RU2059922C1

RU2059922C1 - Device for cooling boiler drum with steam

Info

Publication number: RU2059922C1
Application number: RU93057469A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Никифоров
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: steam boilers. SUBSTANCE: device provides for installation of additional distribution headers installed together with main ones in quantity of at least two in top part of space under throttle ceiling, in its bottom part under bubbling washing sheets, and in bottom part of water space under cyclones. All headers are arranged at distance of 0.05-6.3 of inner diameter of drum from its wall. Steam escapes from guide pipe connections at angle of 45 deg. <α 90 deg relative to longitudinal axis of drum. EFFECT: provision for cooling boiler drums in transient operating conditions (shutting down, unloading, etc); more uniform cooling of drum wall. 5 dwg

Description

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.). The invention relates to boiler equipment and can be used for steam cooling of boiler drums in transient operation of boilers (during shutdowns, unloading, etc.).

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.A device for cooling a boiler with steam, comprising a distribution manifold in the upper part of the steam volume, connected to a source of extraneous steam, and guide boxes located in the upper part of the housing, connected by inlet sections to the steam volumes of extreme cyclones [1]
The disadvantages of this technical solution are:
1. Low cooling efficiency, which does not allow to cool the drum faster than in 7-10 hours

Невысокая эффективность охлаждения объясняется недостатками компоновки (расположение и количество коллекторов, направление потоков пара и т.п.). The low cooling efficiency is due to layout deficiencies (location and number of collectors, direction of steam flows, etc.).

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). 2. The device’s non-universality, which consists in the impossibility of using the boiler shut-down modes at very common modes without maintaining the water level in the drum (for example, when the pipe tubes, economizer breaks).

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. The latter is explained by the fact that the boiler’s own steam ceases to flow into special boxes for removing steam from cyclones after the water level leaves the drum. In this case, the cooling of the end sections of the drum ceases and significant temperature differences appear along the length of the upper generatrix of the drum.

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.The closest technical solution, selected as a prototype, is a device for cooling the boiler drum with steam from an external source, containing two distribution manifolds; one of which is located in the steam volume of the drum, the other in water, while the collectors are equipped with guide pipes with a steam outlet angle of up to 45 ^{about the} longitudinal axis of the drum [2]
The disadvantages of this technical solution is the low efficiency and reliability.

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.This is because the steam jets leaving the nozzles are at a considerable distance from the drum wall at a distance of 0.5-0.3 D _n , where D _{n is the} inner diameter of the drum, which does not allow efficient heat exchange between the steam and the drum wall. In addition, with a longitudinal step between the jets (about 1.5 m), the drum is cooled by “spots” (only under a steam stream), which contributes to the emergence of additional stresses in the walls of the drum, which significantly reduces the reliability of cooling.

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. Placing one distribution manifold in the steam and water volumes of the drum does not allow, due to a set of design restrictions, to increase the cooling efficiency by increasing the number of holes, bringing them closer to the drum wall, etc. Such restrictions include the inability to use distribution manifolds with a diameter of more than 50-80 mm in the internal volume of the drum filled with separation devices. In turn, the well-known principle of uniform distribution of the medium between the openings for exiting the collector requires a ratio between the total cross-section of the holes and the cross-section of the collector, as 1: 2. Under these conditions, the pitch between the steam outlet openings in existing structures is at least 1.2-1.5 m.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности и надежности расхолаживания. The proposed technical solution is aimed at improving the efficiency and reliability of cooling.

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.To solve this problem, the known device for steam cooling of the boiler drum with separation devices made in the form of a throttle ceiling, bubbler washing and cyclones containing distribution manifolds with guide pipes, one of which is located in the upper part of the steam and the other in the lower part of the water volume, contains distribution manifolds, with the location of all the collectors no less than two in the upper part of the steam volume under the throttle ceiling, its lower parts under sheets of bubbler washing and the lower part of the water volume under cyclones, while all the collectors are located at a distance of 0.05-0.3 of the inner diameter of the drum from its wall, and the angle of steam exit from the guide tubes relative to the longitudinal axis of the drum is 45 ^o <α≅ 90 ^about .

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). Figure 1 shows a cross section of a drum with a steam cooling device; figure 2 guide pipe; figure 3 is a longitudinal section GG of the vertical plane of the drum; figure 4 horizontal sections aa, bb, bb; in FIG. 5 shows graphs of the cooldown of the drums of boilers with cooling devices (known and proposed).

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.A device for cooling a boiler drum 1 with steam, with separation devices made in the form of a throttle ceiling 2, bubbler washing sheets 3, drain boxes 4, washing water from bubbler devices 3 and cyclones 5 with a tray, contains distribution manifolds 6 located at least two in the upper part of the steam volume under the throttle ceiling 2, in the lower part of the steam volume under the bubbler sheets 3, in the lower part of the water volume under the cyclones 5. Distribution manifolds 6 are provided with a guide and nozzles 7 with an angle α of steam exit. Steam from an external source is supplied through steam supply lines 8. Д _{н the} inner diameter of the drum, and the distance of the collector from the wall of the drum in a horizontal plane, cf. average water level in the drum.

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. To cool the drum 1 of the boiler after it is stopped, saturated steam is supplied through the steam supply lines 8 from the drums of the neighboring operating boilers to all the distribution manifolds 6. Through the openings of the guide tubes, steam flows into the wall region of the drum 1, where heat is exchanged between the drum wall and the steam.

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. The steam supply through two collectors makes it possible to bring the steam jets closer to the wall, direct the steam flow in one direction and reduce the pitch between the guide pipes by about 2 times while maintaining the diameter of the distribution manifold. The step between the nozzles in this case decreases from 1-1.5 to 0.5-0.75 m, which allows more even cooling of the wall.

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). It is possible to reduce the diameter of the distribution manifold, as the latter is selected from the condition of a uniform distribution of steam at the exit from the holes (the ratio of the total cross section of the holes and the inner diameter of the collector should be at least 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. The use of two collectors allows you to organize the total steam flow in each half of the drum in different directions, while a closed steam movement is formed, which allows you to intensively include the boiler’s own steam in the heat exchange along with extraneous.

Таким образом, установка двух коллекторов позволяет более интенсивно и равномерно охлаждать стенки барабана, а также выполнить устройство более компактным. Thus, the installation of two collectors allows you to more intensively and evenly cool the walls of the drum, as well as make the device more compact.

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. The installation of two collectors in the lower part of the drum under the trays of cyclones, in addition to the positive aspects from the intensification of heat transfer, indicated above, allows you to clear the passage between the cyclones and ensure the convenience of repair work.

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. Installing additional collectors under the bubbler washing sheets allows cooling the drum wall in the region of the horizontal axis in the areas between the drainage boxes of the washing water from the bubbler device, which also increases the efficiency of the cooling process.

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.Increasing the number of guide nozzles can reduce steam flow through each nozzle, which makes it possible to bring the collectors of the drum wall and to direct the flow of steam at an angle greater than ^about 45 to ^90). This contributes to a more efficient cooling of the walls of the drum, to prevent its cooling by "spots" and to avoid erosive wear during a direct impact of a steam jet into the wall.

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. In addition to increasing the efficiency and reliability of cooling, the location of the distribution manifolds closer to the wall of the drum makes the layout more convenient and thereby increases the convenience of repair work and inspections.

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. Tests of the proposed design were carried out on boilers BKZ-340-140GM, TGM-84B and TG-104. The test results are shown in the graph (figure 5), which shows the pattern of damping using a steam cooling device of the proposed design (I) and using a device of known design (according to the prototype), where ▽ - thermocouples 1-6 on the drum wall. The numbers on the curves on the graph correspond to the numbers of thermocouples on the drum wall. The graph shows that the cooling time of the drum is reduced to 3-4 hours against 7-8 hours using a known device.

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). Therefore, the use of the proposed device for cooling the drum of the boiler with steam can improve the efficiency and reliability of cooling (reduce the cooling time by about 2 times, eliminate the erosion factor, increase the uniformity of cooling of the drum wall).

Claims

A device for cooling a steam of a boiler drum with separation devices in the form of a dividing ceiling, bubble rinsing and cyclones, containing distribution manifolds with nozzles, one of which is located in the upper part of the steam volume, the other in the lower part of the water volume, characterized in that the device further comprises distribution collectors, while all collectors are located at least two in the upper part of the steam volume under the throttle ceiling, its lower part under the sheets of bubbler omyvki and bottom of the water volume under cyclones, all manifolds are located at a distance of 0.05 0.3 internal diameter of the drum from its wall, and the angle of the steam outlet nozzle guide relative to the longitudinal axis of the drum is 45 ^° <α≅ 90 ^°.