Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4882
.pdf
регулирование перегрева путем комбинированного регулирования пара и газа; Рисунок 4 — схемное
вертикальное поперечное сечение пленочного парогенератора и пароперегревателя; и Рисунок 5 —
аналогичное сечение пленочного парогенератора и пароперегревателя с ручным регулированием перегрева.
На рисунке 6 показана схема перегрева в системе с использованием двух отдельных пароперегревателей в
разных зонах с фиксированным положением клапанов на 95 градусов; на рисунке 7 представлен детальный
вид модифицированного механизма клапана давления, аналогичного показанному на рисунке 1; на рисунке 1
показан водотрубный котел с изогнутыми трубами и поперечным барабаном, оснащенный перегородками для
создания параллельного потока газа; на рисунке 9 показан разрез котла Wickes с перегородками в
соответствии с настоящим изобретением; на рисунке 10 показан вертикальный разрез паровозного котла и
пароперегревателя; на рисунке 11 показан поперечный разрез под прямым углом к рисунку 10 вдоль линии
11-11; на рисунке 6 12 показан вертикальный поперечный разрез пленочного трубчатого генератора,
снабженного пароперегревателем с намотанными трубами; на рисунке 13 показан разрез вдоль линии 13-13
рисунка 1-2, демонстрирующий деталь пароперегревателя; и на рисунке 14 показан разрез
модифицированной формы пароперегревателя; — На рисунке 15 показан разрез горизонтально-трубчатого
котла, объединенного с двумя пароперегревателями, один из которых снабжен впрыском воды; и — на
рисунке 16 показан разрез пленочного трубчатого генератора, демонстрирующий интегральную конструкцию
пароперегревателя.
На рисунке 1 стенки камеры сгорания обозначены цифрой 1.
Одноходовой водотрубный котел состоит из верхнего барабана 2 и нижнего барабана 3, соединенных
водотрубками 4. Один пароперегреватель, имеющий коллекторы 5 и 6 и трубы 7, имеет объем 130 264 831
кубических футов. Большая часть пара проходит через пароперегреватель в самой горячей зоне, и,
соответственно, этот пароперегреватель достигает точки, за которой поток пара становится слишком
быстрым, чтобы эффективно поглощать пар. До пароперегревателя в более холодной зоне, через которую
проходит гораздо меньший процент пара, он достигает точки, за которой поток пара становится слишком
быстрым, чтобы эффективно поглощать пар. На рисунке 6 кривые, где сплошная кривая 163 соответствует
температуре перегрева 75 в трубах пароперегревателя 7, а кривая 164 — в трубах пароперегревателя 10, а
кривая 165 показывает температуру пара из обоих пароперегревателей после смешивания, показаны на
рисунке 6. Это следует рассматривать лишь как пример, и, конечно же, кривые для различных установок будут
различаться в зависимости от доли поверхности перегрева в разных тепловых зонах и от других условий
эксплуатации конкретной установки. 85 - По мере увеличения нагрузки на котел, если не менять настройки
клапанов 19 и 20, температура перегрева будет повышаться, но, установив термостат 281 таким образом,
чтобы изменять долю пара, протекающего через различные пароперегреватели, в зависимости от
температуры перегрева, можно добиться точного регулирования.
Дроссельное действие регулирующих клапанов 19 и 20 создает небольшое избыточное давление 95 в
барабане с насыщенным паром и его трубе 16. Когда это давление превышает заданный максимум, оно
приводит в действие предохранительный клапан 119, который открывает байпас 117 вокруг клапана [9] и
выпускает на 100% больше пара через трубки пароперегревателя 7. При более высоком перепаде давления
клапан 120 срабатывает, открывая перепускной клапан 118 вокруг клапана 20, при этом пар протекает через
перепускные трубки 105 121, 122, 123 и 124. Таким образом, удается избежать слишком высокого давления и
защитить пароперегреватели от перегрева. Данная операция в установке, показанной на рисунке 1, по своей
сути является аварийной и, конечно же, приводит к очень заметному падению суперритма.
Клапаны 19 и 20 могут управляться различными способами для регулирования сверхвысокого давления 115, и
изобретение не ограничивается каким-либо конкретным методом. Мы обнаружили, что весьма
удовлетворительный метод заключается в установке клапана 19, как показано на рисунке 7, таким образом,
чтобы он был открыт примерно на три четверти, при этом точная степень открытия зависит от конкретной
установки. Регулируемый упор 151, удерживающий поршень клапана 1.49 в зафиксированном положении
контргайкой 125 162, предотвращает его закрытие более чем на четверть. Клапан 20 при низкой нагрузке
практически закрыт и электрически соединен с термостатом 281 через провода 140, 141, контакты рычага 134
и 135, контакты 138 и 139 и провода 144 и 146. 130 расположен рядом с водопроводными трубками и
параллельно им. Второй пароперегреватель с коллекторами 8 и 9 и трубами 10 расположен в более холодной
зоне. Питательная вода для котла проходит по трубе 11 и подогревателю питательной воды 12 в барабан 13,
а затем по трубам 14 в нижний барабан 3.
Нижние коллекторы пароперегревателя соединены с паропроводом перегретого пара 15, а верхние
коллекторы пароперегревателя соединены с паропроводом насыщенного пара 16 через трубы 17 и 18,
снабженные клапанами 19 и 20. Управление этими клапанами осуществляется термостатом 281,
расположенным в паропроводе перегретого пара.
Барабаны 2 и 13 соединены паропроводом 45, а также снабжены клапаном 46 для подачи насыщенного пара
по трубопроводу 16.
Принцип работы котла следующий: насыщенный пар генерируется в трубах 4 и проходит через оба
пароперегревателя, при этом относительные пропорции определяются клапанами 19 и 20. Трубы
пароперегревателя 7, находясь в гораздо более горячей зоне, чем трубы пароперегревателя 10, обладают
гораздо большей теплопередающей способностью, и для достижения максимального перегрева относительно
большая часть насыщенного пара должна проходить через трубы 7.
Клапаны 19 и 20 и термостат 281 могут быть настроены таким образом, чтобы при низкой нагрузке
создавалось желаемое количество перегрева. При увеличении нагрузки на котел и, соответственно, усилении
пламени через пароперегреватели проходит большее количество насыщенного пара, который, однако, также
подвергается значительно более высокой температуре. Благодаря высокой скрытой теплоте
парообразования, теплопоглощающая способность труб генератора значительно выше, чем у труб
пароперегревателя. В результате увеличение нагрузки, как правило, приводит к увеличению...
перегрев происходит из-за большего теплового давления в трубах пароперегревателя, которое передает
достаточно тепла, чтобы с лихвой компенсировать увеличенный поток пара. Как показано на рисунке 6,
температура перегрева повышается в каждом из пароперегревателей до тех пор, пока не будет превышена
определенная нагрузка, после чего скорость прохождения пара через пароперегреватель во времени
становится настолько высокой, что даже при большем тепловом напоре у пара не хватает времени, чтобы
поглотить достаточно тепла для поддержания постоянной температуры перегрева. Как показано на рисунке 6,
взятом с котла типа, изображенного на рисунке 1, перегреватель в самой горячей зоне BO достигает своего
пика раньше, чем перегреватель в нижней зоне hbeat, и раньше, чем происходит полное перегревание пара из
обоих перегревателей. Это связано с тем, что при настройках клапана для максимальной эффективности
перегрева достигается очень высокая эффективность (2641,831). По мере увеличения нагрузки и
соответствующего повышения температуры перегрева термостат постепенно открывает клапан, позволяя
большей части пара проходить через более холодные трубки пароперегревателя.
Когда клапан 20 полностью открыт, и в этот момент через трубки 10 проходит большая доля перегрева, чем
обычно, из-за первоначального частичного закрытия клапана 19, условия перегрева несколько отличаются от
показанных на рисунке 6. Из-за ограниченного потока газа трубы пароперегревателя 7 работают на участке
кривой 163 слева от... точка А, где.
Поскольку трубки 10, из-за относительно большего количества пара, протекающего через них, работают на
участке трубы 164 справа от А, в этом случае, вследствие дросселирующего эффекта двух клапанов 19 и 20,
разница давлений между трубой 16 и трубами пароперегревателя 7 неуклонно возрастает. Это постепенно
приводит в действие клапан 119, как показано на рисунке 7. Этот клапан состоит из корпуса 125, диафрагмы
126, к которой прикреплен шток 127, пружины клапана 128 и трубок 130 и 131, соединяющих корпус с разных
сторон диафрагмы с трубками 16 и 123 соответственно. Увеличение перепада давления между трубой 16 и
трубой 123, которая непосредственно соединена с трубами пароперегревателя 7, вызывает движение
диафрагмы, что, в свою очередь, перемещает шток до тех пор, пока выступ 129 не ударится об один из
выступов 170 на штоке или рычаге 132. Рычаг перемещается и защелкивается с помощью пружины 133 так,
что контакты 134 40 и 135 на рычаге отсоединяются от контактов 138 и 139 и соединяются с контактами 136 и
137.
Эти провода передают ток от проводов 141 и 140, идущих от термостата; - через провода 142 и 143 к
соленоиду 147, который приводит в действие шток 148, соединенный с поршнем 149 клапана 19. Другими
словами, поскольку температура перегрева снижается с увеличением нагрузки 50, из-за того, что нагрузка
довела котел до пика перегрева, показанного на кривых на рис. 6, термостат, вместо того чтобы закрыть
клапан 19, открывает его дальше, позволяя большей части пара проходить через трубки пароперегревателя 7
и, соответственно, увеличивая перегрев или, другими словами, поддерживая общий перегрев относительно
постоянным. В то же время открытие клапана 19 обеспечивает больший и более свободный поток пара и
противодействует необходимости создания перепада давления между трубой 16 и перегревателем 7. Однако
это давление.
Постепенно увеличивается с увеличением нагрузки и, наконец, перемещает клапан 119 в точку, где штифт
167 упирается в конец паза во втулке 160, окружающей конец штока 127, и вызывает перемещение этой
втулки с соединенным с ней штоком 168 и поршнем клапана 70 169, тем самым открывая байпас вокруг
клапана 19 и стремясь еще больше увеличить пропорциональный поток пара через трубки
пароперегревателя. 7.
На рисунке 7 клапан показан в точке 75, где он начинает открывать перепускной клапан 117. Напорный клапан
120, который управляет перепускным клапаном 11S, настроен таким образом, что он не будет открывать этот
перепускной клапан до тех пор, пока разница давлений между 80 не изменится.
Труба 16 и трубки пароперегревателя 10 достигают значения, превышающего необходимое для открытия
клапана 117. Таким образом, клапан 120 является аварийным клапаном, предотвращающим повышение
давления в паровых отсеках генератора.
При уменьшении нагрузки происходит обратный процесс: клапан 19 медленно закрывается рычагом 132,
соединяющим термостат с клапаном 20, и по мере того, как температура перегрева начинает падать при
уменьшении нагрузки, термостат закрывает клапан 20.
Вместо того чтобы открывать поочередно один из клапанов 19 и 20 для регулирования перегрева, можно
открыть один клапан и закрыть другой, чтобы изменить относительный поток пара через два перегревателя.
Также не во всех случаях необходимо снижать перегрев, пропуская на 100% больше пара через более
холодные пароперегреватели. В некоторых вариантах этот эффект может быть достигнут за счет увеличения
потока через горячий пароперегреватель. Этот эффект заметен главным образом там, где поверхность 105.
Соотношение между поверхностью горячего пароперегревателя и скоростью пара, проходящего через него,
таково, что пароперегреватель обеспечивает максимальное перегрев при сравнительно очень малом расходе
пара. 110 Это возможно, запустив парогенератор с одной или с другой стороны стрелы. На рисунке 6 показан
вариант с более простым механизмом работы клапана, и на практике это может быть весьма желательно,
чтобы избежать дополнительных сложностей, связанных с механизмом работы клапана, показанным на
рисунке 7. Следует также понимать, разумеется, что термостат может приводить в действие регулирующие
клапаны неэлектрическими способами. Клапан 12(0), показанный на рисунках 1 и 7, никоим образом не
ограничивается в своем применении конкретным типом одноходового котла, показанного на рисунке 1, и,
наоборот, этот тип привода клапана может быть применен к любому из 12 других типов котлов, изображенных
на чертежах, или к которым должны быть применены принципы настоящего изобретения.
На следующих рисунках показано термостатическое управление пароперегревателем 13(4 34,$B1, три
устройства, предназначенные для автоматического управления паром и газами. Данная иллюстрация
приведена главным образом для пояснения принципа автоматического управления.
Фактически, трубки 86, хотя и не показаны на рисунке 70, будут расположены в соответствии с изобретением,
в непосредственной близости от трубок банка 56. На рисунке показаны два пароперегревателя с верхними
коллекторами 81 и 82 и нижними коллекторами 88 и 84, а также трубки 85 и 86 пароперегревателя 75. В
трубах пароперегревателя 85 установлена перегородка 87 для обнаружения части газов, выделяющихся в
процессе нормальной работы.
Верхний конец 88 перегородки 87 имеет шарнирную часть, которая может приводиться в действие двигателем
89 для изменения количества газов, пропускаемых через нижние участки труб пароперегревателя 85.
Паропровод перегретого пара снабжен термостатом 281, а коллекторы пароперегревателя 8i соединены с
паропроводом насыщенного пара 69 трубами 90 и 91, снабженными клапанами 92 и 93, которые приводятся в
действие термостатом 281.
Во время работы котла, когда температура в магистрали перегретого пара повышается, термостат 281
открывает клапан 93, частично закрывая клапан 92, и приводит в действие шаговый двигатель 89, который, в
свою очередь, вращает подвижную перегородку 95 88. В результате через трубки высокотемпературного
перегревателя 85 проходит меньшее количество пара, и одновременно уменьшается поток газов над этими
трубками за счет работы перегородки 100 88. В результате температура перегретого пара снижается до
заданного значения, а перегрев поддерживается постоянным при изменяющейся нагрузке.
На рисунках 4 и 5 показаны пленочные трубчатые генераторы и перегреватели La M1ont 105, в которых
генерируется как насыщенный, так и перегретый пар, причем насыщенный пар генерируется в одних трубках,
а перегретый — в других. Для этой цели предусмотрены два нижних сепаратора или емкости 99 и 100, причем
емкость 99 предназначена для разделения воды и насыщенного пара, а емкость 100 является коллектором
перегретого пара. Вода из емкости 99 циркулирует с помощью насоса 9-.
через трубу 98 и проходит через трубы 43 и 44 в верхние коллекторы 21 и 34 соответственно, а затем через
трубки 22 и 35 в нижние коллекторы 120, 23 и 37, а затем через трубы 33 и 47 в емкость 99. Количество воды,
впрыскиваемой в трубки, превышает количество воды, которое может испариться при прохождении через них.
Соответственно, постоянно образуется насыщенный пар, и трубки 22, таким образом, действуют как экран для
охлаждения самых горячих газов, температура которых, например, может достигать 3000 °F. Трубки 35 в
самой холодной зоне, которые могут, например, иметь газовые клапаны 130, не будут показаны в
конструктивных деталях, и может использоваться любая система, подобная показанной на рисунках 1 и 7, и ее
наличие следует понимать как присутствующее.
Вместо использования термостата 281 в паропроводе перегретого пара в точке, расположенной за местом
соединения труб от отдельных пароперегревателей, можно, конечно, использовать два термостата в трубах,
соединяющих отдельные пароперегреватели с паропроводом перегретого пара. В некоторых простых
случаях, когда котел работает только на части кривой перегрева, удовлетворительное регулирование может
быть обеспечено установкой одного термостата в трубе, ведущей от пароперегревателя-охладителя к
паропроводу перегретого пара. Также возможно использование термостатов в отдельном трубопроводе
пароперегревателя, как показано на рисунке 1. Такая схема может быть предпочтительна в тех случаях, когда
требуется очень точный контроль перегрева.
Вместо использования термостатов для автоматического регулирования путем изменения контролируемого
свойства, а именно температуры перегретого расплава, могут использоваться другие приборы, измеряющие
свойства или характеристики, изменение которых зависит от перегрева.
На рисунке 2 показан другой тип водотрубного котла, состоящий из верхнего поперечного барабана 50, 51 и
52 и нижнего поперечного барабана 53, соединенных тремя комплектами водотрубок 3a 54, 55 и 56.
Перегородки 57 и 58 направляют газы через котел в направлении, указанном стрелками.
Три комплекта труб пароперегревателя расположены в непосредственной близости от трех комплектов
водопроводных труб. Эти пароперегреватели состоят из коллекторов 59 и 60, соединенных трубами 61,
расположенными в первом ряду водотрубных систем, коллекторов 62, 63 и труб 64, расположенных во втором
ряду водотрубных систем, и коллекторов 65 и 66, соединенных трубами 67, расположенными в третьем ряду
водотрубных систем.
Три нижних коллектора соединены с паропроводом перегретого пара 68, а поперечные барабаны 50, 51 и 52
соединены с паропроводом насыщенного пара 69, управляемым клапаном 70. Верхние коллекторы
пароперегревателя 59, 02 и 65 соединены с магистралью насыщенного пара через трубы 71, 72 и 73,
снабженные клапанами 74, 75 и 76. Барабаны 50, 51 и 52 также соединены паровыми трубами 77 и 78 и
водопроводными трубами 79 и 80.
Принцип работы котла аналогичен показанному на рисунке 1, за исключением того, что температура
перегретого пара регулируется вручную путем управления клапанами 74, 75 и 76.
На рисунке 3 показан котел аналогичной конструкции, как на рисунке 2, но снабженный двумя
супертеплогенераторами — вместо 964 831, температура которых составляет около 800 °F, они также
используются для генерации насыщенного пара, поскольку температура насыщенного пара достаточно низка,
чтобы тепло можно было экономично отводить от самых холодных газов.
Пар из котла 99 проходит по трубе 38 и трубам 40 и 41 в коллекторы 24 и 30. В коллекторах 24 и 10 через
трубы 101 впрыскивается определенное количество воды, регулируемое клапанами 95. Этого количества
воды недостаточно для образования насыщенного пара, но достаточно для защиты труб 25 от перегорания в
зоне нагрева, в которой они расположены, которая может, например, иметь температуру газа около 2000 °C.
Ф. Вода и:
Насыщенный пар проходит из коллекторов 24 в трубы 25, ведущие к нижним коллекторам 26, а оттуда
перегретый пар, образующийся в этом канале, проходит через трубы 36 в коллектор перегретого пара 100.
Насыщенный пар из коллекторов 30 проходит через трубки 31 в зоне, температура которой может, например,
составлять от 900 до 1000 °F.
где он перегревается и собирается в нижних коллекторах 32, проходя через трубы 42 в коллектор перегретого
пара 100. Вода из трубы 98 также впрыскивается через трубы 103, регулируемые клапанами 96, в коллекторы
27 в количестве, меньшем, чем то, которое может испариться при прохождении через трубки 28,
расположенные в промежуточной зоне нагрева, температура которой может составлять около 1500 °F.
Перегретый пар, образующийся в трубках 28, собирается коллекторами 29 и проходит через трубы 39 в
пароперегреватель-коллектор 100. Сливная труба 48 с клапаном соединяет коллектор 100 с котлом 99, так что
при первом запуске котла, если в коллекторе в течение короткого времени образуется насыщенный пар,
любая конденсирующаяся вода может стекать в котел 99 и, таким образом, в циркуляционную систему; любое
накопление воды во время работы генератора может быть аналогичным образом слито.
Для обеспечения более равномерного регулирования в трубах 36 и 39 установлены термостаты 34 и 104,
которые через соединение 97 приводят в действие клапаны 95 и 96, регулирующие количество воды,
подаваемой в трубки пароперегревателя 25 и трубки парогенератора 98.
На рисунке 5 показана очень похожая конструкция пленочного трубчатого генератора и пароперегревателя, в
которой газы проходят непосредственно вверх и вокруг трубок, а горячие зоны расположены равномерно от
центра генератора к боковым сторонам. Аналогичные детали имеют те же 65-значные ссылочные символы,
что и на рисунке 4. Принцип работы очень похож на показанный на рисунке 4, за исключением того, что
клапаны 95 и 96 приводятся в действие вручную, а не автоматически, а клапаны 171 и 172 расположены в
трубах насыщенного пара для регулирования относительного количества пара, проходящего через различные
пароперегреватели.
На рис. 8 изображен котел с поперечным барабаном и изогнутыми трубами, имеющий ту же общую
конструкцию, что и показанный на рис. 2. Генератор оснащен перегородками (75°C) для того, чтобы
нагревающие газы находились в непосредственной близости от генерирующих и перегревательных труб. На
рисунке также показано последовательное соединение перегревателей. Аналогичные детали будут иметь те
же 80 ссылочных символов, что и на рис. 2.
Вместо соединения верхних коллекторов пароперегревателя 59, 62 и 65 отдельными трубами с коллектором
насыщенного пара, пар отбирается из парового пространства 85 барабана 52 через трубу 173. Эта труба
соединена через трубу 174 и клапан 175 с коллектором пароперегревателя 65. Оставшуюся часть трубы 173
можно перерезать, закрыв клапан 176. Нижний коллектор 66 заднего пароперегревателя соединен через
трубы 177, 178 и клапан 179 с нижним коллектором 63 промежуточного пароперегревателя. Обводное
соединение с трубой 173 осуществляется через клапан 95 180. Верхний коллектор 62 промежуточного
пароперегревателя соединен с выходным коллектором 59 пароперегревателя в первом проходе через трубы
181 и 182 и клапан 183, при этом через клапан 184 предусмотрен байпас к трубе 100 173.
Паропровод 68 пароперегревателя, идущий от нижнего коллектора 60 пароперегревателя в первом проходе,
также соединен через тройник 185 с удлинителем трубы 173 (105).
Поток газа через парогенераторные трубки показан стрелками и ограничивается перегородкой 186,
простирающейся от выступа 187 стенки до барабана 110, а также двойными или полыми перегородками 188 и
189 и задней перегородкой 190. Поток газа направлен вверх при первом проходе, вниз при втором проходе и
вверх при третьем проходе. Как будет показано далее, перегородки 115 очень плотно прижимают газ к
генерирующим трубам и трубам пароперегревателя. Благодаря близкому расположению этих трубок, тепло
газов используется очень эффективно, а близкое соседство и параллельное расположение трубок перегрева
и генерирующих трубок обеспечивает очень равномерный градиент на трубках перегревателя, который очень
похож на тот, который может быть получен в пленочном трубчатом генераторе соответствующей конструкции,
как описано в связи с рис. 4 и 5. В процессе работы клапаны 176, 180 и 184 закрыты, а клапаны 175, 179 и 183
открыты. Таким образом, пар проходит через 130 264 831, что приводит к увеличению потока через более
холодные пароперегреватели, что, как видно из рис. 6, вызовет более эффективное поглощение тепла в этих
пароперегревателях, которые еще не достигли пика своей эффективности.
Разумеется, возможно и множество других комбинаций операций. Некоторые или все эти клапаны могут
управляться термостатически, с помощью термостата, расположенного в главном трубопроводе 68. 75 — На
рис. 8 показан трехходовой котел с тремя пароперегревателями, по одному в каждом проходе. Данная
конструкция отличается высокой гибкостью и позволяет осуществлять чрезвычайно дальнюю
транспортировку газов, контактирующих с генерирующими и перегревающими трубами.
На рис. 9 показан котел Wickes с замененными перегородками в сочетании с последовательно соединенными
пароперегревателями, подобными показанным на рис. 8.
Котел состоит из барабанов 192 и 193 85, соединенных водотрубными трубами 19-л. В дополнение к
стандартной центральной перегородке 195 были добавлены дополнительные боковые перегородки 196 и 197.
В результате будет видно, что длина пути газа по водопроводным трубам 90 увеличилась вдвое, и газы на
протяжении всего своего длинного пути вступают в гораздо более тесный и плотный контакт с
водопроводными трубами. Это имеет важное значение для повышения эффективности котла 95 как
парогенератора насыщенного пара. Пароперегреватели состоят из верхних коллекторов 200, 202, 204 и 206 и
нижних коллекторов 201, 203, 205 и 207, соединенных трубами 20S, 209, 210 и 211. Нижние коллекторы 201 и
203 соединены трубой 212, нижние коллекторы 205 и 207 аналогично соединены трубой 213, а верхние
коллекторы 202 и 204 соединены трубой 214. Насыщенный пар из верхнего барабана 105 поступает в
коллектор 200 через трубу 198, а перегретый пар из коллектора 206 отводится через трубу для насыщенного
пара 199.
Станет очевидно, что элементы пароперегревателя 110 расположены таким образом, что пар проходит через
них последовательно, и также станет очевидно, что пар всегда течет навстречу потоку газа. Поскольку трубы
пароперегревателя распределены между 115 водотрубными трубами, гидравлическая средняя глубина
генератора значительно уменьшается, а скорость газов, возможно, движущихся вдоль труб, также
значительно увеличивается.
В результате достигается очень высокая эффективность, и благодаря тому, что трубки пароперегревателя
расположены в непосредственной близости от трубок водонагревателя на таком большом расстоянии,
образуется сравнительно равномерный перегрев, который выгодно отличается от перегрева, достигаемого в
пленочных трубчатых генераторах, подобных описанным на рисунках.
4 и 5.
Расположение перегородок, как показано на рис. 9, приводит к постепенному уменьшению поперечного
сечения газопровода, что очень важно для трубы 173, клапана 175 и трубы 174, входящей в верхний
коллектор 65 заднего пароперегревателя.
Затем он течет вниз по трубам пароперегревателя 67 и нижнему коллектору 66 через трубы 177, клапан 179 и
трубу 178 в нижний коллектор 63 промежуточного пароперегревателя. Затем поток пара поднимается вверх
по трубам пароперегревателя 64 к верхнему коллектору 62, спускается вниз по трубе 181 и далее через
клапан 183 и трубу 182 к верхнему коллектору 59 пароперегревателя в «первом проходе», где пар течет вниз
по трубам 61 к нижнему коллектору 60 и выходит через паропровод перегретого пара 68.
Очевидно, что пар проходит последовательно через все пароперегреватели, и в каждом пароперегревателе
поток пара направлен навстречу потоку газа. Если необходимо обвести часть или весь пар вокруг какого-либо
пароперегревателя, это можно осуществить путем соответствующей регулировки клапанов. Таким образом,
например, если клапаны 175, 191 и 184 закрыты, а клапаны 176, 179, 180 и 183 открыты, пар будет обходить
задний пароперегреватель.
Если же клапан 180 закрыт, а клапан 184 открыт, пар будет обходить средний и задний пароперегреватели и
при первом проходе будет проходить только через пароперегреватель. Очевидно, что второй
пароперегреватель будет обойден путем закрытия клапана 179, открытия клапанов 180 и 184, при этом
клапаны 191 и 176 останутся закрытыми. Различное количество пара может быть отведено в обход всех трех
пароперегревателей путем соответствующего открытия или закрытия описанных выше клапанов, или же
определенное количество насыщенного пара может быть отведено в обход всех трех пароперегревателей
путем закрытия клапанов 175, 180 и 184 и открытия клапанов 191 и 176 в желаемой степени.
В практической эксплуатации, когда необходимо уменьшить перегрев, вызванный принудительным
нагнетанием пара в котел, простым и эффективным способом является введение небольшого количества
насыщенного пара непосредственно в паропровод 68, заполненный перегретым паром. Таким образом, при
такой схеме основная часть пара проходит последовательно через все три пароперегревателя, как было
описано выше.
Определенная регулируемая часть насыщенного пара отводится с помощью клапанов 176 и 191 и служит для
поддержания перегрева на желаемом уровне.
В тех случаях, когда необходимо увеличить перегрев, например, когда котел работает на такой высокой
мощности, что перегрев начинает падать (см. рис. 6), это в некоторых случаях можно осуществить путем
обхода определенного количества насыщенного пара вокруг более горячего перегревателя.
Этот эффект, конечно, заключается в уменьшении потока через более горячие пароперегреватели, что
приводит к повышению эффективности поглощения тепла, желательной для поддержания высоких скоростей,
поскольку продукты сгорания, проходящие через котел, перемещаются и уменьшаются в объеме. Наличие
перегородок также значительно увеличивает длину пути газов, контактирующих с трубками генератора, и,
соответственно, повышает эффективность передачи тепла к ним.
На рисунках 8 и 9 поток пара i0 через перегреватели всегда направлен в противоположную сторону от потока
газа. Как мы выяснили, это обеспечивает наиболее равномерный перегрев и наиболее эффективное
использование тепловых единиц в нагреваемых газах. В более широком смысле настоящее изобретение
никоим образом не ограничивается потоком пара в пароперегревателях, который всегда направлен против
потока газа, и, наоборот, в некоторых установках может быть желательно по конструктивным или иным
причинам пропускать пар через пароперегреватели в том же направлении, что и поток газов, или пропускать
его в противоточном режиме в одних пароперегревателях и в том же направлении в других.
На рисунках 10 и 11 изображен паровой котел локомотива обычного трубчатого типа. Водяное пространство
21.5 показано окружающим как топочную камеру 216, так и жаровые трубы 217. Паровой купол 218 и труба для
сбора насыщенного пара 219 также предусмотрены, как и в обычных конструкциях. Дымовая камера 220
показана в диагональном виде и не отклоняется от общепринятой практики B5. В части жаровых труб, которые
обычно имеют несколько больший размер, вставлена одна или несколько труб пароперегревателя 221. Эти
трубы проходят от впускных коллекторов 222 до выпускных коллекторов 228, которые уходят в топку. Для
защиты открытого коллектора пароперегревателя 223 предусмотрено подача определенного количества воды
в коллекторы с помощью труб G2924 и насоса 225. Это выполняет двойную функцию: контролирует перегрев
и предотвращает повреждение коллекторов от высокой температуры огня. Коллекторы 293 соединены с
главным патрубком пароперегревателя 226, от которого труба 227 идет к паровому коллектору 228 и
снабжена обычным дроссельным клапаном 229. В контур впрыска воды также включен клапан 92,80 для
ручного или автоматического управления впрыском воды.
Как показано на чертеже, вода, впрыскиваемая в коллекторы 228, забирается из водяного пространства
самого котла. Таким образом, путем впрыскивания горячей воды становится возможным работать с большими
объемами воды, и для некоторых целей это желательно, поскольку легче регулировать количество
впрыскиваемой воды.
Однако изобретение не ограничивается использованием горячей воды из котла, и при необходимости можно
вводить холодную питательную воду в меньших количествах. Вместо того чтобы предусматривать впрыск
воды для регулирования перегрева и защиты перегретого пара, собираемого в топке, эти коллекторы могут
быть изготовлены из жаропрочных металлов или могут быть защищены от лучистого тепла топки, например, с
помощью подходящего экрана из трубок, заполненных водой и действующих в качестве коллектора
питательной воды или в качестве вспомогательных трубок для генерации насыщенного пара. Могут быть
использованы и другие средства защиты. Таким образом, например, можно вывести трубы
пароперегревателя через жаровые трубы и пространство для воды и пара до того, как будет достигнута
топочная камера. Данная модификация 8G, защищая трубки пароперегревателя, сопряжена со
значительными конструктивными трудностями, а также имеет тенденцию охлаждать перегретый пар при
контакте с более холодным насыщенным паром в котле. Однако, 85.
Эффективная изоляция труб паросборника позволит в значительной степени избежать этой проблемы.
На фиг. 10 и 1.1 показано, что трубки пароперегревателя соединены с паровым котлом, работающим на
насыщенном паре, таким образом, что пар протекает через трубки в направлении, противоположном
направлению потока газа. Это наиболее эффективный способ расположения трубок и использования тепла
газов. Однако возможно соединить трубки пароперегревателя в обратном порядке, так что пар будет течь в
том же направлении, что и нагревающие газы. При сочетании с впрыскиванием воды в количестве 100.
В случае открытых патрубков в топке, перегревательные элементы могут генерировать пар, а также
перегревать его.
В котлах локомотивов серии 105, как показано на рисунках, осуществляется не только контроль перегрева. I1
и 11 очень ровные, но эффективность котла как генератора насыщенного пара значительно повышается,
поскольку размещение одной или нескольких труб пароперегревателя 110 внутри жаровых труб увеличивает
среднюю гидравлическую глубину и значительно увеличивает скорость, что, следовательно, приводит к
значительному увеличению эффективности поглощения тепла.
Жаротрубные трубы, разумеется, являются парогенераторными трубами в том смысле, в котором это
выражение используется в данной спецификации.
На рисунках 12, 11 и 14 показано расположение пароперегревателя и пленочных трубчатых генераторов,
которое желательно для некоторых установок. Генераторные трубки для пленочных фотоэлементов показаны
на рисунках 231 и 232. Соответствующие верхние заголовки 233 и 2B5 и нижние заголовки 284 и 236
расположены обычным образом, как описано в нашем предыдущем патенте № 171785 (пункт 125).
Коллекторы 234 и 286 соединены с пароотделительным котлом 287 трубами 288 и 1289. В сепараторе
происходит разделение пара и воды, а вода разделяется между двумя коллекторами, что обеспечивает
выполнение двойной функции.
Рисунок 15 иллюстрирует комбинацию сухого пароперегревателя и пароперегревателя с впрыском газа,
объединенных с обычным водотрубным котлом типа 70, который был установлен для улучшения циркуляции
газа. Котел, имеющий наклонную трубчатую конструкцию, состоит из большого парового и водогрейного
барабана 254, снабженного водосборниками или коллекторами 255 и 256, соединенными длинными
наклонными трубами 257. Перегородка 258, простирающаяся от левой стенки печи почти на всю длину труб в
сочетании с перегородками 259 и 260, заставляет газы двигаться по пути, показанному стрелками, и плотно
удерживает газы внутри труб.
Перегородки расположены таким образом, что объем первого прохода между 85 перегородками 258 и 259
значительно превышает объем второго прохода. Это приводит к поддержанию высоких скоростей потока газа,
несмотря на то, что продукты сгорания, охлаждаемые при прохождении через генерирующие трубки под углом
90°, сжимаются до гораздо меньшего объема, который в обычных установках может составлять всего 1/3
объема при самых высоких температурах сгорания. В первом проходе, в непосредственной близости и
параллельно генерирующим трубам, расположен пароперегреватель, состоящий из 95 коллекторов 261 и 262,
соединенных трубами 268. Вдоль задней стенки камеры сгорания расположен второй пароперегреватель,
состоящий из лопастей 264 и 265, соединенных трубками 100 и 266. Этот второй пароперегреватель состоит
из ряда пленочных трубок, причем верхний коллектор 264 соединен с водяным коллектором 2.56 трубой 267,
управляемой клапаном 268. Насыщенный пар из барабана 254 по трубе 269 поступает в коллектор
пароперегревателя 261, а перегретый пар из коллекторов 262 и 265 по трубам 271 и 272 поступает в
магистраль перегретого пара 270.
Насос 273 и труба 274, ведущая к питательной трубе 275, возвращают любую воду, образовавшуюся в
коллекторе 265, в циркуляционную систему котла. Термостат 276 (термостат 115S) управляет клапаном 268 и
регулирует количество воды, подаваемой в трубки 266. Обход насыщенного пара в магистраль перегретого
пара может быть осуществлен через трубу 277, управляемую клапаном 278, который может приводиться в
действие вручную или термостатом.
В процессе работы насыщенный пар из главного котла проходит через трубки перегревателя 263, и в трубки
266 впрыскивается вода в количестве, меньшем, чем может испариться в трубках, так что обычно перегретый
пар выходит в коллектор 265, а затем через трубу 272 в магистраль перегретого пара. 180 подается насосом
240 через соединительную трубу 241 в верхние коллекторы 28 и 235.
-Насыщенный. струйный поток:: о ном -, разделительный свет труба 242 и трубы 9-48 и 244, регулируемые
клапанами 245 и 244, поступают в подогреватели 247 и 248. Эти дополнительные элементы расположены в
виде намотанной трубы, как показано на рис. 1. Пар, протекающий по трубе, конечно, не всегда движется
навстречу потоку газа, но общий результирующий поток пара такой же, как если бы использовалась серия
параллельных трубок, и для некоторых целей предпочтительнее использовать одну извилистую трубку,
расположенную, как показано на рисунке. Пароперегреватели соединены в нижней части генератора с
паропроводом 249, управляемым клапаном 259.
Вместо использования извилистой трубы, как показано на рис. 13, две вертикальные коллекторные трубы 251
и 252 (рис. 14) соединены рядом горизонтальных труб 258.
Очевидно, что такая конструкция обеспечивает общий поток пара, аналогичный потоку из 25 параллельных
вертикальных труб, и эта конструкция выгодна для определенных установок.
Поскольку пароперегреватель, показанный на фиг. 12-14, расположен параллельно и вплотную к трубам
парогенератора с пленочными трубками, тепловыделение происходит очень равномерно по всей длине
пароперегревателя, и, как следствие, перегрев является относительно равномерным. Несмотря на
равномерный градиент, колебания перегрева компенсируются работой клапанов 245 и 46, которые
определяют относительное количество пара, протекающего через более горячий пароперегреватель 247 и
более холодный пароперегреватель 248. Управление аналогично тому, которое осуществляется в установке,
описанной в контексте других типов котлов.
В представленных пленочных трубчатых генераторах перегреватели расположены таким образом, что пар,
проходящий через перегреватели, движется в том же направлении, что и циркуляция воды, и навстречу
потоку газа. Это никоим образом не является существенным для изобретения, хотя и представляет собой
предпочтительный вариант его осуществления. Напротив, поток пара через перегревательные элементы
может быть направлен в противоположную сторону по отношению к потоку воды через генерирующие
элементы и может быть либо по направлению потока газа, либо против него. Хотя с точки зрения поглощения
тепла эта конструкция несколько менее эффективна, она имеет некоторые конструктивные преимущества,
поскольку пленочный трубчатый генератор может быть спроектирован с раздельными верхними
коллекторами, при этом верхняя часть наклонного коллектора или емкости с соответствующими трубами,
соединенными с ней, может использоваться в качестве коллектора перегревателя. Это, очевидно, приводит к
очень компактной компоновке и позволяет использовать MIWII 3, .9. Трубки пароперегревателя 9266, которые
подвергаются воздействию полного тепла газов, а также лучистого тепла пламени, очень эффективно
охлаждаются постоянным потоком пара через них и одновременно служат экраном для стенки камеры
сгорания.
Клапан 268 сконструирован таким образом, что он не может полностью закрыться, и в трубки 266 всегда
подается достаточное количество воды для образования пленки по всей той части трубок, которая находится
непосредственно на пути основного потока газа и, следовательно, подвергается наибольшему нагреву. По
мере повышения температуры перегрева в основном потоке 270 термостат открывает клапан 268, тем самым
подавая увеличенное количество воды в трубки 266. Клапан 268 постоянно открыт до тех пор, пока пленка в
трубках 266 не достигнет нижнего коллектора 265. Другими словами, пароперегреватель начинает выпускать
насыщенный пар, который охлаждает перегретый пар, образующийся в сухом пароперегревателе. В крайних
случаях, когда даже количество насыщенного пара, образующегося в трубах 266, недостаточно для снижения
температуры перегретого пара до желаемого значения, термостат может быть сконструирован таким образом,
что после открытия клапана 268 до максимального значения начинает открываться клапан 278, и насыщенный
пар отводится непосредственно через трубу 277 в магистраль перегретого пара.
В нормальных условиях эксплуатации этот обходной трубопровод (-85) не требуется, и можно безопасно
производить установки, в которых прямой обходной трубопровод полностью отсутствует. Данный чертеж
показан лишь для иллюстрации возможности создания такого байпаса для котлов, работающих в
экстремальных условиях.
Коллектор 265 снабжен датчиком уровня воды 279, который регулирует скорость насоса 278 и может также
управлять запорными клапанами 280 в трубе 274 и на всасывающем патрубке насоса. Система
регулирования уровня воды настроена таким образом, что до тех пор, пока трубки пароперегревателя 266
подают сухой пар в коллектор 265, клапаны 280 будут закрыты, и насос 273 не будет работать.
- Как только впрыск воды в трубки 266 станет достаточным для поддержания пленки неиспарившейся воды по
всей длине трубок, и, следовательно, вода будет сбрасываться в разделительный коллектор 265, система
регулирования уровня воды сработает, чтобы открыть клапаны 280 и запустить насос 273, возвращая воду
через трубы 274 и 275 в водонапорный барабан O60 котла. Возврат воды насосом способствует поддержанию
нормальной циркуляции воды в главном котле, что показано на рисунке, и, таким образом, повышает
эффективность главного котла 13, а также обеспечивает очень удовлетворительный способ поддержания
низкого перегрева при различных условиях эксплуатации котла.
Водонагреватель с впрыском выполняет еще одну желательную функцию в тех случаях, когда основной котел
используется с перерывами. Таким образом, если необходимо запустить котел в холодном состоянии,
высокая температура газов, воздействующих на трубки 266, в сочетании с эффектом лучистого тепла
приведет к почти мгновенному образованию пара в трубках 266. Таким образом, можно запустить котел в
холодном состоянии и генерировать перегретый пар в трубах пароперегревателя 266 до того, как основной
котел начнет подавать пар. Это выгодно при температуре -80°C, поскольку сокращает время, необходимое
Соседние файлы в папке патенты