RU2188982C1

RU2188982C1 - Steam water boiler

Info

Publication number: RU2188982C1
Application number: RU2001109460/06A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Вернигоров; А.Н. Степанчук
Original assignee: Вернигоров Евгений Иванович; Степанчук Александр Николаевич
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: invention relates to heating and hot water supply systems for producing steam and hot water. Proposed steam-water boiler has fire chamber with heating surface in form of end face wall, steam chamber with steam generation surface made integral with end face wall of fire chamber in form of fire plate, steam uptake tube communicating with housing. Boiler is furnished with cold water inlet and hot water outlet tubes arranged in housing to form shell-and-tube heat exchanger and downtake tube to return condensate from exchanger. Lower end of downtake tube is located in steam chamber and is furnished with condensate sprayer, and upper end of uptake tube is located in housing. Fire plate surface can be provided with projections and cavities. Uptake tube is placed inside downtake tube. Upper end of uptake tube is located above condensate level in heat exchanger housing. EFFECT: enhanced efficiency and simplified design. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения пара и горячей воды в системах отопления и горячего водоснабжения. The invention relates to a power system and can be used to produce steam and hot water in heating systems and hot water supply.

Известна паропроизводящая установка, содержащая погружной вертикальный корпус с парогенератором, сообщенным с водоподводящей и пароотводной трубами (см. авт.св. СССР 1531598, кл. F 22 В 1/02, опубл. 1994). Данная установка, предназначенная для опреснения морской воды, не пригодна для применения в системах горячего водоснабжения. Известен паровой котел, содержащий газоход, парогенерирующие и опускные трубы, а также барабан, соединенный с собирающим коллектором (см. авт. св. СССР 992898, кл. F 22 В 23/04, опубл. 1983). Известен также способ, в котором воду периодически подают на различные участки подогретого стеклоблока, на который с целью повышения количества утилизируемого тепла предварительно наносят раствор жидкого стекла, а подачу воды уменьшают по мере охлаждения блока (см. авт.св. СССР 1064073, кл. F 22 B 1/04, 1983). Данный способ применяется для утилизации тепла, выделяющегося при охлаждении блока. Полученный таким образом пар, параметры которого зависят от температуры и массы охлаждаемого блока, в дальнейшем используют для нагрева других блоков, подлежащих термообработке. По причине низкой производительности указанный способ, целиком основанный на технологии производства стеклоблоков, невозможно использовать в системах парового и (или) горячего водоснабжения. Known steam generating installation containing a vertical submersible casing with a steam generator in communication with the water supply and steam pipes (see ed. St. USSR 1531598, class. F 22 B 1/02, publ. 1994). This installation, designed for desalination of sea water, is not suitable for use in hot water systems. Known steam boiler containing a flue, steam generating and lowering pipes, as well as a drum connected to a collecting manifold (see ed. St. USSR 992898, class F 22 B 23/04, publ. 1983). There is also a method in which water is periodically supplied to various sections of a heated glass block, on which, in order to increase the amount of heat utilized, a liquid glass solution is preliminarily applied, and the water supply is reduced as the block cools (see ed. St. USSR 1064073, class F 22 B 1/04, 1983). This method is used to recover heat generated during cooling of the unit. The steam obtained in this way, the parameters of which depend on the temperature and mass of the cooled block, is subsequently used to heat other blocks that are subject to heat treatment. Due to the low productivity, this method, which is entirely based on the technology of glass block production, cannot be used in steam and (or) hot water supply systems.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является парогенератор, содержащий паровую камеру с водораспределительным устройством, имеющим входной и выходной участки, и греющую насадку в виде жаропрочного кожуха. В нем имеются два ряда нагревателей, в которых циркулирует расплавленный свинец, используемый в качестве теплоносителя (см. авт.св. СССР 1092324, кл. F 22 B 27/16, 1984 - прототип). Паровая камера в парогенераторе расположена между рядами нагревателей, входной участок водораспределителя - под нижним рядом нагревателей, а выходной - против греющей насадки. The closest in technical essence to the proposed invention is a steam generator containing a steam chamber with a water distribution device having an input and output sections, and a heating nozzle in the form of a heat-resistant casing. It has two rows of heaters in which molten lead circulates, used as a coolant (see ed. St. USSR 1092324, class F 22 B 27/16, 1984 - prototype). The steam chamber in the steam generator is located between the rows of heaters, the inlet section of the water distributor is located under the lower row of heaters, and the outlet is against the heating nozzle.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность его конструкции, обусловленную применением нагревателей с теплоносителем в виде расплавленного свинца. Такие нагреватели не всегда безопасны с точки зрения экологии, поскольку существует вероятность утечки паров этого ядовитого металла. Кроме того, даже при кратковременном выключении нагревателя свинец быстро затвердевает и перестает циркулировать, а для его повторного плавления требуется дополнительная энергия. The disadvantages of the prototype include the complexity of its design, due to the use of heaters with a coolant in the form of molten lead. Such heaters are not always safe from an environmental point of view, since there is a possibility of leakage of the fumes of this toxic metal. In addition, even with a short shutdown of the heater, lead quickly hardens and ceases to circulate, and additional energy is required to re-melt it.

Техническая задача состоит в упрощении конструкции, повышении эффективности. The technical task is to simplify the design, increase efficiency.

Технический результат достигается тем, что пароводогрейный котел, содержащий жаровую камеру, имеющую поверхность нагрева в виде торцовой стенки, паровую камеру с поверхностью парообразования, выполненной заодно с торцовой стенкой жаровой камеры в виде жаровой пластины, подъемную трубу для пара, сообщенную с кожухом, снабжен трубами для впуска холодной и выпуска горячей воды, размешенными в кожухе с образованием кожухотрубного теплообменника, а также опускной трубой для возврата конденсата из теплообменника, нижний конец которой размещен в паровой камере и снабжен устройством для разбрызгивания конденсата, при этом верхний конец подъемной трубы размещен в кожухе. Котел характеризуется тем, что поверхность жаровой пластины выполнена с выступами и впадинами. Котел характеризуется также тем, что подъемная труба размешена внутри опускной трубы, при этом верхний конец подъемной трубы установлен выше максимально допустимого уровня конденсата в кожухе теплообменника. The technical result is achieved by the fact that a steam boiler containing a heat chamber having a heating surface in the form of an end wall, a steam chamber with a vaporization surface made integral with the end wall of the fire chamber in the form of a fire plate, the steam riser connected to the casing is provided with pipes for cold inlet and hot water outlet, placed in a casing with the formation of a shell-and-tube heat exchanger, as well as a downcomer for returning condensate from the heat exchanger, the lower end of which is ene in the steam chamber and provided with a device for sprinkling the condensate, wherein the upper end of the riser is situated in the housing. The boiler is characterized in that the surface of the flame plate is made with protrusions and depressions. The boiler is also characterized in that the riser pipe is placed inside the riser pipe, while the upper end of the riser pipe is installed above the maximum allowable condensate level in the heat exchanger casing.

Технический результат состоит в том, что в предлагаемом котле процесс парообразования сведен к мгновенному испарению капель конденсата на жаровой пластине, что дает существенное упрощение его конструкции. The technical result consists in the fact that in the proposed boiler, the process of vaporization is reduced to the instantaneous evaporation of drops of condensate on the flame plate, which gives a significant simplification of its design.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны следующие виды: фиг. 1 - продольное сечение котла; фиг. 2 - схематичное изображение поперечного сечения котла. The invention is illustrated by drawings, which show the following types: FIG. 1 - longitudinal section of the boiler; FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a boiler.

В примере конкретного исполнения показан пароводогрейный котел, содержащий жаровую камеру 1 с горелками 2, отделенную от паровой камеры 3 жаровой пластиной 4, на которой выполнены выступы 5. Кожухотрубный теплообменник 6 содержит трубу 7 для впуска холодной воды, трубу 8 для выпуска горячей воды и кожух 9, соединенный с паровой камерой подъемной трубой 10 и опускной трубой 11, причем труба 10 установлена соосно внутри трубы 11. В примере конкретного исполнения предложена схема трехсекционного котла с тремя наборами горелок и труб. К нижнему концу трубы 11 присоединены разбрызгиватели 12, размещенные внутри паровой камеры 3, которая имеет трубу 13 для выдачи пара. Труба 14 с вентилем 15 служит для подачи воды в камеру 3 при запуске котла, а также для восполнения естественной убыли пара, пунктирной линией 16 показан примерный уровень конденсата в кожухе 9 при штатной работе котла. Труба 17 служит для выпуска воздуха из кожуха при запуске котла. In an example of a specific embodiment, a steam boiler is shown comprising a heat chamber 1 with burners 2, separated from the steam chamber 3 by a fire plate 4 on which protrusions are made 5. The shell-and-tube heat exchanger 6 includes a pipe 7 for cold water inlet, a pipe 8 for hot water discharge and a casing 9, connected to the steam chamber by a lifting pipe 10 and a lowering pipe 11, the pipe 10 being installed coaxially inside the pipe 11. In a specific embodiment, a three-section boiler with three sets of burners and pipes is proposed. At the lower end of the pipe 11 are attached sprinklers 12 located inside the steam chamber 3, which has a pipe 13 for dispensing steam. A pipe 14 with a valve 15 serves to supply water to the chamber 3 when starting the boiler, as well as to make up for the natural loss of steam, dashed line 16 shows the approximate level of condensate in the casing 9 during normal operation of the boiler. The pipe 17 serves to release air from the casing when starting the boiler.

Пароводогрейный котел работает следующим образом. Для запуска котла открывают вентиль 15 и через трубу 14, соединенную с источником, подают в камеру 3 установленный, сравнительно небольшой объем воды, после чего вентиль 15 закрывают. Затем включают горелки 2, которые нагревают через жаровую пластину 4 воду в камере 3 до кипения и полностью превращают ее в пар при небольшом избыточном давлении 0,01-0,02 МПа (0,1-0,2 ати). Полученный пар поднимается по трубам 10 в кожух 9 теплообменника и вытесняет имевшийся здесь воздух через открытую трубу 17. В кожухе поток пара попадает в межтрубное пространство, достигает потолка кожуха и, сделав поворот на 180^o, начинает двигаться в обратном направлении, при этом встречные потоки пара разбиваются на турбулентные вихри. Эти паровые вихри конденсируются на водяных трубах теплообменника, передавая им скрытую теплоту парообразования, причем вихри разгоняют капли конденсата, успевшие образоваться на трубах, не позволяя им слиться в сплошную пленку. Конденсат стекает в нижнюю часть кожуха и по трубам 11 попадает в разбрызгиватели 12, которые разбивают жидкость на капли и орошают ими жаровую пластину 4. Благодаря выступам 5, которые увеличивают парообразующую поверхность пластины 4, мелкие капли горячего конденсата превращаются в пар при данном давлении практически мгновенно. Полученный пар снова поднимается по трубам 10 в кожух 9, где повторяется процесс передачи тепла от пара трубам с водой. При необходимости выдачи потребителю пара используют трубу 13.Steam boiler operates as follows. To start the boiler, open the valve 15 and through the pipe 14 connected to the source, an installed, relatively small volume of water is supplied into the chamber 3, after which the valve 15 is closed. Then turn on the burner 2, which heat the water in the chamber 3 through the heat plate 4 to a boil and completely turn it into steam at a slight overpressure of 0.01-0.02 MPa (0.1-0.2 ati). The resulting steam rises through pipes 10 into the casing 9 of the heat exchanger and displaces the air available here through the open pipe 17. In the casing, the steam stream enters the annulus, reaches the ceiling of the casing and, having made a 180 ^° rotation, begins to move in the opposite direction, while the oncoming flows the steam breaks up into turbulent eddies. These steam vortices condense on the water pipes of the heat exchanger, transferring the latent heat of vaporization to them, and the vortices accelerate condensate droplets that have formed on the pipes, preventing them from merging into a continuous film. Condensate flows into the lower part of the casing and through pipes 11 it enters the sprayers 12, which break the liquid into drops and irrigate the heat plate 4. Thanks to the protrusions 5, which increase the vapor-forming surface of the plate 4, small drops of hot condensate turn into steam at a given pressure almost instantly . The resulting steam again rises through the pipes 10 into the casing 9, where the process of transferring heat from the steam to the water pipes is repeated. If necessary, the issuance of steam to the consumer using the pipe 13.

Таким образом, производство пара происходит на жаровой пластине, которая является поверхностью нагрева. Благодаря указанному обстоятельству эффективность работы котла увеличивается в 2-3 раза, поскольку в котле данной конструкции нет водяной камеры с большой поверхностью нагрева и отсутствует этап нагрева до кипения большого объема воды. Пар, скрытая теплота образования которого при данном давлении в 5 превышает теплосодержание соответствующей массы воды при 104^oС, получается в достаточном количестве путем мгновенного испарения на поверхности парообразования, совмещенной с поверхностью нагрева. При этом сравнительно небольшое количество воды в котле выполняет роль рабочего тела, циркулируя естественным образом по трубам котла, поднимаясь в виде легкого пара в теплообменник и стекая в виде жидкости обратно в паровую камеру.Thus, steam production occurs on the flame plate, which is the heating surface. Due to this circumstance, the efficiency of the boiler increases by 2-3 times, since the boiler of this design does not have a water chamber with a large heating surface and there is no stage of heating to the boiling of a large volume of water. Steam, the latent heat of formation of which at a given pressure of 5 exceeds the heat content of the corresponding mass of water at 104 ^o C, is obtained in sufficient quantities by instant evaporation on the surface of vaporization, combined with the heating surface. At the same time, a relatively small amount of water in the boiler acts as a working fluid, circulating naturally through the pipes of the boiler, rising in the form of light steam into the heat exchanger and flowing back into the steam chamber as a liquid.

Как показывают расчеты, для изготовления котла предложенной конструкции потребуется металла в 3-3,5 раза меньше, чем для изготовления котла с водяной камерой. Указанное преимущество связано также с тем, что пар вырабатывается при низком избыточном давлении, что позволяет уменьшить толщину стенок паровой камеры и теплообменника. As calculations show, for the manufacture of a boiler of the proposed design, metal is required 3-3.5 times less than for the manufacture of a boiler with a water chamber. This advantage is also associated with the fact that steam is produced at low overpressure, which allows to reduce the wall thickness of the steam chamber and heat exchanger.

Согласно описанной выше схеме на предприятии ООО "Велон-2000" (г. Екатеринбург) разработаны рабочие чертежи пароводогрейного котла с одной секцией и начато изготовление опытного образца. According to the scheme described above, the company Velon-2000 LLC (Yekaterinburg) developed working drawings of a single-section steam boiler, and the production of a prototype began.

Учитывая изложенное выше, можно сделать вывод, что данное устройство отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем предлагается к правовой защите патентом на изобретение. Given the above, we can conclude that this device meets the criteria of novelty, non-obviousness and industrial applicability, in connection with which it is proposed to legal protection by a patent for an invention.

Claims

1. A steam boiler containing a heat chamber having a heating surface in the form of an end wall, a steam chamber with a vaporization surface made integral with the end wall of the heat chamber in the form of a fire plate, a steam riser connected to the casing, characterized in that it is provided pipes for the inlet of cold and the release of hot water placed in the casing with the formation of a shell-and-tube heat exchanger, as well as a downcomer for returning condensate from the heat exchanger, the lower end of which is placed in the steam chamber re and is equipped with a device for spraying condensate, while the upper end of the lifting pipe is placed in the casing.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the surface of the flame plate is made with protrusions and depressions.

3. The boiler according to claim 1, characterized in that the lifting pipe is placed inside the lowering pipe, while the upper end of the lifting pipe is installed above the level of condensate in the casing of the heat exchanger.