ПАРОГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК F22B21/02 F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам парогенераторов (котлов) с кипящим (псевдоожиженным) слоем, работающих на органическом топливе и предназначенных для использования на тепловых электростанциях, в котельных, в передвижных установках.

Известны парогенераторы (котлы) с кипящим слоем, образуемым инертными твердыми частицами и частицами твердого топлива.

В Великобритании серийно выпускаются котлы с кипящим слоем для промышленного отопления [1] Кипящий слой у таких котлов "мелкий", высота слоя мала (как правило, составляет 0,1-0,2 м) и поэтому теплообменные поверхности в слой не погружают. Тепловая нагрузка кипящего слоя 1,6 МВт/м².

Разработана концепция [1] водотрубных котлов с циркулирующим кипящим слоем. Днище кипящего слоя у этих котлов сложено из нескольких решеток. У боковых стенок топки решетка горизонтальная, потом следует две наклонные части решетки. В пространстве кипящего слоя над горизонтальной частью решетки погружена часть трубок, переходящая в экран топки. Такая конструкция позволяет организовать циркулирующий кипящий слой, который является более эффективным, так как позволяет получить лучшее (полное) выгорание топлива.

Однако в этих котлах трудно расположить трубчатые элементы равномерно по всей прирешетчатой зоне, трубы расположены в псевдоожиженном слое горизонтально или наклонно, что повышает их износ и снижает надежность естественной циркуляции, а при больших размерах котлов приходится принимать меры для укрепления решетки.

Другим типом котла с циркулирующим слоем является котел фирмы Lurgi Chemie und Huttentechnik, GMBH Франкфурт [2] В нем отсутствуют погруженные в слой поверхности нагрева. В то же время необходимы циклоны для рециркуляции твердой фазы. Котел получается более сложным, громоздким, металлоемким и дорогим.

Указанные недостатки устранены в парогенераторе-прототипе [3]
Парогенератор содержит топочную камеру с газораспределительной решеткой, при помощи которой образуется псевдоожиженный слой, и испарительные трубчатые элементы, трубы которых пропущены через решетку и подсоединены к входным и выходным коллекторам. Трубы элементов сварены проставками, образуют газоплотные панели, разделяющие псевдоожиженный слой на секции, независимые по подаче воздуха и топлива.

В секциях, кроме испарительных поверхностей, могут устанавливаться поверхности экономайзера, пароперегревателя или воздухоподогревателя.

В этом парогенераторе образуется псевдоожиженный (а не циркулирующий) слой, который заполняет лишь некоторую часть топочной камеры, существует большой объем надслоевого пространства. При этом существует резкая видимая граница псевдоожиженного слоя, выше которой теплообмен между продуктами сгорания топлива и испарительными трубчатыми элементами резко снижается, тепловой поток к ним также уменьшается. Неравномерность теплового потока по высоте топки снижает надежность работы испарительных элементов, уменьшает суммарный теплосъем и эффективность установки в целом. Кроме того, обычный (а не циркулирующий) псевдоожиженный слой менее эффективен по процессам тепломассообмена и горения топлива.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности парогенератора.

Это достигается тем, что в парогенераторе, имеющем топочную камеру с газораспределительной решеткой и испарительными трубными элементами, расположенными в кипящем слое и пропущенными через газораспределительную решетку, трубные элементы делят топочную камеру на ряд чередующихся отсеков различной ширины отсеки большей ширины имеют газораспределительную решетку и разреженный кипящий слой, и меньшей ширины с опускным движением частиц (падающим слоем), причем последние отсеки расположены у стен топочной камеры и между отсеками с разреженным кипящим слоем. Вертикальные трубные элементы соединены вставками в мембранные панели и включены в пароводяной контур котла. Для ограничения уноса частиц газовым потоком и обеспечения рециркуляции частиц проставки между половиной трубных элементов выполнены лишь в их средней части по высоте топочной камеры, вследствие чего в нижней части у газораспределительной решетки и в верхней части топки между трубами образуются зазоры, под топочной камеры отсеков с опускным движением частиц выполнен из огнеупорного материала с уклоном под углом естественного откоса в сторону отсеков с кипящим слоем. Соотношение ширины отсеков с подъемным и опускным движением частиц зависит от фракционного состава и размера твердых частиц, качества топлива, времени горения частиц.

Для полифракционного состава частиц, например размеров 1-10 мм, это соотношение может составлять 1:1-5:1.

Величина зазоров, образуемых проставками и газораспределительной решеткой, принимается равной ширине меньшего отсека.

Указанные соотношения обеспечивают равномерную, устойчивую циркуляцию твердых частиц, снижают до минимума унос частиц уходящими газами. Это объясняется тем, что на выходе из отсеков большей ширины скорость газов резко снижается вследствие сильного увеличения живого сечения потока и становится меньше скорости витания частиц. Таким образом, получают циркулирующий кипящий слой, который обеспечивает интенсификацию процессов горения и тепломассообмена.

На фиг. 1 схематично изображен предложенный парогенератор, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.1.

Парогенератор содержит топочную камеру 1 с газораспределительной решеткой 2 в отсеках большей ширины с кипящим слоем 3, отсеки меньшей ширины 4 с опускным движением твердой фазы. Испарительные трубные элементы 5 и 6 присоединены к коллекторам 7, причем трубные элементы 5 соединены проставками по всей высоте топки, начиная от газораспределительной решетки, а трубы элементов 6 соединены проставками лишь в средней части, в результате образуются отсеки 3 и 4 с циркулирующим слоем. В нижней части отсеков 4 установлен наклонный под 8. В отсеках 3 устанавливают поверхности нагрева водяного экономайзера, пароперегревателя и воздухоподогревателя. Топливо поступает в кипящий слой 3, где при взаимодействии с воздухом сгорает. Тепло сгорания топлива воспринимается трубными элементами 5 и 6. Кипящий слой твердых частиц "перетекает" через пороги, образованные проставками трубных элементов 6, в отсеки 4, частицы опускаются вниз этих отсеков и через нижние межтрубные зазоры трубных элементов 6 по наклонному поду 8 опять возвращаются в отсеки 3. Вода в элементы 5 и 6 подается через коллектор 7, пароводяная смесь поднимается и отводится в верхние коллекторы.

Экспериментальный котел по предлагаемой схеме был изготовлен и прошел опытную проверку на Уруссинской ГРЭС ТАТЭНЕРГО. Испытания показали, что теплонапряженность в топке значительно выше, чем у существующих котлов с кипящим слоем и составляет 7,5-8,0 МВт/м² (у известных котлов 1,9-3 МВт/м²). Равномерность теплового потока по высоте предлагаемого парогенератора также значительно лучше, чем у котла-прототипа.

Использование: в парогенераторах с кипящим слоем, работающих на органическом топливе и предназначенных для использования на тепловых электростанциях; в котельных, в передвижных установках. Сущность изобретения: в парогенераторе 5,6 делят топочную камеру 1 на ряд отсеков 3, 4 различной ширины. Отсеки 4, начиная с первых от стен топочной камеры 1, через один выполнены с шириной, меньшей ширины смежных отсеков 3, и с глухим наклоненным под углом естественного откоса материала слоя в сторону последних подом 8 из огнеупорного материала. Проставки между трубами 5, 6 образуют с газораспределительной решеткой 2 и верхней частью топочной камеры 1 соответственно нижние и верхние переточные окна, суммарная площадь первых из которых составляет величину, равную или превышающую площадь поперечного сечения отсеков 4 с глухим подом 8. 4 ил.

ПАРОГЕНЕРАТОР, содержащий топочную камеру с кипящим слоем, газораспределительную решетку и проходящие через нее панели из труб с проставками, включенных в пароводяной контур котла, посредством которых топочная камера разделена на отсеки, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности и надежности, отсеки, начиная с первых от стен топочной камеры, через один выполнены шириной, меньшей ширины смежных отсеков, и с глухим наклоненным под углом естественного откоса материала слоя в сторону последних подом из огнеупорного материала, проставки между трубами образуют с газораспределительной решеткой и верхней частью топочной камеры соответственно нижние и верхние переточные окна, суммарная площадь первых из которых составляет величину, равную или превышающую площадь поперечного сечения отсеков с глухим подом.