УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для сжигания топлива с циркуляционным кипящим слоем.

Установка для сжигания, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, в основном представляет собой сочетание топки, по крайней мере, одного сепаратора твердых частиц и газовой заслонки. В нижней части топки предусмотрены колосниковая решетка для образования кипящего (псевдоожиженного) слоя, устройство подачи топлива на решетку и устройства введения воздуха в кипящий слой. Сепаратор частиц содержит устройство очистки дымовых газов от твердого материала и, по крайней мере, один канал возврата, предназначенный для подачи твердого материала обратно в кипящий слой. К каналу возврата установлена газовая заслонка для препятствования потока дымовых газов в определенных условиях процесса сжигания из решетки в сторону сепаратора тверды частиц.

Известна установка для сжигания /R.A.Zens: "Fluifization and Fluid-Particle Systems", Pemm-Corp Publications, vols 11, Draft- 1989, c. 333-334/, где сепаратор частиц находится внутри топки, а канал возврата расположен вертикально, находится концентрично и строго соосно с топкой и сепаратором частиц. Под каналом возврата установлена газовая заслонка.

Недостатком известной конструкции является то, что газовая заслонка состоит из механических подвижных частей, из-за чего она в сложных условиях работы установок является функционально малонадежной.

Известны также установки для сжигания (см. заявки Финляндии N 900436 и N 900437), содержащие топку с циркуляционным кипящим (псевдоожиженным) слоем, в нижней части которых установлена решетка, устройство подачи топлива на решетку, устройства введения воздуха в кипящий слой, сепаратор твердых частиц, устройства очистки дымовых газов от твердого материала, и канал возврата уноса.

Наиболее близкой по первому варианту устройства для сжигания является установка (а. с. СССР N 1343183), содержащая топку с циркуляционным кипящим слоем, имеющую в нижней части решетку и устройства для подачи топлива на решетку и подачи воздуха на структуру решетки в кипящий слой, и подключенную в верхней части, по крайней мере, к одному сепаратору улавливания твердых части из газов, соединенного в свою очередь каналом возврата этих частиц с топкой через газовую заслонку, выполненную в виде отсека с плотным дном и перекрытием с проемом для прохода частиц, при этом отсек ограничен стенкой канала возврата, имеющей проем для возврата упомянутых частиц из отсека в топку.

Наиболее близкой по второму варианту устройства для сжигания является установка (а.с. СССР N 1525403), содержащая обрамленную вертикальными стенками топку с циркуляционным кипящим слоем, имеющую в нижней части решетку, а в верхней по крайней мере один сепаратор в виде циклона, образованного наружной и внутренней соосными оболочками с отверстием для входа дымовых газов в первой и с открытым верхним торцом во второй, причем сепаратор сообщен нижней частью каналом возврата уловленных частиц с топкой через газовую заслонку в виде отсека, ограниченного плотным дном, перекрытием с проемом для входа упомянутых частиц и вертикальной стенкой, выполненной заодно со стенкой канала возврата и имеющей проем возврата уловленных частиц в топку.

Таким образом, в настоящее время неэффективность установок для сжигания заключается в конструктивных и функциональных недостатках газовых заслонок.

Целью настоящего изобретения является создание установки для сжигания, газовая заслонка которой отвечает требованиям процесса циркуляции и тем самым повышает технический уровень в данной области. В соответствии с настоящим изобретением газовая заслонка препятствует проникновению потока газов в определенных условиях из решетки в сторону сепаратора твердых частиц, в результате чего улучшается сепарирующая способность твердых частиц и тем самым не снижается КПД процесса сжигания в топке.

Поставленная цель достигается по первому варианту установки тем, что проемы в перекрытии и стенки канала возврата выполнены каждый в виде рассредоточенных по горизонтали отверстий, а сепаратор расположен внутри топки в ее верхней части.

По второму варианту установки поставленная цель достигается тем, что проемы вертикальной стенки и перекрытия выполнены каждый в виде рассредоточенных по горизонтали отверстий, а вертикальная стенка в виде трубчатой теплообменной поверхности.

Твердый материал согласно обоим вариантам устройства перемещается из канала возврата через отверстия в перекрытии в отсек заслонки и попадает оттуда на решетку в кипящий слой через отверстия в стенке канала возврата.

Такое решение позволяет образовать эффективное препятствие таким потокам газа, которые в определенных условиях процесса сжигания стремятся попасть в противоположную сторону, то есть из кипящего слоя в сторону сепаратора твердых частиц. Твердый материал поступает через газовую заслонку в кипящий слой и, перемещаясь, меняет свое направление, по крайней мере, один раз из вертикального в горизонтальное.

Отверстия в стене канала возврата могут быть расположены попеременно таким образом, что на месте отверстий перекрытия, стена канала возврата без отверстий (закрыта), а на месте частей перекрытия в канале, отверстия находятся под этими частями перекрытия. Такое решение позволяет увеличить путь перемещения твердого материала из канала возврата до кипящего слоя, причем путь перемещения его образуется из нескольких изменений направлений его потока.

В соответствии с применением изобретения установка для сжигания выполнена для обеспечения процесса циркуляции по известному образу (см. заявку Финляндии N 900436), где газовая заслонка установлена к нижней части канала возврата уноса, ориентированная соосно с топкой и каналом возврата и выполнена круглой.

В соответствии с изобретением газовая заслонка содержит существенно влияющие на ее работу элементы, к которым можно отнести устройство для подвода воздуха, установленное в отсеке, дно и перекрытие, образованные из содержащих теплоноситель изогнутых труб, вертикальные разделительные стенки, примыкающие к каналу возврата с отверстиями. Эти и прочие преимущества конструкции представлены в независимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение освещено ниже подробнее в последующем описании со ссылками на приложенные чертежи.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез, отвечающий настоящему изобретению установки для сжигания; на фиг. 2 показана схематически газовая заслонка и проход твердого материала через нее; на фиг. 3 узел I на фиг. 1 (увеличено); на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 1.

Установка для сжигания содержит топку R, расположенную вертикально, которая в горизонтальном разрезе круглообразна. Вертикальная наружная стенка 1 топки R выполнена из сварных труб, внутри которых находится теплоноситель, в нижней их части размещена кольцевая распределительная камера 2 теплоносителя, и в верхней части кольцеобразный коллектор 3 теплоносителя. Внутри топки R, в верхней ее части, расположен сепаратор твердых частиц 4. Сепаратор твердых частиц содержит внутреннюю 5 вертикальную оболочку и наружную 6, также вертикальную оболочку, в верхней части которой установлено устройство для входных дымовых газов 7. Центральные оси оболочек 5 и 6 совпадают с осью К топки R. Продолжение наружной оболочки 6 образует ниже канал возврата 6а уноса, который подведен к нижней части топки, где в соответствие с настоящим изобретением находится газовая заслонка, которая на фиг. 1 обозначена штрих-пунктирной линией KL. В настоящем применении наружная 6 оболочка и канал возврата 6а имеют в горизонтальном сечении одинаковый радиус. Относительно конструкции сепаратора твердых частиц, составленной в основном из элементов 5, 6 и 7 в данном случае можно ссылаться на заявку Финляндии 900436, где представлено одно из возможных конструктивных решений сепаратора.

Наружную оболочку 6 можно также, как и канал возврата 6а, предпочтительнее сделать из сварных труб, внутри которых течет теплоноситель. При этом газовая заслонка KL может быть конструктивно соединена с этими же упомянутыми сварными трубами. На фиг. 1 показано, что кольцевая распределительная камера 8 теплоносителя расположена в нижней части газовой заслонки, и кольцевой коллектор 9 этого же теплоносителя расположен в верхней части топки, а теплоноситель течет по трубам через газовую заслонку KL, каналу возврата 6а и наружную оболочку 6. В нижней части топки расположенная решетка 10 может также состоять из упомянутых сварных труб, причем поток теплоносителя может протекать между распределительными камерами 2 и 8. Соответственно, крыша топки может быть образована также из вышеупомянутых труб, а теплоноситель течет по экранным трубам 1 наружной стены топки и коллектору 9.

Так как распределение потока теплоносителя в основном не является объектом данного изобретения, то в дальнейшем эти связи больше не упоминаются.

В установке для сжигания процесс циркуляции происходит таким образом, что на кольцеобразной решетке 10 из кипящего слоя отделяемый газ с твердым материалом поднимается вертикально в верхнюю часть топки в кольцеобразном пространстве между наружной ее стеной и каналом возврата, где газ поступает в сепаратор 4 твердых частиц, откуда газ отделяется через внутреннюю 5 оболочку в следующую стадию процесса, которая здесь точнее не описывается. Твердый материал поступает по наружной оболочке 6 и каналу возврата 6а внутрь их труб, вертикально вниз до газовой заслонки КL, через которую он возвращается обратно в кипящий слой на решетку 10.

На фиг. 2 показана принципиальная функциональная схема газовой заслонки. Твердый материал перемещается вертикально вниз по стрелке PN, по каналу возврата 6а к заслонке, к ее перекрытию с отверстиями, откуда твердый материал дальше перемещается через отверстие (на фиг. 2 показано только одно отверстие) 12а в отсек 13. Горизонтальной границей упомянутого отсека 13 служит под перекрытием 11 расположенное закрытое дно 14 газовой заслонки, которое расположено на горизонтальном уровне решетки 10. Канал возврата 6а, являющийся продолжением наружной оболочки 6, содержит в стене между перекрытием 11 и дном 14 вертикально расположенные отверстия, из которых на фиг. 2 показано одно 15а, через которое твердый материал выходит из отсека 13 в кипящий слой на решетку 10 по стрелке VN, в основном в горизонтальном направлении, но, как минимум, одним изменением направления своего перемещения в отсеке.

Части 11а перекрытия (в данном примере шесть) образованы из шести параллельных труб, которые согнуты одинаково (⊃ образно) и их изгиб открыт в сторону стены 1 топки R. Упомянутые трубы, образующие часть 11а перекрытия (верхняя ветвь B), а также часть 11в дна 14 заслонки (нижняя ветвь B), начиная от перегородочной части 11с (соединяющая B ветви часть) торцевым сгибом протягиваются в горизонтальном направлении до распределительной камеры 8. При этом в стене канала возврата 6а, на месте, где из упомянутых согнутых труб образованы перекрытие 11 и часть дна 14 газовой заслонки KL, имеются отверстия 15. Число отдельных отверстий 15а зависит от количества групп согнутых труб в нижней части канала возврата 6а. Снабженные отверстиями части 12 перекрытия 11 образуются между упомянутыми согнутыми группами труб относительно центральной оси К, соединяющиеся углами частей 11а перекрытия в виде треугольника или сектора, отдельные отверстия 12а упираются в стену канала 6а, на месте которых стена канала 6а закрыта в сторону топки до уровня дна 14 или в данном примере до самой распределительной камеры 8.

Нижний край отверстия 15а в стене канала 6а выше дна заслонки 14, на уровне перегородки 18, расположенной над распределительной камерой 8, и выполненной из согнутых, содержащих теплоноситель, параллельных (заваренных) труб, соединенных с распределительной камерой 8. Наружная поверхность упомянутой перегородки с обоих сторон снабжена, например, защитной обмуровкой. Радиальные стороны соответствующих частей 11а перекрытия снабжены с обоих сторон вертикальными разделительными стенами 19а, 19в, горизонтальный нижний край 20 которых расположен ниже верхнего края упомянутой перегородки 18. Разделительные стены 19а, 19в имеют треугольную форму, наклонный край которых закреплен к боковому краю части 11а перекрытия, а вертикальный край 22 примыкает к вертикальному краю отверстия 15а. На фиг. 2 обозначено штрих-пунктирной линией расположение упомянутых разделительных стен, и, тем самым, их воздействие на изменение направления перемещения твердого материала (позиция VT) между стрелками PN и VN), причем твердый материал выполняет U-образное перемещение в отсеке 13. Дно 14 выполнено из вышеупомянутых трубных частей 11в и представляет собой сварной щит. Устройства для подвода воздуха 17 размещены в основном по всей площади дна 14. При помощи потока воздуха твердый материал перемещается постепенно из отсека 13 через отверстия 15 в кипящий слой, расположенный на решетке 10. Таким образом, как видно из фиг. 3, минимальный уровень 26 твердого материала в отсеке 13 устанавливается выше нижнего края 20 разделительных стен 19а, 19в.

В средней части канала возврата 6а расположен горизонтальный щит 23, при помощи которого можно обслуживать газовую заслонку и канал возврата и производить очистку установки для сжигания. Конструкцию в соответствии с фиг. 3 и 4 можно осуществить так, что частей 11а перекрытия может быть две, три, четыре и т. д. расположенных одинаковым образом и на протяжении всей стены канала возврата 6а. Отверстия 12 и 15 перекрытия 11 не обязательно должны быть выполнены подобным вышеописанным образом, возможны и другие варианты. ЫЫЫ2

Использование: изобретение касается вариантом установки для сжигания топлива с циркуляционным кипящим слоем. Сущность: варианты содержат топку, в нижней части которой установлена для образования кипящего (псевдоожиженного) слоя решетка 10, по крайней мере, один сепаратор твердых частиц, содержащий устройства очистки дымовых газов от твердого материала, так называемый канал возврата 6а твердого материала в кипящий слой и соединенную с ним газовую заслонку, которая предназначена для препятствования проникновения потока газа в определенных условиях из решетки в сторону сепаратора твердых частиц. Газовая заслонка (К1) включает закрытое дно 14 или соответствующее, над которым установлено перекрытие 11 или соответствующее, снабженное отверстиями или соответствующими, отсек 13 или соответствующий, вертикальную стену канала возврата 6а с отверстиями 15а, расположенными между дном 14 и перекрытием 11, примыкающими к отсеку. Твердый материал перемещается по каналу возврата 6а, через отверстия перекрытия 11 в отсек 13, откуда он через отверстия 15а в стене канала возврата 6а попадает на решетку 10 в кипящий слой. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Установка для сжигания, содержащая топку с циркуляционным кипящим слоем, имеющую в нижней части решетку и устройства для подачи топлива на решетку и подачи воздуха на структуру решетки в кипящий слой, и подключенную в верхней части по крайней мере к одному сепаратору улавливания твердых частиц из газов, соединенному в свою очередь каналом возврата этих частиц с топкой через газовую заслонку, выполненную в виде отсека с плотным дном и перекрытием с проемом для прохода частиц, при этом отсек ограничен стенкой канала возврата, имеющей проем для возврата упомянутых частиц из отсека в топку, отличающаяся тем, что проемы в перекрытии и стенке канала возврата выполнены каждый в виде рассредоточенных по горизонтали отверстий, а сепаратор расположен внутри топки в ее верхней части. 2. Установка для сжигания, содержащая обрамленную вертикальными стенками топку с циркуляционным кипящим слоем, имеющую в нижней части решетку, а в верхней по крайней мере один сепаратор в виде циклона, образованного наружной и внутренней соосными оболочками с отверстием для входа дымовых газов в первой и с открытым верхним торцом во второй, причем сепаратор сообщен нижней частью каналом возврата уловленных частиц с топкой через газовую заслонку в виде отсека, ограниченного плотным дном, перекрытием с проемом для входа упомянутых частиц и вертикальной стенкой, выполненной заодно со стенкой канала возврата и имеющей проем возврата уловленных частиц в топку, отличающаяся тем, что проемы в вертикальной стенке и перекрытии выполнены каждый в виде рассредоточенных по горизонтали отверстий, а вертикальная стенка в виде трубчатой теплообменной поверхности. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в стенке канала возврата смещены в шахматном порядке относительно отверстий перекрытия. 4. Установка по любому из пп. 1 3, отличающаяся тем, что плотное дно отсека расположено горизонтально на уровне решетки топки. 5. Установка по любому из пп. 1 4, отличающаяся тем, что газовая заслонка выполнена кольцеобразной и составной из элементов, направленных к центральной оси канала возврата. 6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что дно и перекрытие отсека дополнительно соединены между собой со стороны оси канала возврата перемычкой. 7. Установка по любому из пп. 1 6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит разделительные вертикальные перегородки, плотно примыкающие к перекрытию отсека, образующие зазор с плотным дном и расположенные нижними краями ниже нижних кромок отверстий в стенке топки. 8. Установка по любому из пп. 1 7, отличающаяся тем, что в отсеке дополнительно между ее дном и перекрытием установлены устройства для подвода воздуха. 9. Установка по любому из пп. 1 8, отличающаяся тем, что нижние кромки отверстий в стенке канала возврата для возврата частиц в топку расположены выше дна отсека заслонки. 10. Установка по любому из пп. 1 9, отличающаяся тем, что перекрытие отсека заслонки выполнено составным из отдельных элементов, расположенных с образованием упомянутых отверстий в перекрытии. 11. Установка по любому из пп. 2 10, отличающаяся тем, что перекрытие выполнено из труб, соединенных с трубчатой поверхностью вертикальной стенки канала возврата и составным из отдельных элементов, каждый из которых образован по крайней мере двумя параллельными трубами, направленными в сторону центральной оси топки, расположенными над отверстиями в стенке канала возврата и выполненными по крайней мере снизу с наклоном. 12. Установка по пп. 7, 9 или 10, отличающаяся тем, что упомянутые разделительные вертикальные перегородки расположены с примыканием верхними краями к перекрытию в зоне краев его элементов, а вертикальными краями к боковым краям отверстий в стенке канала возврата. 13. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кольцевую распределительную камеру теплоносителя, расположенную между решеткой топки и дном отсека, причем последнее и перемычка образованы продолжением параллельных труб элементов перекрытия, подключенных к указанной камере. 14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что участки вертикальной стенки канала возврата, начиная от верхних краев отверстий и до дна отсека или решетки снабжены снаружи защитной обмуровкой, а образующие эти участки трубы подключены к кольцевой камере.