RU2499953C2

RU2499953C2 - Boiler bank

Info

Publication number: RU2499953C2
Application number: RU2012105796/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Горошников; Вячеслав Михайлович Денисов; Анна Федоровна Леонтьевская
Original assignee: Закрытое акционерное общество Специализированное предприятие "Энергософин"
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-11-27
Also published as: RU2012105796A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: in a boiler bank representing a volume surface of heating formed by pipes of vertical orientation, upper and lower ends of which are included into upper and lower reservoirs that accordingly unite them, from which at least one is a drum with an outer surface facing inside the boiler pass, a part of pipes of the boiler bank heating surface, either separately standing or included into fencing walls and partitions, have inclined sections in close proximity to the outer surface of the drum, arranged in planes crossing the longitudinal axis of the drum, between the rows of other pipes of the boiler bank in the zone of inclusion of these ends into the drum.

EFFECT: increased reliability of drum protection against overheating.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к котлостроению и может быть использовано при конструировании поверхностей нагрева в теплоэнергетике.The invention relates to boiler building and can be used in the design of heating surfaces in the power system.

Котельные пучки представляют собой объемные поверхности нагрева из труб вертикальной ориентации, верхние и нижние концы которых включены соответственно в верхние и нижние объединяющие их емкости. В качестве таких емкостей часто используют барабаны. Барабан котла - это емкость цилиндрической формы, имеющая относительно большой диаметр, при котором в процессе изготовления и обслуживания котла возможен доступ человека внутрь барабана. При часто встречающейся компоновке поверхностей нагрева котельного пучка с двумя барабанами нижняя часть верхнего барабана и верхняя часть нижнего барабана, в основном, заняты вводами в них концов труб котельного пучка. А так как поверхности барабанов, занятые трубами котельного пучка, имеют довольно большие площади, конструктивно целесообразно эти поверхности использовать в качестве поверхностей, непосредственно участвующих в образовании ограждающей внутренней поверхности газохода котла. При этом, поверхности барабанов, обращенные непосредственно в газоход котла, становятся обогреваемыми со стороны греющих дымовых газов. Известно, что чем выше температура металла, из которого сделана стенка корпуса барабана, тем, по условиям прочности, меньше величина допускаемого действующего в металле напряжения. Снижение прочностных характеристик металла с увеличением его рабочей температуры, в свою очередь, ведет к увеличению необходимой толщины стенки корпуса барабана. Следует также иметь в виду, что максимально допустимая толщина стенки корпуса обогреваемого барабана, к тому же, ограничена допустимой по толщине стенки величиной термического напряжения, вызываемого односторонним обогревом. Таким образом, приближение значения рабочей расчетной температуры обогреваемой стенки корпуса барабана к температуре находящейся внутри барабана среды является приоритетной конструкторской задачей.Boiler bundles are volumetric heating surfaces from pipes of vertical orientation, the upper and lower ends of which are included respectively in the upper and lower tanks uniting them. As such containers, drums are often used. A boiler drum is a cylindrical container with a relatively large diameter, at which a person can enter the drum during the manufacture and maintenance of the boiler. With a frequently encountered arrangement of heating surfaces of a boiler bundle with two drums, the lower part of the upper drum and the upper part of the lower drum are mainly occupied by the inputs of the ends of the pipes of the boiler bundle into them. And since the surfaces of the drums occupied by the pipes of the boiler bundle have rather large areas, it is structurally advisable to use these surfaces as surfaces directly involved in the formation of the enclosing inner surface of the boiler duct. At the same time, the surface of the drums, directly facing the flue of the boiler, become heated by heating flue gases. It is known that the higher the temperature of the metal of which the wall of the drum casing is made, the, according to the conditions of strength, the lower is the value of the allowable stress acting in the metal. A decrease in the strength characteristics of the metal with an increase in its operating temperature, in turn, leads to an increase in the required wall thickness of the drum casing. It should also be borne in mind that the maximum allowable wall thickness of the housing of the heated drum is, moreover, limited by the allowable wall thickness of the thermal stress caused by one-sided heating. Thus, the approximation of the value of the working calculated temperature of the heated wall of the drum casing to the temperature inside the drum is a priority design task.

Известна конструкция котельного пучка котла типа ДКВр[1] - аналог. В этом котельном пучке охлаждение металла стенки обращенного внутрь газохода корпуса барабана происходит за счет так называемого «густого» пучка концов труб в зоне их ввода в емкость барабана. Конструктивно это делается посредством создания в обогреваемой части цилиндрического корпуса барабана поля многочисленных отверстий, близко расположенных по отношению к друг другу, в которые под прямым углом к поверхности барабана или близким к нему, входят концы труб котельного пучка. За счет большого количества отверстий существенно уменьшается обогреваемая поверхность барабана и создаются благоприятные условия для отвода тепла от незначительных по размерам перемычек между отверстиями, являющимися частью корпуса барабана, к концам труб, входящих в барабан и охлаждаемых потоками движущейся внутри них нагреваемой среды. При применении конструкции «густого» котельного пучка без использования изоляционной обмуровки в определенных условиях эксплуатации величина рабочей расчетной температуры стенки обогреваемого корпуса барабана может быть существенно приближена к величине температуры находящейся в барабане среды. Котельный пучок именно с таким свойством принято считать «густым», выполняющим роль надежной изоляции.The known design of the boiler bundle of the boiler type DKVR [1] - analogue. In this boiler bundle, the cooling of the metal of the wall of the drum body facing the inward duct occurs due to the so-called “thick” bundle of pipe ends in the zone of their entry into the drum container. Structurally, this is done by creating in the heated part of the cylindrical drum casing a field of numerous holes that are closely located relative to each other, into which at the right angle to the drum surface or close to it, ends of the boiler tube pipes enter. Due to the large number of holes, the heated surface of the drum is significantly reduced and favorable conditions are created for heat removal from insignificant jumpers between the holes that are part of the drum body to the ends of the pipes entering the drum and cooled by the flows of the heated medium moving inside them. When applying the design of a “thick” boiler bundle without the use of insulating lining in certain operating conditions, the value of the working calculated temperature of the wall of the heated drum casing can be substantially close to the temperature in the drum. It is customary to consider a boiler bundle with such a property as “thick”, which plays the role of reliable insulation.

Недостатком «густого» котельного пучка является необходимость наличия в корпусе барабана поля близко расположенных между собой отверстий, которое существенно ослабляет прочность стенки барабана. При этом при высоком давлении среды внутри барабана необходимая, по условиям прочности, толщина стенки барабана может иметь неприемлемо большую величину. Создание «густого» котельного пучка в непосредственной близости от поверхности барабана, в свою очередь, конструктивно приводит к тому, что в основном объеме поверхности нагрева котельные трубы располагаются с довольно тесными шагами (расстояниями) между трубами, особенно в направлении продольной оси барабана. Существуют конструкции котлов, в которых применение поверхности нагрева с тесным расположением труб неприемлемо либо по условию поддержания па необходимом уровне скорости дымовых газов, либо по условию допустимого загрязнения труб поверхности нагрева находящимися в дымовых газах несгоревшими твердыми частицами.The disadvantage of a "thick" boiler beam is the need for the presence of closely spaced openings in the drum body, which significantly weakens the strength of the drum wall. At the same time, at high pressure of the medium inside the drum, the necessary, according to the strength conditions, wall thickness of the drum may have an unacceptably large value. The creation of a “thick” boiler beam in the immediate vicinity of the drum surface, in turn, structurally leads to the fact that in the main volume of the heating surface, the boiler pipes are located with fairly close steps (distances) between the pipes, especially in the direction of the longitudinal axis of the drum. There are boiler designs in which the use of a heating surface with a tight pipe arrangement is unacceptable either on the condition that the required level of flue gas velocity is maintained, or on the condition of permissible contamination of the heating surface pipes with unburned solid particles in the flue gas.

Известна конструкция котельного пучка котла ГМН-75 [2] - аналог. Котельный пучок в этом котле находится в зоне высоких температур дымовых газов при относительно редком расположении котельных труб. По конструктивным соображениям поверхность верхнего барабана, обращенная внутрь газохода котла и занятая трубами котельного пучка, покрыта слоем изоляционной обмуровки.The known design of the boiler bundle of the boiler GMN-75 [2] is an analog. The boiler bundle in this boiler is located in a zone of high flue gas temperatures with a relatively rare arrangement of boiler pipes. For design reasons, the surface of the upper drum facing the inside of the boiler duct and occupied by the pipes of the boiler bundle is covered with a layer of insulating lining.

Недостатком этой конструкции котельного пучка является то, что операция по нанесению качественного изоляционного слоя на поверхность барабана в зоне крупногабаритного котельного пучка и ее контроль - технологически крайне затруднены. Особенно это относится к изоляционной обмуровке верхнего барабана, которая вынужденно в условиях монтажа делается в потолочном положении. Следует также как недостаток отметить, что в условиях реальной эксплуатации в зоне котельного пучка существует возможность только периодического, опять крайне затруднительного контроля за состоянием целостности изоляционной обмуровки обогреваемой поверхности барабана. Известно, что чрезмерный перегрев барабана, особенно при наличии в нем внутренних низкотеплопроводных отложений, может вызвать взрыв котла.The disadvantage of this design of the boiler bundle is that the operation of applying a high-quality insulating layer to the surface of the drum in the area of a large-sized boiler bundle and its control are technologically extremely difficult. This is especially true for the insulating lining of the upper drum, which is forced to be installed in the ceiling position under installation conditions. It should also be noted as a drawback that under actual operating conditions in the zone of the boiler bundle there is the possibility of only periodic, again extremely difficult control over the state of integrity of the insulating lining of the heated drum surface. It is known that excessive overheating of the drum, especially if it contains internal low-conductivity deposits, can cause a boiler explosion.

Достигаемым результатом настоящего изобретения является повышение эффективности защиты от чрезмерного обогрева корпуса барабана котельного пучка за счет придания трубам, образующим поверхность нагрева котельного пучка, необходимой для этого конфигурации.The achieved result of the present invention is to increase the efficiency of protection against excessive heating of the drum body of the boiler bundle by imparting to the pipes forming the heating surface of the boiler bundle necessary for this configuration.

Указанный результат изобретения относится к котельному пучку, представляющему собой объемную поверхность нагрева, образованную трубами вертикальной ориентации, верхние и нижние концы этих труб включены в объединяющие их соответственно верхние и нижние емкости, из которых, по крайней мере, одна является барабаном. Наружная поверхность барабана, в которую включены трубы котельного пучка, находится внутри газохода котла и, являясь частью его внутренней ограждающей поверхности, обогревается дымовыми газами.The specified result of the invention relates to a boiler beam, which is a three-dimensional heating surface formed by pipes of vertical orientation, the upper and lower ends of these pipes are included in the upper and lower tanks uniting them, of which at least one is a drum. The outer surface of the drum, into which the tubes of the boiler bundle are included, is located inside the gas duct of the boiler and, being part of its inner enclosing surface, is heated by flue gases.

Нередко по условиям прочности и компоновочным возможностям концы труб котельного пучка вблизи поверхности барабана удается расположить рядами с относительно тесными шагами в плоскостях, перпендикулярных продольной оси барабана. При этом, сравнительно реже имеет место техническая возможность или целесообразность располагать с относительно тесными шагами поперечные ряды котельных труб в направлении продольной оси барабана. Как следствие, в этих случаях между поперечными рядами котельных труб находятся участки поверхности барабана с наименьшим эффектом охлаждения от воздействия котельных труб и, соответственно, с наибольшей интенсивностью обогрева дымовыми газами. Чем больше воспринимаемый стенкой барабана тепловой поток, тем выше температура стенки.Often, according to the conditions of strength and layout capabilities, the ends of the tubes of the boiler bundle near the surface of the drum can be arranged in rows with relatively close steps in planes perpendicular to the longitudinal axis of the drum. At the same time, there is a comparatively less technical possibility or expediency to arrange the transverse rows of boiler pipes with relatively close steps in the direction of the longitudinal axis of the drum. As a result, in these cases, sections of the drum surface are located between the transverse rows of boiler pipes with the least cooling effect from the effects of boiler pipes and, accordingly, with the highest intensity of flue gas heating. The greater the heat flux perceived by the drum wall, the higher the wall temperature.

Сущность изобретения заключается в том, что часть труб поверхности нагрева котельного пучка, либо отдельно стоящих, либо входящих в состав ограждающих стен и перегородок, имеют в непосредственной близости от наружной поверхности барабана наклонные участки, расположенные в плоскостях, пересекающих продольную ось барабана, между рядами остальных труб котельного пучка в зоне включения концов этих труб в барабан. Указанные наклонные участки котельных труб располагаются под углом, достаточным для обеспечения их надежного охлаждения циркулирующей в них рабочей среды.The essence of the invention lies in the fact that part of the pipes of the heating surface of the boiler bundle, either separately standing or that are part of the enclosing walls and partitions, have in the immediate vicinity of the outer surface of the drum inclined sections located in planes intersecting the longitudinal axis of the drum, between the rows of others boiler tube pipes in the zone of inclusion of the ends of these pipes in the drum. The indicated inclined sections of the boiler pipes are arranged at an angle sufficient to ensure their reliable cooling of the working medium circulating in them.

Наличие охлаждаемых наклонных участков котельных труб позволяет понизить температуру находящейся рядом металлической стенки барабана, улучшая тем самым прочностные характеристики металла. В итоге, за счет уменьшения необходимой толщины стенки барабана имеется возможность снизить его металлоемкость. Возможно совместное применение для защиты барабана от обогрева котельных труб с наклонными участками и изолирующей обмуровки. В этом случае наклонные участки котельных труб могут конструктивно способствовать качеству крепления изолирующей обмуровки и уменьшать ее необходимую толщину. На наклонных участках котельных труб возможна установка дополнительных деталей, например, плавников, что может дополнительно улучшить защиту барабана. Плавники могут быть выполнены заодно с трубами или быть приваренными к трубам.The presence of cooled inclined sections of boiler pipes allows lowering the temperature of the adjacent metal wall of the drum, thereby improving the strength characteristics of the metal. As a result, by reducing the required wall thickness of the drum, it is possible to reduce its metal consumption. Perhaps a joint application to protect the drum from heating boiler pipes with inclined sections and insulating lining. In this case, the inclined sections of the boiler pipes can structurally contribute to the quality of fastening of the insulating lining and reduce its required thickness. On inclined sections of boiler pipes, it is possible to install additional parts, for example, fins, which can further improve drum protection. The fins can be made integral with the pipes or be welded to the pipes.

На фиг.1 в качестве примера показан главный вид одной из возможных компоновок котельного пучка согласно изобретению - разрез А-А; на фиг.2 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В фиг.2; на фиг.4 - вариант установки плавников на наклонных участках труб вблизи барабана. Стрелками на фиг.1 и 2 указаны направления движения потока греющих газов.Figure 1 as an example shows the main view of one of the possible layouts of the boiler beam according to the invention - section aa; figure 2 is a section bB of figure 1; figure 3 is a section bb In figure 2; figure 4 is a variant of the installation of fins on the inclined sections of the pipes near the drum. The arrows in figures 1 and 2 indicate the direction of movement of the flow of heating gases.

Котельный пучок состоит из верхнего барабана 1 и нижнего барабана 2, в которые входят трубы его поверхности нагрева. Котельный пучок размещен в газоходе, разделенном на две части перегородкой 3. Между собой участок первой части газохода 4 с участком второй части газохода 5 соединены проходным окном 6. Поверхность нагрева котельного пучка состоит из труб, отдельно стоящих 7, труб вертикальных 8, входящих в состав перегородки 3 труб 9, имеющих вблизи барабанов наклонные участки 10. Часть труб 9 входят в состав перегородки 3, соединяясь плавниками 11 с трубами 8. Остальная часть труб 9 образует фестон в проходном окне 6. Газоход котла имеет наружные ограждающие стены 12, в которых имеются входное окно 13 и выходное окно 14. Наклонные участки 10 труб 9 могут быть выполнены с плавниками 15.The boiler bundle consists of an upper drum 1 and a lower drum 2, which include pipes of its heating surface. The boiler bundle is placed in a flue, divided into two parts by a partition 3. Between each other, a section of the first part of the flue 4 and a section of the second part of the flue 5 are connected by a bore window 6. The heating surface of the boiler bundle consists of pipes, freestanding 7, vertical pipes 8, which are part of partitions 3 of pipes 9 having inclined sections near the drums 10. Some of the pipes 9 are part of the partition 3, connecting fins 11 with pipes 8. The rest of the pipes 9 form a festoon in the passage window 6. The boiler flue has external enclosing walls 12, in which there is an input window 13 and an output window 14. The inclined sections 10 of the pipes 9 can be made with fins 15.

В котельном пучке происходит передача тепла от греющих газов к среде, находящейся внутри труб 7, 8 и 9. Греющие газы входят в котельный пучок через входное окно 13, проходят по первой части газохода 4, далее через проходное окно 6 газы поступают во вторую часть газохода 5, который покидают через выходное окно 14. Наклонные участки 10 труб 9 защищают от чрезмерного обогрева барабаны 1 и 2 в первой части газохода, где температура газов имеет наибольшую величину. На входе во вторую часть газохода температура газов снижается до такого уровня, при котором возможно обойтись без применения труб 9 с наклонными участками 10. Чтобы повысить эффективность защиты барабана от обогрева на наклонных участках 10 труб 9 могут быть применены плавники 15. На фиг.2 наглядно продемонстрирована разница в защите котельными трубами барабана от обогрева в первой и второй частях газохода.In the boiler bundle, heat is transferred from the heating gases to the medium inside the pipes 7, 8 and 9. The heating gases enter the boiler bundle through the inlet 13, pass through the first part of the duct 4, then through the passage 6 the gases enter the second part of the duct 5, which leave through the exit window 14. The inclined sections 10 of the pipes 9 protect the drums 1 and 2 in the first part of the duct from excessive heating, where the temperature of the gases has the highest value. At the entrance to the second part of the gas duct, the gas temperature decreases to such a level that it is possible to dispense with the use of pipes 9 with inclined sections 10. In order to increase the efficiency of protecting the drum from heating, the fins 15 can be used on the inclined sections 10 of pipes 9. The difference in the protection of the drum boiler pipes from heating in the first and second parts of the duct is demonstrated.

Источники информацииInformation sources

1. Александров В.Г. «Паровые котлы средней и малой мощности». Москва-Ленинград, изд. «Энергия», 1966 г., стр.37, рис.1-15.1. Alexandrov V.G. "Steam boilers of medium and low power." Moscow-Leningrad, ed. “Energy”, 1966, p. 37, Fig. 1-15.

2. То же, стр.16, 17, рис.1-4.2. The same, p. 16, 17, fig. 1-4.

Claims

1. The boiler bundle, which is a three-dimensional heating surface formed by pipes of vertical orientation, the upper and lower ends of which are included in the upper and lower tanks uniting them, of which at least one is a drum having an outer surface facing the inside of the boiler duct , characterized in that part of the pipes of the heating surface of the boiler beam, either separately standing, or included in the enclosing walls and partitions, have in the immediate vicinity of the outer surface Araban inclined portions disposed in planes intersecting the longitudinal axis of the drum between rows of the remaining tubes in the boiler beam area incorporating all of these pipes into the drum.

2. The boiler bundle according to claim 1, characterized in that the inclined sections of the boiler tube tubes located in close proximity to the surface of the drum have fins made integrally with the pipe or welded.