Котел-утилизатор

 

Полезная модель обеспечивает снижение скоростей двухфазного потока (пароводяной смеси) на выходном участке испарителя низкого давления (ИНД) контура низкого давления котла-утилизатора вертикального профиля с принудительной циркуляцией, что, приводит к уменьшению эрозионно-коррозионного износа труб на поворотных участках потока в районе гибов труб перед входом двухфазного потока в выходной коллектор и при повороте потока на входе в выходной коллектор, осуществлено увеличение проходного сечения потока пароводяной смеси, повлекшее за собой снижение его скорости за счет введения дополнительных входного и, соответственно, выходного коллекторов, не влияющих на компоновку котла-утилизатора и не изменяющих его общую тепловую схему в т.ч. габариты котла-утилизатора, 3 ил.

Полезная модель относится к тепловой энергетике, а более конкретно к котлам-утилизаторам парогазовых установок.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является котел-утилизатор (КУ) башенного типа с принудительной циркуляцией - П-107 (www.rusenergomash.ru: А.Ф.Богачев и др. «Особенности эксплуатации и повреждаемость котлов-утилизаторов бинарных парогазовых установок «Москва, Энегргоатомиздат, 2008 г.), который имеет два контура: контур высокого и контур низкого давления, в т.ч. соответственно два барабана. Контур низкого давления, как и контур высокого давления содержит подогревательную, испарительную и перегревательную поверхности нагрева, т.е: экономайзер, испаритель и перегреватель.

Испаритель низкого давления (ИНД) котла-утилизатора работает следующим образом: в котле-утилизаторе в верхней его части по ходу движения горячих газов от газовой турбины устанавливается трубный пакет, состоящий из 16 рядов горизонтально расположенных теплообменных труб (по 75 труб в каждом). Через входной коллектор в четыре ряда труб одновременно осуществляется заход рабочей среды, забираемой циркуляционным насосом из барабана низкого давления. Двухфазный поток (пароводяная смесь) движется в ИНД по четырем горизонтальным участкам, состоящим из упомянутых четырех рядов труб, при этом расширяясь и увеличивая скорость за счет передаваемого тепла горячих газов, поступающих от газовой турбины в КУ.

Недостатком данной конструкции является то, что в зоне гиба перед горизонтальным участком на входе в выходной коллектор, и в зоне гиба при заходе в выходной коллектор ИНД по ходу движения пароводяной смеси значительно возрастает ее скорость. Например: на горизонтальном участке после входного коллектора скорость пароводяной смеси составляет 4,9 м/с, а на горизонтальном участке перед выходным коллектором она возрастает до 19 м/с. В паровом пространстве упомянутых гибов присутствует влага в виде отдельных капель, которые образуются в результате срыва, в т.ч. при повороте потока частиц с поверхности водяной пленки, присутствие которых отмечается на последних горизонтальных участках перед выходным коллектором. Оторвавшись от водяной пленки образованной на внутренней поверхности трубы при движении двухфазного потока, капли разгоняются до высокой скорости (19 м/с) и ударяются о стенки гибов перед выходом в выходной коллектор. В этих местах наблюдается высокий эрозионно-коррозионный износ. Как следствие - недопустимое утонение стенок и возникновение свищей. Это ведет к аварийному останову КУ и длительному дорогостоящему ремонту.

Целью полезной модели является повышение эксплуатационной надежности испарителя низкого давления за счет снижения коррозионно-эрозионного износа выходной части ИНД.

Достигнутым техническим результатом полезной модели является уменьшение скорости потока пароводяной смеси в ИНД в местах гибов теплообменных труб при повороте потока к прямому участку и перед выходным коллектором и в гибах на входе в выходной коллектор.

Поставленная цель достигается тем, что модуль испарительной поверхности нагрева контура низкого давления котла-утилизатора вертикального профиля с принудительной циркуляцией, содержащий блок прямолинейных труб со спирально-ленточным оребрением, заполняющих блок от периферии к центру, и вынесенные за пределы блока, соединенные с прямолинейными трубами гладкотрубные гибы, входной и выходной коллекторы одностороннего расположения, формирующие n ходов в каждом из k заходов, снабжен m дополнительных входных и выходных коллекторов, расположенных с той же стороны блока, каждый последующий из которых от периферии к центру расположен на большем удалении от блока, чем предыдущий, при этом k - любое целое число, n - любое четное число больше 2, n/m=2i, где i - любое целое число.

Данное подключение, не изменяя общей тепловой эффективности поверхности нагрева ИНД, за счет увеличения проходного сечения позволяет в два и более раз снизить скорость потока пароводяной смеси на выходе из ИНД с 19 м/с до 8.9 м/с и более низких значений..

Суть полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид КУ;

на фиг.2 изображен модуль испарителя низкого давления КУ - прототип;

на фиг.3 изображен модуль испарителя низкого давления КУ - предлагаемое техническое решение.

Полезная модель осуществляется следующим образом.

В общем случае КУ (фиг.1) содержит газоход 1 горячих газов, тепло которых утилизируется, контур высокого давления 2, контур низкого давления 3 и коллекторы выхода перегретого пара на турбину 4.

Контур низкого давления 3 содержит барабан низкого давления 5, циркуляционные насосы 6, циркуляционный трубопровод 7 и модуль испарителя низкого давления 8.

Модуль испарителя низкого давления 8 (фиг.3) содержит блок 9 прямолинейных труб со спирально-ленточным оребрением, вынесенные за пределы блока 9 гладкотрубные гибы 10, основные внешние входной 11 и выходной 12 коллекторы, и смещенные от блока 9 относительно коллекторов 11 и 12 дополнительный внутренний входной коллектор 13 и дополнительный внутренний выходной коллектор 14.

В общем случае, когда основные входной и выходной коллекторы одностороннего расположения формируют n ходов в каждом из k заходов, число дополнительных входных и выходных коллекторов m может быть установлено (с учетом требуемых параметров рабочей пароводяной смеси) исходя из соотношения n/m=2i, где n - любое четное число больше 2, i - любое целое число.

Преимущество предлагаемого решения по снижению скорости потока до оптимальных величин, не вызывающих эрозионно-коррозионный износ внутренних стенок труб заключается в том, что оно исключает замену установленных теплообменных труб на трубы большего диаметра, т.к. это приводит к необоснованному увеличению общей массы котла-утилизатора и увеличению его габаритов, изменению компоновки и др. параметров.

При использовании такого решения скорость пароводяной смеси на выходе из ИНД не позволяет каплям влаги отрываться от внутренней поверхности трубы, развивать высокую скорость и за счет высокой кинетической энергии разрушать стенки гибов трубы.

Экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения определяется значительным продлением срока службы поверхностей ИНД без остановов на ремонт и увеличения габаритов газохода котла.

Наиболее целесообразно предложенное техническое решение использовать в проектируемых котлах-утилизаторах башенного типа, в т.ч. при ремонте и модернизации ранее установленных ИНД на котлах - утилизаторах действующих ПГУ. Данное решение позволяет предотвратить разрушения испарителя, связанные с коррозионно-эрозионным износом гибов теплообменных труб, увеличить надежность оборудования и снизить эксплуатационные затраты на привод насосов циркуляции контура низкого давления за счет снижения гидравлического сопротивления поверхности нагрева ИНД.

Модуль испарительной поверхности нагрева контура низкого давления котла-утилизатора вертикального профиля с принудительной циркуляцией, содержащий блок прямолинейных труб со спирально-ленточным оребрением, заполняющих блок от периферии к центру, соединенные с прямолинейными оребренными трубами гладкотрубные гибы, входной и выходной коллекторы одностороннего расположения, вынесенные за пределы блока, формирующие n ходов в каждом из k заходов, отличающийся тем, что модуль снабжен m дополнительных входных и выходных коллекторов, расположенных с той же стороны блока, с какой установлены имеющиеся коллекторы, каждый последующий из которых от периферии к центру расположен на большем удалении от блока, чем предыдущий, при этом k - любое целое число, n - любое четное число больше 2, n/m=2i, где i - любое целое число.



 

Наверх