RU2121622C1

RU2121622C1 - Small-sized cylindrical boiler with supercharging unit

Info

Publication number: RU2121622C1
Application number: RU97105556/06A
Authority: RU
Inventors: Константин Аркадьевич Якимович
Original assignee: Константин Аркадьевич Якимович
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: power engineering; manufacture of boilers. SUBSTANCE: boiler gas duct is divided into two parts connected in series. Connected to gas duct between these parts is turbine setting in rotation compressor which delivers air to boiler burner. Heat exchange surface of boiler of first part of gas duct is made in form of shells with hollow walls where spiral passages for flow of medium being heated are formed. Heat exchange surface in second part of gas duct is formed by cylinders made from straight adjoining tubes. EFFECT: reduction of diameter or length of steam generating cylinders, mass and overall dimensions of boiler. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в котлостроении. The invention relates to the field of power engineering and can be used in boiler building.

Известен паровой котел с агрегатом наддува, содержащий источник нагреваемой среды, газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, одна из частей газохода на входе подключена к горелочному устройству, причем части газохода подключены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, подключенной к газовому тракту между упомянутыми частями газохода, при этом теплообменная поверхность каждой части газохода выполнена в виде цилиндрических обечаек с полыми стенками, внутри которых выполнены спиральные каналы для прохода нагреваемой среды, причем обечайки, являющиеся по своему назначению парогенерирующими цилиндрами и размещенные одна относительно другой коаксиально с кольцевыми зазорами, образующими в совокупности с центральным каналом при последовательном соединении всех зазоров упомянутый газоход (см. патент Российской Федерации, 2056584, МКЛ F 22 B 1/24, 1996 г. ). Known steam boiler with a boost unit containing a source of heated medium, a gas duct divided into two parts, each of which is formed by its heat exchange surface, one of the parts of the duct at the inlet is connected to the burner device, and the parts of the duct are connected in series with the formation of the gas path, and the unit The boost is made in the form of a compressor forcing air into the burner, driven by a gas turbine connected to the gas path between the mentioned parts of the duct, with heat exchange the surface of each part of the gas duct is made in the form of cylindrical shells with hollow walls, inside of which spiral channels are made for the passage of the heated medium, and shells, which are steam-generating cylinders in their purpose and placed one relative to the other coaxially with annular gaps, which together with the central channel the serial connection of all the gaps mentioned flue (see patent of the Russian Federation, 2056584, MKL F 22 B 1/24, 1996).

Известный котел имеет хорошие весогабаритные характеристики, однако эти характеристики могут быть значительно улучшены. Указанный технический результат может быть достигнут следующим образом. The known boiler has good weight and size characteristics, however, these characteristics can be significantly improved. The specified technical result can be achieved as follows.

Парогенерирующие цилиндры, расположенные по газоходу во второй части за турбиной, по конструкции неоправданно усложнены. Спиральные каналы в парогенерирующих цилиндрах требуются для обеспечения эксплуатационной надежности при протекании нагреваемой среды в зоне с высокой температурой греющих продуктов сгорания, т.е. в первой части газохода до турбины. В газоходе за турбиной температура продуктов сгорания всегда значительно ниже и поэтому здесь не требуется спиральная форма каналов для нагреваемой среды. В этой части котла можно обойтись более простой конструкцией и образовать теплообменную поверхность газохода в виде парообразующих цилиндров, стенки которых изготовлены из расположенных вдоль оси по образующей и примыкающих одна к другой прямых трубок для прохода в них нагреваемой среды, причем данные цилиндры установлены коаксиально по отношению к обечайкам и между собой с зазорами, соединенными последовательно и образующими вторую часть газохода котла. Трубки выходят в коллекторы, в которых могут быть установлены разделительные перегородки по группам трубок для организации прямого и обратного движения нагреваемой среды в цилиндре либо эти разделительные перегородки отсутствуют, и тогда нагреваемая среда движется по трубам в цилиндре в одном направлении. Организация движения нагреваемой среды в цилиндре зависит от параметров и назначения котла. Число парогенерирующих цилиндров из обечаек на первом участке газохода до турбины и число парогенерирующих цилиндров, изготовленных из трубок, на втором участке газохода после турбины также зависит от параметров котла. The steam generating cylinders located along the gas duct in the second part behind the turbine are unreasonably complicated in design. Spiral channels in steam-generating cylinders are required to ensure operational reliability during the flow of a heated medium in an area with a high temperature of heating combustion products, i.e. in the first part of the duct to the turbine. In the gas duct behind the turbine, the temperature of the combustion products is always much lower and therefore there is no need for a spiral channel shape for the heated medium. In this part of the boiler, it is possible to dispense with a simpler design and form the heat exchange surface of the gas duct in the form of vapor-forming cylinders, the walls of which are made of straight tubes located along the axis along the generatrix and adjacent to one another to pass through the heated medium, and these cylinders are installed coaxially with respect to shells and with each other with gaps connected in series and forming the second part of the boiler duct. The tubes go into the collectors, in which dividing partitions can be installed in groups of tubes to organize direct and reverse movement of the heated medium in the cylinder, or these dividing partitions are absent, and then the heated medium moves in the same direction in the pipes in the cylinder. The organization of the movement of the heated medium in the cylinder depends on the parameters and purpose of the boiler. The number of steam generating cylinders from the shells in the first section of the gas duct to the turbine and the number of steam generating cylinders made of tubes in the second section of the gas duct after the turbine also depend on the parameters of the boiler.

Задачей изобретения является создание такой конструкции теплообменных поверхностей на втором участке газохода, которая позволяет уменьшить массогабаритные характеристики котла в целом. Поясним это на примере. Для цилиндрического котла паропроизводительностью 4 т/ч в соответствии с теплогидравлическими расчетами требуются два парогенерирующих цилиндра на первом участке газохода и два парогенерирующих цилиндра на втором участке газохода. При фиксированной величине средних диаметров 3-го и 4-го парогенерирующих цилиндров теплообменная поверхность в случае изготовления их в виде цилиндров из трубок будет при той же длине парогенерирующих цилиндров примерно в π/2 раза больше, чем в случае изготовления их в виде обечаек с внутренними спиральными каналами. Это, в свою очередь, приводит к возможности сократить диаметр или длину парогенерирующих цилиндров при сохранении прежней величины теплообменной поверхности и, в конечном счете, к уменьшению массогабаритных характеристик котла в целом. The objective of the invention is the creation of such a design of heat exchange surfaces in the second section of the duct, which allows to reduce the overall dimensions of the boiler. Let us illustrate this with an example. For a cylindrical boiler with a steam capacity of 4 t / h, in accordance with thermohydraulic calculations, two steam-generating cylinders in the first section of the gas duct and two steam-generating cylinders in the second section of the gas duct are required. If the average diameters of the 3rd and 4th steam generating cylinders are fixed, the heat transfer surface in the case of manufacturing them in the form of cylinders from tubes will be approximately π / 2 times longer with the same length of the steam generating cylinders than in the case of manufacturing them in the form of shells with internal spiral channels. This, in turn, leads to the possibility of reducing the diameter or length of the steam generating cylinders while maintaining the previous value of the heat exchange surface and, ultimately, to reducing the overall dimensions of the boiler.

На фиг. 1 представлена схема выполнения малогабаритного цилиндрического котла с агрегатом наддува, а также показано движение продуктов сгорания по газоходу и нагреваемой среды (в данном случае воды) по каналам парогенерирующих цилиндров; на фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 представлена схема движения нагреваемой среды по трубкам и коллекторам; на фиг. 4 схема движения нагреваемой среды по трубкам и коллекторам, снабженным разделительными перегородками, а на фиг. 5 - схема движения нагреваемой среды и продуктов сгорания в первой части газохода, расположенной до турбины. In FIG. 1 shows a design diagram of a small-sized cylindrical boiler with a boost unit, and also shows the movement of combustion products along the gas duct and the heated medium (in this case, water) along the channels of the steam generating cylinders; in FIG. 2 shows a cross section AA of FIG. one; in FIG. 3 shows a diagram of the movement of a heated medium through tubes and collectors; in FIG. 4 is a diagram of the movement of a heated medium through tubes and collectors equipped with dividing walls, and in FIG. 5 is a diagram of the movement of a heated medium and combustion products in the first part of the duct located to the turbine.

Малогабаритный цилиндрический котел с агрегатом наддува содержит источник нагреваемой среды (не показано), газоход, разделенный на две части 1 и 2, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, а первая часть 1 газохода на входе осевого канала подключена к горелочному устройству 3, причем части 1 и 2 газохода соединены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство 3 воздух компрессора (К) 4 с приводом от газовой турбины (Т) 5, подключенной к газовому тракту между упомянутыми частями 1 и 2 газохода с возможностью вращения под воздействием продуктов сгорания, при этом теплообменная поверхность первой части 1 газохода между горелочным устройством 3 и газовой турбиной 5 выполнена в виде цилиндрических обечаек 6 и 7 с полыми стенками, внутри которых образованы спиральные каналы 8 для прохода нагреваемой среды, обечайки 6 и 7 размещены относительно друг друга коаксиально с зазором и образованием упомянутого газохода. Теплообменная поверхность второй части 2 газохода образована парогенерирующими цилиндрами 9 и 10, расположенными снаружи от обечайки 7, причем стенки цилиндров 9 и 10 изготовлены из расположенных вдоль оси по образующей и примыкающих одна к другой прямых трубок 11 для прохода в них нагреваемой среды, парогенерирующие цилиндры 9 и 10 установлены коаксиально по отношению к обечайкам 6 и 7 и между собой с зазорами и образованием последовательно соединенных между собой каналов газохода, которые с каналами первой части 1 образуют упомянутый газоход, а выход турбины 5 подключен к каналу, образованному внешней поверхностью обечайки 7 и внутренней поверхностью цилиндра 9, при этом трубки 11 соединены с коллекторами 12, расположенными по их концам. Коллекторы 12 могут быть снабжены разделительными перегородками 13 по группам трубок 11 для организации прямого и обратного движения потока нагреваемой среды в цилиндре. Вход в турбину 5 соединен с выходом первой части 1 газохода. A small cylindrical boiler with a boost unit contains a source of a heated medium (not shown), a gas duct divided into two parts 1 and 2, each of which is formed by its heat exchange surface, and the first part 1 of the gas duct at the inlet of the axial channel is connected to the burner device 3, and the parts 1 and 2 of the gas duct are connected in series with the formation of the gas path, and the boost unit is made in the form of a compressor (K) 4 forcing air into the burner 3 driven by a gas turbine (T) 5 connected to the gas path between the mentioned parts 1 and 2 of the duct with the possibility of rotation under the influence of combustion products, while the heat exchange surface of the first part 1 of the duct between the burner 3 and the gas turbine 5 is made in the form of cylindrical shells 6 and 7 with hollow walls, inside which spiral channels 8 are formed for the passage of the heated medium, the shells 6 and 7 are placed relative to each other coaxially with a gap and the formation of the aforementioned gas duct. The heat exchange surface of the second part of the gas duct 2 is formed by steam generating cylinders 9 and 10 located outside the shell 7, and the walls of the cylinders 9 and 10 are made of straight tubes 11 located along the axis along the generatrix and adjacent to one another for the passage of the heated medium into them, steam generating cylinders 9 and 10 are installed coaxially with respect to the shells 6 and 7 and with each other with gaps and the formation of conduit channels that are connected to each other in series, which with the channels of the first part 1 form said duct, and the output of the turbine 5 is connected to the channel formed by the outer surface of the shell 7 and the inner surface of the cylinder 9, while the tubes 11 are connected to the collectors 12 located at their ends. The collectors 12 can be equipped with dividing walls 13 in groups of tubes 11 for organizing direct and reverse movement of the flow of the heated medium in the cylinder. The entrance to the turbine 5 is connected to the outlet of the first part 1 of the duct.

Малогабаритный цилиндрический котел с агрегатом наддува работает следующим образом. A small-sized cylindrical boiler with a boost unit operates as follows.

Продукты сгорания, образующиеся в горелочном устройстве 3 до входа в турбину 5 охлаждаются путем передачи тепла нагреваемой среде в первой части 1 газохода до температуры, допустимой с точки зрения стойкости рабочих лопаток турбины 5. Работа расширения продуктов сгорания в турбине 5 идет на привод сочлененного с ней компрессора 4, который нагнетает воздух в горелочное устройство 3. Отработавшие в турбине 5 продукты сгорания поступают в канал, образованный внешней поверхностью обечайки 7 и внутренней поверхностью цилиндра 9, далее проходят последовательно все остальные участки газохода, продолжая отдавать тепло стенкам парогенерирующих цилиндров 9 и 10 второй части 2 газохода, и выходят из котла. Нагреваемая среда поступает в трубки 11 внешнего парогенерирующего цилиндра 10, который исполняет функцию экономайзерного цилиндра, последовательно проходит остальные каналы, нагреваясь продуктами сгорания, и выходит в виде пара или горячей воды из котла, причем с помощью разделительных перегородок 13 и коллекторов 12 в трубках 11 может быть организован противоток нагреваемой среды. The combustion products formed in the burner 3 before entering the turbine 5 are cooled by transferring heat to the heated medium in the first part of the gas duct to a temperature acceptable from the point of view of resistance of the working blades of the turbine 5. The expansion of the combustion products in the turbine 5 is driven by an articulated a compressor 4, which pumps air into the burner 3. The exhaust products from the turbine 5 enter the channel formed by the outer surface of the shell 7 and the inner surface of the cylinder 9, then pass through therefore, all other sections of the duct, continuing to give heat to the walls of the steam generating cylinders 9 and 10 of the second part 2 of the duct, and exit the boiler. The heated medium enters the tubes 11 of the external steam generating cylinder 10, which acts as an economizer cylinder, sequentially passes through the remaining channels, being heated by the combustion products, and leaves in the form of steam or hot water from the boiler, and with the help of dividing walls 13 and collectors 12 in the tubes 11 can a countercurrent of the heated medium is organized.

Claims

1. A small-sized cylindrical boiler with a pressurization unit, containing a source of a heated medium, a gas duct divided into two parts, each of which is formed by its own heat exchange surface, the first part of the gas duct at the inlet of the axial channel is connected to the burner device, and the gas duct parts are connected in series with the formation of the gas path and the boost unit is made in the form of a compressor forcing air into the burner device driven by a gas turbine connected to the gas path between the mentioned parts the flow, the heat exchange surface of the first part of the gas duct between the burner device and the gas turbine is made in the form of cylindrical shells with hollow walls, inside which spiral channels are formed for the passage of the heated medium, the shells are placed relative to each other coaxially with a gap and the formation of the mentioned gas duct, characterized in that the heat exchange surface of the second part of the duct is formed by cylinders located outside of the shells, and the walls of the cylinders are made of axes along the generatrix and adjacent straight tubes for the passage of the heated medium into them, the cylinders are mounted coaxially with respect to the shells and with each other with gaps and the formation of gas duct channels connected in series, and the turbine outlet is connected to the channel formed by the outer surface of the shell and the inner surface of the cylinder, while the tubes are connected to collectors located at their ends.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the collectors are equipped with dividing walls in groups of tubes for organizing direct and reverse movement of the flow of the heated medium in the cylinder.