КОТЕЛ С ЦИРКУЛИРУЮЩИМ СЛОЕМ Российский патент 1997 года по МПК F23C11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах с циркулирующим слоем различной мощности, сжигающих твердое топливо и удовлетворяющих требованиям экологии, экономичности и надежности.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является котел с циркулирующим слоем, содержащий топку, примыкавшую к газоходу, в котором последовательно установлены по меньшей мере два уловителя циркулирующих частиц, подключенные каналами возврата с регулятором расхода к топке. Первый уловитель частиц выполнен в виде охлаждаемого золоулавливающего пучка, второй в виде неохлаждаемого золоуловителя лабиринтового типа, на линии возврата которого установлен регулятор расхода. Недостатками этого котла являются низкая надежность и эффективность второго уловителя лабиринтового типа, во-первых, поскольку он выполнен в неохлаждаемом варианте для работы в области повышенных температур 600-800^oC; во-вторых, степень улавливания фракций 25 мкм не выше 50% что ставит в тяжелые условия работы санитарную ступень очистки; в-третьих, при забивании каналов лабиринтового уловителя его продувка является трудоемкой операцией. Те же сложности возникают при забивании каналов возврата частиц с отбойными элементами.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения надежности, экономичности и экологичности котла. Поставленная задача решается тем, что в котле с циркулирующим слоем, содержащем топку и конвективную шахту, соединенных в верхней части горизонтальным газоходом, в котором на входе установлена внутренняя сепарационная система ударно-инерционного типа в виде золоулавливающего пучка, расположенного на фестонных трубах или (и) первых рядах труб радиационно-конвективного теплообменника, согласно изобретению, на выходе из него размещены конструктивные элементы внешней сепарационной системы в форме криволинейных направляющих каналов с рассекателями, предназначенных для дробления и разворота газового потока с последующим его вводом в улавливающие аппараты внешней сепарационной системы, связанной линией регулируемого возврата с топкой.

Совокупность известных и новых признаков дает возможность повысить надежность конструкции котла и экономичность технологических процессов, протекающих в нем.

Вместо второго неохлаждаемого уловителя лабиринтового типа устанавливается система направляющих каналов с рассекателями из огнеупорного материала, делящая дымовые газы после радиационно-конвективного пароперегревателя не менее чем на два отдельных потока, которые подаются через открытые окна боковых настенных или (и) потолочных экранов свободным проходом во внешнюю сепараторную систему с повышенной эффективностью улавливания мелкой фракции, расположенную вне топки со стороны боковых стенок или (и) сверху котла. Выходные каналы сепарационной системы соединены с накопительным бункером, из которого через регулятор расхода мелкие фракции твердой фазы подаются через немеханические клапаны в топку. Твердые частицы, идущие из систем возврата, дают возможность плавно изменять плотность циркулирующего слоя в топке за счет варьирования кратности циркуляции твердой фазы. Тем самым обеспечивается как глубокое регулирование нагрузки котла, так и его экономичность.

На фиг. 1 показан схематически продольный разрез котла с циркулирующим слоем; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Котел содержит топку 1 и конвективную шахту 2, которые соединены горизонтальным газоходом 3. На входе газохода установлена ударно-инерционная система в виде золоулавливающего пучка 4, расположенного на фестоне топочного экрана или на первых рядах труб радиационно-конвективного пароперегревателя, выполняющего роль сепаратора для возврата в топку 1 крупных частиц. На выходе газохода 3 расположены внутренние конструктивные элементы внешней сепарационной системы 5, представляющие собой криволинейные направляющие каналы 6 с рассекателями 7, сообщенные через окна 8 в стенках газохода с внешними элементами сепарационной системы 5. В конвективной шахте расположены одна и более ступени водяного экономайзера 9 и воздухоподогревателя 10.

Топка 1 состоит из нижней диффузорной секции 11 и вертикальной призматической секции 12. Нижняя секция топки покрыта карборундовой обмазкой. Эта секция представляет собой тепловой аккумулятор и может служить дополнительным источником тепла при необходимости резко поднять нагрузку котла.

Все ограждающие поверхности вертикальной секции 12 топки изготовлены из газоплотных панелей, выполняющих роль испарительных экранов 13. Для прохода дымовых газов задний экран разведен в фестонный пучок. Панели экранов имеют также разводку труб под амбразуры горелок, немеханических клапанов и т.д.

Топка снабжена воздухораспределительной решеткой 14 и форсунками 15, расположенными на боковых стенах нижней секции топки, для подачи первичного воздуха, а также амбразурами 16, расположенными над диффузорной секцией топки, для транспорта вторичного воздуха, твердого топлива и серопоглотителя.

Котел снабжен угольной емкостью 17 и питателем 18, сообщенными с топкой через амбразуру 16.

Сепаратор частиц 4 представляет собой золоулавливающий пучок, реализованный, например, на трубах фестонного пучка и (или) первых секциях пароперегревателя и выполненный по желобковому, швеллерному или уголковому типу.

Внешняя сепарационная система 5 выполнена в виде двух и более сухих инерционных аппаратов, например циклонов, батарейных циклонов, вихревых уловителей и др. Выходные каналы сепарационной системы 5 соединены с накопительным бункером 19, который через линию возврата с регулятором расхода сообщается с топкой 1 посредством немеханических клапанов 20.

Конвективная шахта имеет окна 21 в боковых или (и) задней стенках для подачи очищенных дымовых газов из внешней сепарационной системы 5.

Предлагаемый котел работает следующим образом. Из угольной емкости 17 и питателя 18 топливо поступает в диффузорную секцию 11 топки и выгорает в потоке воздуха, подаваемого вентилятором через пористую секцию 14 или (и) форсунки 15. Внутритопочная циркуляция твердой фракции с высокой теплоемкостью, которая складывается из потока золовых частиц, инерта и известняка (для связывания серы), обеспечивает в топке 1 практически изотермический режим сжигания при относительно низких температурах (850-950^oC), что предопределяет низкую эмиссию оксидов азота. За счет высокой кратности циркуляции твердой фракции время пребывания угольной частицы в топке составляет 150-200^oC, что обеспечивает в условиях низкотемпературного окисления степень выгорания углерода до 96-98%
Запыленные дымовые газы встречают первый по ходу движения сепаратор ударно-инерционного типа 4 в виде золоулавливающего пучка. Четыре ряда такого пучка диаметром 50 мм обеспечивает для частиц размером 0,1 мм коэффициент улавливания 95%
Возврат крупных частиц из первого сепаратора повышает среднюю плотность циркулирующего слоя, усиливая тем самым тепловосприятие экранов, уменьшая их габариты.

Мелкая фракция в дымовых газах улавливается во внешней сепарационной системе 5. Для очистки больших объемов дымовых газов из энергетических котлов, которые составляют величину порядка (0,5:5)•10⁶ м³/ч и имеют низкую концентрацию зольных частиц 0,2-2 кг/м³ с размером фракций 0,1 мм и меньше, необходимо весь газ расслоить на параллельные потоки, т.к. существующие инерционные аппараты сухого типа имеют производительность не более 0,3•10⁶ м³/ч. Для этого на выходе газохода на пути потока устанавливаются по меньшей мере два и более криволинейных направляющих каналов 6 с рассекателями 7, выполненные из огнеупорного материала, которые позволяют осуществить с малым гидравлическим сопротивлением разворот всего потока запыленных газов для ввода их в сепарационную систему.

Система обеспечивает коэффициент улавливания 99% для частиц размером 10 мкм.

Корпуса сепараторов подключены к облицовочным огнеупорным бункерам, расположенным на внешней стороне котла с каналами регулируемого возврата мелких частиц в топку.

На задней стороне топки на двух уровнях размещены немеханические клапаны 20. Собранная после сепарационной системы твердая фаза пневматически подается в слой на уровне размещения немеханических затворов.

Очищенные дымовые газы через окна 21 на боковых и (или) задней стенках возвращаются в конвективную шахту 2, проходят дальнейшую санитарную очистку, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу.

Использование: изобретение относится к теплоэнергетике. Сущность: котел содержит топку 1 и конвективную шахту 2, соединенные горизонтальным газоходом 3. На входе газохода установлен золоулавливающий пучок труб 4, выполняющий роль внутреннего сепаратора для возврата в топку 1 крупных частиц. На выходе газохода размещены конструктивные элементы внешней сепарационной системы 5, выполненные в виде криволинейных направляющих каналов 6 с рассекателями 7, предназначенных для дробления и разворота газового потока с последующим вводом во внешнюю сепарационную систему 5. Внешняя сепарационная система выполнена в виде двух и более сухих инерционных аппаратов типа циклонов, батарейных циклонов, вихревых уловителей и т.д. Выходные каналы сепарационной системы соединены с накопительным бункером 17, который линией возврата с регулируемым расходом через немеханические клапаны 20 сообщается с топкой 1. 2 ил.

Котел с циркулирующим слоем, содержащий топку и конвективную шахту, соединенные в верхней части горизонтальным газоходом, в котором на входе установлена внутренняя сепарационная система для возврата в топку крупных частиц, выполненная в виде золоулавливающего пучка труб, отличающийся тем, что на входе из газохода размещены внутренние конструктивные элементы внешней сепарационной системы, предназначенной для улавливания мелких золовых частиц, выполненные в форме криволинейных направляющих каналов с рассекателями для дробления, плавного разворота запыленного потока дымовых газов и последующего ввода в инерционные аппараты сухого типа внешней сепарационной системы.