Парогенераторная установка

345697 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК РАТЕНТУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗаявлено 18,Х.1968 1 127594478816757772,67, етець22 пп. 1 - 2 20,Х.1967,Великобританияпп. 3 - 11 20.Х 11.1967итанияно 14 Х 1,1972. Б 1 олл Приоритет иоритет еликоб бликов Комитет по делам зоеретений и открытий при Совете й 1 инистров СССРУДК 621.181.й 21088.8 Дата Х.19 нковання описания Авторыизобретени Ицо Вуллеи, Джордж Эттрап Райт инсон Рой Крисп и Ро рик М ени овитанн явител на нрм Хэд, Райтсон энПАРО ГЕН ЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА 2 Зависимый от патентаИзобретение касается парогенераторных установок, в которых тепло, например, получасмое в процессе изготовления стали в кислородных конверторах, прерывисто подают в котел-утилизатор, имеющий охлаждаемые в результате парообразования поверхности, Пар при этом поступает в паровой коллектор парогенерирующей цепи установки.Известные установки работают по принципу системы либо с естественной циркуляцией, либо принудительной, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.Цель изобретения - создание установки, которая при естественной циркуляции обладала бы достаточной надежностью, характерной для системы с принудительной циркуляцией.Это достигается тем, что между парогенери. рующими поверхностями котла и его сепарационным барабаном установлен по меньшей мере один впрыскиватель для подачи пара от постороннего источника в период, предшествующий очередному циклу подачи тепла в котел.Вспомогательный источник пара включен параллельно с магистральным паропроводом.На фиг. 1 схематично изображена часть предлагаемой установки; на фиг. 2 - другая асть установки (обе части соединены в точке Л); на фиг. 3 - вариант впрыскивателя, разрез; на фиг. 4 - разрез по А - А на фиг. 3; на фиг. 5 - впрыскиватель с перфорированной пластиной для пропуска пара, разрез; на фиг. 6 впрыскиватсль с продольной перфорированной трубкой для ввода пара, разрез; на фиг, 7 - то же, с поперечной трубкой; ца фиг. 8 - то же, с кольцевым соплом для ввода пара; ца фиг. 9 - то же, с кольцевым соплом о типа сопла Вентури.Газоход 1 прерывисто принимает тепло отисточника 2, например конвертора выплавки стали,Стенки газохода оборудованы охлаждае мыми в результате парообразовання поверхностями, например трубчатыми панелями, Панели газохода выполнены в виде трех отдельных секций, цо их может быть и больше.Каждая секция пансли соединена с выход- О цым отверстием водяного коллектора 3, откуда смесь пара с водой через вертикальные трубы 4 подается в сепарацнонцый барабан 5, Пар поступает из барабана через трубу б, а вода в барабан - через трубу 7. Слпвная труба из барабана обозначена позицией 8. Вода из барабана б через циркуляццонную трубу 9 и входной водяной коллектор 10 поступает на охлаждаемые панели.50 60 65 Вспомогательные циркуляционные устройства (впрыскиватели) 11 предназначены для впрыскивания пара в каждую вертикальную трубу 4, причем пар подается через питающие трубы 12, на каждой из которых монтируют обратный клапан 18, и через общие питающие линии 14 и 15. Поток регулируется с помощью распределительных клапанов 16 и 17, Общая питающая линия 15 подает пар от магистрали или от другого источника, например дополнительного компактного парового котла,Хотя изобретение, главным образом, касается поддержания устойчивых циркуляционных режимов на работающих установках, опо обеспечивает также определенные преимущества и там, где установка начинает работать с нуля.Ниже описывается более полно принцип работы установки.Холодную парогенераторную установку заполняют водой через питающую трубу 7. Затем подают пар по линиям 14 и 15 через впрыскиватели 11. Пар начинает конденсироваться в воде в вертикальных трубках 4. Скорость потока пара, поступающего во впрыскиватели 11 для их подогревания, регулируют с помощью распределительного клапана 17. Нагревающий пар, который также конденсируется, вызывает изменение плотности воды в вертикальных трубах 4. Это создает тепловую циркуляцию в системе. При продолжении впрыскивания пара температура воды повышается до тех пор, пока не достигнет точки кипения при атмосферном давлении. Тогда отсекается воздушный кран барабана 5 парового котла. Впрыскиватели 11 продолжают подавать пар в циркуляционный контур и повышают давление пара. Одновременно повышается температура воды, которая в этот момент уже достигла насыщения (то есть состояния кипения). При достижении в барабане 5 минимально приемлемого рабочего давления закрывается распределительный клапан 17 и открывается клапан 16 предпочтительно большей емкости, Этот клапан открывается как раз перед тем, как система должна получить тепло от источника. Поскольку вода достигла условия насыщения, то пузырьки пара, поступающего от впрыскивателей 11, обеспечат сущсствова ие в вертикальных трубах 4 смеси пара с водой, Из-за разности плотностей воды в циркуляционной трубе 9 и смеси пара с водой в вертикальных трубах 4 усиливается циркуляция в системе. Для поддержания достаточного возбуждающего давления для циркуляции пар из барабана 5 отбирают по мере нсобхолнмости.Таким образом, к моменту включения в работу источника тепла 2, в охлаждающих панелях уже существует поток воды. Поскольку этот поток турбулентный, то он оказывает очищающий эффект на поверхностях охлаждаю 5 10 15 20 25 30 35 40 щих панелей и поэтому сводит до минимума тепловой удар, а также вибрацию.1(ак только произойдет подвод тепла от источника 2, давление в барабане 5 может быть повышено с управляемой скоростью. Если давление подводимого пара на впрыскиватели 11 ниже давления пара в системе, то по мере повышения давления в системе клапаны 13 будут закрыты и поток пара на впрыскиватели 11 отсечен. С этого момента система начинает работать полностью как система с естественной циркуляцией до тех пор, пока происходит подача тепла.После прекращения подвода тепла система начинает охлаждаться, в результате чего давление пара в барабане 5 падает. В случае необходимости скорость падения давления в барабане 5 можно регулировать, допуская мгновенное образование пара по мере падения этого давления, Вода в сети поддерживается при температуре насыщения, которая соответствует существующему в этот момент давлению, Это означает, что состояние турбулентности будет существовать в смеси пара с водой по всему контуру.Иногда давление в контуре может оказаться ниже давления пара, поступающего на впрыскиватели 11. В этом случае возбудить циркуляцию можно с помощью пара, подачу которого регулируют распределительными клапанами 16 и 17. При этом снова начинается только что описанный цикл.Установка может включать главный аккумулятор 18 хранения пара известного типа, соединенный линиями 19 и 20 параллельно с трубой 6,Конденсаторы 21 соединены посредством линии 22 с цепью паропровода установки и с аккумулятором 18.Пар, предназначенный для впрыскиватслей П, может храниться во вспомогательном аккумуляторе 23, Трубы 12 сообщаются с питающей линией 14, которая присоединена к аккумулятору 23 с помощью линии 24. Аккумулятор 28 с помощью линии 25 соединяют с трубой 6 установки.Установка, в состав которой входят аккумуляторы 18 и 23, работает следующим образом,В начале процесса, когда охлаждающий контур, включающий барабан 5, трубу 9, газоход 1, впрыскиватель 11 и трубу 4, заполнен холодной водой, давление в контуре соответствует атмосферному, После этого через линии 14 и 15 и впрыскиватели 11 пускают пар, Температура воды в контуре повышается до точки кипения при атмосферном давлении. При продолжении подачи пара через впрыскиватели 11 давление и температура воды, а также температура металлических элементов,в которых заключена вода в контуре, постепенно повышаются, до тех пор, пока не будет достигнуто давление, приблизительно равное давлению источника питания (в данном случае давлению пара, поступающего по линии 15). На этом этапе поднимающиеся пузырьки5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5пара от впрыскивателей 11 в вертикальных трубах 4 вызывают циркуляцию воды в контуре со скоростью, вполне достаточной для осуществления запуска главного источника тепла 2. Последний, включаясь в работу, генерирует больше пара в контуре, вызывая повышение давления в нем выше уровня пара в трубе б и тем самым отсекая обратные клапаны 13, Поскольку поступление тепла продолкается, давление в контуре будет подниматься с регулируемой скоростью до достижения заданного максимума. Это повышение также заставляет сам контур действовать в качестве теплового узла или узла хранения пара.Впрыскиватели 11 сосдиняют параллельно с теперь утсе нагретым контуром посредство.;т труб 12 и линий 14, 24, 25. На линии 25 монтируют обратный клапан 2 б.Повышение давления в аккумуляторе 23 должно происходить с такой же скоростью, что и в нагреваемом контуре.После того, как начинается производственный процесс и к нагреваемому контуру поступает тепло, автоматически начинает работать вся установка. Причем, каждый раз при возобновлении цикла на впрыскиватели 11 поступает пар со вспомогательного аккумулятора 23. Последний полностью обеспечивает циркуляцию воды перед началом подвода тепла.Если в какой-то момент прекращается поступление тепла, то давление пара в барабане автоматически подает ниже уровня давления во вспомогательном аккумуляторе 23. В результате, можно получить необходимый поток пара через впрыскиватели 11.При нормальных рабочих условиях распределительный клапан 27 открыт под воздействием сигнала, который с небольшой задорккой во времени вызывает запуск источника тепла 2 таким образом, что начало движения пара через впрыскиватели 11 всегда несколько отстает по времени. Управление клапаном 27 осуществляется таким образом, что он поддерживает сравнительно постоянный поток пара в контуре. После начала подачи тепла источником 2 через определенный про.лежуток времени временное реле отсекает распределитльный клапан 27. По мере повышения давления в системе вспомогательный аккумулятор 23 будет подзаряжаться через линию 25.Таким образом, в начале каждого цикла сигнал заставляет срабатывать клапан 27, в результате чего пар получает возможность попасть на впрыскиватели 11 и вызвать циркуляцию воды в контуре 5 - 9 - 1 - 11 - 4. После этого начинается подвод тепла, и генерируемый пар вызывает повышение давления в системе. Скорость повышения давления в системе регулируется из условия приемлемости ее для элементов. Давление во вспомогательном аккумуляторе повышается с такой жс скоростью.В конце периода подвода тепла давление пара в контуре может уменьшаться с регулируемой скоростью. При этом хранящицся в контуре пар уходит в магистраль, а вода поддерживается при температуре точки кипенияво всей цепи. В результате этого устраняется нежелательное неравномерное распределение температуры и удаляется из контура персохлажденная вода.Таким образом, благодаря использованию парового аккумулятора 23 для впрыскпватслей 11 и в результате соответствующего управления паровой цепью создатот установку, в которой можно обсспсчнть прннудительпую циркуляцию в любой момент во время рабочего цикла, включая и те случаи, когда происходит задержка в подаче тепла от главного источника его поступления.Таким образом, в предлагаемой установке сочетаются преимущества как системы с естественной циркуляцией, так и системы с принудительной циркуляцией и обеспечивается принудительная циркуляция в течение небольшого промежутка времени непосредственно перед внезапным подводом тепла. При этом не требуется применения дорогостоящих насосов, связанных с ними отверстий н трубопроводов с небольшим внутреьпшм диаметром. Охлаждаемые в результате парообразования стентси могут иметь более жесткую и прочную конструкцию, связанную с трубками большего диаметра, используемыми при естественной циркуляции.Устраняется персохлаждение и обеспечивается экономия средств.Во время использования тепла имеющих высокие тепловые нагрузтси крупных конверторных установок принудительная циркуляция в целях охлаждения в начале каждого продувания просто необходима. Предлагаемое изобретение обеспечивает такую циркуляцию простым и выгодным путем и так, что эффективно уменьшаются тепловые нагрузки и вибрации при запуске.На фиг. 3 - 9 показано несколько различных форм вспомогательных ттттртсуляцттоттттьтх устроттств (впрттстсттвателетт), которттс тот 1 т быть использованы в описываемой установке.Из вышеизложенного ясно, что впрыскпвателп 11 нспользутот для подогревания холодной системы и для создаттття циркуляции в цепи после окончания процесса подогревания.В ходе подогревания системы вссь впрыскиваемый пар конденсируется. Во время впрыскивания пара для создания циркуляции посредством образования смеси пара с водой также может произойти конденсация впрыскиваемого пара. Доля конденсации впрыскнваемого такттм образом пара зависит от результирующего статического напора. Статический ттапор или давление может создаваться в воде в точке впрыскивания пара при температуре, которая ниже точки кипения. Теплота пара может поглощаться, в результате чего происходит некоторая конденсация, По мере того, как смесь пара с водой поднимается в вертикальных трубах 4, часть конденсированного пара может снова превращаться в пар,45 50 55 60 65 Чтобы не допустить вибрации и шума, возникающих в результате любой конденсации паров, а также в результате удара пузырьков пара, поднимающихся по вертикальным трубам 4, необходимо уделять особое внимание конструкции и размещению отверстий. При неправильной конструкции отвсрстий может случиться так, что конденсация будет происходить так быстро, что жидкость втянется в отверстие, откуда она внезапно выбрасывается. Это может вызвать колебания, усиливающие вибрацию и шум.Кроме того, когда пузырьки пара поднимаются по трубке, то более крупные увеличиваются в своих размерах путем поглощения более мелких, и это может привести к тому, что размер пузырьков станет таким, что возникнет удар пара поперек диаметра трубки. Поэтому впрыскиватели 11 должны иметьконструкцию, не допускающую удара пара вточке входа индуктированного потока воды.Впрыскивание пара должно осуществлятьсятаким образом, чтобы индуктированный потокводы был концентрическим и шел параллельнов строго вертикальной части вертикальнойтрубки. Чтобы свести до минимума слияниепузырьков пара на стенке вертикальной трубки, предпочтительно вход впрыскиваемого пара установить в центральной части этойтрубки.Отверстие сопла, через которое осуществляют впрыскивание пара, должно иметь небольшой диаметр.Сердечник впрыскивающего сопла, а также(если это возможно расстояние между сопломи трубкой ввода сопла необходимо уплотнитьстальным волокном или его эквивалентом.Вспомогательное циркуляционпое устройство (впрыскиватель), изображенное на фиг, 3и 4, охватывает дугообразную трубчатую секцию 28, по касательной к которой расположена трубка ввода 29,Трубка впрыска 30 пара, имеющая сопло 31на одной из своих концевых частей, расположена коаксиально с трубкой ввода 29 и входит в трубчатую секцию 28 таким образом,что сопло 31 располагается концентрическиотносительно прямой части трубчатой секции28. В месте стыка последней и трубки ввода29 ставят направляющую пластинку 32 трубки впрыска, при этом трубку ввода уплотняютволокном из нержавеющей стали.Трубка впрыска 30 предназначена для присоединения к трубе 12 и также уплотнена волокном из нержавеющей стали.Сопло 31 имеет конусообразную часть и несколько просверленных отверстий 33 небольшого диаметра, которые расположены наклонно вверх для ускорения направленного вверхпотока небольших пузырьков пара. Вертикальный шаг Й отверстий 33 такой, что, сслн смотреть па них сверху, существует небольшой зазор с между двумя смежными рядами отьсрстий,5 10 15 20 25 30 35 40 8Сопло 31 оборудовано четырьмя продольными, расположенными на некотором расстоянии друг от друга элементами жесткости с направляющими ребрами 34, а его передняя концевая часть закрыта колпачком 35,Передняя часть трубки впрыска пара расположена коаксиально по отношению к поперечному сечению трубчатой секции 28 с помощью четырех регулируемых жестких стержней Зб, каждый из которых соприкасается с ребрами элементов жесткости. Последние для этой цели оборудовашя блоками 37 усиления.Для лучшей центровки трубки 30 используют запирающую пластинку 38, которая закрывает трубку 20 и которую крепят на трубке 30. Положение запирающей пластинки 38 фиксируется с помощью двух установочных штифтов 39, расположенных на противоположных частях фланца 40, который закреплен на трубке 29.На фиг. 5 показан другой вариант вспомогательного циркуляционного устройства (впрыскивателя), в котором пар поступает в трубчатую секцию 28 через набивочную камеру 41, заполненную проволочным волокном, На передней концевой части набивочной камеры монтируют снабженную отверстиями пластину 42, расположенную таким образом, чтобы пар попадал в поток воды, двигаясь в одном с ним направлении.В вспомогательных циркуляционных устройствах, изображенных на фиг. 7, 8 и 9, нет трубок ввода пара; его впрыскивают в трубчатую секцию 28 через поперечно располокенную трубку 43, которую соединяют с трубой 12.Трубка 43 (см, фиг. 7) соединена с соплом 44 поперечного потока, через отверстия 45 которого пар попадает в поток воды. Трубка 43 (см. фиг. 8) соединена с кольцевым соплом 4 б, расположенным внутри трубчатой секции 28. Через его отверстия 47 пар попадает в поток воды.Трубка 43 (см. фиг. 9) присоединена к кольцевому соплу 48 типа Вентури, расположенному внутри трубчатой секции 28. Через его отверстия 49 пар попадает в поток воды. Предмет изобретения 1. Парогенераторная установка, содержащая котел-утилизатор с естественной циркуляцией и прерывистой подачей тепла, например при плавке стали в кислородных конверторах, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, на тракте между парогенерирующими поверхностями котла и его сепарационным барабаном установлен по меньшей мере один впрыскиватель для подачи пара от постороннего источника в период, предшсствующий очередному циклу подачи тепла в котел.2. Установка по п, 1, отличающаяся тем, что впрыскивателп установлены на вертикальных участках пароотводящих труб котла.345697 10 1 1 3. Установка по пп, 1 и 2, отличающаяся тем, что впрыскиватель закреплен в вертикальном цилиндрическом патрубке, присоединенном к дугообразному закруглению пароотводящей трубы в месте перехода от наклонного к вертикальному участку.4. Установка по и. 3, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде расположенной соосно с патрубком и заполненной набивкой, например, из стального волокна, трубки с конусным перфорированным насадком на вы- ходном конце.5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что впрыскиватель выполнен в виде помещенной в верхней части патрубка по всему его сечению пластины, перфорированной вертикальными отверстиями.6. Установка по пп. 3 - 5, отличающаяся тем, что полость патрубка, не занятая впрыскивателем, заполнена набивкой, например, из стального волокна. 7. Установка по пп. 1 и 2, отличающаясятем, что впрыскиватель выполнен в виде горизонтальной трубы, установленной поперек пароотводящей трубы по ее диаметру, имеет перфорацию в верхней части и заполнен набивкой, например, из стального волокна.8. Установка по пп. 1 и 2, отличающаясятем, что впрыскиватель выполнен в виде кольцевой камеры, расположенной соосно внутри 10 пароотводящей трубы вплотную к ее стенке,заполнен набивкой, например, из стального волокна, и имеет перфорацию в верхней части,9, Установка по п. 8, отличающаяся тем,что камера имеет торовидную форму,15 10. Установка по п. 8, отличающаяся тем,что внутренняя стенка камеры имеет форму сопла Вентури.11. Установка по пп. 1 - 10, отличающаясятем, что она имеет вспомогательный источник 20 пара, например маломощный паровой котел.345697 Фиг Ю Фиг оставитель К. Харитоно Редактор Н. Вирко Техред Л, Богданова тор Г. Запо Кор рек Типография, пр. Сапунов аказ 32024ЦНИ 1 ЛПИ Комитета Изд.309 Тираж 406делам изобретений и открытий при СоветМосква, Ж, Раушская иаб д, 4/5 ПодписиМинистров ССС