RU2153625C1

RU2153625C1 - Gas-tube heat-recovery boiler

Info

Publication number: RU2153625C1
Application number: RU99118990A
Authority: RU
Inventors: Ф.Ш. Исхаков; Ю.Н. Андриянов; О.В. Глуховцев; А.И. Садреев; Н.Т. Сулейманов; М.М. Ханнанов; Ф.Х. Хурматуллин; Б.Е. Сельский; Р.Р. Салихов
Original assignee: Башкирский институт патентоведения и сертификации
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: hot-gas heat recovery. SUBSTANCE: boiler may be used to produce steam of low and average pressure. Gas-tube heat recovery boiler has body with inlet and outlet chambers for gas, gas-tube bundle mounted in tube plates and provided with evaporating and heating surfaces, pipe connections for feed-water supply and removal of produced steam. Upper part of evaporating surface of gas tubes has vertical lanes in tube bundle between parallel rows of tubes which flow area exceeds that between tubes in heating and lower parts of evaporating surface of tube bundle which are continuously filled with tubes. EFFECT: intensification of heat transfer in water volume and enhanced reliability of operation. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к области утилизации тепла горячих газов, отходящих от различных технологических установок, и может быть использовано для получения пара низкого и среднего давления, необходимого, например, в технологии производства керамического кирпича для нагрева и увлажнения сырья. The invention relates to heat engineering, in particular to the field of heat recovery of hot gases from various technological installations, and can be used to produce low and medium pressure steam, necessary, for example, in the technology of manufacturing ceramic bricks for heating and moisturizing raw materials.

Известен газотрубный котел (а.с. СССР N 1179006, F 22 B 7/18, 1985 г.), содержащий пучок труб первого и второго хода, соединенных торцевой поворотной камерой, которая снабжена нагревателями, размещенными на ее стенках и выполненными преимущественно в виде трубчатых экранов. Known gas tube boiler (AS USSR N 1179006, F 22 B 7/18, 1985), containing a bunch of pipes of the first and second stroke, connected by an end rotary chamber, which is equipped with heaters placed on its walls and made mainly in the form tubular screens.

Известен также горизонтальный котел (а.с. СССР N 866329, F 22 B 9/12, 1981 г.), содержащий барабан с передними и задним днищами, в зоне последнего из которых подключены питательный и дренажный патрубки, продольно установленные в барабане дымогарные трубы, закрепленные в днищах, а также продольные перегородки с наклонными в вертикальной осевой плоскости участками, разделяющими барабан на отсеки, сообщенные между собой проемами, расположенными в зоне верхних и нижних торцов перегородок. Причем наклонные участки перегородок расположены между трубами. A horizontal boiler is also known (as USSR AS N 866329, F 22 B 9/12, 1981), containing a drum with front and rear bottoms, in the area of the last of which are connected feeding and drainage pipes, smoke tubes installed longitudinally in the drum fixed in the bottoms, as well as longitudinal partitions with sections inclined in the vertical axial plane, dividing the drum into compartments, interconnected by openings located in the area of the upper and lower ends of the partitions. Moreover, the inclined sections of the partitions are located between the pipes.

Наиболее близким техническим решением к данному аппарату является газотрубный котел-утилизатор для использования тепла технологических газов (П.Д. Лебедев, А.А. Щукин. "Теплоиспользующие установки промышленных предприятий" (курсовое проектирование), М.: Энергия, 1970 г. ), содержащий корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубную решетку пучок газовых труб, имеющий испарительную и нагревательную поверхности, и штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара. The closest technical solution to this apparatus is a gas-tube waste heat boiler for using the heat of process gases (PD Lebedev, AA Shchukin. “Heat-using installations of industrial enterprises” (course design), M .: Energy, 1970) comprising a housing with gas inlet and outlet chambers, a bundle of gas pipes mounted in a tube sheet having an evaporating and heating surfaces, and fittings for supplying feed water and for removing the resulting steam.

Задачей изобретения является интенсификация теплоотдачи в водном объеме путем внесения изменений в конструкцию расположенного в нем трубного пучка и повышение надежности работы котла-утилизатора. The objective of the invention is to intensify heat transfer in the water volume by making changes to the design of the tube bundle located in it and increasing the reliability of the waste heat boiler.

Задача решается посредством котла-утилизатора, содержащего корпус с входной и выходной камерами для газа, вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб, который имеет испарительную и нагревательную поверхности, и штуцеры для подвода питательной воды и отвода получаемого пара, в котором в отличие от прототипа верхняя часть испарительной поверхности газовых труб имеет в трубном пучке вертикальные коридоры между параллельными рядами труб, проходное сечение которых больше, чем проходное сечение между трубами в нагревательной и нижней части испарительной поверхности трубного пучка, которые имеют сплошное заполнение трубами. Штуцер для подвода питательной воды целесообразно снабдить смесителем для смешения питательной и котловой воды, а сам смеситель может выполняться из концентрически расположенных труб разного диаметра. The problem is solved by means of a recovery boiler, which contains a body with gas inlet and outlet chambers, a bundle of gas pipes mounted in the tube grills, which has an evaporating and heating surfaces, and fittings for supplying feed water and removing the resulting steam, in which, unlike the prototype, the top part of the vaporization surface of gas pipes has vertical corridors in the tube bundle between parallel rows of pipes, the passage section of which is greater than the passage section between pipes in the heating and lower parts of the evaporation surface of the tube bundle, which are continuously filled with pipes. It is advisable to provide a fitting for supplying feedwater with a mixer for mixing feedwater and boiler water, and the mixer itself can be made of concentrically arranged pipes of different diameters.

Наличие вертикальных коридоров в верхней части испарительной поверхности газовых труб обеспечивает отвод паровых пузырьков из водяного объема без соприкосновения с трубами, что предотвращает оголение труб в процессе кипения воды и тем самым способствует интенсификации теплоотдачи от поверхности трубок к воде. Следует отметить, что теплоотдача от нагретой поверхности к воде происходит значительно интенсивнее, чем к водяному пару. The presence of vertical corridors in the upper part of the evaporating surface of gas pipes ensures the removal of steam bubbles from the water volume without touching the pipes, which prevents exposure of the pipes during boiling water and thereby enhances the heat transfer from the surface of the pipes to the water. It should be noted that heat transfer from a heated surface to water occurs much more intensively than to water vapor.

Эффективное смешение питательной и котловой воды при помощи специального смесителя предотвращает местно переохлаждение труб, поступающей в котел питательной водой, что позволяет избежать термических напряжений в материале труб и этим повышает надежность эксплуатации оборудования. Effective mixing of feed and boiler water with a special mixer prevents local overcooling of pipes entering the boiler with feed water, which avoids thermal stresses in the pipe material and thereby increases the reliability of equipment operation.

На фиг. 1 показан котел-утилизатор и его разрез по Б-Б; на фиг. 2 изображен смеситель и его разрез по А-А. In FIG. 1 shows a waste heat boiler and its section along BB; in FIG. 2 shows the mixer and its section along AA.

Котел-утилизатор содержит корпус 1 со входной газораспределительной камерой 2 и выходной газосборной камерой 3. Камеры 2, 3 снабжены штуцерами 4, 5 для подвода и отвода горячих газов соответственно, а также манометрами 6, 7 и датчиками температуры 8, 9. Для осмотра камер газового тракта имеются люки 10, 11. The recovery boiler contains a housing 1 with an inlet gas distribution chamber 2 and an outlet gas collection chamber 3. Chambers 2, 3 are equipped with fittings 4, 5 for supplying and discharging hot gases, respectively, as well as manometers 6, 7 and temperature sensors 8, 9. For inspecting the chambers gas path there are hatches 10, 11.

В корпусе 1 размещен также вмонтированный в трубные решетки пучок газовых труб 12, который образует нагревательную и испарительную поверхности. Нагревательная поверхность и нижняя часть испарительной поверхности 13 конструктивно выполнены со сплошным заполнением трубами с узкими проходами между ними, а верхняя часть испарительной поверхности 14 имеет в трубном пучке 12 вертикальные коридоры 15 между параллельными рядами труб. В корпусе 1 расположен штуцер 16 для подвода питательной воды, который снабжен смесителем 17. Над корпусом 1 выступает сухопарник 18, в котором размещено отбойное устройство 19 для отделения капельной влаги от пара. Сухопарник 18 имеет штуцер 20 для отвода пара из котла. В нижней части корпуса 1 расположен сборник 21, снабженный штуцером 22 для отвода солей, накопившихся в котловой воде или продувки котла. In the housing 1 is also placed a bundle of gas pipes 12 mounted in the tube sheets, which forms a heating and evaporation surface. The heating surface and the lower part of the evaporation surface 13 are structurally made with continuous filling with pipes with narrow passages between them, and the upper part of the evaporation surface 14 has vertical corridors 15 in the tube bundle 12 between parallel rows of pipes. In the housing 1 there is a fitting 16 for supplying feed water, which is equipped with a mixer 17. Above the housing 1 stands a steam chamber 18, in which a breaker device 19 is located for separating droplet moisture from steam. Sukhoparnik 18 has a fitting 20 for removing steam from the boiler. In the lower part of the housing 1 there is a collector 21, equipped with a fitting 22 for removing salts accumulated in the boiler water or purging the boiler.

Корпус 1 имеет линзовый компенсатор 23, обеспечивающий безопасную эксплуатацию котла при термических расширениях корпуса. Для целей безопасной эксплуатации котла-утилизатора предусмотрены также два предохранительных клапана 24, дублирующие друг друга, манометр 25 и датчик реле сигнализации уровня 26. Штуцер 27 служит для первоначального заполнения водой котла-утилизатора и вывода горячей воды в процессе работы (если это необходимо), а штуцеры 28, 29 предназначены для монтажа приборов и регуляторов уровня жидкости в котле. Котел-утилизатор установлен на неподвижную 30 и подвижную 31 опоры. The housing 1 has a lens compensator 23, which ensures the safe operation of the boiler during thermal expansion of the housing. For the safe operation of the waste heat boiler, two safety valves 24 are provided, duplicating each other, a pressure gauge 25 and a level 26 alarm sensor. The fitting 27 is used for initial filling of the waste heat boiler with water and the withdrawal of hot water during operation (if necessary), and fittings 28, 29 are intended for installation of devices and liquid level regulators in the boiler. The recovery boiler is mounted on a fixed 30 and a movable 31 supports.

Котел-утилизатор работает следующим образом. The waste heat boiler operates as follows.

Питательная вода через штуцер 16 поступает в смеситель 17 в количестве равном производительности котла по пару и величине продувки котла. В смесителе 17, работающем на принципе эжекции, происходит смещение питательной воды с котловой. Вода, отводимая из смесителя 17, попадает в водяной объем и контактирует с нагревательной частью поверхности 13 трубного пучка 12. На этом участке труб достигается начало температуры кипения воды и она начинает кипеть, соприкасаясь при дальнейшем продвижении с испарительной частью поверхности 13. Для нагрева воды используются только нижние 4 - 5 рядов поверхности 13, имеющей сплошное заполнение трубами, остальная часть этой поверхности работает в режиме парообразования. Образующийся в процессе кипения воды насыщенный пар отводится из водяного объема в виде пузырьков по вертикальным коридорам 15 испарительной поверхности 14 и, проходя отбойное устройство 19, через штуцер 20 выводится из котла. Feed water through the nozzle 16 enters the mixer 17 in an amount equal to the boiler output per steam and the amount of purge of the boiler. In the mixer 17, working on the principle of ejection, there is a shift in the feed water from the boiler. The water discharged from the mixer 17 enters the water volume and contacts the heating part of the surface 13 of the tube bundle 12. At this section of the pipes, the boiling point of water is reached and it begins to boil, coming in contact with the further advancement with the evaporation part of the surface 13. only the lower 4 - 5 rows of the surface 13, which is completely filled with pipes, the rest of this surface works in the mode of vaporization. The saturated steam formed during the boiling process of water is discharged from the water volume in the form of bubbles along the vertical corridors 15 of the evaporation surface 14 and, passing the fencing device 19, is discharged from the boiler through the fitting 20.

Горячие газы через штуцер 4 поступают в газораспределительную камеру 2 и попадают в пучок газовых труб 12, нагревая при этом поступающую в котел воду. Проходя пучок труб 12, в результате теплоотдачи газы охлаждаются до заданной температуры и попадают в газосборную камеру 3, а затем выводятся из котла через штуцер 5. Поступающая в котел вода частично превращается в пар и концентрация солей в ней постепенно увеличивается. Эта вода, накапливаясь в нижней части корпуса 1, продвигается к сборнику 21 и через продувочный штуцер 22 выводиться из котла. Hot gases through the nozzle 4 enter the gas distribution chamber 2 and fall into the bundle of gas pipes 12, while heating the water entering the boiler. Passing the tube bundle 12, as a result of heat transfer, the gases are cooled to a predetermined temperature and enter the gas collection chamber 3, and then are discharged from the boiler through the nozzle 5. The water entering the boiler partially turns into steam and the salt concentration in it gradually increases. This water, accumulating in the lower part of the housing 1, advances to the collector 21 and through the purge nipple 22 is discharged from the boiler.

В процессе работы котла-утилизатора осуществляется контроль температуры газов на входе и выходе котла датчиками температуры 8, 9 и давление газа манометрами 6, 7. Кроме того, предусмотрен автоматический и визуальный контроль и регулирование уровня воды в котле и его сигнализации при помощи реле уровня 26. Давление пара в котле-утилизаторе контролируется манометром 25. During the operation of the recovery boiler, the temperature of the gases at the inlet and outlet of the boiler is monitored by temperature sensors 8, 9 and the gas pressure by pressure gauges 6, 7. In addition, automatic and visual control and regulation of the water level in the boiler and its alarm using level switch 26 are provided The steam pressure in the recovery boiler is controlled by a pressure gauge 25.

Технический результат изобретения заключается в интенсификации теплоотдачи в водяном объеме и повышении надежности работы котла-утилизатора. Интенсификация теплоотдачи в кипящей воде достигается за счет отвода пузырьков пара из водяного объема без соприкосновения их с нагретыми поверхностями труб, что обеспечивает более эффективное смачивание последних и приводит к увеличению теплоотдачи с единицы поверхности теплопередающих труб, так как коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности к воде на порядок выше, чем к водяному пару. The technical result of the invention is to intensify heat transfer in the water volume and increase the reliability of the waste heat boiler. The intensification of heat transfer in boiling water is achieved by removing vapor bubbles from the water volume without touching them on the heated surfaces of the pipes, which provides a more effective wetting of the latter and leads to an increase in heat transfer per unit surface of the heat transfer pipes, since the heat transfer coefficient from the heated surface to water is an order of magnitude higher than water vapor.

Интенсификация теплоотдачи позволяет достаточно эффективно использовать в котле-утилизаторе данной конструкции тепловую энергию даже таких низкотемпературных газов с температурами порядка 150 - 170^oC. В этом случае давление в котле-утилизаторе не будет превышать 6 - 7 ати, что позволяет его безопасно эксплуатировать в автоматическом режиме работы без специально обученного персонала. В целях безопасности эксплуатации котла-утилизатора в данном случае достаточно иметь автоматические устройства контроля, регулирования, сигнализации основных его параметров давления, температуры, уровня.The intensification of heat transfer allows the heat energy of even such low-temperature gases with temperatures of the order of 150 - 170 ^o C. to be used quite effectively in the waste heat boiler of this design. In this case, the pressure in the waste heat boiler will not exceed 6 - 7 ati, which allows it to be safely operated in an automatic operating mode without specially trained personnel. In order to ensure the safe operation of the recovery boiler, in this case it is sufficient to have automatic devices for monitoring, regulating, signaling its main parameters of pressure, temperature, level.

Надежность работы котла-утилизатора и безопасность его эксплуатации обеспечивается также интенсивным смешением питательной и котловой воды при помощи смесителя специальной конструкции, что создает возможность подать воду в котел-утилизатор при любой температуре без предварительного нагрева ее в экономайзере. The reliability of the waste heat boiler and the safety of its operation is also ensured by intensive mixing of the feed and boiler water using a special design mixer, which makes it possible to supply water to the waste heat boiler at any temperature without preheating it in the economizer.

Источники информации
1. А.С. СССР 1179006, F 22 B 7/18, 1985 г.Sources of information
1. A.S. USSR 1179006, F 22 B 7/18, 1985

2. А.С. СССР 866329, F 22 B 9/12, 1981 г. 2. A.S. USSR 866329, F 22 B 9/12, 1981

3. П. Д. Лебедев, А.А. Щукин "Теплоиспользующие установки промышленных предприятий" (курсовое проектирование), М., Энергия, 1970 г. 3. P.D. Lebedev, A.A. Schukin "Heat-using installations of industrial enterprises" (course design), M., Energy, 1970

Claims

1. Gas-tube recovery boiler, comprising a housing with an inlet and outlet gas chambers, a bundle of gas pipes mounted in the tube sheets, having an evaporating and heating surfaces, fittings for supplying feed water and removing the resulting steam, characterized in that the upper part of the vapor surface of the gas pipe has vertical corridors in the tube bundle between parallel rows of pipes, the bore of which is larger than the bore between the pipes in the heating and lower parts of the evaporation surface and a tube bundle that are continuously filled with tubes.

2. The gas-boiler utilizer according to claim 1, characterized in that the fitting for supplying feed water is equipped with a mixer for mixing feed and boiler water.

3. Gas-tube waste heat boiler according to claims 1 and 2, characterized in that the mixer is made of concentrically arranged pipes of different diameters.