RU2285199C2

RU2285199C2 - Steam boiler with rotating steam generator

Info

Publication number: RU2285199C2
Application number: RU2004137446/06A
Authority: RU
Inventors: жевских Олег Петрович Кр (RU); Олег Петрович Кряжевских
Original assignee: Олег Петрович Кряжевских
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-10-10
Also published as: RU2004137446A

Abstract

FIELD: method of steam generation and steam boilers.

SUBSTANCE: steam boiler comprises housing with the chamber, steam generator that is made of a hollow rotation body, is mounted inside the chamber with a spaced relation to it, and rotates on the shafts, and supplying and discharging branch pipes for supplying water to the chamber of the rotating steam generator and discharging steam from the chamber. The chamber of the steam generator is formed by the axially symmetric wall with hollows. The chamber of the housing can be connected with the combustion chamber of the means for burning fuel and discharging flue gases. The hollows are cap-shaped. The additional stationary steam generator is mounted inside the housing chamber along a section of its periphery and is made of at least one unmovable chamber. Each of the chambers are provided with branch pipes for supplying water and discharging steam.

EFFECT: enhanced efficiency.

20 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к паровым котлам с вращающимися теплообменными элементами.The invention relates to the field of energy, namely to steam boilers with rotating heat exchange elements.

Из уровня техники известен способ генерирования пара путем нагрева жидкости от внешнего источника тепла в парогенерирующих устройствах, вращающихся вокруг своей оси.The prior art method for generating steam by heating a liquid from an external heat source in steam generating devices rotating around its axis.

Известен вращающийся водотрубный паровой котел с двумя камерами, соединенными трубами, с подводом питательной воды и отбором пара через осевой полый стержень [а.с. SU 18482, опубл. 30.11.1930]. Известен способ генерирования пара, котел для осуществления которого содержит вращающийся корпус с внутренним вращающимся барабаном, подводящий и отводящий патрубки, при этом как внутренняя поверхность корпуса, так и внешняя поверхность барабаны снабжены выступами для разделения на слои жидкости внутри котла [патент RU 2053437, опубл. 27.01.1996]. Такие котлы относительно сложны конструктивно и имеют низкую надежность.Known rotating water-tube steam boiler with two chambers connected by pipes, with the supply of feed water and the selection of steam through an axial hollow rod [A. with. SU 18482, publ. 11/30/1930]. A known method of generating steam, the boiler for the implementation of which contains a rotating casing with an internal rotating drum, inlet and outlet pipes, while both the inner surface of the casing and the outer surface of the drums are provided with protrusions for separation into layers of liquid inside the boiler [patent RU 2053437, publ. 01/27/1996]. Such boilers are relatively complex structurally and have low reliability.

Известен паровой котел с вращающимся барабаном и с подводом питательной воды через дырчатую ось барабана [а.с. SU 31026, опубл. 31.07.1933]. Барабан снабжен радиальными трубками и установлен на подшипниках внутри неподвижного шарообразного корпуса, смонтированного из двух половин. Известен вращающийся генератор пара, в корпусе котла которого помещен лабиринт, служащий для перегрева пара [а.с. SU 48350, опубл. 31.08.1936]. Известен парогенератор, содержащий цилиндрический вертикальный корпус с осевыми подводящим и отводящим патрубками, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, также содержащий нагреватель в виде индуктора вокруг боковых стенок корпуса [а.с. SU 804995, опубл. 15.02.1981]. Известные котлы имеют относительно низкий кпд, т.к.: а) горячие газы от внешнего источника тепла закручиваются вокруг оси вращающегося парогенератора за счет сил вязкого трения и «отбрасываются» от его наружной стенки за счет центростремительного ускорения; б) вблизи ровной наружной стенки парообразователя образуется неподвижный граничный слой, снижающий теплопередачу через стенку.Known steam boiler with a rotating drum and with the supply of feed water through the hole axis of the drum [and.with. SU 31026, publ. 07/31/1933]. The drum is equipped with radial tubes and mounted on bearings inside a stationary spherical housing mounted from two halves. A rotating steam generator is known, in the boiler body of which a labyrinth is placed, which serves to overheat the steam [a.s. SU 48350, publ. 08/31/1936]. Known steam generator containing a cylindrical vertical housing with axial inlet and outlet pipes, mounted for rotation around its longitudinal axis, also containing a heater in the form of an inductor around the side walls of the housing [and.with. SU 804995, publ. 02/15/1981]. Known boilers have a relatively low efficiency, because: a) hot gases from an external heat source are twisted around the axis of a rotating steam generator due to viscous friction forces and are “discarded” from its outer wall due to centripetal acceleration; b) a stationary boundary layer is formed near the even outer wall of the steam generator, which reduces heat transfer through the wall.

В качестве прототипа выбран известный вращающийся паровой котел [патент US 3690302, опубл. 12.09.1972]. Камера котла ограничена осесимметричными стенками и радиально расположенной внешней периферийной стенкой. Котел вращается вокруг своей оси со скоростью, обеспечивая кольцевую форму органической жидкости и ее кольцевое распределение по периферии вдоль периферийной стенки, чтобы образовать внутреннюю цилиндрическую поверхность кипения, расположенную на определенном радиусе от оси вращения. Средство для сжигания топлива расположено рядом с внешней стороны периферийной стенки и предназначено для нагрева и выпаривания жидкости. Периферийная стенка котла имеет поперечные кольцевые гофры по всей длине поверхности теплопередачи. Подвод жидкости и отбор пара осуществляется через осевые отверстия вала, на котором смонтирован и вращается котел. Поперечные кольцевые гофры не способны создать завихрение потока горячих дымовых газов вблизи периферийной стенки, поэтому известный котел также имеет относительно низкий к.п.д. по вышеупомянутым причинам.As a prototype of the selected well-known rotating steam boiler [patent US 3690302, publ. 09/12/1972]. The boiler chamber is limited by axisymmetric walls and a radially located external peripheral wall. The boiler rotates around its axis at a speed, providing an annular shape of the organic liquid and its annular distribution along the periphery along the peripheral wall to form an internal cylindrical boiling surface located at a certain radius from the axis of rotation. The means for burning fuel is located next to the outer side of the peripheral wall and is intended for heating and evaporation of the liquid. The peripheral wall of the boiler has transverse annular corrugations along the entire length of the heat transfer surface. The fluid is supplied and steam is taken out through the axial openings of the shaft on which the boiler is mounted and rotates. The transverse annular corrugations are not able to create a turbulence in the flow of hot flue gases near the peripheral wall; therefore, the known boiler also has a relatively low efficiency. for the above reasons.

Решаемая техническая задача - повышение кпд парового котла с вращающимся парогенератором.The technical problem to be solved is improving the efficiency of a steam boiler with a rotating steam generator.

Предлагается паровой котел с вращающимся парогенератором, содержащий корпус с камерой, в которой с зазором на валу смонтирован вращающийся парогенератор в виде полого тела вращения, камера которого ограничена снаружи осесимметричной периферийной стенкой с впадинами, и выполненный с возможностью вращения на валу вокруг своей оси, осевые подводящий и отводящий патрубки для подвода питательной воды в камеру вращающегося парогенератора и отвода из нее пара соответственно, при этом камера корпуса выполнена с возможностью соединения с камерой сгорания средства для сжигания топлива и отвода дымовых газов. Новым является то, что впадины на периферийной стенке вращающегося парогенератора выполнены чашеобразными, при этом хотя бы вдоль части периферии внутри камеры корпуса дополнительно смонтирован неподвижный парогенератор, выполненный в виде одной или более подвижных камер, каждая из которых снабжена патрубками для подвода питательной воды и отвода пара.A steam boiler with a rotating steam generator is proposed, comprising a housing with a chamber in which a rotating steam generator is mounted in the form of a hollow body of revolution with a clearance on the shaft, the chamber of which is bounded externally by an axisymmetric peripheral wall with troughs, and made rotatably on the shaft around its axis, axial inlet and outlet pipes for supplying feed water to the chamber of the rotating steam generator and removing steam from it, respectively, while the housing chamber is configured to connect to the cam swarm combustion means for combusting the fuel and flue gas. New is that the depressions on the peripheral wall of the rotating steam generator are bowl-shaped, while at least along a part of the periphery inside the casing chamber, a stationary steam generator is additionally mounted, made in the form of one or more movable chambers, each of which is equipped with nozzles for supplying feed water and steam .

Т.о. предлагаемые впадины способствуют закручиванию потока горячих дымовых газов вблизи периферийной стенки, что увеличивает теплопередачу через эту стенку, а также будет использоваться тепло части дымовых газов, отбрасываемых за счет центростремительного ускорения от периферийной стенки вращающегося парогенератора к внутренней поверхности камеры парового котла, где и предлагается разместить неподвижный парогенератор.T.O. the proposed cavities contribute to the swirling of the flow of hot flue gases near the peripheral wall, which increases the heat transfer through this wall, and the heat of the part of the flue gases rejected by centripetal acceleration from the peripheral wall of the rotating steam generator to the inner surface of the chamber of the steam boiler will be used, where it is proposed to place a stationary steam generator.

Впадины могут быть выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора, например в шахматном порядке.The troughs can be made in two or more rows in the longitudinal direction of the rotating steam generator, for example in a checkerboard pattern.

Впадины могут быть выполнены с равным шагом в продольном направлении вращающегося парогенератора.The troughs can be made with equal pitch in the longitudinal direction of the rotating steam generator.

Чашеобразные впадины могут быть круглыми в плане, причем лучше, когда впадины выполнены с диаметром 0,05-0,25 от наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.Cup-shaped troughs can be circular in plan, and it is better when the troughs are made with a diameter of 0.05-0.25 of the outer diameter of the rotating steam generator at the location of the trough.

Впадины могут быть выполнены вытянутыми в продольном направлении вращающегося парогенератораThe depressions can be made elongated in the longitudinal direction of the rotating steam generator

Лучше, когда глубина впадин выполнена большей, чем толщина пограничного слоя горячих дымовых газов при работе котла, в частности зависящей от температуры горячих дымовых газов, типа топлива, скорости вращения парогенератора.It is better when the depth of the troughs is greater than the thickness of the boundary layer of hot flue gases during the operation of the boiler, in particular depending on the temperature of the hot flue gases, type of fuel, rotation speed of the steam generator.

Глубина впадины может составлять 0,02-0,20 от наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.The depth of the cavity may be 0.02-0.20 of the outer diameter of the rotating steam generator at the location of the cavity.

Из динамических соображений лучше, когда вращающийся парогенератор выполнен с вертикальной осью.For dynamic reasons, it is better when the rotating steam generator is made with a vertical axis.

Вращающийся парогенератор может быть выполнен в виде полого сфероида вращения.A rotating steam generator can be made in the form of a hollow spheroid of rotation.

Корпус может быть выполнен из двух половин с возможностью их раздвижения одна от другой в направлении, поперечном оси вращающегося парогенератора. Это позволяет получить доступ к камере корпуса и теплообменным поверхностям, например, для их очистки или для осуществления ремонтных работ.The housing can be made of two halves with the possibility of their separation from one another in the direction transverse to the axis of the rotating steam generator. This allows access to the housing chamber and heat transfer surfaces, for example, for cleaning them or for repair work.

Неподвижный парогенератор может включать две и более неподвижные камеры, смонтированные одна рядом с другой так, что между стенками соседних камер образована щель, сообщающаяся с камерой корпуса и простирающаяся преимущественно в направлении от вращающегося парогенератора. Т.о. смежные стенки так же служат в качестве поверхностей теплообмена. При этом:A stationary steam generator may include two or more stationary chambers mounted one next to the other so that a gap is formed between the walls of adjacent chambers, communicating with the camera body and extending mainly in the direction from the rotating steam generator. T.O. adjacent walls also serve as heat transfer surfaces. Wherein:

- вращающийся парогенератор может быть выполнен с вертикальной осью, при этом лучше, когда щель простирается преимущественно вертикально в направлении преимущественно от вращающегося парогенератора.- the rotating steam generator can be made with a vertical axis, and it is better when the slot extends mainly vertically in the direction mainly from the rotating steam generator.

- камеры неподвижного парогенератора лучше выполнять в виде отдельных оболочек, что позволяет легко производить их монтаж или демонтаж.- the cameras of a stationary steam generator are better performed in the form of separate shells, which makes it easy to assemble or disassemble them.

На стенке камеры неподвижного парогенератора, обращенной к стенке вращающегося парогенератора, может быть выполнена одна или несколько впадин.One or more depressions can be made on the chamber wall of the stationary steam generator facing the wall of the rotating steam generator.

Лучше, когда указанная впадина стенки камеры неподвижного парогенератора расположена на одном уровне вдоль оси вращающегося парогенератора по крайней мере с одной впадиной периферийной стенки вращающегося парогенератора. При этом, когда впадины периферийной стенки вращающегося парогенератора выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора, в стенке камеры неподвижного парогенератора лучше выполнять по крайней мере одну впадину на уровне каждого такого ряда.It is better when the specified cavity of the chamber wall of the stationary steam generator is located at the same level along the axis of the rotating steam generator with at least one cavity of the peripheral wall of the rotating steam generator. Moreover, when the troughs of the peripheral wall of the rotating steam generator are made in two or more rows in the longitudinal direction of the rotating steam generator, it is better to perform at least one cavity at the level of each such row in the chamber wall of the stationary steam generator.

Впадину стенки камеры неподвижного парогенератора можно выполнять чашеобразной и/или круглой в плане.The cavity of the chamber wall of the stationary steam generator can be cup-shaped and / or circular in plan.

Лучше, когда размеры впадины стенки камеры неподвижного парогенератора преимущественно равны размерам впадин периферийной стенки вращающегося парогенератора.It is better when the dimensions of the hollows of the chamber wall of the stationary steam generator are predominantly equal to the dimensions of the hollows of the peripheral wall of the rotating steam generator.

Изобретение поясняется чертежами парового котла, где на фиг.1 показан вид котла спереди с местным разрезом, на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1, на фиг.3 и 4 - варианты формы выемок стенки вращающегося парогенератора и стенки модулей неподвижного парогенератора. Пунктирной линией на фиг.1 показан уровень воды во время работы парового котла. Впадины нижних рядов на внутренней стороне вращающегося парогенератора на фиг.2 не показаны для целей облегчения понимания чертежа.The invention is illustrated by drawings of a steam boiler, in which Fig. 1 shows a front view of a boiler with a local section, in Fig. 2 is a transverse section A-A of Fig. 1, in Figs. 3 and 4 are variants of the shape of the recesses of the wall of the rotating steam generator and the wall of the modules of the stationary steam generator. The dashed line in figure 1 shows the water level during operation of the steam boiler. The depressions of the lower rows on the inside of the rotating steam generator in FIG. 2 are not shown for the purpose of facilitating understanding of the drawing.

Изобретение поясняется на примере.The invention is illustrated by example.

Паровой котел смонтирован в корпусе, включающем две половинки 1 и 2 соответственно, разъемно соединенные по разъему 3. Внутри корпуса на валу 4, установленном в подпятнике 5, и на валу 6, установленном в подшипнике 7, смонтирован вращающийся парогенератор 8, периферийная стенка 9 которого снабжена тремя рядами впадин 10. Внутри половинки 1 корпуса смонтировано три отдельных модуля 11, 12 и 13 неподвижного парогенератора, представляющих из себя камеры, заполненный водой 14, снабженные патрубками для подвода питательной воды (не показаны) и патрубками 15 для отвода пара. На стенках 16, 17 и 18 модулей 11, 12 и 13 в три ряда выполнены выемки 19, а сами модули 11, 12 и 13 смонтированы так, чтобы между ними были образованы вертикальные щели 20, соединяющие камеру 21 корпуса с выхлопной камерой 22 с выхлопным патрубком 23. Камера сгорания средства для сжигания топлива (не показана), например угольной или мазутной топки, соединена с камерой 21 корпуса через окно 24 в его нижней части. Вал 6 выполнен с кольцевой полостью 25 для отбора пара из камеры 26, а внутри него вставлен патрубок 27 для подачи питательной воды 28. Выемки 10, 19 могут иметь различную форму в плане, например как показано на фиг.3 или 4.The steam boiler is mounted in a housing including two halves 1 and 2, respectively, detachably connected through a connector 3. Inside the housing, a rotating steam generator 8 is mounted on a shaft 4 mounted in a bearing 5 and a shaft 6 mounted in a bearing 7, whose peripheral wall 9 equipped with three rows of depressions 10. Inside the half of the housing 1 three separate modules 11, 12 and 13 of a stationary steam generator are mounted, which are cameras filled with water 14, equipped with nozzles for supplying feed water (not shown) and nozzles 1 5 for the removal of steam. On the walls 16, 17 and 18 of the modules 11, 12 and 13, recesses 19 are made in three rows, and the modules 11, 12 and 13 themselves are mounted so that vertical slots 20 are formed between them, connecting the camera 21 of the housing with the exhaust chamber 22 with the exhaust pipe 23. The combustion chamber of a means for burning fuel (not shown), for example a coal or fuel oil burner, is connected to the chamber 21 of the housing through a window 24 in its lower part. The shaft 6 is made with an annular cavity 25 for collecting steam from the chamber 26, and a pipe 27 is inserted inside it for supplying feed water 28. The recesses 10, 19 may have different shapes in plan, for example, as shown in FIGS. 3 or 4.

При работе парового котла питательная вода 28 подается в нижнюю часть камеры 26, при этом парогенератор 8 вращается с угловой скоростью, обеспечивающей воронкообразный уровень воды 29. Отвод образующегося пара из верхней части камеры 26 осуществляется через кольцевую полость 25. Раскаленный дымовые газы из камеры сгорания (не показаны) через окно 24 поступают в камеру 25, где отдают часть тепла воде парогенератора 8 через стенку 9 и ее выемки 10, а другую часть тепла - воде 14 модулей 11, 12 и 13 через их стенки 16, 17 и 18 и их выемки 19, а также через другие вертикальные стенки модулей 11, 12 и 13 при прохождении раскаленных газов через щели 20, выхлопную камеру 22, откуда дымовые газу выходят через патрубок 23. Парообразование в камере 26 и камерах модулей 11, 12 и 13 увеличивается за счет вихревого движения раскаленных газов между выемками 10 и 19.During the operation of the steam boiler, feed water 28 is supplied to the lower part of the chamber 26, while the steam generator 8 rotates at an angular speed providing a funnel-shaped water level 29. The generated steam is removed from the upper part of the chamber 26 through the annular cavity 25. The incandescent flue gases from the combustion chamber ( not shown) through the window 24 they enter the chamber 25, where part of the heat is transferred to the water of the steam generator 8 through the wall 9 and its recess 10, and the other part of the heat to the water 14 of the modules 11, 12 and 13 through their walls 16, 17 and 18 and their recesses 19, as well as through other vert The ical walls of the modules 11, 12 and 13 during the passage of hot gases through the slots 20, the exhaust chamber 22, from where the flue gas leaves through the pipe 23. The vaporization in the chamber 26 and the chambers of the modules 11, 12 and 13 increases due to the swirling movement of the hot gases between the recesses 10 and 19.

Для ремонта и обслуживания неработающего парового котла половинку 2 отодвигают от половинки 1, при этом раскрывается стык по разъему 3, обеспечивая доступ внутрь.For repair and maintenance of a non-working steam boiler, half 2 is moved away from half 1, while the junction of connector 3 opens, providing access to the inside.

Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения, он ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие варианты осуществления изобретения.The above example is used only to illustrate the possibility of carrying out the invention, it does not in any way limit the scope of legal protection presented in the claims, while a person skilled in the art is relatively simple to implement other embodiments of the invention.

Claims

1. A steam boiler with a rotating steam generator, comprising a housing with a chamber, in which a rotating steam generator in the form of a hollow body of revolution is mounted with a clearance on the shaft, the chamber of which is bounded externally by an axisymmetric peripheral wall with troughs, and configured to rotate on the shaft around its axis, axial inlet and outlet pipes for supplying feed water to the chamber of the rotating steam generator and the removal of steam from it, respectively, while the housing chamber is configured to be connected to the combustion chamber I means for burning fuel and exhausting flue gases, characterized in that the depressions on the peripheral wall of the rotating steam generator are bowl-shaped, while at least along a part of the periphery inside the casing chamber, a stationary steam generator is additionally mounted, made in the form of one or more fixed chambers, each of which equipped with nozzles for supplying feed water and steam.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the troughs are made in two or more rows in the longitudinal direction of the rotating steam generator.

3. The boiler according to claim 2, characterized in that the troughs are staggered.

4. The boiler according to claim 1, characterized in that the troughs are made with equal pitch in the longitudinal direction of the steam generator.

5. The boiler according to claim 1, characterized in that the troughs are made round in plan.

6. The boiler according to claim 5, characterized in that the troughs are made with a diameter of 0.05-0.25 of the outer diameter of the rotating steam generator at the location of the trough.

7. The boiler according to claim 1, characterized in that the troughs are made elongated in the longitudinal direction of the rotating steam generator.

8. The boiler according to claim 1, characterized in that the depth of the depressions is greater than the thickness of the boundary layer of hot flue gases during operation of the boiler.

9. The boiler according to claim 1, characterized in that the depth of the cavity is 0.02-0.20 of the outer diameter of the rotating steam generator at the location of the cavity.

10. The boiler according to claim 1, characterized in that the rotating steam generator is made with a vertical axis.

11. The boiler according to claim 1, characterized in that the rotating steam generator is made in the form of a hollow spheroid of rotation.

12. The boiler according to claim 1, characterized in that the housing is made of two halves with the possibility of their separation from one another in the direction transverse to the axis of the rotating steam generator.

13. The boiler according to claim 1, characterized in that the stationary steam generator includes two or more fixed chambers mounted one next to the other so that a gap is formed between the walls of adjacent chambers, communicating with the casing chamber and extending mainly in the direction from the rotating steam generator.

14. The boiler according to item 13, wherein the rotating steam generator is made with a vertical axis, while the slot extends mainly vertically in the direction mainly from the rotating steam generator.

15. The boiler according to item 13, wherein the chambers of the stationary steam generator are made in the form of separate shells.

16. The boiler according to claim 1, characterized in that on the wall of the chamber of the stationary steam generator facing the wall of the rotating steam generator, one or more depressions are made.

17. The boiler according to clause 16, characterized in that the cavity of the chamber wall of the stationary steam generator is located at the same level along the axis of the rotating steam generator, with at least one cavity of the peripheral wall of the rotating steam generator.

18. The boiler according to claim 17, characterized in that the troughs of the peripheral wall of the rotating steam generator are made in two or more rows in the longitudinal direction of the rotating steam generator, while at least one cavity is made at the level of each row of such troughs in the chamber wall of the stationary steam generator .

19. The boiler according to clause 16, characterized in that the cavity of the wall of the chamber of the stationary steam generator is made bowl-shaped.

20. The boiler according to clause 16, characterized in that the cavity of the chamber wall of the stationary steam generator is made circular in plan.

21. The boiler according to clause 16, characterized in that the dimensions of the hollows of the chamber wall of the stationary steam generator are predominantly equal to the sizes of the hollows of the peripheral wall of the rotating steam generator