КОТЕЛ Российский патент 1994 года по МПК F23L15/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в конструкциях паровых энергетических котлов с двухступенчатыми воздухоподогревателями.

Известны паровые котлы, например, котел БКЗ-320-140-6, предназначенные для работы на твердом топливе (каменный уголь либо торф) и на мазуте, либо газе, в конвективных газоходах которых размещены двухступенчатый экономайзер и двухступенчатый воздухоподогреватель, скомпонованные "в рассечку", температура воздуха на выходе 395^оС. Рекомендуемая нормами температура горячего воздуха определяется условиями сушки твердого топлива в пределах 350-400^оС, а при работе на мазуте и газе определяется в пределах 250-300^оС. Снижение температуры горячего воздуха на 100^оС снизит выход окислов азота на 30%, что подтверждает и опыт эксплуатации водогрейных котлов типа ПТВМ и КВГМ, работающих на холодном дутьевом воздухе. Так на котле КВГМ-180 рециркуляция дымовых газов и холодной дутьевой воздух позволили уменьшить концентрацию окислов азота в продуктах сгорания до 100-120 мг/м³.

Снижение температуры горячего воздуха, идущего на горение, без снижения экономичности работы котла возможно, если до высокой температуры нагревать только часть воздуха, идущего на систему пылеприготовления, а остальной воздух нагревать лишь до температуры, обеспечивающей устойчивость горения. Доля воздуха на систему пылеприготовления в зависимости от характеристик угля может составлять 20-55% от теоретически необходимого для пылеугольных топок. Следовательно, воздух после воздухоподогревателя I ступени (ВПI) можно разделить и 50% подать на горелки в качестве вторичного, а остальные 50% - догрев в воздухоподогревателе II ступени (ВПII) до необходимой по условиям сушки топлива температуры (но не выше чем по условиям надежности работы самого воздухоподогревателя), подать на систему пылеприготовления и далее в качестве первичного воздуха в горелки.

Если же на систему пылеприготовления требуется менее 50% воздуха, то излишний горячий воздух в смеси с воздухом после ВПI подается в качестве вторичного. При работе котла на мазуте либо природном газе смесь воздуха после ВПI и ВПII поступает на горелки и лишь небольшая часть помимо системы пылеприготовления по особой перемычке поступает в горелки в качестве первичного. Но без компенсации снижения тепловосприятия ВПII на 50% температура уходящих газов возрастает и КПД котла снизится. Для компенсации снижения тепловосприятия ВПII заявкой предлагается параллельно поверхности ВПII по газам в одном газоходе разместить теплообменную поверхность для подогрева холодного воздуха до температуры обеспечивающей без коррозионный режим работы последней выходной по газам секции ВПI.

Известным и наиболее распространенным способом предварительного подогрева воздуха является подогрев воздуха в калориферах паром отбора турбин (расход пара на собственные нужды, а не на внешнего потребителя). С целью снижения низкотемпературной коррозии до уровня 0,2 мм/год, что обеспечивает надежную работу воздухоподогревателя в течение межремонтного периода, нормами ПТЭ температура воздуха на входе в выходную по газам секцию трубчатого воздухоподогревателя определяется для каменного угля с δ_пр>> 0,4% в 60^оС, для бурых углей - 80^оС, для мазута с δ^p< 0,5% - 90^оС и с δ^p>> 0,5% - 110^оС.

Известны схемы воздухоподогревателя, обеспечивающие надежную работу выходных секций без калориферного подогрева. Это воздухоподогреватели, содержащие соединенные между собой перепускными воздуховодами основные секции и предвключенную им по дымовым газам секцию с подводящими и отводящими воздуховодами. Недостаток данной схемы - это наличие отдельного тракта для части холодного воздуха со своим вентилятором (сложность компоновки, два параллельных всасывающих тракта, сложность узла смешения потоков).

Каскадная подача воздуха на основные секции воздухоподогревателя обеспечивает еще большее снижение коррозии, либо при сохранении приемлемого уровня скорости коррозии 0,2 мм/г позволяет снизить предварительный подогрев воздуха, например, на сернистом мазуте с 110^оС до 90^оС, что в свою очередь обеспечивает снижение температуры уходящих газов, т.е. повышение КПД котла. Регулирование распределения воздуха по основному воздуховоду к выходной секции и к дополнительным байпасным отводам осуществляется тремя регулирующими клапанами, что затрудняет достижение оптимального распределения воздуха (эффективность теплопередачи с одной стороны и малая скорость коррозии с другой). Когда обратная связь по коррозии - увеличение присосов, а по эффективности - температура уходящих газов, меняющаяся с изменением нагрузки, степени загрязнения и величины присосов достичь оптимального распределения воздуха тремя клапанами мало вероятно, что и является недостатком данной схемы.

Целью изобретения является снижение выбросов окислов азота путем снижения температуры горячего воздуха, идущего на горение, и обеспечение надежной работы воздухоподогревателя при высокой экономичности работы котла с исключением подогрева воздуха в калориферах.

Цель достигается тем, что в котле с двухступенчатым воздухоподогревателем поверхность нагрева ВПII по сравнению с обычной заводской схемой воздушного тракта котла сокращается на 50%. В газоходе котла в рассечку водяного экономайзера устанавливается сокращенная поверхность ВПII и параллельно ей и примерно равная ей по величине поверхность предвключенной секции для предварительного подогрева воздуха.

Секции ВПII могут занимать, например, для котла ПК-14 центральную часть газохода, а предвключенные секции - края газохода. Предвключенные секции включаются во всасывающий тракт дутьевого вентилятора. Предварительно подогретый воздух после вентилятора по каскадной схеме подается на основные секции ВПI и в перепускной короб между ВПI и ВПII. Из перепускного короба 50% воздуха подается на горелки, а остальные 50% догреваются в ВПII. После ВПII горячий воздух при работе на твердом топливе частично или полностью отбирается на сушку топлива, а остаток горячего воздуха смешивается с отбором воздуха из перепускного короба между ВПI и ВПII. При работе котла на мазуте либо газе горячий воздух смешивается с воздухом отбора после ВПI. Температура воздуха (смеси) снижается на величину подогрева воздуха в предвключенных секциях, т. е. (110 - 90) - 30 = =80 - 60^оС. Таким образом обеспечивается снижение выбросов окислов азота на 20-25%, а надежная работа воздухоподогревателя ВПI (бескоррозионный режим работы) обеспечивается без применения предварительного подогрева воздуха паром в калориферах.

Предвключенные секции будут работать в бесприсосном режиме, так как разряжение по газовой и воздушной сторонам теплообменных труб примерно одинаково, и это также повышает эффективность работы котла.

Для котлов с двухпоточной компоновкой хвостовых поверхностей нагрева, например, котел БКЗ-420-140-6, предвключенные секции могут занимать половину газохода по всей ширине котла (один поток), а вторую половину газохода (второй поток) занимает ВПII.

Снизить выбросы окислов азота возможно известными способами, т.е. с помощью рециркуляции газов, впрыска воды в ядро факела и др. Но эти способы сопряжены со снижением КПД котла и, следовательно, замена этих способов техническим решением заявки эквивалентно повышению КПД котла на соответствующую величину.

На чертеже дана упрощенная схема котла.

Котел с топкой 1 горелками 2 содержит водяной экономайзер ВЭ1-3 и ВЭП-4, нижние кубы воздухоподогревателя ВПI-5, верхние кубы ВПI-6, кубы воздухоподогревателя II ступени ВПII-7, а также предвключенные секции воздухоподогревателя ВПII-8. Предвключенные секции 8 связаны с всасывающим трактом 9 дутьевого вентилятора 10 воздуховодами 11 (входной воздуховод) и 12 (выходной воздуховод). Расход воздуха через ВПII регулируется клапаном 13. Нижние кубы 5 связаны с вентилятором 10 воздуховодом 14, от которого отводом 15 устанавливается связь с перепускным коробом 16, а отводом 17 - с перепускным коробом между ВПI и ВПII-18. Отбор воздуха после ВПI на горелки осуществляется по воздуховоду 19. Горячий воздух после ВПII связан с системой пылеприготовления 20 воздуховодом 21 с клапаном 22, а отвод на горелки - воздуховодом 23. При работе на мазуте либо газе система пылеприготовления байпасируется перемычкой с клапаном 24.

Работа воздушного тракта котла осуществляется следующим образом.

Холодный воздух по воздуховоду 11 поступает в предвключенные секции 8 и возвращается по воздуховоду 12 во всасывающий воздуховод 9. Клапаном 13 часть воздуха перепускается помимо предвключенных секций с таким расчетом, чтобы смесь подогретого и холодного воздуха имела температуру, обеспечивающую допустимую скорость коррозии 0,2 мм/г - 90-110^оС на мазуте и до 80^оС на угле. От вентилятора 10 по воздуховоду 14 воздух поступает на нижние кубы ВПI-5. Часть воздуха (20-25% расхода) помимо нижних кубов по отводу 15 поступает в перепускной короб между нижними и верхними кубами ВПI-16, а по отводу 17 часть воздуха (20-25% расхода) поступает помимо нижних и верхних кубов ВПI в перепускной короб между ВПI и ВПII-18. Распределение воздуха на основной воздуховод и на отводы 15 и 17 определяется сопротивлением дроссельных дырчатых листов, устанавливаемых в отводах. В каждом отводе дроссельные дырчатые листы имеют свою расчетную степень перфорации (на сечение отвода свое количество отверстий, диаметр и шаги отверстий), благодаря чему постоянно поддерживается заданное расчетом распределение воздуха независимо нагрузки котла, степени загрязнения и величины присосов.

Из перепускного короба 18 часть воздуха (50%) поступает в ВПII-7, а оставшаяся часть (50%) по воздуховоду 19 подается на горелки 2 в качестве вторичного воздуха. Горячий воздух после ВПII-7 по воздуховоду 21 поступает на систему пылеприготовления 20. Расход регулируется клапаном 22. При расходе горячего воздуха на пылеприготовление менее 50% оставшаяся часть горячего воздуха по воздуховоду 23 подмешивается к воздуху по воздуховоду 19 и поступает в качестве вторичного воздуха на горелки 2. При работе на мазуте и газе система пылеприготовления 20 отключается, а по каналу первичного воздуха горелок пропускается воздух для исключения обгорания горелки со скоростью 10 м/с через перемычку с клапаном 24.

Использование: в конструкциях паровых энергетических котлов с двухступенчатыми воздухоподогревателями. Сущность изобретения: в газоходе котла в рассечку водяного экономайзера устанавливается одна из основных поверхностей воздухоподогревателя и параллельно ей на 50% площади проходного сечения газохода предвключенная секция для предварительного подогрева воздуха. Все секции воздухоподогревателя соединены между собой перепускными коробами и дополнительно подключены байпасными воздуховодами к подводящему воздуховоду. На байпасных воздуховодах установлены дроссельные перфорированные листы. Распределение воздуха на основной воздуховод определяется сопротивлением дроссельных дырчатых листов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. КОТЕЛ, содержащий установленные в газоходе соединенные между собой перепускными коробами, дополнительно подключенными байпасными воздуховодами к подводящему воздуховоду, основные секции воздухоподогревателя и размещенную по газам параллельно последней секции предвключенную секцию, отличающийся тем, что, с целью снижения выбросов окислов азота, повышения надежности и эффективности в работе воздухоподогревателя, упомянутые последняя основная и предвключенная секции размещены в газоходе каждая на 50% площади его проходного сечения. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен установленными в байпасных воздуховодах дроссельными перфорированными листами.