потока в испарительных трубах имеет и другое преимущество, поскольку при неизменном общем весовом расходе через параллельную систему труб испарителя и при сохранении одинакового внутреннего диаметра труб d количество параллельно включенных на пропускание труб стенок топочной камеры газохода по сравнению с до сих пор обычными расчетами увеличивается. За счет этого является возможным увеличить соотношение объема топочной камеры к общему весовому расходу и значительно расширить границы применения для проточных парогенераторов со стенками топочных камер с вертикальными системами труб в область мощностей, значительно ниже 500 мегаватт. Однако, чтобы обеспечить при этом надежное охлаждение отдельных труб, они должны иметь изнутри ребра. При этом геометрия ребер должна быть такой, чтобы примерно во всей области испарения, вызванного завихрением потока средства охлаждения, всегда имелась в наличии вода на внутренней стенке трубы, и тем самым устранялась опасность пленочного испарения. Соответствующее изобретению выполнение проточных парогенераторов поясняется более подробного с помощью чертежа. При этом на фигурах показано:
Фиг.1 вырез из горизонтального сечения через вертикальный газоход;
Фиг.2 продольное сечение через отдельную трубу;
Фиг.3 система координат с кривыми А и В. Прочный парогенератор с вертикальным газоходом 1 окружен стенками топочной камеры 2. Стенки топочной камеры 2 состоят из вертикально и рядом друг с другом расположенных труб 3, которые герметично сварены друг с другом (фигура 1). Герметично сваренные друг с другом трубы образуют, например, в конструкции труба-перемычка-труба или в конструкции плавниковых труб герметичную стенку топочной камеры 2. Согласно фиг. 2 трубы 3 несут на своей внутренней стороне ребра 4, которые образуют вид многозаходной резьбы с шагом h и высотой ребра H. Внутренний диаметр трубы d труб 3 определен через расчетный диаметр круга, имеющего такую же площадь, что и суженное ребрами 4 свободное поперечное сечение труб 3. Для создания достаточно большого завихрения потока средства охлаждения внутренний диаметр трубы d и шаг h определяются взаимно функцией

Класс F22B37/10 котельные водяные трубы; принадлежности к ним
Класс F23M5/08 охлаждение к ним; трубчатые экраны
горелка с внутренним сгоранием - патент 2462660 (27.09.2012) | ![]() |
огневой стенд для испытания горелочных устройств - патент 2132998 (10.07.1999) | |
уплотнение узла крепления - патент 2074337 (27.02.1997) | |
котел - патент 2059158 (27.04.1996) |