КОТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F23K1/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известно устройство для термоподготовки твердого топлива в схеме экспериментального стенда котельного агрегата (Деринг И.С. Ширчиков Н.М. и др. Экспериментальный стенд для комплексного исследования сжигания канско-ачинских углей в топках паровых котлов. Сборник статей 1 научно-технической конференции по теплообмену и сжиганию. Красноярск. 1970, с.-33-36, рис.1), содержащей котел с топкой, подсоединенный к газоходу с экспериментальными пучками труб и систему пылеприготовления с узлом термоподготовки, выполненным в виде трубы-сушилки, на входе соединенной с источником горячих газов и бункером твердого топлива.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность термоподготовки ввиду низких температур горячих газов и малой поверхности твердого топлива.

Известно устройство для подготовки твердого топлива к сжиганию в схеме экспериментального стенда котельного агрегата (Трубицин Н.Б.Разработка процесса термической подготовки твердого топлива перед сжиганием на ТЭС. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1986, рис. 28, а также авт.св. СССР N 1170226, кл. F 23 K 1/00, 1985, Бюл. N 28),содержащей котел с топкой, подсоединенной к газоходу и систему пылеприготовления с устройством для термоподготовки в виде цилиндрической камеры, снабженной поперечной перегородкой с перепускным окном с аксиальными и тангенциальными патрубками подачи пыли и теплоносителя, и завихрителем.

Недостатком известного устройства является использование для термоподготовки горячего материала другого горючего материала (мазута) более высокой стоимости.

Известен котельный агрегат (экспериментальный стенд) производительностью 100 кг/ч, температурой в топке до 1600^oC, температурой термоподготовки до 950^oC, температурой дымовых газов до 1200^oC (Бойко Е.А. Совершенствование и внедрение комплексного термического анализа для выбора рациональных способов и режимов подготовки канско-ачинских углей при их энергетическом использовании. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Красноярск, 1993, рис. 5-1, 5-3, с. 172-177, а также авт.св. СССР N 1521987, кл. F 23 K 1/00; F 22 B 37/00, 1989, Бюл. N 42), содержащий котел с топкой, подсоединенной к газоходу и снабженной основной и дополнительной пылеугольными горелками, а также систему пылеприготовления с устройством для термоподготовки, выполненным в виде пылеконцентратора, снабженного поперечной перегородкой, разделяющей его на секции, сообщающиеся между собой перепускной трубой, имеющей аксиальный и тангенциальные входные патрубки, сбросную трубу и патрубки отвода концентрированной смеси, при этом на одном из торцов перепускной трубы установлен лопаточный завихритель.

Недостатком известного устройства является невозможность термоподготовки топлива в период растопки котла, когда отсутствуют горячие дымовые газы, что затрудняет воспламенение неподготовленной пыли. Кроме того, время термоподготовки меньше расчетного при работе котла, что снижает эффективность термоподготовки.

Задача изобретения увеличение времени пребывания пыли в зоне высоких температур для получения горючих газов и полукокса.

Задача решается тем, что в котельном агрегате, содержащем котел с топкой, подсоединенной к газоходу и снабженной основной и дополнительной пылеугольными горелками, а также систему пылеприготовления с устройством для термоподготовки, выполненном в виде пылеконцентратора, снабженного поперечной перегородкой, разделяющей его на секции, сообщающиеся перепускной трубой, имеющего аксиальный и тангенциальный входные патрубки, сбросную трубу и патрубки отвода концентрированной смеси, при этом на одном из торцов перепускной трубы установлен лопаточный завихритель, и бункер полукокса, согласно изобретению, газоход выполнен в виде трубного пучка, а на другом торце перепускной трубы установлен дополнительный завихритель с лопатками, наклоненными в противоположную сторону, при этом кромки лопаток завихрителей, обращенные друг к другу, направлены в сторону вращения потока, а тангенциальные входные патрубки установлены перед завихрителями друг под другом, разделены указанной поперечной перегородкой и направлены в одну сторону, причем один из патрубков отвода концентрированной смеси подсоединен к дополнительной горелке топки через промежуточный бункер полукокса, дыхательный патрубок которого соединен с аксиальным входным патрубком пылеконцентратора.

Установка на торцах перепускной трубы завихрителей, препятствует выходу крупной пыли за торцы перепускных труб, позволяет увеличить время пребывания крупной пыли в зоне высоких температур для получения из нее горючего газа и полукокса, который в два раза по калорийности превышает исходный уголь. Задержка выхода крупной пыли через завихрители достигается тем, что кромки лопаток, обращенные друг к другу, наклонены в сторону вращения потока, тангенциальные входные патрубки установлены перед завихрителями для глиссирования пыли по наклонным по ходу потока лопаткам, патрубки разделены поперечной перегородкой для создания запальной части пыли, которая, сгорая в перепускной трубе, осуществляет термоподготовку остальной части пыли. Тангенциальные входные патрубки направлены в одну сторону и могут быть установлены друг под другом для односторонней закрутки потока за завихрителями в обеих секциях пылеконцентратора, так как, в случае закрутки потока на торцах перепускной трубы в разные стороны, трудной обеспечить разделение пыли на горючий газ и полукокс из-за взаимоуничтожения вращения. Подсоединение патрубка отвода концентрированной смеси к горелке топки котла через промежуточный бункер полукокса, дыхательный патрубок которого соединен с аксиальным входным патрубком пылеконцентратора, позволяет подать на вход пылеконцентратора горючий газ, который выгорает в перепускной трубе, обеспечивая сушку остальной пыли, а подача дозатором из бункера полукокса в горелку топки исключает обрыв факела, так как с помощью дозатора подается такое количество пыли, которое может воспламениться за счет тепла растопочной горелки, подсоединенной к сбросной трубе пылеконцентратора. При обрыве факела всегда можно отключить подачу пыли на горелку с помощью дозатора, чего нельзя сделать при непрерывной подаче пыли напрямую из патрубка отвода концентрированной смеси, перекрытие которого будет запирать и забивать пылью пылеконцентратор.

Таким образом, установка реверсивных завихрителей, меняющих направление вращения потока на обратное при проходе газа через них, позволяет исключать проскок крупной пыли через лопатки завихрителей, для чего требуется разворот крупной пыли на 180^o, сто невозможно из-за ее инерции. Газ же свободно проходит через межлопаточное пространство, чем способствует нарастанию концентрации пыли перед завихрителями, что увеличивает теплопроводность среды и способствует повышению эффективности термоподготовки как по времени, так и по температуре, а растопка и подсветка факела из промежуточного бункера полукокса исключает обрыв факела, так как позволяет дозировать в горелку только то количество пыли, которое может воспламениться.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для термоподготовки в схеме экспериментального стенда котельного агрегата содержит котел с топкой 1, подсоединенной к газоходу 2 с экспериментальным пучком труб 3 и систему пылеприготовления с устройством для термоподготовки, выполненным в виде пылеконцентратора 4, снабженного поперечной перегородкой 5, разделяющей его на секции 6 и 7, сообщающиеся перепускной трубой 8, на одном из торцов которой установлен лопаточный завихритель 9. Пылеконцентратор 4 имеет аксиальные входные патрубки 10, тангенциальные входные патрубки 11 и 12, сбросную трубу 13 и патрубки 14 и 15 отвода концентрированной смеси. Патрубки 14 и 15 отвода концентрированной смеси подсоединены к основной и дополнительной горелкам 16 и 17 топки 1 котла, а сбросная труба 13 к растопочной горелке 18 топки 1 котла. На другом торце перепускной трубы 8 установлен дополнительный завихритель 19 с лопатками, наклоненными в противоположную сторону, по отношению к наклону лопаток завихрителя 9. Кромки лопаток 20 завихрителей 9 и 19, обращенные друг к другу, направлены в сторону вращения потока от тангенциальных входных патрубков 11 и 12, которые установлены перед завихрителями 9 и 19, разделены поперечной перегородкой 5, установлены друг под другом и направлены в одну сторону. Патрубок 15 отвода концентрированной смеси подсоединен к дополнительной горелке 17 топки 1 котла через бункер 21 полукокса с дозатором 22. Дыхательный патрубок 23 бункера 21 полукокса соединен с входным патрубком 10 пылеконцентратора 4. Система пылеприготовления имеет также пыледелитель 24 с шибером 15, подсоединенный к пылепроводу 26 и тангенциальным входным патрубкам 11 и 12 пылеконцентратора 4. Пылепровод 26 может быть подключен к бункеру 27 пыли с питателем 28 или непосредственно к размольному устройству (не обозначено). На патрубках 14 и 15 отвода концентрированной смеси установлены шибера 29 и 30. Во входном патрубке 10 установлена запальная форсунка 31 с электрозапальником 32. Патрубок 10 соединен с линией 33 горячего воздуха. Горелки 16018 снабжены воздушными соплами 34, газогенератора 35.

Устройство для термоподготовки в схеме экспериментального стенда котельного агрегата работает следующим образом.

Включается запальная форсунка 31 с помощью электрозапальника 32, работающая на жидком топливе, и прогревается перепускная труба 8 до красного каления. Шибером 25 перекрывается тангенциальный входной патрубок 12, а шибером 29 патрубок 14 отвода концентрированной смеси пылеконцентратора 4. Шибер 30 на патрубке 15 отвода концентрированной смеси открыт. Включается питатель пыли 28 бункера 27 пыли или размольное устройство и пыль по пылепроводу 26 через пыледелитель 24 поступает в тангенциальный патрубок 11 пылеконцентратора 4. Лопатки 20 завихрителя 9 препятствуют выносу пыли в перепускную трубу 8 и через межлопаточное пространство проходят только газы с одновременным реверсом вращения потока: за завихрителем 9 поток вращается в противоположную сторону по сравнению с вращением его перед завихрителем 9, создаваемым тангенциальным патрубком 11. За счет завихрителя 9 создается значительная концентрация пыли в секции 6 пылеконцентратора между поперечной перегородкой 5 и завихрителем 9. Пыль подвергается термическому разложению от нагретой до красна перепускной трубы 8, терморазмалывается, газифицируется и через завихритель 9 в виде горючего газа и мелкой пыли выходит внутрь перепускной трубы, где вспыхивает в присутствии воздуха, подаваемого в патрубок 10 по линии 33. При наличии пламени в перепускной трубе 8, форсунка 31 отключается. Воспламенение вновь поступающей пыли происходит от раскаленной трубы 8, в которой поддерживается постоянное горение. Открывается с помощью шибера 25 подачи пыли в пыледелителе 24 на тангенциальный патрубок 12 в секцию 7 пылеконцентратора 4. Как и в секции 6, завихрителем 19 осуществляется задержка выноса пыли из секции 7, благодаря спутному потоку наклону лопаток 20 завихрителя 19. Через межлопаточное пространство проходят только газы и мелкая пыль. Поэтому между поперечной перегородкой 5 и завихрителем 19 создается значительная концентрация пыли, которая прогревается от раскаленной перепускной трубы 8, подвергается терморазложению, терморазмолу и газификации и выходит в межлопаточное пространство с изменением направления вращения на обратное. За счет реверсивной закрутки обеспыленный поток поступает в сбросную трубу 13 и далее в растопочную горелку 18, где вспыхивает под действием горячего воздуха, подаваемого из сопел 34, а мелкая пыль через патрубок 15 отвода концентрированной смеси поступает в бункер 21 полукокса, при этом газы эвакуируются через дыхательный патрубок 23 во входной патрубок 10, где вспыхивают за счет воздуха, подаваемого из линии 33. При наличии пламени в растопочной горелке 18, включается дозатор 22 и подается мелкая фракция полукокса в дополнительную горелку 17, расположенную рядом с растопочной горелкой 18. При отсутствии воспламенения полукокса в горелке 17, дозатором 22 перекрывается подача пыли и процесс повторяется, пока не загорится полукокс в горелке 17. При наличии пламени в горелке 17 открывается шибер 29 и полукокс напрямую подается из патрубка 14 отвода концентрированной смеси с основную горелку 16, расположенную рядом с горелкой 17. При наличии пламени в горелке 16, дозатором 22 перекрывается подача полукокса в горелку 17, которая служит для подсветки факела, улучшая условия воспламенения пыли и стабилизируя работу котла. При наполнении бункера 21 полукокса патрубком 15 отвода концентрированной смеси перекрывается шибером 30. Приготовленный в бункере 21 полукокс может использоваться для растопки и подсветки факела вместо жидкого топлива (мазута). Калорийность полукокса в два раза превышает калорийность исходного угля за счет потери негорючего газового балласта и низкокалорийных горючих газов, что позволяет при сжигании его обеспечить нужную производительность парогенератора и температуру факела в топке.

Таким образом, установка завихрителей 9 и 19 с лопатками 20, препятствующими выносу пыли из осевой области пылеконцентратора, создает условия для длительного пребывания пыли в зоне высоких температур, что способствует ее газификации и полукоксованию.

Как показали опыты по сжиганию угля, прошедшего термоподготовку в предлагаемом устройстве, резко снижается выделение окислов азота (в 10 раз) и шлакование конвективных поверхностей (экспериментальных пучков). Кроме того, безотказно работает система растопки котла, исключая обрыв факела в горелках топки, так как воспламенение горючих газов начинается еще в устройстве для термоподготовки. Степень термоподготовки может регулироваться шибером 25, так как пыль, подаваемая в патрубок 11, проходит более длительную термообработку, температурой воздуха, нагреваемого до 500^oC, и частичной рециркуляцией мелкой пыли через дыхательный патрубок 23, а также скоростью аэросмеси, подаваемой в патрубки 11 и 12. Имеет значение также тонкость размола, которая может меняться в значительных пределах.

Проектная производительность размольной системы 2000 кг/час огневой части стенда 500 кг/ч. Максимальная температура в топке 1800^oC. Температура термоподготовки 950^oC.

При экспериментальном стенде имеется экспресс-лаборатория для определения состава продуктов сгорания и исходного топлива. Данные экспериментов обрабатываются на ЭВМ. Для более глубоких исследований используется газовая хроматография, рентгенография, электронный микроскоп, ИК-спектроскопия, дериватография. С помощью математического моделирования производится пересчет результатов эксперимента на использование термоподготовки в крупных котлоагрегатах.

В результате проведенных экспериментов было показано, что мазутная подсветка факела может быть успешно заменена на подсветку с помощью сжигания полукокса из бункера полукокса, что ведет к значительному снижению расхода мазута. Кроме того, сжигание части пыли при растопке котла снижает расход жидкого топлива, требуется лишь предварительный нагрев перепускной трубы для выделения горючих летучих из пыли, поджигаемой электрозапальником.

Использование: на тепловых электрических станциях. Сущность изобретения: котельный агрегат содержит пылеконцентратор 4, снабженный поперечной перегородкой 5, разделяющий его на секции 6 и 7, сообщающиеся между собой перепускной трубой 8, на торцах которой установлены реверсивные лопаточные завихрители 9 и 19, меняющие направление вращения аэросмеси на противоположное. Направление вращения задается тангенциальными входными патрубками 11 и 12, установленными один под другим, направленными в одну сторону и разделенными поперечной перегородкой 5. Завихрители 9 и 19 установлены перед выходом горючих газов в перепускную трубу 8 и сбросную трубу 13, что исключает попадание в трубы 8 и 13 крупной пыли, которое достигается тем, что кромки лопаток 20 завихрителей 9 и 19, обращенные друг к другу, направлены по ходу потока, а лопатки 20 завихрителей 9 и 19 наклонены в противоположные стороны. Патрубок 15 концентрированной смеси соединен с дополнительной горелкой 17 через промежуточный бункер 21 полукокса, дыхательный патрубок 23 которого подключен к входному патрубку 10 пылеконцентратора 4, содержащему запальную форсунку 31 с электрозапальником 32. 1 ил.

Котельный агрегат, содержащий котел с топкой, подсоединенной к газоходу и снабженной основной и дополнительной пылеугольными горелками, а также систему пылеприготовления с устройством для термоподготовки твердого толпива, выполненным в виде пылеконцентратора, снабженного поперечной перегородкой, разделяющей его на секции, сообщающиеся между собой перепускной трубой, и имеющего акисальный и тангенциальные входные патрубки, сбросную трубу и патрубки отвода концентрированной смеси, при этом на одном из торцов перепускной трубы установлен лопаточный завихритель, отличающийся тем, что газоход выполнен в виде трубного пучка, а на другом торце перепускной трубы установлен дополнительный завихритель с лопатками, наклоненными в противоположную сторону, при этом кромки лопаток завихрителей, обращенные одна к другой, направлены по ходу потока, тангенциальные входные патрубки установлены перед завихрителями друг под другом, разделены поперечной перегородкой и направлены в одну сторону, причем один из патрубков отвода концентрированной смеси подсоединен к дополнительной горелке топки котла через промежуточный бункер полукокса, дыхательный патрубок которого подключен к входному аксиальному патрубку пылеконцентрата.