паровой котел

Формула изобретения

1. Паровой котел, включающий смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству посредством подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту, и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего, отличающийся тем, что каждая группа труб вертикального участка заднего экрана через соединительные элементы подвешена к двум, расположенным по обе стороны заднего экрана вне его плоскости опорным средствам, в качестве которых использованы, соответственно, верхний коллектор заднего экрана топки и подовый экран пароперегревателя, при этом верхний коллектор заднего экрана к верхним элементам каркаса котла подвешен со смещением от плоскости заднего экрана в глубину топки, промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя придвинут к верхнему коллектору заднего экрана и подвешен к верхним элементам каркаса котла, а подвесные элементы выполнены в виде тяг и продольных и поперечных элементов жесткости, размещенных соответственно между концами тяг и с внутренней стороны аэродинамического выступа вдоль его труб и скрепленных с тягами с образованием жесткой необогреваемой пространственной конструкции, которая с обогреваемыми трубами подового экрана пароперегревателя и вертикального участка заднего экрана топки и его верхним коллектором связана с возможностью тепловых перемещений последних относительно упомянутой пространственной конструкции.

2. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что каждая жесткая пространственная конструкция из тяг и элементов жесткости с подвешиваемыми группами труб заднего экрана соединена шарнирно.

3. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены в виде поперечных балок, связанных с соединяемыми трубами шарнирно, каждая группа труб к верхнему коллектору заднего экрана топки подвешена через связанную с последним шарнирно дополнительную балку, установленную параллельно поперечной балке, продольные элементы жесткости выполнены в виде продольных балок и с концами тяг, подвешенными к верхнему коллектору заднего экрана, скреплены через упомянутые дополнительные балки, а поперечные элементы жесткости выполнены в виде опорных стержней, концы которых, обращенные к топке, жестко связаны с центральной частью аэродинамического выступа, а противоположные концы - с поперечной и дополнительными балками.

4. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что каждая группа труб вертикального участка заднего экрана к трубам подового экрана пароперегревателя подвешена в месте их гиба при входе в опускную шахту.

5. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя жестко скреплен с верхним коллектором заднего экрана и к верхним элементам каркаса котла подвешен на общей с упомянутым верхним коллектором подвеске.

6. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен в направлении, параллельном верхнему (по ходу рабочей среды) участку аэродинамического выступа.

7. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен на расстояние, не выходящее за пределы наиболее удаленного от плоскости упомянутого экрана участка аэродинамического выступа.

8. Паровой котел по п.1, отличающийся тем, что подовый экран пароперегревателя дополнительно соединен с продольными балками пространственной конструкции посредством шарнирных опор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к паровым котлам, и может быть использовано при реконструкции старых и создании новых паровых котлов.

Известен паровой котел, включающий смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого скреплены посредством соединительных элементов в группы, каждая из которых подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего и подвешенный к верхним элементам каркаса котла и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего. См. М.В.Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ. Стр.150-152, рис.6-14(б). М.: Энергия, 1978 г.

В известном котле в качестве опорных средств для подвески вертикального участка заднего экрана использованы его отдельные трубы, в которые через развилки поступает часть рабочей среды. Указанные трубы расположены с внутренней стороны аэродинамического выступа в плоскости заднего экрана и ограничивают поворотный газоход со стороны топки, ограничивая тем самым площадь размещаемых в газоходе поверхностей нагрева, а следовательно, и мощность котла. К тому же выполнение развилок с дроссельными шайбами усложняет конструкцию заднего экрана топки.

Известен также паровой котел, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности (прототип). См. М.В. Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ, М.: Энергия, 1978 г., стр.150-150, рис.6-15.

Известный паровой котел включает смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего и подвешенный к верхним элементам каркаса котла, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего.

В известном паровом котле трубы вертикального участка заднего экрана скреплены в группы по 8-10 шт. соединительными элементами, выполненными в виде приваренных между трубами промежуточных коротких стальных прутков, и каждая группа подвешена к соответствующему опорному средству, причем в качестве опорных средств использованы рециркуляционные трубы заднего экрана.

При этом весь вес вертикального участка заднего экрана распределяется только на рециркуляционные трубы, что увеличивает нагрузку на указанные трубы и этим снижает надежность у котла. Кроме того, подвесные элементы, посредством которых вертикальный участок заднего экрана подвешен к опорным средствам (рециркуляционным трубам), выполнены в виде косынок, приваренных одними концами к соединительным элементам, объединяющим трубы в группы, а другими концами - непосредственно к рециркуляционным трубам. Для того чтобы снизить влияние неодинакового теплового перемещения необогреваемых косынок и обогреваемых прямых труб соседних с задним экраном экранов, размер косынок выбирают минимально допустимым по условиям прочности, однако до конца избежать разницы перемещений экранов в известном котле не представляется возможным вследствие жесткого крепления подвесных и соединительных элементов к, соответственно, опорным средствам и подвешиваемым трубам, что приводит к возникновению дополнительных напряжений в металле и, в конечном счете, к снижению надежности котла.

Следует отметить, что используемые в качестве опорных средств рециркуляционные трубы заднего экрана расположены в плоскости последнего и ограничивают пространство поворотного газохода со стороны топки, регламентируя тем самым величину площади поверхностей нагрева, размещаемых в газоходе (радиационная и конвективная части пароперегревателя), следовательно, налагая ограничения и на величину мощности котла.

Задачей изобретения является создание такого парового котла, в котором подвеска труб вертикального участка заднего экрана не влияла бы на тепловое перемещение труб экранов и позволяла бы увеличить пространство поворотного газохода для размещения дополнительных поверхностей нагрева, повышая тем самым надежность и мощность котла.

Указанная задача решается тем, что в известном паровом котле, включающем смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого посредством соединительных элементов скреплены в группы, каждая из которых через упомянутые соединительные элементы подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего, и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего, согласно изобретению каждая группа труб вертикального участка заднего экрана подвешена к двум, расположенным по обе стороны заднего экрана вне его плоскости опорным средствам, в качестве которых использованы, соответственно, верхний коллектор заднего экрана топки и подовый экран пароперегревателя, при этом верхний коллектор заднего экрана к верхним элементам каркаса котла подвешен со смещением от плоскости заднего экрана в глубину топки, промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя придвинут к верхнему коллектору заднего экрана и подвешен к верхним элементам каркаса котла, а подвесные элементы выполнены в виде тяг и продольных и поперечных элементов жесткости, размещенных, соответственно, между подвешенными к опорным средствам концами тяг и с внутренней стороны аэродинамического выступа, вдоль его труб, и скрепленных с тягами с образованием жесткой необогреваемой пространственной конструкции, которая с обогреваемыми трубами подового экрана пароперегревателя, группами труб вертикального участка заднего экрана топки и его верхним коллектором связана с возможностью тепловых перемещений последних относительно упомянутой конструкции.

При этом:

- каждая пространственная конструкция из тяг и элементов жесткости с трубами подового экрана пароперегревателя, группами труб вертикального участка заднего экрана топки, его верхним коллектором и трубами подового экрана соединена шарнирно;

- соединительные элементы выполнены в виде поперечных балок, связанных с соединяемыми трубами шарнирно, каждая группа труб к верхнему коллектору заднего экрана подвешена через связанную с последним шарнирно дополнительную балку, установленную параллельно поперечной балке, продольные элементы жесткости выполнены в виде продольных балок и с концами тяг, подвешенными к верхнему коллектору заднего экрана, скреплены через упомянутые дополнительные балки, а поперечные элементы жесткости выполнены в виде опорных стержней, концы которых, обращенные к топке, жестко связаны с центральной частью аэродинамического выступа, а противоположные концы - с поперечной и дополнительной балками;

- каждая группа труб вертикального участка заднего экрана к трубам подового экрана пароперегревателя подвешена в месте их гиба при переходе в опускную шахту;

- промежуточный коллектор подового экрана пароперегревателя жестко скреплен с верхним коллектором заднего экрана и к верхним элементам каркаса котла подвешен на общей с упомянутым верхним коллектором подвеске;

- верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен в направлении, параллельном верхнему (по ходу рабочей среды) участку аэродинамического выступа;

- верхний коллектор заднего экрана в глубину топки смещен на расстояние, не выходящее за пределы наиболее удаленного от плоскости упомянутого экрана участка аэродинамического выступа;

- подовый экран пароперегревателя дополнительно соединен с продольными балками пространственной конструкции посредством шарнирных опор.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый паровой котел (продольный разрез), на фиг.2 - пространственная конструкция (вид по «А» фиг.1).

Паровой котел включает размещенные в каркасе 1 и соединенные между собой топку 2, поворотный газоход 3 и опускную шахту 4. В топке 2 размещен задний экран 5 с аэродинамическим выступом 6. В поворотном газоходе 3 размещен верхний коллектор 7, в который входят трубы заднего экрана 5. Указанный верхний коллектор 7 подвешен к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла со смещением от оси заднего экрана 5 в глубину топки 2. В поворотном газоходе 3 размещен также пароперегреватель, включающий подовый экран 8 часть которого располагается в опускной шахте 4 и конвективную часть, выполненную в виде вертикальных змеевиков 9, подвешенных к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла. Верхний коллектор 7 смещен в глубину топки 2 в направлении преимущественно параллельном верхнему по ходу рабочей среды участка аэродинамического выступа 6. Это необходимо для того, чтобы сохранить угол наклона подового экрана 8 пароперегревателя для обеспечения оптимальных условий отекания с последнего сыпучих отложений. Расстояние, на которое перемещается верхний коллектор 7, не должно превышать расстояния наиболее удаленного от плоскости заднего экрана топки 5 участка аэродинамического выступа, так как дальнейшее смещение верхнего коллектора 7 в глубину топки 2 ухудшает аэродинамику газового потока на выходе из топки 2 и в поворотном газоходе 3. В поворотном газоходе 3 установлен промежуточный коллектор 10 подового экрана 8, сообщенный с трубами последнего. Указанный промежуточный коллектор 10 также смещен в глубину топки 2, размещен рядом с верхним коллектором 7 заднего экрана 5, жестко скреплен с последним и подвешен на одной с ним подвеске 11 к верхним элементам (не показано) каркаса 1 котла. Трубы вертикального участка заднего экрана 5 скреплены в группы посредством соединительных элементов в виде поперечных балок 12, связанных с трубами шарнирно. В отличие от известных котлов в предлагаемом котле каждая группа труб вертикального участка заднего экрана подвешена через соединительные элементы к двум опорным средствам, размещенным вне плоскости экрана, по обе его стороны. Одним из опорных средств является верхний коллектор 7 заднего экрана 5, а другим - трубы подового экрана 8 пароперегревателя. Такая подвеска позволяет перераспределить вес заднего экрана на две опоры, что облегчает работу подвесок. Кроме того, само наличие второго опорного средства и использование в качестве последнего труб подового экрана 8 в месте их гиба при переходе в опускную шахту 4 позволяет сместить верхний коллектор 7 заднего экрана 5 от вертикальной оси заднего экрана в глубину топки 2, и использовать его в качестве опорного средства, что, во-первых, увеличивает размеры поворотного газохода 3, позволяя разместить в нем дополнительные поверхности нагрева, увеличивая тем самым мощность котла без увеличения его габаритных размеров, что очень важно, особенно при реконструкции котлов, а во-вторых, позволяет отказаться от использования в качестве опорных средств рециркуляционных труб заднего экрана (как в прототипе) или от развилок, как в типовых паровых котлах, что упрощает конструкцию заднего экрана. К трубам подового экрана 8 и к верхнему коллектору 7 заднего экрана 5 вертикальный участок последнего подвешен с помощью подвесных элементов, выполненных в виде тяг 13, 14. Предпочтительнее данные тяги 13, 14 изготовить из труб, т.к. напряжения от растяжения распределяются более равномерно. При этом тяги 13 скреплены с верхним коллектором 7 заднего экрана 5 через дополнительные балки 15, связанные с упомянутым верхним коллектором 7 шарнирно и установленные параллельно поперечным балкам 12. Тяги 14 с трубами подового экрана 8 также соединены шарнирно. Между связанными с опорными средствами концами тяг 13, 14 размещены жестко скрепленные с последними продольные балки 16, что позволяет предотвратить прогиб труб подового экрана и смещение верхнего коллектора 7 заднего экрана 5 под действием веса последнего. Каждая группа труб вертикального участка заднего экрана 5 подвешена к трубам подового экрана 8 пароперегревателя по меньшей мере двумя тягами 14. С внутренней стороны аэродинамического выступа 6 установлены поперечные элементы жесткости, выполненные в виде опорных стержней 17, 18, концы которых, обращенные к топке 2, жестко соединены со средним участком аэродинамического выступа 6. Противоположные концы упомянутых опорных стержней 17, 18 жестко скреплены, соответственно, с дополнительной 15 и поперечной 12 балками. Опорные стержни 17, 18 ужесточают конструкцию в поперечном направлении. В аэродинамическом выступе 6 каждой группы труб заднего экрана 5 установлено по две пары опорных стержней 17, 18. Соединенные с тягами 13, 14 продольные 16 и поперечные 17, 18 элементы жесткости образуют жесткую необогреваемую пространственную конструкцию, связанную с обогреваемыми опорными средствами и подвешиваемыми трубами заднего экрана 5 шарнирами 19, что позволяет обеспечить свободное тепловое перемещение упомянутых обогреваемых узлов относительно указанной пространственной конструкции, исключая при этом деформацию экранов. Подовый экран 8 пароперегревателя дополнительно опирается на промежуточные шарнирные опоры 20, установленные между названным экраном 8 и продольными балками 16 и скрепленные с ними.

Во время разогрева и работы котла внутри труб топочных экранов, в том числе и заднего экрана 5, перемещается пароводяная смесь, а в трубах газоплотных панелей пароперегревателя, в том числе и в трубах подового экрана 8, перемещается нагретый пар, и названные экраны за счет температурного расширения удлиняются либо возвращаются к первоначальным размерам при охлаждении после выключении котла. При этом вся жесткая пространственная конструкция из тяг 13, 14 и связанных с ними элементов жесткости в виде опорных стержней 17, 18 и продольных балок 16 работает как единый подвешенный сжатый стержень и обеспечивает одновременно распределение подвешенной к нему массы заднего экрана, а также свободные температурные удлинения (укорочения) экранов. Одновременно с этим опирание подового экрана 8 пароперегревателя через шарнирные опоры 20 на продольные балки 16 предотвращает прогиб труб подового экрана.

Использование необогреваемой пространственной конструкции в качестве подвесных элементов, вследствие ее шарнирного соединения с обогреваемыми трубами экранов и верхним коллектором, не препятствует свободному тепловому перемещению экранов несмотря на разницу температур обогреваемых и необогреваемых поверхностей, компенсирует разницу величин перемещений (при этом размеры необогреваемой конструкции особого значения не имеют), исключая тем самым рост напряжений в металле труб, и, соответственно, повышает надежность котла в целом.